形态勘测法在中小型河流桥梁设计中的应用

拜 杰，孟灵鑫

(1.新疆交通规划勘察设计研究院，新疆 乌鲁木齐 830006；2.温州信达交通工程试验检测有限公司，浙江 温州 325105)

0 引 言

形态勘探的时候，人为主观性的参与影响比较大，这就需要对所搜集到的中小型河流桥梁设计位置的多方面资料进行全面、仔细分析，合理选择相应的参考取值，确定不同水文、河流路线等情况的真实性与可性，保证中小型桥梁设计的完整性与符合实际需求，能够满足当地实际需求。

1 所选线路地质水文情况

锦江干流路段的地貌为丘陵与河谷平原相间分布，河床上主要有鹅卵石、粗砂以及细砂。锦江干流的河床较为古老，稳定性还可以，流域内河系纵横交错、水系丰沛，流域内达到200 km2的河流多大11条，宜丰河的水量最大，多年的降水量平均值高达1 679 mm，设有牛头山、石市以及上高等7处水文观测站点以及白水等近46处雨量观测站点。

2 运动形态勘测法调查并分析历史洪水发生情况

2.1 调查洪湖水发生的年份与水位

收集当时相关报刊资料，例如《上高水利志》中明确指出1983年7月6日～9日期间，宜春区域北部出现大面积降雨，宜丰县洪水水位最高水位达到68.33 m，超出洪水水位警戒线2.23。县城内城东、城西以及南街的街道被洪水淹没，水深到2 m高。《宜丰水利志》1993年7月2日～5日，丰新连续三日降水高达324 ml，宜丰、万载、靖安以及铜鼓等地的降雨量均超过200 ml，锦河流域的降水量达到289 ml。

2.2 选定流量断开面并明确比降

选取河床流量断面在形态勘测法中国特别重要，需要全面调查与分析，尽可能的选取河道断面较为顺直、断面变化极小或者是变化比较均匀、河底非常稳定的河床断面。依据现场勘探可靠的洪水位置，选取河流桥址附近JJH1以及JJH2附近区域的两个河床横断面作为测试的流量断面。锦江特大桥工点如下图1所示，JJH1作为主要断面用来测算河水流量，JJH2作为辅助性断面用于符合首次计算结果。

历史性洪水的水平面线，应该依据可靠的洪水痕迹，合理参考河底线、中水线、高水线以及近期特大洪水的水平面进行绘制，并合理考量河段地形等多方因素的影响，洪水水位坡的拟合线为у=50.292 8+0.000 9х，经过细致计算，1983年特大洪水的水面比降采用0.000 9。

图1 锦江特大桥梁水文观测平面

2.3 明确主槽河滩的粗糙率值

主槽以及河滩需要依据勘测的JJH1河床的横断面进行划分，有确定的主槽以及河滩的分界线，加之河道上下游较长这一具体情况，主要通过有没有底沙运动、河床地质、植被以及水面深度等方面综合考虑，确定采用复式河槽。在进行复式河槽断面计算的时候，需要将主槽跟河滩分开对待。

依据河床的具体情况，实际形态同时结合并收集相关的水文资料，全面考虑并确定1983年与1993年两次历史性洪水时期河槽糙率系数分别是1/n=30，1/15。

3 根据历史洪水有归案调查资料计算并设计频率流量

3.1 计算历史洪水洪峰流量

锦江特大桥所处的河道位置比较顺直，各段内部的断面变化率很小，所调查出来的相关资料可信度较高，本文采用曼宁计算公式，计算洪水的洪峰流量，公式为

在计算公式中，Q表示洪水的洪峰流量(m3/s)；ω代表洪水断面的面积(m2/s)，n代表河道的粗糙率；R代表水力的半径(m)；I表示洪水水面比降。

根据JJH1河流断面并结合JJH2河流断面，明确综合参数，带入上述计算公式，可以得出1983年特大洪水的洪峰流量是4 827.2 m3。1993年大洪水的洪峰流量是4 433.9 m3。在明确河道流水断面面积的时候，需要将有流水受到阻碍的面积减出来，采取洪水流畅顺利的有效过水断的面积进行计算。

3.2 推算锦江历史特大洪水重现期

依据锦江特大桥桥址段，锦江历史洪水考证相关资料以及洪水有关资料的调查结果来看，调研与实际测量的锦江特大洪水在长时间当中的排序为1983年、1993年，实际不构成连续性排序，所以采用的是年最大值的方法从所调查的资料当中选出洪水流量，调查年线之间N年当中的前多项特大以及最大洪水，再没有遗漏的情况下，序位为M的经验频率PM公式如下

M代表的历史时期特大洪水依照递减次序排位的序位；N代表的是调查考证期。通常来讲，调查考证时间与发生遗漏的可能性的关系为正相关，所以对于调查研究出来的结果我们必须进行细致剖析，同时与所收集到的洪水相关治疗以及考证推理得出的结果进行探讨，最终得出锦江1983最大洪水重现期为60年，经验频率1.67，1993年的特大洪水的重现期为20年，经验频率为5。

4 面积比拟法对其进行验证

4.1 河流流域面积比拟法推求桥址处设计洪水流量

(1)明确洪水汇集的面积

依据锦江1∶50 000的平面图来看，锦江特大桥的地址所在处的汇水面积F1=2.2 723.98 km2，在特大桥桥址的上游、下游均有一处可靠性性较高的水文观测站，就是牛头山以及上高水文站。

(2)洪水洪峰流量推算

依据实际情况就推算所得，牛头山水文站点的洪水汇水面积F2=2 710 km2，百年流量Q2=5 100 m3/s；上高水文站点洪水汇水面积F3=4 067 km2，百年流量Q3=5 300 m3/s。依据锦江流域面积直线内插，推算特大桥桥址百年洪水流量Q1=5 102.1 m3/s，按照面积比拟法推算特大桥桥址百年洪水流量Q1=5 102.5 m3/s。

4.2 验证结果

由于牛头山水文站以及桥址的流域面积之间的差别非常小，流域面积之间的差值仅为0.5%，所以采用河流流域面积比推法推理出锦江特大桥桥址的洪水流量较为可靠。依据形态勘测法来推算的锦江流域百年流量是4 996.5 m3/s，按照面积比拟法推算特大桥桥址百年洪水流量Q1=5 102.5 m3/s，两者之间的差距仅仅只有2.1%，达到勘测设计的标准。

5 结束语

综上所述，依据上述相关数据处理以及验证工作的完成，进一步论证了形态勘测法是一种推理准确、计算精准、可信度很高的勘探方法，在中小型河流桥梁设计中的应用非常广泛。形态勘测法在本文研究中得到了很好的运用于验证，也给我们提供了更多可参考的依据，不断完善桥梁设计勘探方法是桥梁设计工作者不朽的追求。