桥涵水文课件资料

第第4章章 设计洪水流量设计洪水流量p4.1 根据流量观测资料推算设计流量根据流量观测资料推算设计流量p4.2 根据地区经验公式推算设计流量根据地区经验公式推算设计流量p4.3 推理公式和经验公式推理公式和经验公式p设计流量设计流量：公路、桥梁和涵洞等各项工程设计时，：公路、桥梁和涵洞等各项工程设计时，根据国家技术标准规定的根据国家技术标准规定的某一设计洪水频率（如某一设计洪水频率（如表表3-3-2），推算该频率相应洪水的洪峰流量，推算该频率相应洪水的洪峰流量(m3/s)。p设计水位设计水位：桥位计算断面上通过设计流量时相应：桥位计算断面上通过设计流量时相应 的水位的水位(m)。p设计流速设计流速：设计流量通过时桥位断面的：设计流量通过时桥位断面的河槽河槽平均平均 流速流速(m/s)。引言引言表表3-3-2公路工程技术标准公路工程技术标准（JTG B01-2003）规定，）规定，永久性桥涵永久性桥涵的设计洪水频率如下表所示：的设计洪水频率如下表所示：概念补充：概念补充：p按照使用期限分：临时性桥涵、永久性桥涵、半按照使用期限分：临时性桥涵、永久性桥涵、半永久性桥涵。永久性桥涵。p临时性桥涵临时性桥涵：构造简易，仅在有限的短时间内使：构造简易，仅在有限的短时间内使用，或在永久性桥梁建成之前供维持交通之用。用，或在永久性桥梁建成之前供维持交通之用。p永久性桥涵永久性桥涵：长期使用，需按照规定的设计洪水：长期使用，需按照规定的设计洪水频率、桥面宽度和检查维修设备等进行设计。频率、桥面宽度和检查维修设备等进行设计。p半永久性桥涵半永久性桥涵：一般是下部结构按永久性设计，：一般是下部结构按永久性设计，而上部结构是临时性的，易于更换的。而上部结构是临时性的，易于更换的。推求设计流量的方法汇总：推求设计流量的方法汇总：适用于适用于大中河流大中河流，资料多，中等以上流域，资料多，中等以上流域p一、水文统计法一、水文统计法p二、地区性公式、暴雨径流的推理公式二、地区性公式、暴雨径流的推理公式 适用于适用于中小河流中小河流，无水文站观测资料，无水文站观测资料p三、相关分析三、相关分析 资料较少，资料较少，插补插补、延长延长水文资料系列。水文资料系列。p学习目的：掌握由流量资料学习目的：掌握由流量资料推求推求设计洪水的原理设计洪水的原理和方法。和方法。一、任务：一、任务：现在需要在黄河支流汾河临汾市某镇附近建设现在需要在黄河支流汾河临汾市某镇附近建设一座中型桥梁。根据规范要求，该桥梁设计标准一座中型桥梁。根据规范要求，该桥梁设计标准之一是能够抵御之一是能够抵御100年一遇的洪水。作为设计人员，年一遇的洪水。作为设计人员，该如何完成此任务？该如何完成此任务？4.1 根据流量观测资料推算设计流量根据流量观测资料推算设计流量二、步骤：二、步骤：1、来到汾河建桥地点水文断面附近的水文站，索、来到汾河建桥地点水文断面附近的水文站，索要或者购买建站以来的水文资料特别是要或者购买建站以来的水文资料特别是洪水洪水资料。资料。假设你特别幸运，水文站对你很友好，将建站假设你特别幸运，水文站对你很友好，将建站以来共以来共24年（年（1990-2013）的数据都给你了。）的数据都给你了。2、分析这些数据的可靠性、代表性和一致性。、分析这些数据的可靠性、代表性和一致性。3、频率计算。、频率计算。累积频率累积频率 经验（累积）频率曲线经验（累积）频率曲线 实测资料实测资料 统计参数统计参数 理论频率曲线理论频率曲线三、经验频率点群与理论频率曲线拟合结果如下：三、经验频率点群与理论频率曲线拟合结果如下：四、分析：四、分析：p但是但是，由于洪水观测年限与总体相比差之甚远，由于洪水观测年限与总体相比差之甚远，经验频率点群分布并不是一条光滑的连续曲线；经验频率点群分布并不是一条光滑的连续曲线；而由三个统计参数确定的而由三个统计参数确定的P-理论频率曲线，由理论频率曲线，由于观测年限有限，抽样误差较大，使其与经验频于观测年限有限，抽样误差较大，使其与经验频率曲线偏离较大。率曲线偏离较大。p即两者拟合不是很贴切，因此必须采取某方法确即两者拟合不是很贴切，因此必须采取某方法确定合适的统计参数，从而改变理论频率曲线走向定合适的统计参数，从而改变理论频率曲线走向和趋势，使两者拟合最好。和趋势，使两者拟合最好。p通过调整统计参数，选择一条与经验频率点群拟通过调整统计参数，选择一条与经验频率点群拟合最好的理论频率曲线，此方法叫做合最好的理论频率曲线，此方法叫做适线法适线法。五、适线法的步骤：五、适线法的步骤：1、将审核过的水文资料按、将审核过的水文资料按递减递减顺序排列，计算各随机变量的顺序排列，计算各随机变量的经经验频率验频率，并点绘于几率格纸上。，并点绘于几率格纸上。2、计算统计参数、计算统计参数 、Cv，假定，假定Cs=m Cv，在我国一般取，在我国一般取m=24。3、确定线型，即根据、确定线型，即根据 查表计算，确定理论频率曲查表计算，确定理论频率曲线。线。4、观察理论频率曲线与经验频率曲线的符合程度，、观察理论频率曲线与经验频率曲线的符合程度，反复调整反复调整统统计参数，直到两者符合的最好为止，即可确定统计参数的采计参数，直到两者符合的最好为止，即可确定统计参数的采用值用值 以及对应的理论频率曲线。以及对应的理论频率曲线。5、调整时，可参照、调整时，可参照统计参数与频率曲线的关系统计参数与频率曲线的关系（图（图3-5-4）。）。六、适线法应用注意事项：六、适线法应用注意事项：p在适线过程中，在适线过程中，一般只调整一般只调整Cs，即固定，即固定Cv，选取，选取m值；值；p如果适当调整如果适当调整Cv和和 ，能使经验频率曲线与理论，能使经验频率曲线与理论频率曲线拟合更好，也可以对其做少量调整。频率曲线拟合更好，也可以对其做少量调整。资料的审查内容如下：资料的审查内容如下：(1)资料的可靠性资料的可靠性：即资料的可靠程度。应从资料来源、资料的：即资料的可靠程度。应从资料来源、资料的测验和整编方法有无问题、刊印是否有误进行检查，可以通测验和整编方法有无问题、刊印是否有误进行检查，可以通过上下游或干、支流水量平衡，流域年降水量等检查，数据过上下游或干、支流水量平衡，流域年降水量等检查，数据是否合理。是否合理。(2)资料的一致性资料的一致性：资料的一致性主要分析流域内下垫面条件是：资料的一致性主要分析流域内下垫面条件是否稳定。否则，资料的一致性将遭到破坏。例如，设计断面否稳定。否则，资料的一致性将遭到破坏。例如，设计断面上游修建了大型引水工程后，使设计断面资料一致性遭到破上游修建了大型引水工程后，使设计断面资料一致性遭到破坏，必须对资料修正后方可进行计算。坏，必须对资料修正后方可进行计算。(3)资料的代表性资料的代表性：是指资料是否包括了丰水年、平水年和枯水：是指资料是否包括了丰水年、平水年和枯水年，若代表性差，就不能很好地反映总体的规律，统计计算年，若代表性差，就不能很好地反映总体的规律，统计计算结果的实际误差就大，为了提高资料的代表性，应尽可能展结果的实际误差就大，为了提高资料的代表性，应尽可能展延径流系列的长度。延径流系列的长度。4.2 根据地区经验公式推算设计流量根据地区经验公式推算设计流量p水文现象受气候和自然地理因素的影响，具有水文现象受气候和自然地理因素的影响，具有明显的地区性明显的地区性。p跨越跨越中小河流中小河流的桥梁，若缺少水文站观测资料，设计流量的的桥梁，若缺少水文站观测资料，设计流量的推算，可应用推算，可应用根据地区水文资料制定的经验公式根据地区水文资料制定的经验公式计算水文参计算水文参数和流量等水文要素。这类地区公式水利部门应用很广，可数和流量等水文要素。这类地区公式水利部门应用很广，可向当地水利部门调查，搜集该地区向当地水利部门调查，搜集该地区水文手册水文手册查取。查取。p1979年年4月，在交通部公路规划设计院主持下，月，在交通部公路规划设计院主持下，28个省个省（自治区）交通厅和（自治区）交通厅和3个部属设计院参加，根据全国个部属设计院参加，根据全国1785个水文站的观测资料，个水文站的观测资料，2198站年的历史洪水调查资料，制站年的历史洪水调查资料，制定了定了我国公路大中桥流量经验公式汇总报告我国公路大中桥流量经验公式汇总报告。p报告中把全国分为报告中把全国分为111个分区，分区图如下。个分区，分区图如下。p制定了制定了3个表，即全国水文分区个表，即全国水文分区流量计算参数表流量计算参数表、全国水文、全国水文分区分区Cv值表值表和全国水文分区和全国水文分区Cs/Cv经验关系表。经验关系表。p二、全国水文分区二、全国水文分区Cv值表值表p三、全国水文分区三、全国水文分区Cs/Cv经验关系表经验关系表p四、以上各表的用法四、以上各表的用法 1.直接由表直接由表3-2-1推求推求p为为2和和1的设计流量的设计流量 2.计算或查表得理论频率曲线的三个统计参数，用皮尔计算或查表得理论频率曲线的三个统计参数，用皮尔逊逊型曲线推求相应频率的设计流量。型曲线推求相应频率的设计流量。p五、使用范围五、使用范围 一般用于流域面积一般用于流域面积F50 000km2的中等流域的桥位。的中等流域的桥位。首先在地图上勾绘出桥位以上的流域面积首先在地图上勾绘出桥位以上的流域面积F，视流域大部，视流域大部分在哪一分区中（图分在哪一分区中（图3-2-1），就可采用该分区公式。），就可采用该分区公式。4.3 根据推理公式推算设计流量根据推理公式推算设计流量 公路工程中位于小流域河流及沟渠的桥梁和涵洞，公路工程中位于小流域河流及沟渠的桥梁和涵洞，以及公路排水系统的设计流量，一般由以及公路排水系统的设计流量，一般由暴雨资料暴雨资料来来推求。（推求。（P92）小流域流量计算方法主要有两个公式：小流域流量计算方法主要有两个公式：1.径流简化公式径流简化公式2.水利科学研究院水文所公式：水利科学研究院水文所公式：随堂作业：随堂作业：p1.公路工程中位于小流域河流及沟渠的桥梁和涵公路工程中位于小流域河流及沟渠的桥梁和涵洞，以及公路排水系统的设计流量，一般由（）洞，以及公路排水系统的设计流量，一般由（）来推求。来推求。A.小雨资料小雨资料B.中雨资料中雨资料C.暴雨资料暴雨资料D.以上选项都不正确以上选项都不正确正确答案正确答案:Cp2.降落到地面上的水，除掉损失一部分以外，在降落到地面上的水，除掉损失一部分以外，在重力作用下沿着一定的方向和路径流动，这种水重力作用下沿着一定的方向和路径流动，这种水流称为（）。流称为（）。A.地面径流地面径流B.河川径流河川径流C.自由水自由水D.活水活水正确答案正确答案:A随堂作业：随堂作业：p3.众值的大小，能反映系列中最大几率项和（）众值的大小，能反映系列中最大几率项和（）的位置。的位置。A.最小几率项最小几率项B.密度曲线密度曲线C.圆曲线圆曲线D.以上选项都不正确以上选项都不正确随堂作业：随堂作业：正确答案正确答案:Bp4.以下以下不不属于常用水尺形式的是（）。属于常用水尺形式的是（）。A.直立式直立式B.倾斜式倾斜式C.矮桩式矮桩式D.高桩式高桩式正确答案正确答案:D随堂作业：随堂作业：二、多选题二、多选题1.流域的特征一般可分为两类，包括（）。流域的特征一般可分为两类，包括（）。A.算数特征算数特征B.几何特征几何特征C.地形特征地形特征D.自然地理特征自然地理特征正确答案正确答案:BD随堂作业：随堂作业：p2.以下属于径流形成的物理模型过程的是（）。以下属于径流形成的物理模型过程的是（）。A.降雨过程降雨过程B.流域蓄渗过程流域蓄渗过程C.坡面漫流过程坡面漫流过程D.河槽集流过程河槽集流过程正确答案正确答案:ABCD随堂作业：随堂作业：p3.流速测验常用的方法有（）。流速测验常用的方法有（）。A.流速仪法流速仪法B.浮标法浮标法C.减速仪法减速仪法D.传感器法传感器法正确答案正确答案:AB随堂作业：随堂作业：p4.下列属于水量补给来源的是（）。下列属于水量补给来源的是（）。A.雨源雨源B.雪源雪源C.冰雪源冰雪源D.雨冰源雨冰源正确答案正确答案:AC随堂作业：随堂作业：三、判断题三、判断题 1.水文资料是连续型随机变量，可以在其最大值和水文资料是连续型随机变量，可以在其最大值和最小值的区间内取一切值。最小值的区间内取一切值。正确答案正确答案:2.适线法是选定统计参数，绘制理论频率曲线的适线法是选定统计参数，绘制理论频率曲线的一种方法。一种方法。正确答案正确答案:随堂作业：随堂作业：p3.许多随机变量组成的一列数值称为随机变量系许多随机变量组成的一列数值称为随机变量系列，系列的范围只能是有限的。列，系列的范围只能是有限的。正确答案正确答案:错误错误 p4.即使应用不同资料，采用不同方法，同一座桥即使应用不同资料，采用不同方法，同一座桥梁推算得到的设计流量大小也一定不会改变。梁推算得到的设计流量大小也一定不会改变。正确答案正确答案:错误错误随堂作业：随堂作业：p5.水文站观测资料非常准确，不会出现任何差错。水文站观测资料非常准确，不会出现任何差错。正确答案正确答案:错误错误p6.桥梁和涵洞都是跨河的泄水建筑物，应根据河桥梁和涵洞都是跨河的泄水建筑物，应根据河流的洪水情势及河床的冲淤变形等河流特性，针流的洪水情势及河床的冲淤变形等河流特性，针对桥位所在的河段类别，进行桥涵位置、孔径等对桥位所在的河段类别，进行桥涵位置、孔径等的设计。的设计。正确答案正确答案:正确正确随堂作业：随堂作业：p7.耿贝尔曲线完全不适用于我国洪水频率分析。耿贝尔曲线完全不适用于我国洪水频率分析。正确答案正确答案:错误错误p8.暴雨洪水主要来源于地面径流，而地下径流对暴雨洪水主要来源于地面径流，而地下径流对大河枯水期的水量补给具有重要意义。大河枯水期的水量补给具有重要意义。正确答案正确答案:正确正确随堂作业：随堂作业：