桥涵水文计算基本方法.ppt

,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,桥涵水文计算,1,前 言,桥涵水文是公路、铁路、市政工程中桥梁、路基设计、建设的决定性因素之一，也是衡量桥梁、路基是否符合相应的行业标准的最基本标准。更为重要是它事关洪灾区人民的生命和财产的安全，是灾区人民群众逃生和抢险时有限的几条通道之一。由此可见桥涵水文在桥梁、路基设计、建设中是极其重要的工作项目。,桥涵水文与本行业其它专业有所不同，桥涵水文,调查、分析、计算,本身并无,精度指标,要求，特别强调的是将通过各种途径和方法得到的计算结果进行,比较、论证,后确定最终设计流量，,使其更接近实际，更趋于合理,。本次着重于桥涵水文分析、计算的基本方法和途径。,以上内容是桥涵水文工作主要工作内容，但重中之重是设计流量的推算。至于桥长、冲刷、调治构造物、桥面标高计算相比之下要简单得多，因此，本次的重点放在设计流量的推算、外业调查、勘测的主要过程以及内业工作的主要内容和步骤。,本次培训着重于以下内容：,一般情况水文分析计算,桥孔长度和桥孔布设,桥涵水文设计注意几点问题及探讨,2,第一节 水文勘测分析计算基本途径,桥涵水文计算、分析基本途径如下：,1,、有水文观测资料,水文统计法,2,、无水文观测资料,-,形态断面法,3,、无水文观测资料（无居民,),经验公式法,有水文系列观测资料时水文统计法,（,1,）资料搜集和准备,了解桥梁所处的位置和所属河流、水系，勾绘汇水面积。,收集与本桥位相关的水文、气象资料。,1,）水文站的多年连续或不连续流量系列。,2,）水位站的多年连续或不连续水位系列。,3,）水文站多年使用的基本水文参数，如：糙率、比降、流速。,4,）桥位上游是否有水坝，若有，其设计、较核频率各是多少、,与桥梁设计同频率,的放流情况如何。,5,）桥位附近是否有与已知水文站相关的其它水文站。该水文站的水文系列如何。,6,）调查、搜集历史洪水情况（年份、流量、水位）。,7,）收集所处地区的有关风、雨、流冰、气温等气象资料。,3,（,2,）水文观测资料的收集、整理和插补延长,1,）调查法：通过调查、走访河流两岸附近居民，通过他们对历史洪水的记忆对已有的水文系列进行插补和延长。,2,）考证法：通过文献、历史记载、碑刻、民间传说等对已有的水文系列进行插补和延长。,3,）两系列的相关分析法：若,分析站,水文系列较短，而同一流域内或相近的另系列水文系列较长，则可将该站作为,参证站,，将两站的水文系列通过回归分析的方法得到相关方程，再通过相关方程对较短的,分析站,水文系列进行插补和延长，从而得到更长的水文系列。,4,）流域面积比拟法：当上、下游水文站与测站流域面积相差不超过,10,可直接引用。如较大但不超过,20,可按下式计算：,Q,1,=(F,1,/F,2,)Q,2,5,）水位、流量关系曲线法：当上、下游水文站间无支流汇入，两站相同年的最大洪峰流量大致成比例，则可通过两站资料用如下函数进行插补和延长。,Q=f,（,Q,）,H=f,（,H,）,Q=f,（,H,）,6,）,过程线叠加法：利用两支流洪水过程线叠加得到合流后桥位处的,设计流量。,示例,1,，,两系列的相关分析法算例：,例：某河有甲、乙两相邻水文站，甲站,(,参证站,:,流量,X),有,24,年观测资料，乙站,(,分析站,:,流量,Y),有,14,年，试应用甲站资料延长乙站资料，两站,资料如下表。,4,序号,年代,流量,x,K1,K1,K1,K1,流量,y,K2,K2,K1 K2,1,1950,473,0.32,0.10,（,396,）,（,0.39,）,（,0.15,）,2,51,6170,4.20,17.64,（,3985,）,（,3.86,）,（,15.13,）,3,52,1000,0.68,0.46,（,728,）,（,0.71,）,（,0.50,）,4,53,3030,2.06,4.24,（,2007,）,（,1.96,）,（,3.84,）,5,54,916,0.63,0.40,（,675,）,（,0.66,）,（,0.44,）,6,55,2160,1.47,2.16,（,1459,）,（,1.42,）,（,2.02,）,7,56,1660,1.13,1.28,（,1144,）,（,1.12,）,（,1.25,）,8,57,393,0.27,0.07,（,346,）,（,0.34,）,（,0.12,）,9,58,3915,2.67,7.12,（,2564,）,（,2.50,）,（,6.25,）,10,59,213,0.15,0.02,（,232,）,（,0.23,）,（,0.05,）,11,60,337,0.23,0.05,0.31,0.10,295,（,0.29,）,（,0.08,）,0.12,12,61,1845,1.26,1.58,1.69,2.86,1276,（,1.24,）,（,1.54,）,2.74,13,62,840,0.57,0.32,0.77,0.59,622,（,0.61,）,（,0.37,）,0.61,14,63,560,0.38,0.14,0.51,0.26,440,（,0.43,）,（,0.18,）,0.29,15,64,1760,1.20,1.44,1.62,2.62,1000,（,0.98,）,（,0.96,）,2.06,16,65,2073,1.41,1.99,1.90,3.61,1400,（,1.37,）,（,1.88,）,3.38,17,66,340,0.23,0.05,0.31,0.10,275,（,0.27,）,（,0.07,）,0.11,18,67,1520,1.04,1.08,1.39,1.93,813,（,0.79,）,（,0.62,）,1.43,19,68,1920,1.31,1.72,1.76,3.10,1610,（,1.57,）,（,2.46,）,3.59,20,69,1130,0.77,0.59,1.04,1.08,965,（,0.94,）,（,0.88,）,1.28,21,70,840,0.57,0.32,0.77,0.59,618,（,0.60,）,（,0.36,）,0.61,22,71,1090,0.74,0.55,1.00,1.00,814,（,0.79,）,（,0.62,）,1.04,23,72,407,0.28,0.08,0.37,.014,350,（,0.34,）,（,0.12,）,0.16,24,73,630,0.43,0.19,0.58,0.34,529,（,0.52,）,（,0.27,）,0.39,35222,24,43.59,14.02,18.32,11007,13.99,17.66,17.81,水文系列回归分析计算表,5,回归分析方程式：,Y-Y=,gs,y,/,s,x,(X-X),两系列近,14,年平均流量,：,Y,786,，,X,1092,经计算得,:,均方差,:,s,y=416,s,x=629,相关系数,g=,0.96,相关系数机误,E,g,0.014,判断相关程度：,4,E,g,=,40.014,0.056,g,0.96,4,E,g,相关良好,根据以上,回归分析方程式及相应各参数得到以下方程式：,Y,786,0.96416,629,（,X,1092,）,整理得,:,Y=,0.63X+98.04,(,本题为直线相关）,其中自变量,X,为,参证站,（,流量,x,）系列流量,;,y,为,分析站,（,流量,y,）系列流量。上表括号内,（,流量,y,）为插补后分析站流量,y,的系列流量,插补延长所得资料不宜用于第三站，可能引起较大误差,。,6,方程：,Y=0.63,x,+98.04,*,*,*,*,*,*,*,*,*,*,*,*,*,*,*,*,*,*,400,800,1200,1600,2000,2400,2800,3200,3600,4000,4400,500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 4500 5000 5500 6000,相 关 分 析 方 程 图 像,参 证 站 流 量,分 析 站 流 量,7,Q=f(Q,),。,。,。,。,。,。,。,。,。,。,。,H=f(H,),。,。,。,。,。,。,。,。,。,。,。,。,。,。,。,。,。,。,。,。,水位、流量关系曲线,分析站流量和水位,参证站流量和水位,Q,H,Q,H,Q=f(H,),示例,2,水位、流量关系曲线法示例：,水位、流量关系曲线法就是利用两系列的水位、流量对应关系曲线,直接对分析站系列流量进行插补和延长，如下图：,8,示例,3,，,过程线叠加法：,当两支流上有较长的观测系列，合流后实测资料系列短，则可利用两支流过程线叠加法，插补延长合流后的流量，洪水传播时间按下式计算：,t=L/V,S,其中：,L-,洪水传播距离,(m),V,S,洪水传播速度,(m/s),，根据实测资料选其出现次数最多者,桥位,支流,1,支流,2,支流,1,支流,2,洪水传播时间,t,流量,Q,11,Q,21,Q,22,Q,12,Q,13,Q,23,试比较：,Q,11,+Q,21,Q,12,+Q,22,Q,13,+Q,23,组合结果的大小,合流,t,1,t,2,9,3,、,历史洪水情况的调查、考证和排序,（,1,）历史洪水的调查与流量计算（与形态断面法相同）,1,）调查河段的选择原则,最好靠近所选断面附近,选择有居民、易于指认洪痕的河段,所选河段顺直，断面规整，,基线与桥位间无支流汇入,2,）洪水发生年份的调查及方法,联系历史以便确认记忆,引导群众以民间事件为突破点恢复当年的记忆,由民谚、刻字、碑文、报刊、历史文献、日记查得,3),指认并确定洪痕,4,、历史洪水分析,1,）洪水大、小的判断。其方法主要如下：,根据洪水淹没深度来判断,根据建筑物破坏程度来判断,从诗文、叙事来判断,根据受灾范围、河流决口、漫溢的上下游位置来判断,10,5,、历史,洪水的排位,历史洪水的顺位，应充分利用文献记载，将调查、考证和实测到的大洪水分别置于不同历史时期去考察。首位（或前几位）应根据调查期和考证期综合排列。,例：某站,36,年实测水文资料,(1935-1974),，,实测期,最大洪峰流量,9700m/s(1974,年）。在近百年,调查期,中,大于,1974,年的历史洪水有两次，分别为,36000m/s,（,1867,年），,31000m/s,（,1921,年）；自文献上,考证,得知的特大洪水尚有,43000m/s,（,1583,年），且有自,1400,年,1974,年的,574,年间，与,1867,年大、小相当的洪水还发生过,5,次（分别为,1416,、,1583,、,1693,、,1770,、,1852,年）。能够确定大于,1867,年洪水的有三次，大于或相当于,1921,年的洪水除上述,6,次以外尚有,1472,年、,1706,年、,1724,年三次。,1583,年之前是否还有更大的洪水无从考证。,在对以上各流量进行排序时需注意以下几方面问题,三个期限，即：,实测期、调查期、考证期,。,同一年份（流量）在不同系列中排号。,同一年份（流量）在不同系列中排号哪个更合理。,发生洪水的特征年,:1583,、,1867,、,1921,、,1974,年。,11,6,、场次洪水次序和所处期限,期限 时间 最大流量,实测期,36,年,(1935-1974)29700m/s,调查期,108,年,(19741867,）,36000m/s,（,1867,年）,31000m/s,（,1921,年）,29700m/s,（,1974,年）,考证,期,574,年,(,1974,1400,）,43000m/s,（,1583,年）,其中：与,1867,年大小相当的洪水还发生过,5,次，分别为：,1416,、,1583,、,1693,、,1770,、,1852,年，能够确定大于,1867,年洪水的有,3,次。相当于,1921,年的洪水除上述,6,次以外尚有：,1472,、,1706,、,1724,年,3,次。,12,7,、排序结果如下,：,（,1,）,1974,年洪水：,实测,36,年系列中,29700,m/s(1974,年）虽排序第一,但因系,列过短已无意义。,在,108,年的调查期内排第三位,(,第一位,1867,年，第二位,1921,年，第三位,1974,年）。,（,2,）,1867,年洪水：理应是自,1867,年,1974,年这,108,年的第一位，但通过文献考证,知：自,1400,年,1974,年的,574,年中，相当于,1867,年,5,次，其中大于,1867,年,3,次，因此,1867,年洪水在,574,年系列中应排在第,46,位。,（,3,）,1921,年洪水；根据文献考证，在,574,年中大于或相当于它的除以上,6,次外尚,有,1427,、,1706,、,1724,年,3,次共,9,次，由于本次洪水灾情小于,1867,年，文献记,载可能会有遗漏，尽管本次洪水同处于考证期和调查期之内，考虑到本次,洪水相对较小,和所在系列的相对可靠程度，因此，它的顺位可在调查期,中（,1876,年,1974,年）排位，即：,108,年中居第二位,1867,年排第一位）。,（,4,）,1583,年洪水在,1400,年,1974,年这,574,年中，没有超过它的洪水发生，因此,1583,年的洪水在,574,年中排第一位，再长时间无法考证。,各年流量对应频率排列表,年份,1974,1921,1867,1583,频率,3/109,2/109,4/575,1/575,各频率对应的流量根据形态断面法计算，最终设计流量需论证确定,13,第二节 有水文系列设计流量计算方法,例：某桥位附近有水文站，能搜集到,20,年连续的流量观测资料，通过洪水文献考证知，从,1784,年至,1982,年期间，曾有,8,年发生过较大洪水。其中：,1880,年、,1948,年和,1955,年能调查到历史洪水位，可推算得洪水流量；,1975,年在实测期内，有实测资料；其余,4,年未能获得流量资料，只知,1784,年洪水大于,1880,年，另,3,年洪水均小于,1948,年，试求洪水流量,Q,1%,。,关键词：考证期、,调查期、,实测期、,经验频率、经验频率曲线、,理论频率曲线,重点参数和公式：,Q,、,C,V,、,C,S,、,P,曲线和公式,Q,P%,=Q(1+,P,C,V,),解：,经验频率分析方法：,第一种方法：可分为,3,个独立系列：,考证期（,1784,年,1982,年）,N,2,为,199,年，,1784,年洪水频率为：,P,1,/(N+1)=1/200=0.5%,。,调查期（,1880,年,1982,年）,N,1,为,103,年，包括,1880,年、,1948,年、,1955,年和,1975,年（在实测期内）,4,个特大值。频率分别为：,P=,M,/(103+1),M,取,1,、,2,、,3,、,4,实测期（,1963,年,1982,年）,n,为,20,年，频率为：,P=m/(n+1),m,取,1,、,2,、,3,、,20,，其中,1975,年为特大洪水，则,L=1,。,14,第二种方法：在考证期内,199,年中各流量统一排位：,实测系列外特大值,经验频率：,P,M/(N+1),（,1,）,实测系列内其它项,经验频率：,Pm=P+(1-P)(m-L)/(n-L+1),（,2,）,考证期：,N,199,年，,M,=1,1784,年的流量,调查期,:n=103,年，,a,1,4,，包括,1880,年、,1948,年、,1955,年和,1975,年,的特大洪水。,L1,1,，即,1975,年洪水。,实测期：,n=20,年，包括特大值,1975,年流量，应在调查期内按特大值排位。,水文站观测资料只有,20,年，年限较短，代表性不强，采用第二种方法的计算结果。,(,用公式（,2,）计算）,1955,1975,1948,1880,1784,a,2,=1,a,1,=4,1963,实测期,n=20,调查期,N,1,=103,考证期,N,2,=199,L=1,15,按年份顺序排列,按流量大小排列,经验频率,P,（）,经验频率,P,（）,方法二,经验频率,P,（）,采用值,年份,流量,(m,/s),年份,流量,(m,/s),方法一,1784,3800,1784,3800,0.50,0.50,0.5,1880,3800,1880,3800,1.00,0.96,1.00,1.0,1948,3350,1955,3550,1.92,1.96,2.0,1955,3350,1975,3470,2.88,4.76,2.92,2.9,1963,2570,1948,3350,3.85,3.88,3.9,1964,3025,1964,3025,9.52,8.69,8.7,1965,1750,1970,2805,14.29,13.49,13.5,1966,1600,1963,2570,19.05,18.30,18.3,1967,1490,1968,2270,23.81,23.10,23.1,1968,2270,1974,1960,28.57,27.91,27.9,1969,1280,1979,1840,33.33,32.72,32.7,1970,2850,1965,1750,38.10,37.52,37.5,经 验 频 率 计 算 表,3.88+,（,100-3.88,）,*,（,2-1,）,/(20-1+1),1+,（,100-1,）,*,（,2-1,）,/(103-1+1),16,1971,1680,1972,1710,42.86,42.33,42.3,1972,1710,1971,1680,47.62,47.13,47.1,1973,1580,1966,1600,52.38,51.94,51.9,1974,1960,1973,1580,57.14,56.75,56.7,1975,3470,1978,1550,61.90,61.55,61.6,1976,1100,1981,1510,66.67,66.36,66.4,1977,1310,1967,1490,71.43,71.16,71.2,1978,1550,1982,1460,76.19,75.97,76.0,1979,1840,1977,1310,80.95,80.87,80.8,1980,840,1969,1280,85.71,85.58,85.6,1981,1510,1976,1100,90.48,90.93,90.4,1982,1460,1980,840,95.24,95.19,95.2,17,点绘经验频率曲线：,将经验频率点群点绘于海森几率格纸上，目估通过点群分布中心，并兼顾到特大值作曲线，得到经验频率曲线。,适线中重点参数的求算：,应用,3,点适线法确定统计参数,Q,、,C,V,和,C,S,。在经验频率,曲线上读,P,5%,P,50%,P,95%,所对应的流量得,Q,5%,=3210 m,/s(Q,1,),、,Q,50%,=1750 m,/s(Q,2,),、,Q,95%,=970 m,/s(Q,3,),公式：,S,(Q1+Q3-2Q2)/(Q1-Q3,）,S,（,3120,970,21750,）,/,（,3120,970,）,0.274,查表得：,C,S,0.99,，并知，当,C,S,0.99,时，,P,1,5%,1,=1.88,P,2,=50%,2,=-0.16,P,3,=95%,3,=-1.32,公式：,Q,=(Q,3,1,Q,1,3,）,/,（,1,3,）,9701.88,3120,（,1.32,）,/1.88,（,.32,）,1857,m,/s,公式：,C,V,（,Q,1,Q,3,）,/(Q,3,1,Q,1,3,）,0.36,18,作理论频率曲线、适线、推求设计流量,作理论频率曲线、适线：,以,Q,=1857,m,/s,、,C,V,0.36,、,C,S,0.99,选取,P1%,、,2,95,各频率并查表得各对应的,P,值，根据,P,曲线公式：,Q,P%,=Q(1+,P,C,V,),求得,:,作理论频率曲线,:Q,P%,=1857*(1+0.36,P,),各,P%,频率对应的流量,Q,P%,如下表,表中,KP=(1+,P,C,V,),P(%),1,2,5,10,20,50,75,90,95,3.01,2.54,1.88,1.34,0.76,-0.16,-0.73,-1.13,-1.32,K,P,2.08,1.91,1.68,1.48,1.27,0.94,0.74,0.59,0.52,Q,P,3863,3547,3120,2748,2358,1746,1374,1096,966,19,将各频率,P%,和对应的流量,QP%,点绘于,海森几率格纸上，检测理论曲线和经验曲线的符合状况，若符合很好，则该理论曲线即为所求，否则调整,CV,值,后重复以上过程重新适线，直至两线符合很好为止，再利用最终的理论曲线参数再推求设计流量。,推求设计流量：,利用,P,曲线公式并查各表得设计频率,1,计算可得设计流量,Q1,即：,Q1,Q(1+,1,CV)=3863,m,/s,经验频率计算及经验频率曲线、理论频率曲线见下图,20,经验频率曲线,理论频率曲线,1000,2000,3000,4000,5000,6000,7000,8000,1,5,10,20,30,40,50,60,70,80,90,95,100(%),.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,21,第三节 形态断面法推求设计流量,(,无观测资料）,形态断面位置的选择,1,）河道顺直。,2,）滩、槽力求分明。,3,）形态断面与桥位间无支流汇入。,4,）河槽中无岛与沙洲。,5,）形态断面的位置尽量便于洪水点的指认和测量。,洪水调查及洪水位测量,1,）场次洪水的调查：方法与前述相同，但须在指认地现场钉桩、编号、口述记录，调查时应有第三者确认签字。,2,）洪水位的测量：要从水准点引测通过中间转点直至调查指认的各洪水位点，并回测闭合到水准点。,3,）通过被调查人口述的时间或年龄确定对应场次洪水的对应频率，并须注意该场次洪水的实际频率与此人实际年纪的关系。,22,洪水（水面）比降的调查和测量：,1),洪水比降是指沿河流某岸调查同一场次洪水所得到的多个洪水位点，再通过测量（方法同洪水位测量）得到各点标高，将其投影至中泓轴线上，点绘在坐标纸上（纵：洪水点标高，横：轴线上各点投影距离）再计算确定洪水比降,i,值。,2,）现有河流水面比降的测量方法：,沿现有河流水面按,水文勘测规范,有关规定，在桥位上、下游事先布点，各点一人，每人一个木桩。先将木桩打入土中但不能打到与水面平。,看信号，所有人同时将木桩打至桩顶与水面平齐。,测量各桩顶标高、点绘各点、推求水面比降，用以代替洪水比降。,23,被调查人,年 龄,职 业,居 住 地,其它被调查人,胡 车,60,放羊官,巴离村,胡 优,记述：,我是当地生人，今年,60,岁，一直生活在这里。我记得我,21,岁那年蛤蟆河发大水，水很大，我很害怕，水面在这儿也到我腰这麽深（就地量测：,1.1,米），我记得那年老王家狗剩取的媳妇，但大水两天就退了。这场水还不是最大的，我,48,岁那年水更大，大水到我家房檐了，全村的人都跑后山上去了，我可以领你们到河边的山坡再看，这里水深有,1.3,米。我一生就遇上这两场大洪水，但我听老一辈人说民国初还发生过一场洪水，听它们讲的情景要比这两次洪水大得多，听说那次洪水后这个村子房子全没了，人也死了,200,多。,证明人：它说后两次的我也经历了，民国初还发生过的那场洪水我听说也是这样。,结论：,被调查人记忆清晰，且有其它事实佐证，旁证也证实事实准确。,调查人,张 三,证明人,李 四,洪 水 调 查 表,洪水编号：洪,1,调查时间：,99.6.5,24,形态断面法洪水点勘测过程示意图,水文基线断面,桥位（顺桩断面）,。,。,。,洪,1,洪,2,洪,3,洪,4,。线外水准点,1,。线外水准点,2,中泓轴线,水准路线,流向,BM,1,BM,2,转点,+,转点,+,转点,+,+,转点,+,转点,25,河滩,m,1,河滩,m,3,边滩,m,2,边滩,m,2,主槽,m,1,按,水面比降从洪水点推算至基线断面处的,调查洪水位,。,。,。,。洪,4,洪,3,洪,2,洪,1,桩号,河底标高,洪水点在中泓线间距,各洪水位标高,水面比降计算图,某洪水位在基线处状况,m,为糙率系数,26,设计流量、设计水位的推求：,有水文系列设计流量的推求方法是用观测资料直接推求系列平均流量,Q,和参数,Cv,，然后再利用,P,公式 推求设计流量,Q,P%,。,。,无水文系列时利用形态断面法推求设计流量。,形态断面法：,1,）将测得各洪水位推算至已测的形态断面内，推求对应频率,（,P%),下的流量,Q,P%,2,）根据已知频率查表得,P%,值，并根据桥梁所在区域查阅有关资料得到,Cv,值，根据,P,公式,Q,P%,=Q(1+,P%,Cv),反求平均流量,Q,。,3,）查表得,Q,1%,对应,1%,值，根据已求得的平均流量,Q,值再通过,P,公式,Q,1%,=Q(1+,1%,Cv),即可得到,设计流量,Q,1%,。,4,）将通过以上计算所得的每个流量（含经验公式法结果）一并通过论证确定最终设计流量,5,）将设计流量,Q,1%,放在形态断面内得到了形态断面处水位,H,1%,6,）将形态断面处水位,H,1%,通过洪水水面比降推算至桥位处的,设计水位,H,1%,27,形态断面法推求设计流量工作流程：,重点工作步骤：,1,）调查得到形态断面处某年洪水位,H,，并确定,该年,洪水频率,P,，测得,洪 水水面比降,I,2,）将该洪水位,H,通过洪水比降,I,推算至,形态断面处，得到形态断面处洪水位,H,1,H,1,H,IL,，其余流程如下：,已知,形态断面处,H,1,（对应）,P,根据河床面,选择滩、槽,糙率系数,M,根据形态断面,上计算该,H,1,、,糙率系数,M,利用水利学,原理计算,P,对应,流量,Q,P,根据已求得,的流量,Q,P,、,区域,C,V,用,P,公式,反算平均,流量,Q,根据平均流量,Q,、查表得,1,再根据,P,公式推求,Q,1%,将,Q,1%,重置于,形态断面上，并计算该流量对应的水位,H,，将该,H,推算至桥位处得,H,Q,28,流量观测资料缺乏时洪峰流量的推求,根据调查历史洪水资料推求设计流量,若调查历史洪水,Q1,和,Q2,根据,皮尔逊,型曲线,（,P),公式：,Q1=Q(1+,1,Cv),Q2=Q(1+,2,Cv),得,X,Q1/Q2=Q(1+,1,Cv)/Q(1+,2,Cv),既,X,K1/K2,由此可得,QP=,（,KP/K2,）,Q2,其中,KP/K2,可查表获得。,例：根据调查历史洪水资料得两个洪水资料,相应洪水重现期分别为,20,年和,8,年，相应流量分别为,Q20=150m,/s,Q8=97,m,/s,，求设计流量,Q1%.,根据以上公式得,X,Q20/Q8=150,/97,1.55,查有关表得,Cv,1.3,，该值与桥位所在区域得,Cv,相符，再查本表得,K100/K8=2.58,所以由 公式：,Q1%,（,K100/K8,）,Q8,即,Q1%,2.5897,250m,/s,根据地区洪水经验公式推求设计流量，地区洪水经验公式较多，所以要注意以下问题,:,1,）什麽行业的公式。,2,）适用区域,29,第四节 全国水文分区流量公式,(,无观测资料）,30,第五节,径流公式,(,无观测资料）,小,流域,面积,无,观测资料,，设计流量,可,采用径流公式,计算。,31,第二章 桥孔长度和桥孔布设,桥孔长度的确定,概念,1,）桥孔长度：沿着设计水位的水面线，两桥台前缘的水面长度,2,）桥孔净长：桥孔长度扣除桥墩宽度后的长度,桥孔长度的计算及适用条件,1,）,河槽宽度公式：,Lj=KqBc(Q,P,/Q,C,),适用条件：开口、顺直微弯段及滩、槽可分的不稳定河段,重点参数：,河槽宽度,Bc,2,）单宽流量公式：,Lj=Q,P,/(,q,c,),其中：,q,c,Q,C,/B,C,适用条件：宽滩河段,重点参数：,河槽平均单宽流量,q,c,（,m,/s.m),3,）,基本河宽公式,Lj=,C,P,B,0,适用条件：滩、槽难分的不稳定河段,重点参数：,B,0,基本河槽宽度（公式计算）,n,3,32,参考方法,-,供需面积法：,（,1,）所需过水面积,SX,为,SX=QP,/(,VP),其中：,VP,设计流速，依河槽情况而定，一般取河槽平均流速。,水流压缩系数,（,2,）桥下供给面积,SG,根据计算所需桥长在顺桩断面上两桥台所截取的累计面积差而得：,SG,S2,S1,。,（,3,）冲刷系数：,P=SX/SG,SX,冲刷终止时桥下需要过水面积,SG,冲刷前桥下提供过水面积,该冲刷系数一般在,1.2,1.4,之间,（,4,）桥位的布设,桥下供给面积,SG,应该扣除锥坡、桥墩所占的过水面积。,桥位的具体布设应根据河槽的滩、槽具体分布情况据实布设，最后得到最终桥位，同时获得最终桥下下供给面积,SG,。,33,过水面积累计曲线,桥孔布设,高程,累计面积,S,2,S,1,供给面积,S,G,=S,2,S,1,桩号,设计水位,供需面积法桥孔布设,S=f(L),河槽,L1,L2,桥长,L,2,-L,1,34,桥面设计高程的确定,无通航河流桥面设计高程的确定,H,min,=H,s,+,h+,h,j,+,h,0,其中：,H,s,：,为设计水位,h,：为考虑壅水、浪高等因素,h,j,：,为桥下净空安全值,h,0,：,为桥梁上部结构建筑高度,1,）在计算浪高时风玫瑰图的使用：,NW,桥位,浪程,L,N,E,W,S,NW,SE,NE,SW,风玫瑰图,22.5,河流,风向（最大）,SE,说明：,A,、应使用桥位所在风区的风玫瑰图。,B,、应使用桥位所在风区的汛期风玫瑰图。,35,2,）,浪高、,壅高、,波浪侵袭高度示意图,其中：,Z,计算得，,Z,可取,Z/2,h1,h1,浪高,h2,h2,波浪侵袭高度,静水面,桥前最大壅水高,Z,桥位,桥下壅水高,Z,水面曲线,河岸或河堤,实际水面,说明：,Z,一,般取,0.5 Z,，但山区半山区可以取,Z,36,通航河流桥面设计高程的确定,H,min=Htn+Hm+,h0,式中：,Htn,设计最高通航水位,Hm,通航净空高度,说明：,桥面设计高程除,满足通航要求外，尚应满足泄洪要求。,桥面设计高程取两者大值。,墩、台冲刷计算,桥下一般冲刷计算,勘规,法,1,）非粘性土河床桥下一般冲刷计算后的最大水深,H,max,（,1,）河槽部分,64,2,简化式（输砂平衡原理）,64,1,修正式,(,动力平衡流速、冲止流速原理）,（,2,）河滩部分,2,）粘性土河床桥下一般冲刷计算,H,max,（,1,）河槽部分,（,2,）河滩部分,37,墩、台局部冲刷计算,(,局部冲刷坑深度,Hb),1,）非粘性土河床桥墩局部冲刷计算,勘规,法,652,式,651,修正式,2,）粘性土河床桥墩局部冲刷计算,勘规,法,注意：,1,）在进行桥下局部冲刷计算时，各计算式中的一般冲刷后,墩前行近流速,，,应根据计算一般冲刷所采用的公式的形成原理,（输砂平衡原理：动力平衡流速、冲止流速原理等），,选用对应的墩前行近流速计算公式。,2,）要分清河床土质（粘性、非粘性土）、计算部位（河槽、河滩）。,3,）总冲刷深度应包括河床自然演变冲刷、一般冲刷和局部冲刷。,桥台最大冲刷深度（目前尚不成熟），可参照公路桥涵设计手册桥位设计,一书计算。,公路工程水文勘测设计规范条文说明第,7.4.3,条,。该,手册,称,95,1,，,95,2,，和按冲刷系数,P,等方法计算。,最低冲刷线标高确定：,H=HP-,H,max-,Hb,38,河滩,边滩,主槽,边滩,河滩,河槽,设计水位,平槽水位,第三章 桥涵水文设计注意几点问题及探讨,河床横断面图,39,目前，我国河流的堤坝防洪标准除较大的城市可能达到,1,外，野外河堤防洪标准一般都达不到,1,，多数在,1/30,-,1/20,之间，不能满足我国现行公路、桥梁,设计规范,防洪标准。,河堤的安全高度,h,一般是不能占用的，它至少包括河堤本身的,波浪侵袭高和,0.5,米的安全高度，考虑溃堤时除外。,桥梁设计长度和高度应考虑这种事实的存在，并应兼顾到溃堤、不溃堤两种可能的事实存在，最大限度保证桥梁在使用过程中的安全。,堤内水位（河堤设计频率下）,堤,堤,h,桥高、桥长问题,跨河堤桥梁设计的关键要素,40,堤内、外设计流量的确定,查明防洪堤远景规划最大安全泄洪流量,Qan,并与桥梁设计流量,Qs,作比较,若,Qan,小于,Qs,，则,跨越河堤的桥梁,的设计流量采用,Qan,，,Qan,必须考虑远期提高防洪标准，且不得少于平堤通过的流量，同时堤外应设防洪桥孔或另设防洪桥。其流量按,Qw=Qs-Qan,，,Qan,为不考虑远期提高防洪标准，也不平堤，仍按现状计算河道安全泄洪量。这样，建堤后堤内、外桥梁（孔径）泄洪能力总和大于,Qs,若,Qan,大于,Qs,时，则桥梁设计流量仍采用,Qs,，但梁底高程必须高于远景规划的,堤顶高程,，通航河流亦应满足通航净空要求。堤内的最大泄洪流量的计算，一般由水利部门提供。,冲刷计算采用的洪水频率,视桥梁重要程度，采用,100,年一遇或是,300,年一遇。,41,桥头引道长度和范围问题,功能方面：连接路基和桥梁。（无界限和长度的制约因素）,防洪方面：桥台至洪泛区边缘。（有界限和长度的制约因素）,桥头引道范围示意图,洪泛区边界,洪泛区边界,设计线,桥头引道范围,桥头引道范围,42,洪峰流量、对应频率；平均流量、设计流量对应关系问题：,各,洪峰流量必须有它们各自对应的频率才有意义，否则无用。,设计流量是根据洪峰流量和与之对应的频率通过平均流量推求而得。,仅调查到某年的洪水位而没有确定对应的频率，无法由它推求平均流量和设计流量，因此，此时的它是没有任何意义的。,设计流量的论证和最终确定,-,论证过程中的引证要素,已经建成或正在使用中的桥梁水文成果,有关部门，特别是水利部门的成果,调查成果的可靠度,设计经验的积累,各种计算结果的相互对比和说明,最终设计流量确定的重点理由,43,