公路桥涵水文计算基本方法.

公路桥涵水文计算基本方法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：Q1=(F1/F2)ªQ2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（Qˊ）H=f（Hˊ）Q=f（Hˊ）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xK1K1²K1´K1´²流量yK2K2²K1´K2119504730.320.10（396）（0.39）（0.15）25161704.2017.64（3985）（3.86）（15.13）35210000.680.46（728）（0.71）（0.50）45330302.064.24（2007）（1.96）（3.84）5549160.630.40（675）（0.66）（0.44）65521601.472.16（1459）（1.42）（2.02）75616601.131.28（1144）（1.12）（1.25）8573930.270.07（346）（0.34）（0.12）95839152.677.12（2564）（2.50）（6.25）10592130.150.02（232）（0.23）（0.05）11603370.230.050.310.10295（0.29）（0.08）0.12126118451.261.581.692.861276（1.24）（1.54）2.7413628400.570.320.770.59622（0.61）（0.37）0.6114635600.380.140.510.26440（0.43）（0.18）0.29156417601.201.441.622.621000（0.98）（0.96）2.06166520731.411.991.903.611400（1.37）（1.88）3.3817663400.230.050.310.10275（0.27）（0.07）0.11186715201.041.081.391.93813（0.79）（0.62）1.43196819201.311.721.763.101610（1.57）（2.46）3.59206911300.770.591.041.08965（0.94）（0.88）1.2821708400.570.320.770.59618（0.60）（0.36）0.61227110900.740.551.001.00814（0.79）（0.62）1.0423724070.280.080.37.014350（0.34）（0.12）0.1624736300.430.190.580.34529（0.52）（0.27）0.39∑352222443.5914.0218.321100713.9917.6617.81水文系列回归分析计算表（1）,回归分析方程式：Y-Y=gsy/sx(X-X)两系列近14年平均流量：Y＝786，X＝1092（2）,经计算得:均方差:sy=416sx=629相关系数g=0.96相关系数机误Eg＝±0.014（3），判断相关程度：4Eg=4×0.014＝0.056g＝0.96﹥4Eg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：Y－786＝0.96×416／629×（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。方程：Y=0.63x+98.04******************40080012001600200024002800320036004000440050010001500200025003000350040004500500055006000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´QHQ=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/VS其中：L---洪水传播距离(m)VS－－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Q11Q21Q22Q12Q13,Q23试比较：Q11+Q21,Q12+Q22,Q13+Q23组合结果的大小合流t1t2(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9700m³/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36000m³/s（1867年），31000m³/s（1921年）；自文献上考证得知的特大洪水尚有43000m³/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)29700m³/s2,调查期108年(1974—1867）36000m³/s（1867年）31000m³/s（1921年）29700m³/s（1974年）3，考证期574年(1974－1400）43000m³/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29700m³/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4〜6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