阿尔及利亚贝佳亚连接线工程涵洞水文设计方法及应用

汤春林，侯利明

(中交第一公路勘察设计研究院有限公司，陕西 西安　710064)



阿尔及利亚贝佳亚连接线工程涵洞水文设计方法及应用

汤春林，侯利明

(中交第一公路勘察设计研究院有限公司，陕西 西安710064)

摘要：基于法国标准设计，详细研究了阿尔及利亚贝佳亚连接线高速公路涵洞设计流量、水位、流速和壅水高度的计算方法，以及涵洞水力验证内容，并列举了计算方法的应用示例。

关键词：阿尔及利亚；法国标准；贝佳亚连接线高速；桥涵水文；设计方法；冲刷防护

1基础资料的收集

项目根据沿线水文站收集的资料，给出了不同周期下沿线各区域的Montana参数及降雨强度。

2设计流量的计算

2.1汇流时间Tc的计算

构造物汇水面积范围内，当坡面出现径流后，从流域各处汇集到流域出口处的过程即为汇流过程。从流域最远处流到出口断面的时间即为汇流时间Tc。汇流时间Tc的计算本项目采用Ventura、Passini、 Giandotti公式估算，每个公式都有其适用范围。

(1)Ventura 公式(适用于汇水面积S≤5 km2)

Tc=0.127(S/I)0.5

式中：Tc为汇流时间；S为汇水面积；I为汇水区域内主沟的平均坡度。

(2)Passini公式(适用于汇水面积5 km2≤S≤25 km2)

式中：Tc为汇流时间；H为汇水区域内主沟最高点和最低点的高差； L为汇水区域内主沟的长度。

(3)Giandotti公式(适用于汇水面积25km2≤S≤400km2)

式中：Tc为汇流时间；S为汇水面积；L为汇水区域内主沟的长度；Hmax为汇水区域内主沟最高点高程；Hmin为汇水区域内主沟最低点高程。

2.2设计流量QT的计算

本项目涵洞设计洪水频率为1/100，根据SETRA指南推荐的计算方法，涵洞的流量计算主要采用三个公式：Rationnelle公式 、Crupedix公式、Transition公式 。

(1)Rationnelle公式(适用于汇水面积S≤10 km2)

QT=CT×iT×S/3.6

iT=aT×t-bT

式中：CT为对应设计周期T的漫流系数；IT为对应设计周期T，汇水时间Tc的降雨强度，mm/h；S为汇水面积,km2；aT、bT为设计周期T的Montana参数。

(2)Crupedix公式(适用于汇水面积50 km2≤S≤100 km2)

该公式来自法国农业部的规定, 该公式通过先计算10年一遇的设计流量,再求得100年一遇的设计流量,然后推求设计周期T的洪水流量。

10年一遇的设计流量Q10按下式计算

Q10=F×(P10/80)2×A0.8

式中：F为土壤漫流能力系数，可根据土壤的渗透性取值；P10为设计周期为10年的日平均降雨量，mm。

100年一遇的设计流量Q100按下式计算

Q100=b′×Q10

其中，b′=1.4～4,具体取值由汇水面积按以下原则确定:

(1)当A≤20 km2时,b′=Q100/Q10。

(2)当A>20 km2时,b′值根据经验确定,最小为2。本项目b′值取4。

(3)Transition公式

QT=α×QRT+β×QCT

式中：QRT为 Rationnelle公式求得的周期为T的设计流量；QCT为 Crupedix公式求得的周期为T的设计流量；α，β为平衡系数，β=1-α，当S≤10 km2时,α=(10-S)/9；当S>10 km2时,α=(50-S)/40。

3涵洞水力计算

3.1临界水深Hc和临界流速Vc的计算

临界状态下，涵洞内的水深即临界水深Hc和临界流速Vc。

3.2正常水深Hc和正常流速Vc的计算

正常状态下，涵洞内的水深即正常水深Hn和正常流速Vn,采用曼宁公式计算

Vn=mR2/3i1/2

QT=ωVn

式中：QT为周期为T的设计流量，m3；m为涵洞内粗糙系数，取70；R为涵洞内过水断面的水力半径，m2；i为水流比降(涵底坡度)；ω为过水断面面积，m2， R为圆管涵内径；x为湿周，m,R为圆管涵内径；g为重力加速度，取9.8m/s2。

3.3涵前雍水高Ham的计算

涵前雍水高Ham主要由涵洞进口处的水流高度和流速控制,可利用Bernoulli定律和简化公式计算

式中：Hb为涵洞进口处水流高度，m；Vb为涵洞进口处水流速度，m/s；ke为涵洞进口导流系数。

4涵洞水文设计实例

本项目S2标段PK26+450处一冲沟，此处汇水面积为0.44km2，汇水区域最高点高程为243m，最低点高程为57m，主沟长度为1. 2km，拟设2～1.2m圆管涵,涵洞进口高程H1=50.44m，出口高程H2=49.67m，上游路肩高程H=52.631m。

(1)汇流时间Tc

冲沟汇水面积小于5km2，采用Ventura公式；

II=(243-57)/1 420=0.16

Tc=0.127(S/I)0.5=0.127×(0.44/0.16)0.5=0.21

(2)流量计算Q100

流量计算采用Rionnelle公式，本项目位于Amizour地区，Montana参数a100=25.8，b100=0.58，C100=0.53。

i100=a100×t-b100=25.8×0.204-0.58=64.87

Q100=C100×i100×S/3.6=0.53×64.87×0.44/3.6=4.09

(3)水力计算

由文中提供的公式，可求得临界水深Hc=0.76m，临界流速Vc=2.72m/s，平均水深Hn=0.53m，平均流速Vn=4.21m/s，Hn

①涵前雍水高度验算

涵洞进口处的水流高度

1.2H=1.2×1.2=1.44，满足规范。

②涵内水流的充满率验算

充满率m=0.76/1.2=0.63<0.75，满足规范要求。

③涵洞上游路肩至最高流水面的净空高度验算

净空高度R=52.631-(50.44+1.33)=0.861>0.5，满足规范要求。

④涵内水流的平均流速验算

平均流速平均流速Vn=4.21m/s>4m/s，流速不满足。需要在涵洞进出口设置防冲乱石。

5结语

本文应用法国公路设计规范对阿尔及利亚贝佳亚连接线公路涵洞水文进行了设计计算,并考虑设计流量、水位、流速、壅水高、桥涵净空富裕高度,保证了桥涵孔径和路线纵坡设计的合理性。以上方法可为北非地区的涵洞水文设计提供参考。

参考文献：

[1]阿尔及利亚贝佳亚港口—东西高速公路哈尼夫互通连接线水文报告[R].GroupementKyongdong-saman,2013.

[2]法国高速公路和道路技术研究所.公路排水系统设施[S].中交第一公路勘察设计研究院有限公司(译),2006.

The method and application of hydrological and hydraulic analysis for highway culverts in algeria

TANG Chun-lin,HOU Li-ming

(In the First Highway Survey and Design Institute Co., Ltd., Xi 'an,Shaanxi 710064,China)

Abstract:This paper introduced the process and method of hydrological and hydraulic analysis for highway culverts in Algeria by using the local specifition and standards, and cited an example of the application of the calculation method,and provides references for similar projects.

Keywords:algeria; Béjaia cable project; hydrological; scour protection

中图分类号：U449.1

文献标识码：C

文章编号：1008-3383(2016)03-0062-02

作者简介：汤春林(1983-)，男，安徽六安人，工程师，研究方向：桥涵设计。

收稿日期：2016-04-01