第十一章-桥涵设计流量及水位推算

2020/6/13§11桥涵设计流量及水位推算§11.1按实测流量资料推算§11.1.1设计流量及其工程意义桥涵及堰坝的建造必须考虑在未来运用期间将面临的洪水威胁洪水——流量大、水位高具有一定灾害性的大水，它包括洪峰流量、洪水总量及洪水过程三大要素设计洪水：按规定频率标准的洪水设计洪水总量：按规定频率标准确定的洪水总量设计洪峰流量：按规定频率标准确定的洪峰流量设计洪水过程线：按规定频率标准确定的洪水过程线交通土建及市政建设工程所面临的洪水威胁因不存在调蓄功能，故工程破坏的主要因素是设计洪峰流量，即以“峰”控制。2020/6/13§11.1.2设计洪峰流量或水位的推算方法设计洪峰流量：桥涵孔径及桥梁墩台冲刷计算的基本依据设计洪水位：桥面标高、桥头路堤堤顶标高等的设计依据一、资料的审查1、一致性统计计算要求同一系列中的所有资料，必须是同一类型下产生的2、代表性尤其对于容量较小的样本（较短的系列）3、独立性彼此有关联的资料不能收入同一系列4、可靠性对于水文站观测资料、洪水调查资料、文献考证资料，都应逐一检查，相互核对，保证每一个数据的可靠性2020/6/13§11.1.2设计洪峰流量或水位的推算方法二、资料的增补和延长1、相关分析方法2、位于同一河流上、下游的两个水文站（参证站与分析站），若两站的流域面积之差不超过10％，两站之间无分洪或滞洪现象时，可直接利用参证站的流量资料，对分析站的流量进行插补和延长。2020/6/133、位于同一河流上、下游的两个水文站（参证站与分析站），若两站之间无较大支流汇入，而且两站已有的流量观测资料中，相同年份的年最大洪峰流量大致成比例关系，则可利用两站对应的（同一年份）年最大洪峰水位（流量），绘制两站的水位（流量）关系曲线，进行插补和延长。4、若上游的两支河流河道均有水文站，可以作为参证站，分析站位于它们合流后的河道上，则可利用两支流的流量过程线叠加方法，求算合流后的洪峰流量。三、资料中有特大值（特大洪水）的处理1、分别排队法2、补齐法2020/6/13四、设计流量的推算方法1、选取样本2、绘制经验频率曲线3、绘制理论频率曲线（适线法）4、计算设计流量5、审查计算结果2020/6/13§11.2按洪水调查资料推算§11.2.1形态调查方法1、形态调查方法：即实地考察历史上发生过的洪水位痕迹（简称洪痕），并通过河道地形、纵横断面、洪痕高程及位置等形态资料的测量，再按水力学方法推算出历史洪峰流量，又称洪水调查方法。2020/6/132、洪水调查工作的内容1）河段踏勘：确定历史洪痕的位置和高程2）现场访问3）形态断面及计算河段选择形态断面所在的河段应具备的条件：河段顺直无支岔，河道稳定、洪痕多，靠近桥位滩地少，滩槽洪水流向一致，有足够的洪痕。形态断面一般在桥位上下游各选一个，以便相互核对。符合条件的桥位断面，也可作形态断面。4）野外测量2020/6/13§11.2.2历史洪水流量推算方法1、确定形态断面：按形态调查所得的河谷断面及洪水痕迹高程可得,将同次历史洪痕垂直投影于计算河段中泓线上2、绘制纵剖面图：3、测得水面比降J及河底比降i2020/6/13§11.2.2历史洪水流量推算方法4、按谢才公式计算所查洪峰流量：洪水比降资料缺少时，取J=i水面宽度/断面平均水深10时，取R=h复式断面河道：JKRJACvAQlhJRJCvftcttccQQvAvAQ2020/6/13§11.2.3历史洪峰流量重现期的确定方法1、在查考期N1年内，所得历史洪峰流量Qi为最大时2、在查考期N1年内，已有a1个洪峰流量大于Qi时1121TTNQQTi1)(1aQQmi111aNTt年Nnt1t22020/6/13§11.2.3历史洪峰流量重现期的确定方法3、若查考期N1内有a2次历史洪水与本次所查得流量Qi接近，但又无法判断它们的大小时4、若在N1年内有几个查考期N2，N3等，且N1N2N3得历史洪峰流量为Q2、Q3，但不能确认是否为N1年内最大或排二，则可按各查考期作重现15.021aNT222NQQT333NQQT2020/6/13§11.2.4设计洪峰流量的推算方法1、有长期实测资料的系列在查考期N1年内所得历史洪峰流量Qi为其中的特大值时，按有特大值系列的频率分析方法推算2、只有短期实测资料的系列（n20年）1）、由实测系列求出平均流量及历史洪水流量的变率2）、计算各历史流量Qi的经验频率3）、假定Cv,Cs值，利用下式计算合适统计参数QQQKQQK2211，%10011NmQQPi）（1vpipiiCKK2020/6/133、缺乏实测资料时设计流量推算方法1）、经验法：当历史洪峰流量数目较多时，可直接利用历史洪峰流量经验累积频率曲线推求设计流量Qp2）、采用相似参证站的实测平均径流率值，使Cs满足：3）、假设Cv，Cs使下式成立1vpipiiCKKQQMMKiii1112211vpiivpvpCQCQCQvCM,FQM2020/6/13§11.3按暴雨资料推算（多用于100km2左右的小流域）§11.3.1推理公式1、按径流的成因关系洪峰流量的计算公式①：洪峰径流系数A：24小时设计雨力（mm/h）：流域最大汇流历时（h）n：暴雨衰减指数②FAQnm278.04131mQmJ4131278.0278.0mQmJLL2020/6/13由①、②联立L：主河沟长度（km）：汇流历时参数（h）J：主河沟平均比降：流域最大汇流历时（h）m：汇流参数m经验值见P264表11-2)41(0nnnnAFLmJ414431430278.002020/6/132、径流系数1）当τ净雨历时tc：平均降水强度A：雨力：降水历时n：衰减系数所以时段内的毛雨量时段内最大净雨量HhmaxnntAttAitit)()(11fAiHtfAtitHnnttHhhRmax,1maxnAHHHh径流形成过程示意图降雨入渗径流形成t0t1t2t3t42020/6/132）τ当净雨历时tc瞬时强度：故ctRtHhhcmax：产生洪峰时的净雨量RhinAtndtdHintt)1()1(有时，当,ctttinctAtni)1(nnccncctRAHnAttAttHhc111,1ftnHhncR2020/6/13所以小时降雨量设计：表见的径流系数：24311241,24265,24111PPRnnRnnHPhHhhAnn2020/6/133、暴雨洪峰流量表达式F，L，J为地形特征参数，可从地形图中求得A，n气候特征参数n可查水文手册A按24小时设计雨力计算mnAJLFfQm,,,,,,,m为地貌地质特征参数2020/6/13值的计算及）、PPAH,2424,,1查等值线图，可得通常取2424vCH，24245.3vsCCnPPnPPPvPPHAAHiHCH1,24,24,24,24,242424,242424241所以降雨量等值线图可以直观的表达降雨量在地理空间上的分布，因而在防汛、水文、气象等部门得到广泛应用。2020/6/132020/6/13计算及）、2nctn1因为nctn1所以nncAnt4101,时故nncctnnt4101,时2020/6/13瞬时强度ntAtni1ncctAnttti11时，当nnnnnnnnnnnnAnAn4131044401,时，时当也可利用上式绘制专用曲线图解ψ设计洪峰流量的解算程序框图见P267nAn0因τ未知，故须试算2020/6/1326954230PFzhQm小桥涵设计中常用§11.3.2径流简化公式）—洪峰流量（—式中：smQm/3查用），按附录—径流厚度（—7mmh查用按附录）厚度（—植物截留及洼蓄径流—10,mmz）—流域面积（—2kmF查用数，按附录—洪水传播影响折减系—11查用系数，按附录—降水不均匀影响折减—12查用—地貌系数，按附录—130查用响折减系数，按附录—湖泊水库调节作用影—142020/6/13§11.3.3经验公式270411,PnCCFQn见表参数2020/6/13§11.3.4桥位断面设计流量和设计水位推算水文站的设计流量确定后，还须进一步换算成桥位断面处的流量或水位1、水文测站，形态断面距桥位断面很近，流域面积相差小于5%，不必换算P2702、水文测站，形态断面与桥位断面的流量相差小于10%，不必换算2020/6/133、观测站或形态断面与桥位断面间的流域面积相差大于5%，流量超出10%时PmnmnBPQJbFJbFQ4111141222当或流域面积相差小于20%,302kmFPnBPQFFQ)(12n——汇水面积指数，31~21,30;8.0,3022nkmFnkmF