渠道冻深修正，最大化冻结指数值！

（一）标准冻深

在不遮荫平地上，含水量较低（一般应＜0.8倍塑限）的土层中，不存在地下水影响、表面无积雪时的冻深多年平均值称为标准冻深。当有多年冻深观测资料时，可直接取用多年平均值。要求确定多年平均冻深的最少资料年限为10年。根据我国有关地区冻深Cv值的分析，占总站数93%的观测站的Cv小于0.17。经过计算，只需要有10年的观测资料，就可以保证在0.01置信水平上冻深的误差小于10%。因此规定10年作为最小观测年限要求，可以保证确定标准冻深的准确性。

当冻深资料年限不足时，可根据多年平均气温冻结指数计算标准冻深：

式中：H0为标准冻深，cm；I0为冻结指数多年平均值；α为系数，从观测资料看，α与冻深有关，H0越大，α越大。

冻结指数是在一个冻结周期内，日平均负气温的绝对值为最大的连续累积值，单位为（℃·d），按式（5-35）计算。确定计算的起始和终止日期时，应使冻结指数值达到最大。

式中：t为稳定进入冻结期后的逐日气温值；n为计算期的天数，计算期的选择应在气温进入和退出负温时前后移动，使计算的负温指数达到最大，计算结果取绝对值。

根据标准冻深资料和负气温指数作回归分析求得，其关系式为：

或

α计算值如表5-4。

表5-4　α值表

（二）工程设计冻深

工程设计冻深指在工程部位的日照、地下水位等具体条件下，相应于一定频率的设计冻深，其计算式为：

式中：KP、Kd、Kz分别为考虑冻深年际变化频率、渠道及建筑物的遮荫条件以及地下水位影响的修正系数。

（1）频率模比系数KP。《渠系工程抗冻胀设计规范》规定，冻胀破坏频率对4级、5级渠道按10%（10年一遇）设计；对3级及以上的渠道，则按5%（20年一遇）设计。根据吉林省水利科学研究所的成果，冻深年际频率分布曲线以皮尔逊Ⅲ型正态分布（Cs=0）曲线适线较好。可以根据频率分析得出Cv值，再按下式计算频率模比系数。(www.xing528.com)

式中：Cv为变差系数；Φ为离均系数，可由一般频率手册查得。据有关气象站资料分析，Cv值随冻深减少而加大，详见表5-5。根据这些资料绘制了在保证率分别为5%及10%下的KP-H0曲线，见图5-7。

表5-5　冻深年际变差系数Cv与冻深关系

图5-7　冻深频率模比系数图

（2）考虑日照及遮荫程度的冻深修正系数Kd。此项修正主要是考虑坡面指向不同、受到日照条件不同、接受太阳辐射能不同使土壤冻结深度发生变化的修正系数。

设工程表面受到太阳辐射而吸收的热量为R，则根据近表面的热量平衡分析，这部分热量相当于把表面温度提高了R/a，其中a为空气的放热系数。因此冻深值也相应减小。渠道和建筑物表面因朝向不同、坡面的角度不同和工程所在纬度不同等原因，吸收的阳光辐射也不同，因而造成工程各部位的冻深不同。影响这种差异性的因素还有渠道的走向，渠轴线为东西方向时，阴阳坡面的受热程度差异最大，冻深差别也最大；渠道轴线为南北方向时，基本无差异。表5-6是甘肃省测得的不同渠道（边坡系数1∶1.5）走向相应的冻深沿渠道断面的分布。

《渠系工程抗冻胀设计规范》在考虑了安全因素后，规定日照和遮荫程度的修正系数值为：向阳面Kd=0.65～1.0，底面Kd=1.0～1.2，阴坡面Kd=1.2～1.5。《水工建筑物抗冰冻设计规范》根据西北水科所、山东省水科所及宁夏水科所对不同坡面上太阳辐射强度及其对冻深影响的分析计算成果，规定了不同纬度、不同走向渠道、不同边坡系数和不同宽深比渠道边坡上冻深值的修正系数，并制定了表格可以查算。

表5-6　冻深沿渠道横断面的分布 单位：m

（3）地下水位埋深的修正KZ。当地下水埋深小于某临界值时，地下水位的影响变得十分显著。《渠系工程抗冻胀设计规范》根据甘肃、辽宁等地的资料规定了修正系数KZ的值见表5-7。

表5-7　地下水位修正系数KZ值

注　1.Z为地下水位深度，可取当地日平均气温稳定降至0℃日前或后5d内的地下水位平均值；2.可据Z值用内插法取KZ值。

（4）其他影响冻深的因素。积雪的影响相当于在土面上有一保温层，因此积雪对冻深的影响较大。但考虑影响积雪厚度的因素很多，同时降雪及雪覆盖的时间对冻深均有影响，因此从偏安全计，《渠系工程抗冻胀设计规范》未考虑积雪对冻深的影响。

土壤含水量的影响。根据吉林省水科所的研究，冻深与含水量平方根成正比。由于含水量受地下水位影响很大，因此认为在地下水位影响因素中已包含了含水量的影响，可不再另行考虑。

土壤质地影响。现有试验资料尚不足以定量分析此项修正，且其影响不很大，在目前可不予考虑。