摘要：我国交通事业日益发达，在进行高速公路建设时，很多高速公路需要通过河流，因此桥梁对于高速公路来说至关重要，相关水文计算和调查在高速公路桥梁建设中也发挥着极为重要作用。水文计算与分析的内容很多，主要包括了洪水位、流量、河流蒸发量、桥孔冲刷等几个方面，基于此，本文就高速公路沿线桥梁水文计算做出一定的分析，以供同行业内交流参考。
关键词：高速公路；桥梁水文；计算
1 高速公路沿线桥梁水文情况
此次研究项目涉及桥梁水文的计算和调查工作，在桥梁的设计中发挥着重要作用，另外桥梁水文计算的精度也会影响桥梁建设的安全性和可靠性，同时也可以作为考量桥梁是否经济、适用的依据。在此次研究中桥梁水文计算主要涉及流量、桥位、沿线水库引流、沿线水路蒸发量、桥梁孔径、墩台底部所埋深度等相关情况。
2 高速公路沿线桥梁水文计算
2.1 水文流量计算
桥涵流量计算法，在全国使用水文分区经验公式的过程中对河流的流域面积进行了确定，即F（流域面积）小于5万平方千米的河流才可以使用，其中该公式的组合方法为：分区流量Q2%=KFn'，在计算Q2%的过程中应先求出K数值和n'数值，同时根据相关表格中Q1%/ Q2%的数值得出Q1%数值。根据上面的公式可以了解到每条河流的总流量，而分布到每座桥梁时，可以根据河流的河床大小和已知水库的泄洪位置对流量加以分配，在分配的过程中设计合理的方案。
2.2 桥梁水力计算方法
首先有关设计流速和流量的计算公式为：V=（1）
Q=W×V（2）
该公式中的W表示过水断面面积，Q表示流量，R表示水力半径，V表示流速，n表示河床糙率，I表示水面的比降。
其次对桥面最低标高的计算公式为：
Hmin=HS+h+h0+hJ
在该公式中HS表示设计洪水位，h表示河流的具体位置情况，在计算的过程中需要根据水拱、浪高等形式加以计算，h0表示连同桥面铺装高度在内的桥梁上部结构的高度，hJ表示桥下净空的安全数值，Hmin表示桥面的最低高度。
再次在冲刷计算的过程中，首先需要了解河槽的一般冲刷情况，根据公路桥位设计的相关规范可以看出主要的计算方式为：
Q2=×Qp（3）
2.3 有关暴雨的计算
首先需要计算暴雨量，不同时间段暴雨量的大小可根据相关参数等值位线图加以统计，了解其不同时间段暴雨的平均数值。
其次可根据相关手册表了解有关皮尔逊曲线，对不同时间段暴雨的量有所了解。比如在计算P=1%不同时间段的降雨量时可根据公式Htp=Ktp×平均Ht。
在有关面暴雨量计算的过程中可根据暴雨高区点面了解系数t和汇水面积F及时间t之间的关系，对于P=1%不同时间段的暴雨量Htp面积可根据公式Htp×t得出。
2.4 洪峰流量的计算方式
对于产流系数的计算可根据有关表中的数据得出出损率f=4mm/hr，f3天=2.7mm/hr。在此基础上根据地形图纸和相关的推理公式了解汇流参数m和之间的关系，从而得出m=1.5。
之后对洪峰流量Qm加以确定，在计算的过程中可先假设Qm=7900 m3/s、7960 m3/s，之后借助公式t=0.278/mQm1/4得出汇流的历时。绘出Qm和t之间的关系。另外根据该关系图也可以得出横纵坐标的相关数值，比如Qm=7950m3/s，知道t=2.40hr，当确定t的时间段在1到6小时之间后可判断np、sp是否正确，进而计算出洪峰流量。
2.5 桥墩局部冲刷计算公式
局部冲刷主要是指当较大水流进入桥孔时，在桥墩、前缘两侧部位会出现绕流，进而发生漩涡，在此过程中不断向下流延伸，将床面的泥沙等物质冲走，在桥墩上面、桥台前缘两侧部位会出现冲刷坑，这样便出现了局部冲刷[4]。
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2.6 蒸发量的计算方法
（1）水量平衡法
对于水文计算中蒸发量的计算方法而言，现阶段的我国主要应用到的是水量平衡法，通过该法来实现对陆面蒸发的相关计算。水量平衡法的一个特点是不需要对临近区域水量的变化加以考虑，水量平衡工程可以用方程式E=P-R±△W计算，其中方程式里的 E 指的是陆面蒸发量，方程式里的P 指的是降雨量，方程式里的R 指的是径流量，方程式里的△W 指的是蓄水变量。如果方程式中的△W0时，此时的方程式就变成了 E=P-R，也就是说只要明确了平均降水量以及径流量这两个物理量，就可以实现对蒸发量的计算工作。这种方法的优点是较为可靠，因为降水量与径流量都是可以进行实地测量的，所以说水量平衡法非常适用于对小流域蒸发量的计算。
（2）直接测定法
水直接测定法是另一个水文计算中蒸发量的计算方法，该法的主要是通过借助相关的设备来对水面蒸发的相关情况进行观测，一般采用的是E601 蒸发器，对于该设备而言，其测量出来的数据十分接近自然水面的实际蒸发，折算的系数一般处在0.9与0.99之间，除此之外，E601 蒸发器在测量蒸发量的时候还可以保持蒸发器内的水位。当今时代，各个地区都建立起了中小河流水文监测的站点，在这个过程中，为了能够对相关引进了很多的E601 蒸发器设备。据了解，长沙水文局所建立的监测站引进的多普勒剖面流速仪，在很大程度上积极地促进了相关水文监测工作的开展。
2.7 水库引流调节计算
为解决这种供与需的矛盾，人们通过修建各种水利工程（如水库、引水渠、分洪蓄洪工程等）对河床径流进行控制，并按各用水部门的要求对其进行时间和空间上的重新分配，已解决来水与用水在时间上不相适应的矛盾，这就是所谓的径流调节。为兴利目的进行的径流调节称为兴利调节；为防洪进行的调节称为防洪调节或洪水调节。水库来水、用水和蓄水都是经常变化的，水库由库空（死水位）到库满（正常蓄水位）再到库空，循环一次所经历的时间，称为调节周期。按调节周期的长短来分，兴利调节可划分为日调节、周调节、年调节和多年调节等类型。以灌溉为主的水库常为年调节或多年调节。
2.8 设计年径流的分析与计算
年径流分析计算的目的就是为满足国民经济各用水部门的需水要求，提供在设计条下的年径流资料。就是推求在各种径流资料情况下的设计年径流量及其年内分配过程，用来预估未来工程进行期间的径流情势，并以此作为水库兴利调节计算的基本资料。对于有充分实测径流资料的情况，经过审查、分析、还原修正等一系列工作符合要求，即可运用频率计算方法来分析年径流量的年际变化规律。
3 高速公路沿线桥梁水文计算的原则
3.1 设计洪水线的推求
设计洪水过程线是具有某一设计标准的洪水过程线。洪水过程是一种随机过程，目前，水文学中尚无完善的方法求得一定频率的过程线。但是却有推求设计洪水过程的思路：为适应工程要求，在实测洪水过程中寻找一次与设计的条件最为接近的洪水过程，称为典型洪水，通过一定的方法处理后，使它的一些特征值恰好符合设计标准，这条洪水过程线就成为设计洪水过程线
3.2 桥梁水文防洪计算的任务和基本原理
根据设计洪水计算成果，通过调洪计算，确定水库防洪库容、最高洪水位、坝高和泄洪建筑物尺寸。其计算过程大体归纳以下几点：
（1）基本资料的收集
资本资料收集包括：设计洪水资料、泄洪能力资料、库容曲线及有关淹没损失、淹没控制高程等社会经济资料。
（2）拟定比较方案
根据地形、工程地质、施工能力和施工设备等条件，拟定不同方案的泄洪建筑物型式、位置、尺寸及其可供选择的几种起调水位。
（3）防洪调节计算
根据下游防洪要求和泄洪建筑物特性的不同，水库调洪计算也有所区别：下游无防洪任务时，泄洪建筑物的尺寸和水库的调洪库容，主要由大坝等水工建筑物对防洪安全的要求确定。下游有防洪任务时，桥梁沿线水库的防洪库容和相应的泄洪建筑物尺寸，应在确保水库主要建筑物防洪安全的前提下，同时满足下游防洪要求。
4 结束语
综上所述，桥梁水文在计算的过程中具有很多不确定因素，使其变得更为复杂和特殊，文章在分析高速公路桥梁水文情况的基础上，从流量、桥墩局部冲刷计算、水库防洪引流方式等进行了简单分析，希望对高速公路桥梁建设工作有所帮助。
参考文献：
[1]姜鹏.桥梁设计中的水文问题探析[J].中华建设，2016（11）：98-99.
[2]胡秀宇.基于Google Earth的铁路桥梁水文计算应用研究[J].铁道勘察，2016，42（04）：24-26.
论文作者:赵瑞林1,王磊2
论文发表刊物:《基层建设》2019年第16期
论文发表时间:2019/8/27
标签：水文论文; 径流论文; 桥梁论文; 水库论文; 洪水论文; 蒸发量论文; 流量论文; 《基层建设》2019年第16期论文;