桥涵水文课件第四章
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公路小桥涵第四章(05)
二、有关水文的基本术语 1.径流：陆地上的降水汇流到河流、湖库、沼泽、 海洋、含水层或沙漠的水流的通称。 2.水位：自由水面相对于某一基面的高程。 3.流速：水的质点在单位时间沿流程移动的距离， 通常用m/s计量。 4.流量：单位时间内通过河渠或管道某一过水断 面的水体体积，通常用m3/s计量。 5.暴雨：降雨强度和降雨量均相当大的雨。1h雨 量等于大于16mm或24h内雨量等于或大于 50mm的雨。 6.洪水：流量大、水位高且具有一定灾害的大水。 包括洪峰流量，洪水总量及洪水过程，通称洪 水三要素。
Q p = 0 .2 7 8 × ( n − µ ) × A τ （1）查雨力图4-3（p58）的Sp=45mm/h。 （2）汇流时间τ值的计算 北方多采用：τ =K ( L )α
1
Sp
3
Iz
查附表1-4得：丘陵区K3=0.62,a1=0.71: τ=2.03h 3）确定暴雨递减指数n值 先查图4-5，知石沟属于中部干旱黄土山区 即III类分区；或查附表1-1当τ=2.03h应取值， n=0.65。
暴雨推理法把汇水区上的产、汇流条件概括简 化，并引入一些假定，从而建立起主要因素和 洪峰流量之间的推理关系或经验关系，通过统 计分析，定量其参数，最后得到实用计算公式。 在采用暴雨资料推求设计流量时，通常都假 定暴雨与其形成的洪峰流量是同一频率的。形 成洪峰流量的暴雨量，是该次暴雨强度过程的 核心部分，如图4-1中的阴影部分。 交通部公路科研所在经过单站分析和地区综 合平衡的基础上，进行了全国汇总、拼图和协 调，提出了雨力SP全国等值线图，图4-5和附表 3-1；提出了计算洪峰流量的推理公式和经验公 式以及各省不同分区的参数值。
二、影响径流流量的因素 1.暴雨特径，降雨强度，降雨历时，降雨范围， 降雨的均匀性。 2.汇水区特径： 汇水区面积的大小及形状 汇水区地表情况：土壤类别、植物覆盖 汇水区地形：主河沟的纵坡、横坡、沟形明显 与否、地表坑洼和平滑状况等。 其它因素：汇水区内的湖泊、沼泽、苔草、森 林具有调洪的能力。
水力学与桥涵水文总复习PPT课件
水静力学
第一节静水压强及其特性
掌握静水压强的概念、特
第二节重力作用下水静力学基本 征及分布规律；掌握水
方程 第三节静水压强的测量
第四节静水压强分布图
静力学基本方程。 掌握平面静水压强的绘制
方法；掌握矩形受压面
第五节作用于平面上的静水总压 力
静水总压力的计算方法。
第六节作用于曲面上的静水总压 力
了解曲面静水总压力计 算的特点。
Q
1
12
Ai 2 R 3
n
A h0 b
代入得 h=2.34m
R h0 b b 2h0
hK1
3
Q 2
gb2
=0.5m＜h=2.34m，故为缓流。
第27页/共28页
（求Fr小于1亦可）
感谢观看！
第28页/共28页
第七节浮力、浮体及浮体的稳定
第1页/共28页
第三章水动力学基本定律
第一节描述液体运动的两种方 掌握流线、迹线，元流、
法；第二节基本概念
总流，流量，断面平均
第三节液体运动的分类
流速等基本概念；了解
第四节连续性方程
液体运动的分类。
第五节理想液体的运动微分方 掌握恒定总流的连续性方
程
程；掌握实际液体恒定
• 掌握桥孔长度和桥面高程的概念及确定方法
• 1.什么是桥孔长度？目前有哪几种计算方法？2.如 何确定通航河段的桥位标高？
第13页/共28页
第七章桥梁墩台的冲刷
• 第一节河流泥沙运动； • 第二节河床演变； • 第三节一般冲刷 • 第四节局部冲刷
• 掌握有关河床冲刷及演变的基本概念； • 掌握一般冲刷计算公式建立的原理及计算方法 • 局部冲刷形成机理和冲刷深度的计算方法； • 如何确定桥下最低冲刷线的标高？
第一节静水压强及其特性
掌握静水压强的概念、特
第二节重力作用下水静力学基本 征及分布规律；掌握水
方程 第三节静水压强的测量
第四节静水压强分布图
静力学基本方程。 掌握平面静水压强的绘制
方法；掌握矩形受压面
第五节作用于平面上的静水总压 力
静水总压力的计算方法。
第六节作用于曲面上的静水总压 力
了解曲面静水总压力计 算的特点。
Q
1
12
Ai 2 R 3
n
A h0 b
代入得 h=2.34m
R h0 b b 2h0
hK1
3
Q 2
gb2
=0.5m＜h=2.34m，故为缓流。
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第七节浮力、浮体及浮体的稳定
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第三章水动力学基本定律
第一节描述液体运动的两种方 掌握流线、迹线，元流、
法；第二节基本概念
总流，流量，断面平均
第三节液体运动的分类
流速等基本概念；了解
第四节连续性方程
液体运动的分类。
第五节理想液体的运动微分方 掌握恒定总流的连续性方
程
程；掌握实际液体恒定
• 掌握桥孔长度和桥面高程的概念及确定方法
• 1.什么是桥孔长度？目前有哪几种计算方法？2.如 何确定通航河段的桥位标高？
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第七章桥梁墩台的冲刷
• 第一节河流泥沙运动； • 第二节河床演变； • 第三节一般冲刷 • 第四节局部冲刷
• 掌握有关河床冲刷及演变的基本概念； • 掌握一般冲刷计算公式建立的原理及计算方法 • 局部冲刷形成机理和冲刷深度的计算方法； • 如何确定桥下最低冲刷线的标高？
_第四章__设计洪水流量
二、选择： 年最大值法——每年只选一个最大值 1. 洪峰 Qm：Q1、Q2……Qm……Qn 2. 洪量WTm： 连续24h年最大洪量系列W1天1 、W1天2……W1天m……W1
天n
连续3d年最大洪量系列W3天1、W3天2……W3天m……W3天n 连续7d年最大洪量系列W7天1、W7天2……W7天m……W7天 ………………… n
l
一定频率时段平均降雨强度
i=
l l l
Sp tn
从降雨量推算净雨量，有两种方法： 一种方法是降雨量乘以折减系数，即洪峰径流系 数； 另一种方法是从降雨量中减去损失雨量，损失雨 量可用损失参数表示。
推理公式一
Qp = K ⋅ H 0 ⋅ F
l l l
l
Q p——频率为P的流量；
K ——单位换算系数0.278； 的平均净雨强度( mm / h)； H 0——频率为 P(%) 2 F ——流域面积 (km ) 该公式关键是平均净雨强度的确定
Cv的无偏估计量： C v =
n n −1
∑ ( K i − 1)
i =1
n
2
n
=
∑ ( K i − 1) 2
i =1
n
n −1
Cs 的无偏估计量： C s = (n − 1n n − 2) i =1 )(
2
∑ ( K i − 1)
nC v3
n
2
≈
∑ ( K i − 1) 3
i =1
n
(n − 3)C v3
在图4-1-1中点击“皮尔逊Ⅲ型曲”按钮 → 点击“水 文资料输入”，输入年最大流量系列表 → 选“流量连 续性系列”按钮 → 点击“计算 、 ，Cv ”
水文资料输入和计算
小桥涵水文计算
当汇水面积F<3平方公里时，也可用下式计算：
QS CSF
3
径流形成法资料收集
1)汇水区面积 (1)利用1／50000地形图求算 (2)实测 (3)实测与估算相结合的方法 假定汇水区面积为矩形，在汇水区范围内选择 有代表性的河沟平均横断面和纵断面，实测平均断 面的宽度B和平均长度L .
I2 2)主河沟平均坡度
3 2
4 5
汇水面积较小(一般平原区F<1．0平方公里 山岭区F<0．5平方公里） 按简化公式进行计算，结果偏差较大。
这时还应用下式计算比较，选其较小者：
2 径流流量 经验公式
（1）在汇水面积小于10平方公里 时
QS KF
(2) 当有降雨资料时
n
K——径流模数，附表3——17 n——地区指数，附表3——18
损失参数 : (mm/h)
北方
K1 S P
1 2
南方：
K2SP A
K1、K2 ———附表3-3
1, 2 , ———附表3-3
2 经验公式
QP ( S P ) A
m
2
QP CS P A
3
地貌系数，附表3-5 m, 2 指数，附表3-5 C, , 3 系数，指数，附表3-6
QS (h z) F
3 2
4 5
暴雨径流厚度h：由以下四因数查附表3-12
(1) 暴雨分区，附表3-7； (2) 公路洪水频率，表1-6； （3）汇水区吸水类型；附表3-9或3-10 （4）汇水时间，附表3-11
考虑洪峰传播、降雨不均匀、水库湖泊等影响
QS (h z) F
桥涵水文 ppt课件
l
l
Z2 Z1
河底
l
以小数、千分数表示。
水面比降（slope of water surface） 河底比降（slope of river bed）
一条河流的河底平均比降：
图2-3 河道平均纵比降计算示意图
J AB BC
S 1 AB BC 2
AB 2 S / BC BC L J 2 S / L2
2、地球上的水量平衡（Global Water Budget )
水量平衡原理（Principle of Water Budget)： 在水文循环过程中，任意区域，任一时段，进入的
水量与输出的水量之差，必等于其蓄水量的变化量。
水量平衡方程（Water Budget Equation): I – O = ΔS
下游
河口
海 洋
2、 河流的长度L ：自河源沿主河道至河口的长度，简 称河长，以 km 计
3、河流的断面
横断面（river section） 纵断面（river profile）
L
海 洋
（1） 河流横断面（简称：断面 cross-section）： 水位 （water level、water stage）
PE 全球多年降水量与多年平均蒸发量相等，为1130mm。
对某一闭合流域，某一时段T：
P – E – R = ΔS
多年平均：
PRE EPR
（2-7）
(28) (28)
2.2.2 径流形成过程（process of runoff formation）
径流形成过程是从降雨开始，到径流流出流域出 口断面整个物理过程。
...
..
.......
.
......el）
桥涵水文4
) Bc
n3
河段类型 开阔、微弯 分汊、弯曲
Kq
0.84 0.95
n
3
0.90 0.87
滩、槽可分
0.69
1.59
桥涵水文
第二节
桥孔长度计算
3.宽滩河段
Lj
Qp
qc
1.19(
Qc Qt
) 0.10
水流压缩系数；
Qt 河滩流量(m 3 / s ); qc 河槽平均单宽流量 ( m 3 / s )。
桥涵水文
第二节
桥孔长度计算
图解法
①在实测桥位断面上布设桥孔方案； ②按计算值 M (或 j ) 在过水断面面积累积曲线坡度较陡 处确定水面宽最小的桥孔位臵，相应的最小水面宽度 即桥孔长度；
③如计算法④，划分桥孔长度和孔数。
桥涵水文
50 0. 58 60 50 40 20 60 35 35 35 35 5. 72 73 73 5. 0. 35 97 07 9. 6. 5. 2. 2. 5. 1. 1. 2. 50 54 57 58 62 64 66 68 70 71
桥涵水文
第一节
桥位河段水流图式和桥孔布置原则
5. 桥孔布设应于天然河流断面流量分配相适应。 6. 在通航和筏运的河段上，应充分考虑河床演变所引起的航
道变化，将通航孔布设在稳定的航道上，必要时可预留通 航孔。
7. 在主流深泓线上不宜布设桥墩，在断层、溶洞等不良地段
也不宜布设墩台。
8. 桥孔设计时，对跨径在50m以下的桥孔，应尽量采用标准 跨径。 9. 考虑施工条件和经济效益及生态环境效益，作全面的技术 经济比较，选择合理的桥孔设计方案。
桥涵 分类 特大桥 大桥 中桥
水力学与桥涵水文绪论课件
c 、粘度
1）μ是比例系数，称为动力黏度，单位“pa·s”。
动力黏度是液体黏性大小的度量，μ值越大，液体越
粘，流动性越差。
2）ν是运动粘度：粘度μ与密度ρ的比值为液体的
运动粘度ν。
单位：m2/s
d 、无黏性液体：指无粘性即μ=0的液体。
例1-1一底面积为40cm×45cm，高1cm的木块，质量 为5kg，沿着涂有润滑油的斜面等速向下运动。已知速 度v=1m/s，δ=1mm，求润滑油的动力粘度系数。
若液体的原体积为V，压强增加dP后，体积变化为 dV，则压缩系数为：
dV /V 1 dV
dP V dP
由于液体受压体积减小，dP与dV异号，以使к为正 值；其值愈大，愈容易压缩。к的单位是“1/Pa”。
根据增压前后质量无变化
dm d(V ) dV Vd 0
得
dV d V
1 d dP
施工阶段，对施工期间的水文情况有所了解。
中小桥梁及涵洞工程：因施工期限较短，一般尽量安 排在枯水期间施工；
大桥和特大桥工程：施工期限较长，在安排水中桥墩 基础及水下墩身施工时，一方面，为了确定临时性建 筑物（如围堰）的尺寸，必须预先估计整个施工期间 的天然来水情况，需要通过对多年年内水文变化过程 的分析计算来解决；另一方面，为了安排施工的日常 工作，必须了解近期内更为确切的来水情况，需要进 行水文预报。
抽象（近似），提出合理的理论模型，对其根据机械 运动的普遍规律，建立控制液体运动的闭合方程组， 将原来的具体流动问题转化为数学问题，在相应的边 界条件和初始条件下求解。 关键：提出理论模型，并能运用数学方法求出理论结 果，达到揭示液体运动规律的目的。
主要定理： （1）质量守恒定律：
（2）动量守恒定律：
4_小桥涵水文计算
A ——汇水面积（km2）
23
暴雨推理法的资料收集
① 汇水区汇水面积测量 ② 主河沟长度及平均坡度测量
③ 土壤植被种类调查
④ 主河沟河床地质调查
24
算例
P61
25
4-3 径流形成法
一、径流的形成
原理：径流形成法是从分析汇水区形成和影响地面径流的因 素（如暴雨强度、汇水面积、土壤类型、地形等）着手，建 立这些因素与设计流量的函数关系，求得设计流量。 为便于研究，通常将降雨过程分为流域蓄渗、坡面漫流、河 槽集流及消退四个阶段。 在一次降雨过程中，并非全部降雨都流入桥涵，而有一部分 水流消耗于植物截留、填洼、土壤入渗及蒸发等，这部分消 耗的雨量称为损失，损失后剩余的雨量称为净雨。 净雨在流域内形成的地表水流称为地面径流。 地面径流的大小用径流厚度（mm）表示，它与降雨强度的量 纲相同。 吸入土壤中的水流，遇到不透水的地层，可形成地下径流。
31
三、径流形成法计算公式
1. 经验公式：根据实践经验建立径流流量与径流因素函
数关系的公式
2. 成因推理公式：根据径流形成的因素和条件，通过
分析、推理而建立的径流流量与径流因素函数关系的公 式
径流成因推理公式计算繁杂，实用性差，生产上一般多用 径流成因简化公式和经验公式。
径流形成法计算公式主要适用于汇水面积A≤30km2的小流 域
1 , 2 , 查附表1-3
21
汇流时间
L 1 ) 北方多采用： =K 3 ( Iz L 2 3 南方多采用： =K 4 ( ) Sp Iz
其中： ——汇流时间（h）
L ——主河沟长度（km） I z ——主河沟平均坡度
S p ——频率为P时的雨力（mm/h）
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学
建 响。
筑
工 程
允许淹没的调治构造物的顶面应高出常水位。
学
院
单边河滩流量不超过总流量的15%或双边河滩
流量不超过25%时，可不设导流堤。
可编辑ppt
17
8、公路桥涵的设计洪水频率应符合规范的规定。
中 国
二级公路上的特大桥及三、四级公路上的大桥，
矿 业
在水势猛急、河床易于冲刷的情况下，可提高一
大
学 建
桥位与流 向正交
可编辑ppt
12
5、桥涵水文、水力的计算应符合《公路工程地
中 国
质勘察规范》（JTJ 064）和《公路工程水文
矿 业
勘测设计规范》（JTJ C30）的规定。
大
学 建
6、通航海轮桥梁的桥孔布置及净高应满足《通
筑 工
航海轮桥梁通航标准》（JTJ311）的规定。
程 学
通航内河桥梁的桥孔布置及净高应满足《内
程
学 院
4、桥梁纵轴线宜与洪水主流流向正交。对通航河
流上的桥梁，其墩台沿水流方向的轴线应与最高
通航水位时的主流方向一致。当斜交不能避免时，
交角不宜大于50；当交角大于50时，宜增加通
航孔净宽。
可编辑ppt
10
中 国 矿 业 大 学 建 筑 工 程 学 院
导流堤
可编辑ppt
11
中 国 矿 业 大 学 建 筑 工 程 学 院
院
河通航标准》（GB50139）的规定，并应充
分考虑河床演变和不同通航水位航迹线的变
化。
可编辑ppt
13
中
Hale Waihona Puke 国 矿不通航业 大
河流桥
学
孔
建
筑
工
程
学
院
通航河
流桥位
可编辑ppt
14
中 国
7、为保证桥位附近水流顺畅，河槽、河岸不发
矿 业
生严重变形，必要时可在桥梁上、下游修建
大 学
调治构造物。
建 筑
调治构造物的形式及其布置应根据河流性质、
1/100
工
程
大、中桥
1/100 1/100 1/100 1/50
1/50
学
院
小桥
1/100
1/100 1/50 1/25 按具体情况确定
涵洞及小型排 水构造物
1/100
1/100 1/50 1/25 按具体情况确定
可编辑ppt
19
中 国
三、四级公路，在交通容许有限度的中断时，
矿
业 大
可修建漫水桥和过水路面。漫水桥和过水路面的
学 建
设计洪水频率，应根据容许阻断交通的时间长短
筑 工
和对上下游农田、城镇、村庄的影响以及泥沙淤
程
学 院
塞桥孔、上游河床的淤高等因素确定。
可编辑ppt
20
第二节 桥位选择与桥位调查
中 国
一、桥位选择的一般规定
矿
业
大 学
二、一般地区的桥位选择
建
筑
工 程
三、各类河段上桥位选择特点
学
院
四、桥位调查的内容
大
学
建
筑
工 程
滑
坡
学
院
可编辑ppt
泥石流 断层
9
3、当桥址处有二个及二个以上的稳定河槽，或滩
中 地流量占设计流量比例较大，且水流不易引入同
国 矿
一座桥时，可在各河槽、滩地、河汊上分别设桥，
业 大
不宜用长大导流堤强行集中水流。
学
建 筑
平坦、草原、漫流地区，可按分片泄洪布置桥
工 涵。天然河道不宜改移或裁弯取直。
级洪水频率验算基础冲刷深度。
筑 工
沿河纵向高架桥和桥头引道的设计洪水频率应
程
学 院
符合《公路工程技术标准》（JTG B01）表4.0.2
路基设计洪水频率的规定。
可编辑ppt
18
桥涵设计洪水频率
中 国
公路等级
矿 构造物名称
业 大
高速公路 一
二
三
四
学
建 筑
特大桥
1/300 1/300 1/100 1/100
行综合设计。
可编辑ppt
7
特大桥、大桥桥位应选择河道顺直稳定、河床
中
国 矿
地质良好、河槽能通过大部分设计流量的河段。
业 大
桥位不宜选择在河汊、沙洲、古河道、急弯、
学
建 筑
汇合口、港口作业区及易形成流冰、流木阻塞的
工 程
河段以及断层、岩溶、滑坡、泥石流等不良地质
学 院
的河段。
可编辑ppt
8
中
国
矿
业
五、桥位布设
可编辑ppt
21
中 国
桥位也称桥址，是桥梁、引道路堤及调治
矿
业 大
构筑物三者位置的总称，是桥梁中线（桥轴线）
学 建
的位置。桥位方案应将政治、经济、技术、环
筑
工 程
境等多方面的因素综合起来比较选定。桥位河
学 院
段是指水流受桥梁影响的河段。桥位设计是包
括桥位河段上的桥梁、桥头引道及调治构造物
第四章 公路桥涵布置的一
中
国 矿 业
般原则及规定
大
学
建
筑
工
程
学
院
可编辑ppt
1
第四章 公路桥涵布置的一 般原则及规定
中 国
学习目标和要求：
矿 业
掌握现行桥涵分类标准；理解桥涵布置的一般原
大 学 建
则；理解桥位选择的一般规定及在通航、水文、地质 等方面的具体规定；理解各类河段上桥位选择的特点；
筑 工 程
工 程
地形、地质、河滩水流情况以及通航要求、
学 院
桥头引道、水利设施等因素综合考虑确定。
可编辑ppt
15
中 国 矿 业 大 学 建 筑 工 程 学 院
调治构造物的形式
可编辑ppt
16
中
非淹没调治构造物的顶面，应高出桥涵设计洪
国 矿
水频率的水位至少0.25m，必要时尚应考虑壅水
业 大
高、波浪爬高、斜水流局部冲高、河床淤积等影
了解桥位勘察前的准备工作；了解桥位及水文地质勘 察的内容及主要成果。
学 院
本章重点：
桥涵分类；桥涵布置的一般原则；桥位选择的规定；
桥位勘察的内容及主要成果。
本章难点：
桥涵布置的一般原则；桥位选择的规定。
可编辑ppt
2
第四章 主要内容
中
国
矿 业
第一节 桥涵分类及大中桥设计的一般规定
大
学
建
筑 工
第二节 桥位选择与桥位调查
可编辑ppt
6
二、公路桥涵布置的一般原则及
规定
中 国
1.
公路桥涵应根据所在公路作用、性质和将来发展
矿 业
的需要，按照安全、适用、美观和有利环保的原
大 学
则进行设计，并考虑因地制宜、就地取材、便于
建 筑
施工和养护等因素。
工
程 学
2.
桥梁应根据公路功能、等级、通行能力及抗洪防
院 灾要求，结合水文、地质、通航、环境等条件进
（M）
单孔跨径 总长Lk （M）
分类
多孔跨径 总长L （M）
单孔跨径总 长Lk（M）
筑
工
程 学
特大桥
院 大桥
中桥
L>1000 100≤L≤0
0
Lk>50 40≤Lk<15
0
小桥 涵洞
8≤L≤30 —
5≤Lk<20 Lk<5
30<L<10 20≤Lk<40 0
可编辑ppt
5
中 国 矿 业 大 学 建 筑 工 程 学 院
程
学
院
可编辑ppt
3
第一节 桥涵分类及大中 桥设计的一般规定
中
国
矿 业
一、桥涵分类；
大 学
二、公路桥涵布置的一般原则及规定
建
筑
工
程
学 院
一、桥涵分类
部颁JTG D602004《公路桥涵设计 通用规范》规定，其类别划分见下表。
可编辑ppt
4
桥涵 分 类 标 准
中
国
矿 业 大 学 建
分类
多孔跨径 总L