重庆万州区磨刀溪跨河桥梁水文计算

陈勇康 宋丹丹

【摘要】在万利高速公路的建设过程中，很多高架桥的桥墩处在山区河流的河谷及流域中。由于山区河流在雨季期间易发生山洪，对桥墩的安全会造成很大的影响，因此需要针对具体桥墩进行本水文计算。本次水文计算内容重点包括设计流量、设计水位和桥墩冲刷和桥前壅水高度。

【关键词】水文计算 设计流量 冲刷

1 背景

磨刀溪地处重庆万州，为长江上游下段右岸的一级支流，其地理位置介于东经180°14'～109°01'、北纬30°11'～30°56'之间。发源于四川省石柱县武陵山北麓的杉树坪，经湖北省利川县境至万州市境的石板滩与官渡河汇合，在大滩口右岸纳入罗田河，至赶场右岸汇入龙驹河后始称磨刀溪，再经云阳县龙角镇右岸纳入泥溪河后，在新津口注入长江。河道全长170km，流域面积3170km2，万州境内流域面积2790 km2。

据统计，流域多年平均雨量为1100～1400mm，暴雨中心多出现在石板滩以上地区，一次较大暴雨可笼罩全流域，且暴雨强度较大，最大日暴雨量可达300mm。据万州气象站1955年1月至今的资料统计：多年平均年降水量为1207.1mm；多年平均气温为18℃，极端最高气温为42.1℃，极端最低气温为-3.7℃；多年平均风速0.7m/s，最大风速可达33.3m/s；多年平均相对湿度为81%。在磨刀溪河段中部，有一座水库电站，参考万县（州）水库电站资料，整理各频率洪水成果如表1所示。

桥位区发育两条河流，一条名为磨刀溪，河谷呈"U"，桥位区河谷平面形态呈"S"型。勘察时河床宽63.5m左右，水面宽度约8-10m，，常年水位241.01m。一条名为二道河，桥位区河谷呈南北走向，河床宽20.2m左右，水面宽度约1-3m，水深约0.5-2m，常年水位243.99m。两条河均穿过冉家坝大桥，二道河作为支流汇入磨刀溪。磨刀溪对冉家坝大桥的3至9号墩产生冲刷。

冉家坝大桥与河流交叉示意图

2 设计流量推算

2.1 方法一

F=1854.3km2，水力坡度J=0.0092。

设计流量采用全国水文分区经验公式计算：

？？KFn （1）

式中：

F --流域面积（km2）；

K、n'为参数，取值由全国水文分区经验公式表查得。项目所在地为重庆万州，查《公路桥涵设计手册桥位设计》，选取59区，则K ？？23.09，n' ？？0.68。

求得 后，查表？1.2，求得？？1.2=4623m3/s （2）

故以？？=4623m3/s作为冉家坝大桥的设计流量（百年一遇）。

2.2 方法二

采用交通部公路科研所经验公式Ⅱ：

（3）

式中：

--频率为P时的雨力（mm/h），=90 mm/h；

查<<公路桥涵设计手册桥位设计>>得

指数，取1.1；C指数，取0.145；指数， 取0.723；最终得Q ？？4719 m3/s。

2.3 设计流量的确定

=（4719-4623）/4719=2% （4）

全国分区经验公式计算结果4623m3/s与交通部公路科研所经验公式Ⅱ计算结果4719m3/s相差2%，全国分区经验公式计算结果与交通部公路科研所经验公式计算结果比较接近，两者相比取大值，故认为以全国分区经验公式计算结果为准，采用=4719m3/s。

故以=4719m3/s作为冉家坝大桥的设计流量（百年一遇）。

3 设计水位推算

由于318国道在拟建冉家坝大桥二三号墩间穿过，该处路面高程为241.932，据外业调查洪水最大时曾漫过附近318 国道。因此H=243.2即可作为冉家坝大桥百年一遇的设计水位较为准确。

3.1 确定水力半径

（5）

式中：

--过水断面面积（m2）；

R--水力半径（m）；

--湿周

过水面积？？614，湿周长度？146.5， 根据 ，所以水力半径R ？？4.19m。

3.2 确定流速V

根据曼宁公式计算断面流速

（6）

式中：

V --断面平均流速（m/s）；

n--粗糙系数，粗糙系数根据当地地质资料，为卵石河床，河底平顺，确定粗糙系数n /1 ？？45；

J --水力坡度；

R--水力半径（m）。

将n、R、J 带入曼宁公式得V ？？7.7 m/s。

3.3 确定验算洪水流量Q

Q ？V （7）

式中：

--过水断面面积（m2）

Q--验算洪水流量

V --断面平均流速（m/s）

将、V 值带入得Q ？？4726m3/s

3.4 验算洪水流量Q

验算公式：

？5%

式中：

Q--验算洪水流量，其值为4726 m3/s ；

--为已知流量，其值为4719m3/s。将两值代入验算公式得0.14%，满足要求。

4 结论

桥位处磨刀溪右侧为石砌护坡，左侧为318 国道路基防护结构，河道断面比较稳定，经计算，桥梁建成后对河床演变的影响较小。其不良影响主要体现在桥孔压缩河道会引起下游的一般冲刷，随着冲刷的发展，过水断面的扩大，流速降低，挟沙能力减弱，冲刷逐渐减慢，趋向停止。雨季该处河水流速大，水位高，施工时必须做好防洪和导流措施，注意施工安全。

参考文献

[1]中华人民共和國交通部.公路工程水文勘测设计规范（JTG C30-2002）.人民交通出版社.

[2]吴持恭等，《水力学》（上册），1982；7.

[3]叶镇国，彭文波.水力学与桥涵水文[M].人民交通出版社，2011，7.