公路桥涵水文计算基本方法一

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,*,公路桥涵水文计算基本方法一,公路桥涵水文计算基本方法,深圳市政设计研究院 柴耀东,前 言,众所周知，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。本次交流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，本次交流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。,本次交流着重于以下内容：,第一章 一般情况水文分析计算,第二章 桥孔长度和桥孔布设,第三章 导治工程,第四章 桥涵水文术语及规范用语,第一章 一般情况水文分析计算,第一节 桥涵水文计算的内容和要求,1，公路工程水文勘测设计包括路基和桥涵的水文调查和勘测，水文、水,力计算，以及桥孔布设，调治工程的设置等。（内容）,2，水文调查和勘测应根据设计要求和所在区域条件，采用相应的方法，,收集和调查的资料应作可靠性评价，勘测精度应符合规定（要求）。,3，水文、水力分析和计算成果应作合理性论证。对水文条件复杂或通航,等级较高的特殊大桥，应进行水文测验及水力模型试验（河工模型动、,定床试验。（途径）,4，其他如：排水、输砂、通航、与路线排水系统、水利规划、农田排灌,相配合。（其它附带条件）,5，调治构造物的设置，应不影响河道的原有功能及两岸河提（岸）、村,镇和农田安全。 （其它附带条件）,6，此外，尚应符合现行国家颁发的有关标准、规范的规定。（前提）,第二节 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,一， 有水文系列观测资料时水文统计法：,(一)，资料搜集和准备：,1，外业勘测前的准备工作,1，1，了解桥梁所处的位置和所属河流、水系，勾绘汇水面积。,1，2，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。,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。,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,（1）,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,：Y786， X1092,（2）,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,（3），判断相关程度：,4E,g,=,40.0140.056,g,0.96,4E,g,相关良好,（4），根据以上回归分析方程式及相应各参数得到以下方程式：,Y7860.96416,629（X1092）,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。,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,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：,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，则可利用两只流,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,(二),，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,（1），最好靠近所选断面附近,（2），选择有居民、易于指认洪痕的河段,（3），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,（1），联系历史以便确认记忆,（2），引导群众以民间事件为突破点恢复当年的记忆,（3），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,2，历史洪水分析,1），洪水大、小的判断。其方法主要如下：,（1),根据洪水淹没深度来判断,（2）根据建筑物破坏程度来判断,（3）从诗文、叙事来判断,（4）根据受灾范围、河流决口、漫溢的上下游位置来判断,3，,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,（1），三个期限，即：实测期、调查期、考证期。,（2），同一年份（流量）在不同系列中排号,（3），同一年份（流量）在不同系列中排号哪个更合理。,（4），发生洪水的特征年: 1583、1867 、1921 、1974年。,1，场次洪水次序和所处期限,期限 时间 最大流量,1，实测期 36年(1935-1974) 29700m/s,2,调查期,108,年,(19741867,） 36000m/s （1867年）,31000m/s （1921年）,29700m/s （1974年）,3，考证期,574,年,(19741400） 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。,2,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,第三节 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： 1，经验频率分析方法：,（1），第一种方法：可分为3个独立系列：,1),考证期（1784年,1982年）N,2,为199年，1784年洪水频率为：,P1,/(N+1)= 1/200 = 0.5%,；,(,用公式（,1,）计算）,2),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,。,(,用公式（,1,）计算）,3),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,。,（2），,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：N199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。L11，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,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,1971,1680,1972,1710,42.86,42.33,42.3,1972,1710,1971,1680,47.62,47.13,47.1,1973,1580,1966,1600,52.38,51.94,51.9,1974,1960,1973,1580,57.14,56.75,56.7,1975,3470,1978,1550,61.90,61.55,61.6,1976,1100,1981,1510,66.67,66.36,66.4,1977,1310,1967,1490,71.43,71.16,71.2,1978,1550,1982,1460,76.19,75.97,76.0,1979,1840,1977,1310,80.95,80.87,80.8,1980,840,1969,1280,85.71,85.58,85.6,1981,1510,1976,1100,90.48,90.93,90.4,1982,1460,1980,840,95.24,95.19,95.2,2,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。,3，适线中重点参数的求算：,（1）,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（312097021750）/（3120970）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,）,9701.883120（1.32）/1.88（.32）,1857 m/s,公式：C,V,（ Q,1,Q,3,）/(Q,3,1,Q,1,3,）,0.36,4，作理论频率曲线、适线、推求设计流量,（1），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%、295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,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。,（,2,），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：,Q1Q(1 + 1CV)=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,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(%),.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,关于理论频率曲线,我国长期以来采用皮尔逊,型曲线（,P,型曲线）作为洪水特征的频率曲线，它是一种概括性较强，适应性较大的频率分布线型。由于我国幅员辽阔，,水文条件复杂，流域特征各异，洪峰流量多变，且呈随即变化规律，所以，,如采用单一统一频率分布线型来描述各地资料出现的各种情况，还不够完善，,因此，在特殊情况下可以采用与经验频率点据相配和较好的其它线型。如：,克里茨基与闵凯里曲线（简称K-,M,曲线）和耿贝尔曲线。这些理论曲线都已经,有相关的参数表，可在工作中随时查阅。,1，皮尔逊,型曲线 基本方程：,Y=Y,0,(1+x/a)(a/d)*e(-x/d),统计学方程： Q,P%,= Q(1+,P,C,V,),2，K-M曲线,基本方程：,f(x)=f(z)(dz/dx),3,，耿贝尔曲线,基本方程：,y = -ln-ln(1-P),统计学方程:X=x+,pn,s,x,说明,:,（,1,），,严格说， P,型曲线只有在C,S,2才能应用，但在实际工作中，,C,S,很难确定，一般是借助经验频率曲线位置来估定，不深究上,述情况。,（2），耿贝尔曲线较简单，在我国交通部海洋水文中规定推算潮,水位应予应用。,第四节 形态断面法推求设计流量(无观测资料）,一 ，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,二 ，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。,三，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。,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1,四，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,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,五，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QP%。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 QP%,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 QP%= 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%,六，,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,将该洪水位通过洪水比降,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,七，流量观测资料缺乏时洪峰流量的推求,(1),根据调查历史洪水资料推求设计流量,若调查历史洪水 Q,1,和Q,2,根据,皮尔逊,型曲线,（P ),公式 ：,Q,1,= Q(1+,1,Cv),Q,2,= Q(1+,2,Cv)得 XQ,1,/Q,2,= Q(1+,1,Cv)/ Q(1+ ,2,Cv),既 XK,1,/K,2,由此可得 Q,P,=（K,P,/K,2,）Q,2,其中K,P,/K,2,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 Q,20,=150m/s,Q,8,=97m/s，求设计,流量 Q,1%.,根据以上公式得 XQ,20,/Q,8,=,150/971.55 查有关表得 Cv1.3,该值与桥位所在区域得Cv相符，再查本表得 K,100,/K,8,= 2.58,所以由,公式 ： Q,1% ,（K,100,/K,8,） Q,8,即,Q,1% ,2.5897250m/s,（2）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,小 结,本章重点内容：,一,，有水文观测资料时设计流量的推求,1，外业前准备工作,2，水文资料的调查、考证,3，水文系列的插补和延长,4，水文观测资料的搜集和整理,5，各场次洪水频率的确定和排位,6，皮尔逊型曲线和公式： Q,P%,=,Q(1+,P%,C,v,)的应用,7，曲线的点绘和适线方法,8，利用水文观测资料和皮尔逊型曲线推求设计流量,二，无水文观测资料时，利用形态断面法推求设计流量,1,，场次洪水水位、洪水比降的调查,2,，场次洪水对应频率的确定,3,，形态断面的选择和洪水比降的测量,4,，利用皮尔逊,型曲线和公式推求设计流量,三，流量观测资料缺乏时洪峰流量的推求,1,，理论、经验公式的选择和利用,四，各种方法所得设计流量的综合论证和最终设计流量的确定,第二章 桥孔长度和桥孔布设,第一节 桥孔长度的确定,一，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,二，,桥孔长度的计算及适用条件,（一）勘规公式,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,（二）参考方法,1，供需面积法：,（1）所需过水面积 S,X,为,S,X,= Q,P,/(,V,P,),其中： V,P,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 S,G,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： S,G, S,2, S,1,。,（3）冲刷系数：,P= S,X,/ S,G,S,X,冲刷终止时桥下需要过水面积,S,G,冲刷前桥下提供过水面积,该冲刷系数一般在 1.21.4之间,（4）桥位的布设, 桥下供给面积 S,G,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 S,G,。,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,第二节 桥面设计高程的确定,一，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,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,说明： （1）, 应使用桥位所在风区的风玫瑰图。,（2），应使用桥位所在风区的汛期风玫瑰图。,二，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。,第三节 墩、台冲刷计算,一，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, 642 简化式 （输砂平衡原理）, 641 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 Hmax,（1），河槽部分,（2） 河滩部分,二，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。,三，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 951，952，,和按冲刷系数P等方法计算。,四，最低冲刷线标高确定：,H = HP - Hmax- Hb,第三章 导治工程,桥梁导治工程包括导流和治理两方面内容,一，导流工程,1，导流工程的主要作用：,导流工程主要指修建导流堤、坝。导流堤、坝是桥渡工程的重要组,成部分，其主要作用引导水流均匀、顺畅地通过桥孔。防治或减轻桥下,河床的不利变形，保护桥头河滩路堤和河岸免受洪水灾害，从而保护桥,渡的安全使用，保护桥渡附近的工、农业的正常生产。,2，导流工程的主要类型：,导流堤、坝的主要类型有封闭式导流堤、非封闭式导流堤、犁形堤、,丁坝、顺坝等。,3，导流工程设置的原则：,（1），满足使用要求 （功能、安全）,（2），设置导流堤、坝不能成为压缩桥孔的理由和手段,二，整治工程,整治工程主要指改河、改沟治理河道的工程，其目的是改善水流条,件，使水流通畅，但在一般情况下应维持河沟的天然排水状态，不要轻,易改动，,对输沙能力较强的河沟更不要轻易改沟。,三，导流堤的布设,1，山区河流,山区河流峡谷段一般无河滩，桥孔原则上满布全河，无需设置,导流堤，山区河流开阔段，河流一般一侧或两侧有较开阔的台地，,桥头深入河滩，或桥址上游有支汊汇入，水流紊乱或水流急剧扩,散，应视水流方向、地质条件设置导流堤。,2,，平原河流,平原河流游荡性河段宜布设,封闭式导流堤，可以稳定河段，,约束水流。其它各类河段可按河滩被压缩部分的流量与总流量,的比例来确定。一般情况下可遵循以下原则确定：,若河滩被压缩部分的流量单侧河滩大于总设计流量的15，,双测河滩大于20，则应考虑布设非封闭式导流堤或犁形堤。,若河滩被压缩部分的流量较小，且水流稳定，流速小于1M,/S,地形上也无需修建导流堤时，可利用桥头锥坡导流，不再布设,导流堤。,3，导流堤的形状和尺寸,（1）封闭式导流堤,封闭式导流堤的平面布设应结合桥址地形及集中股流的分,布情况，以将全部洪水洪水导入桥孔为原则，山区桥址三角回,流区，可自桥台前墙至岸坎设置与主流方向平顺的封闭式导流堤。,2），多汊河道,封闭式导流堤的设置形式,路线,摆动边线,摆动边线,河,流,封闭式导流堤,封闭式导流堤,主 股 流,河,股,流,次,次,股,流,R,R/3,1.5R,30,45,60,30,R/2,R,流 向,河岸,河岸,导流堤,导流堤,（2）非封闭式导流堤的设置形式,平原宽滩性河流应在两侧河滩上设置非封闭式导流堤，其形式如下,120,桥头引道,河滩,边滩,主槽,边滩,河滩,河槽,设计水位,平槽水位,第四章 桥涵水文术语及规范用语,河床横断面图,一，桥涵水文计算和设计的重要术语和关键要素：,(1),河床断面的有关术语：,1）主槽、河槽、边滩、河滩。,（2） 水文计算中的有关术语:,1) , 设计流量Q,P, 2) , 设计水位HP、“计算水位”、洪水比降，,3），设计流速 4），平槽水位,5），断面平均水深， 6），断面平均流速，,7），冲刷系数 8），河槽宽度,9），桥前壅水高度， 10），壅高、浪高、浪程、波浪爬高、风玫瑰图，,11），局部冲刷坑深度，12），一般冲刷后的最大水深，,13），河槽总冲刷深度,，,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,1），桥高、桥长问题,（,3,）跨河堤桥梁设计的关键要素,a)，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。,二,，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,三，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。,四，设计流量的论证和最终确定：,（1）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,五，水下地形图利用河工模型试验,五，关于各种规范中有关 “设计水位” 等说法的说明：,（1） 公路工程名词术语,设计水位：“与设计流量相对应的水位”,（2） 公路工程技术标准的说法：,第 4.0.3 “沿河及受水淹没的路基边缘标高，应高出,表4.0.2 规定设计洪水频率的计算水位加壅水高、波浪,侵袭高和0.5M安全高度。”,（3）公路桥涵设计通用规范的说法：,第3.1.6 “非淹没式调治构造物的顶面，应高出桥涵设计,洪水频率的水位至少 0.5M，必要时应考虑壅水高、波浪,爬高、斜水流局部冲高、河床淤积等影响。”,（4） 公路路基设计规范的说法：,第 1.0.8 “受水淹没路段的路基边缘标高，应不低于路,基设计洪水频率的水位加壅水高、波浪侵袭高，以及0.5,M的安全高度。”,（5） 公路工程水文勘测设计规范的说法：,第6.4.1按设计水位计算桥面最低高程时，应按下式计算：,H,min = Hs +,h +,hj +,h0,其中：,Hs,为设计水位,（6）公路隧道设计规范的说法：,第4.2.5“濒临水库地区的隧道，其洞口路肩设计高程,应高出水库计算洪水位（含浪高和壅水高）不小于0.5M。”,谢谢各位 柴耀东,