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小橋涵設計流量的計算方法
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[摘要]：本文著重介紹了小橋涵設計流量的三種計算方法：形態法、暴雨推算方法及直接類比法。并分析了三種方法的區別和進行比較。而且根據三種方法提出了比較好的方法：形態調查法，它是一種很好的計算方法。
[關鍵詞]：小橋涵 設計流量 算法
0 .前言：設計流量是橋涵孔徑及橋梁墩臺計算的基本依據，在對小型防水水庫時，入庫洪水徑流量總量超過水庫的攔洪蓄水能力時就要遭到破壞。設計時，主要考慮設計洪水總量，即就是以“量”控制。對于較大的水庫，它有一定的調蓄能力。它的破壞與否，不僅取決于入庫的洪水總量，還取決于泄洪方案及入庫洪水的過程。設計洪水的含義包括了洪峰流量、洪水總量及洪水過程的全部三要素。
對于土建及市政建設工程，如橋、涵、堤防及城市，廠礦排洪工程等。它們所面臨的威脅，因不存在調蓄功能，故工程破壞的主要因素是設計洪峰流量，即以“峰”為控制。對于設計洪峰流量有關是設計頻率實際上是一種容許破壞率。它是確定橋涵孔徑的基本依據。
1．對于小橋涵設計流量的計算方法的概述：
1．1 算法一 形態調查法
所謂形態調查法即實地考察上發生過的洪痕，并通過河道地形、縱、橫斷面、洪痕高程及位置等形態資料的測量，在按水力學方法推算歷史洪峰流量。目前，主要通過建立形態斷面，并繪制形態斷面圖，確定主河溝的糙率,主河溝平均坡度 ,有條件時實測水位與流速。結合形態斷面進行洪水調查，確定比較可靠的某一歷史洪水位及相應的頻率。同時確定歷史洪水位在形態斷面上的過水面積 與相應的比降 等資料。推算形態斷面上的歷史洪峰流量，進而求得規定的頻率 的設計流量 : 其計算公式如下：
⑴
根據洪痕位置的相關條件可得：
⑵
_____主河溝粗糙系數；
______平均水深;
_______ 住河溝平均坡度；‰
然而，當洪水比降資料比較少時，取 ,按均勻流公式計算。對于水面寬度大于斷面平均水深的時候，可按寬淺河道計算，其水力半徑近似取R=h;其計算公式如下：
⑶
但由上是算出總流量 后，根據各自的條件可以計算洪峰流量。（只有短期資料的系列，由實測系列求出平均流量 及歷史的洪水流量的變率 ,并確定相關的系數： .就有相關的計算公式：
⑷
⑸
—擬建小橋涵規定設計頻率P的流量相應在斷面處的周期流量，
— 離均系數
______流量變差系數，
____規定頻率 的流量模擬比系數。
______歷史洪水位已知頻率 時的；流量模擬比系數。
1.2 算法二 暴雨推算法
所謂的暴雨推算法是運用成因分析與經驗推理結合的方式，從實際的暴雨足可入手應用地區綜合分析方法來分析暴雨資料和地區特征關系，從而間接的推算處洪水流量。其計算公式如下：根據交通部的規定：
⑹
—規定頻率P時的洪峰流量，
—頻率為p時的雨力；
—損失系數。
___匯流時間；
—匯水面積；
---暴雨遞減系數；
然而在計算中存在的各個地區的條件是有異同的，在計算中要分別采用損失系數 和匯水時間 。就是在不同的地方；分別為北方和南方：
在北方的計算方式為：
而在南方就是下面的公式：
___主河溝的長度；
____主河溝的平均坡度；‰
______系數；
______為指數;
但在計算過程中有許多工程實踐經驗的累積,進而由實踐經驗星形成的經驗公式,在工程中也很實用,其經驗公式如下:
⑺
但在實際運用期間就形成演化為下面的公式：
⑻
1.3 算法三 直接類比法
所謂直接類比法就是當公路選線所在河溝上下游附件存在原有小橋涵時，可通過對所有橋涵的泄流等情況調查，然后經過計算，推算原有小橋涵在歷史條件下、洪水情況下通過的洪峰流量，并換算出原有橋涵出的天然流量，進而推算出原有橋涵處擬建小橋涵規定頻率P 的洪峰流量。
然而在進行橋頭路堤及墩臺對小橋涵的水流的橫向更換，便在橋頭產生壅水現象，入口處形成水面降落，就形成了對原橋涵的影響。故在計算式要注意其水流的形式；在計算過程中就分為了自由流和非自由流：
① 自由形式的水流: 當 時；
⑼
_____為小橋的凈跨徑；
_____橋面包括進行的流速在入河口在內的水頭高度；
____流量系數；
② 非自由形式的水流：當 時；
⑽
___擠壓系數；
______橋下容許的水流速度；㎝/ｓ
________原小橋下游的天然水深；m
;
為流速系數；
然而在壓力式的涵洞的洪峰的流速的流量的計算為：
⑾
⑿
____涵前的水深；
____涵洞的原水深；
____涵洞的進水口的摩阻系數；
________涵洞的長度；
_____是水力半徑；
______謝才系數；
歷史同周期的流量換算流量；
____折減系數；
⒉三種計算方法的比較與分析；
2.1暴雨流量的推算方法考慮很多的因素，有很多的因素，但其優點是較為簡單，凡在確定本公式的過程中，只考慮了區域的普通性，故參變系數是簡化了概略值。是暴雨遞減值指數 值得分布區和土壤分類均較粗略。因此，與各個地方河溝和流域的實際情況有一定的出入。這些均有待以后的完善，按暴雨 推理方法得出的經驗公式簡便，但純屬經驗性的。地區差異也較大。
2.2形態法中由于計算流量所依據的是資料室現場調查所得，較客觀地反映了實際情況。所以是目前彌補按暴雨推算法計算中資料不足的最好方法。但是在水流域洪流歷時較短不易比較，準確地確定河溝床的粗糙率，同時，對于河床下切合沉積影響程度難以掌握。所以往往使計算偏大或偏小，為了準確的確定結果。可將形態調查法和其他的方法論證使用。
2.3直接類比法的資料來自對原橋涵（或其他水工程物）的調查。故這種方法計算比較可靠。有條件時應優先使用，但在新建路橋工程中很少用，實用較少。
綜合上述對三種方法的分析與比較，可以看出不同的方法具有各自的屬性，但是其共同點就是由于計算流量流量收多種因素和地區差異性的影響和制約，所以目前想用極其簡單的方法計算、準確地球出可靠的數據結果比較困難。因此，不同的條件的時候，但是在條件許可的時候，宜用三種方法計算相互比較，并通過加強不同來手機資料進行科學的實驗。找出適合本地區的計算方法，結合實際情況卻思念過計算公式和有關的參數和實際的系數。
⒊結束語
橋涵水與水力學計算過程中設計流量的計算究竟選用哪一中方法、哪一個公式是決定整個工程系統是否正確施工的基礎。因此，選用公式是務必要慎重的選，但在我看來，在對小橋涵設計流量的計算過程中，形態調查法是比較好的方法，是比較實用的。但在計算過程中不要放棄與其他的方法結合使用的。其他的方法具有輔助性的。它反映了各個時段的洪水流量可以清楚地了解各個時間或間斷的洪水流量。可以按照相關的洪水資料和洪水相關的資料數據。由于目前的小橋涵的相關的標準限定，確定參數的時候可以查相關的手冊，可出相關的洪水資料的真實性。
參考文獻:
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