公路桥涵水文计算方法及流程研究
桥涵水文勘测设计径流计算方法
桥涵水文勘测设计径流计算方法[摘要]本研究对桥涵水文勘测设计的计算理论、方法进行分析，并采用3种常用的径流计算公式进行验证分析，以便为桥涵水文勘测设计提供参考。
[关键字]桥涵水文勘测设计径流桥涵构筑物的多项参数的确定都与桥涵水文设计计算内容相关，伴随着我国现代化建设的不断深入发展，出现了越来越多的交通建设任务，实现合理、准确、高效的水文设计计算意义重大。
1桥涵水文勘测设计计算内容1.1水文断面流量、流速计算应用谢才-满宁公式可以对水文断面平均流速进行计算，如式（1）、式（2）：或在式（1）和式（2）中，v表示断面的平均流速（m/s）；n表示糙率；R表示水力半径（m）；i表示洪水比降；m代表n的倒数，即m=1/n。
对水文断面流量计算分为单式断面和复式断面，如式（3）、式（4）：单式：Q=Av （3）复式：Q=Acvc+Atvt=Qc+Qt （4）在式（3）和式（4）中，Q代表全断面总流量（m3/s），A代表过水的断面面积（m2），Ac表示河槽过水面积（m2），vc表示河槽断面平均流速（m/s），At表示河滩过水面积（m2），vt表示河滩断面平均流速（m/s），Qc表示河槽流量（m3/s），Qt表示河滩流量（m3/s）。
在依据洪水流量推算历史洪水位时，需先假定不同的洪水位，再依据洪水流量，计算出能够和已知的洪水流量相吻合的洪水流量即可，通常手算误差≤5%，电算误差≤1%【1】。
1.2连续系列洪水流量和不连续系列洪水流量计算（1）连续系列洪水流量推算先依据已有的洪水资料对vc、φ和Q统计参数进行确定，在利用适线方法对统计参数进行调整，直到论频率曲线能够和经验频率点较好吻合，采用这些调整好的统计参数，应用皮尔逊Ⅲ型曲线方程就能计算获得洪水流量【2】。
①平均流量Q的计算如式（5）式（5）中的n表示统计年最大流量值的个数，Qi表示的是任意一年的流量系列最大流量值。
②变差系数vc计算如式（6）式（6）中，Ki=Qi/Q 表示的是流量模比系数；n表示统计年最大流量值的个数，Qi 表示的是任意一年的流量系列最大流量值。
桥涵水文(课堂PPT)
程
学
第二节 桥墩局部冲刷
院
第三节 确定墩台基底最浅埋置深度
第四节 调治构造物
1
一、学习目标：
中
国 矿
业
大 学
（一）.了解调治构造物的类型和作用
建 筑
（二）.熟悉桥下一般冲刷计算；
工 程
(三).熟悉桥墩局部冲刷计算；
学 院
(四).掌握墩台基底最浅埋置深度的确
定。
2
二.本章重点和难点
中
国 矿
二.本章重点
中
（二）、65—1修正式
国
矿
业
大
学 建
（14-8a）
筑
工
程
学
院
35
一、非粘性土河床的桥墩局部冲刷
中
（二）、65—1修正式
国
矿
业
大
学
建
筑
工
（14-8b）
程
学
院
36
一、非粘性土河床的桥墩局部冲刷
中
（二）、65—1修正式
国
矿
业
大 学
14-8c
建
筑
工
程
学
14-8d
院
14-8e
14-8f
37
一、非粘性土河床的桥墩局部冲刷
20
二、 河滩一般冲刷
中 (一）.非粘性土河滩一般冲刷公式
国
矿
业 式中： Q′t——桥下河滩部分通过的设计流量，
大 学
按式（14-5a）计算；
建
筑 工 程
hmt——桥下河滩最大水深（m）； ——桥下河滩平均水深（m）；
学 院
B′t——河滩部分桥孔净长（m）；
特定情况下的公路桥涵水文计算分析
特定情况下的公路桥涵水文计算分析【摘要】桥涵水文调查是公路工程外业调查的基础工作，是合理确定桥涵孔径，控制工程规模的主要依据。
本文首先介绍了水文调查与测量的工作，然后对特定情况下的公路桥涵的水文做了计算分析。
【关键词】公路桥涵水文调查计算分析中图分类号：f540.3文献标识码：a文章编号：桥涵水文分析与计算，包括河流水文资料的调查搜集整理与计算，推求出我们桥涵所需要的设计水位和流量，拟定出桥长孔径、桥高和基础埋设深度。
由于桥位所处的地理位置不同以及其它复杂因素，包括天然的和人为因素如潮汐、泥石流、修水库、开挖渠道等。
一、水文调查及测量水文调查工作主要是在桥位上下游调查历史上各次较大洪水的水位，确定河槽断面、滩槽划分、洪水比降和河床糙率，推算相应的历史洪水流量，作为水文分析和计算的依据；同时调查桥位附近河道的冲淤变形及河床演变，作为确定历史洪水计算断面的桥墩台冲刷深度的依据。
1、资料收集(1)收集路线范围水系包含全部汇水面积的小比例地形图，从沿线地形图量绘各桥涵位置的控制汇水面积、流域长度、宽度、坡度等特征值。
(2)收集地区水文手册、水文水位站资料。
(3)收集项目的防洪影响评价报告。
(4)地质报告中河床质颗粒分析或塑、液限试验表。
2、水文调查及测量(1)项目主要河流分布、特征，各河主要跨河工程的分布情况、运用情况及对桥位河段流量、流向、冲淤变化情况的影响，水利规划和河道整治方案。
(2)项目区有无水文站或水位站及距各桥位的距离。
(3)项目区有无水库、分洪区和滞洪区，与之有关系的桥址及距离。
(4)桥址区地形、地貌、植被情况、土壤类型等特征。
(5)形态断面选择在洪痕分布较多、河岸稳定、冲淤不大、泛滥宽度较小、无死水和回流、断面比较规则顺直河段上，宜与流向垂直。
调查历史洪水情况时，应细心访问沿岸居民，查明历史洪水痕迹以及发生的时间(包括年月日)、大小和频遇程度。
洪水痕迹是在历史洪水位处的标志。
同一次洪水至少在两岸上下游调查3～5个可靠的、有代表性的洪痕点，并应考虑壅水及波浪的影响，以作必要的修正。
桥涵水文 PPT
2、流域的几何特征 （1）流域面积 F (catchment area)：在地形图上绘出 流域的分水线，量算出分水线包围的面积，即流域面 积，以km2 （2）流域长度 LF（the length of watershed）：从流 域出口到流域最远点的流域轴线长度，km计。 平均宽度 B（the average width of watershed）:
1、径流形成的物理过程 1）降雨过程
降雨量（mm） 降雨强度（mm/min 笼罩面积（km2） 暴雨中心
mm/h）
降雨量及其在时间和空间的变化决定了径流过 程的大小和变化趋势。
2）流域蓄渗过程
降雨的损失：降雨中不能形成径流的那一部分雨量 植物截留 IS （interception by vegetation） 下渗 f （infiltration） 填洼 Vd （depression detention） 雨期蒸发 E 这几部分雨量将耗于流域蒸、散发，不会形成径
§2.2 径流及其形成过程
Runoff Formation
径流（Runoff）:是指降水形成的，沿着流域地面 和地下向河川、湖泊、水库、洼地等流动的水流。 包括：
地面径流（surface runoff）
地下径流（underground runoff）。
汇集到河流后，在重力作用下沿河床流动的水 流称为河川径流（river runoff）。
ZZ2Z1
比降（slope of river）
JZ2Z1 Z
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：
水文计算
1水文计算1.1水文资料桥位于次稳定河段，设计流量31%3500/S Q Q m s ==，设计水位457.00S H m =，河槽流速 3.11/s c v m =，河槽流量3C Q =3193m /s ，河槽宽度c B 108.38m=，河槽平均水深c h 9.49m =，天然桥下平均流速0 3.00/M v m s =。
1.2桥孔长度计算知该桥位于次稳定河段，有明显河槽。
根据我国公路桥梁最小孔径长度jL 的公式:S j C Q L K Q nCB ⎛⎫= ⎪⎝⎭K,n —反映河床稳定性的系数和指数，查表2-1得K=0.95,n=0.87。
计算桥孔长()0.87S j C Q L K B =0.9535003193108.38=111.52Q nC ⎛⎫=⨯⨯ ⎪⎝⎭表2-1 K,n 值表注：此表摘自《桥涵水文》（第三版）表5-2-11.3桥孔布设根据桥位河床断面形态，将左岸桥台桩号布置在K52+330，取5孔30m 预应力混凝土简支梁为上部结构，双柱式桥墩，墩径取1.6m ，右墩台桩号取K52+480。
该桥孔布设方案的桥孔净长度为145.20m ，大于最小桥孔净长度111.52m ，是合理的。
1.4桥面最低高程的确定河槽弗汝徳数22cr cv 3.11F 0.104 1.0gh 9.809.49===<⨯，即设计流量通过时为缓流。
桥前出现雍水，而不出现桥墩迎水面的激流冲击高度。
1.4.1桥前雍水高度z ∆和桥下雍水高度z '∆冲刷前桥下流速S m jQ v A '=式中：j A —桥下净水面积，()j q A 1A (1)SsssQ Q pv pv λλμλμ=-==-（1-）；s v —设计流速，一般采用天然河槽平均流速c v ； P —冲刷系数，取1.3；μ—因墩台侧面涡流阻水而引起的桥下过水面积折减系数，又称压缩系数，可以用公式计算： 3.1110.37510.3750.95928.4s jv l μ=-=-⨯=（其中j l 为桥墩净间距），带入上式得 23500902.710.959 1.3 3.11j A m ==⨯⨯则可得冲刷前桥下平均流速3500 3.88/902.71m v m s'==天然桥下平均流速0 3.00/M v m s = 冲刷后桥下平均流速 0.250.25503.883.51/3.8810.52110.51 3.11m M mc v v m sv d v --'===⎛⎫⎛⎫'+⨯- ⎪+- ⎪⎝⎭⎪⎝⎭系数4.85N K ===0.50.50.490.10.1y K ===-桥前最大雍水高度 ()()N y2222M0MK K 4.850.49z v-v =3.51-3.00=0.40m 2g29.8⨯∆=⨯桥下雍水高度z '∆取0.5z ∆，则z 0.50.40.20m '∆=⨯=。
桥涵洞水文计算书
省道202线泾川至渗水坡（甘陕界）段第二合同段桥涵水文计算深圳高速工程顾问有限公司二○○九年1、综述本项目所在地深居内陆，属高原性大陆气候，高寒湿润气候区。
其气候特点是高寒，冬季漫长、春秋季短促，无夏季；湿润，光照不足，降温频繁。
年平均气温 4.5℃，最热月7月，平均13.2℃，最冷月1月，平均-8.4℃。
降水量：年平均降水量499.7-634，年降水量的季节分配很不均匀，夏季最多，占年降水量的50%以上，次为春秋两季，分别占年降水量的22%和26%，冬季最少，只占年降水量的1.4%-2.0%。
蒸发量：项目区内降水量充沛，空气湿润，蒸发量不大，约为1200mm，一年中冬季蒸和春末夏初蒸发量小，7月份蒸发量大。
冻土：从11月下旬开始进入冻结期，大地开始封冻，随着温度不断下降，冻土深度逐渐加深。
最大冻土深度为146cm，次年4月下旬开始解冻。
风向：一年中盛行东风，东北风次之，平均风速1.6m/s。
在全国公路自然区划中属河源山原草甸区（Ⅶ3）。
沿线地下水较为发育，小溪纵横。
沿线地表水及地下水较为丰富，水质良好，对施工用水的开采非常有利，但由于路线所经的部分地段地下水埋藏较浅，对公路路基及构造物造成一定的不利影响，需采取有效的工程措施以降低地下水的影响。
本项目对全线小桥及涵洞进行水文计算，最后确定其孔径。
2、参阅文献及资料1、《公路工程水文勘测设计规范》（JTG C30-2002）2、《公路涵洞设计细则》(JTGTD65-04-2007)3、《公路桥位置勘测设计规范》4、《公路小桥涵设计示例》——刘培文等编。
5、《公路桥涵设计手册（涵洞）》6、《桥涵水文》——张学龄3、涵洞水文计算该项目水文计算共采用三种不同的方法进行水文计算，通过分析比较确定流量。
方法1：交通部公路科学研究所暴雨径流公式推算设计流量；方法2：交通部公路科学研究所暴雨推理公式推算设计流量；方法3：甘肃省地区经验公式；（1）、交通部公路科学研究所暴雨径流公式：βγδφ5423)(FzhQp-= (F≤30Km2)pQ——规定频率为p时的洪水设计流量（m3/s）φ——地貌系数，根据地形、汇水面积F、主河沟平均坡度决定h ——径流厚度（mm）Z ——被植被或坑洼滞留的径流厚度（mm）F ——汇水面积（Km2）β——洪峰传播的流量折减系数γ——汇水区降雨量不均匀的折减系数δ——湖泊或小水库调节作用影响洪峰流量的折减系数参数取值：F：根据1:10000地形图，在图上勾出汇水区。
桥涵水文计算书
16.70 m
3.65-2式计算桥墩局部冲刷 d 5 mm
第 3 页
桥涵水文大作业计算书
v0 0.28(d 0.7)0.5 0.67
m/s BC=
QC = λ = hCM=
vc
A=
Q2 = μ= B2 =
hc
BC A0.1 Q2 v 1.04 Qc (1 ) B 2
k
0.1
1.3 1326 m3/s 0.934 127 m 2.08 m
0.34
130 1326 0.067 3.12 4.91
m
m3/s
m m/s
h 3 cm vc 6.70 hc
2
m/s B1= 2m
1
1
0.55
v0 0.12(d 0.5)
'
0.31 m/s n ' 0.15 v v0 * 因为v>v0为动床冲刷，由式 hb K * K 2 * B10.6 * hp 计算 v0 0.23 0.19 * lg d 0.363 0.23 0.19*lg d v n1 0 0.433
* hCM
4.54 m
2.64-1修正公式计算河槽一般冲刷
A= μ= Bc = E=
'
1.3 0.934 121 m 0.66
3
Q2 = hCM=
hc
1326 m3/s 3.122 m 2.079 m 0.005 m
dc
5 5 3 A Q2 hCM ' BC hc hp 1 6 Ed c
v
小桥涵水文计算
QS (h z) F
3 2
4 5
确定计算参数
1）频率P： 三级公路小桥涵 （表1-6） P=
2）地貌系数ψ：依据F＝12，I=20‰，查附表3—8，ψ=
3）径流深度h ： 根据A 查附表3-11，得知汇流时间τ= 4) 根据土壤为粘土，附表3-9，定吸水类属为Ⅱ类 5)第12暴雨分区，附表3-12，径流深度h＝ 6)植物洼地拦蓄厚度z ：附表3-13，山地水稻田z=
（1） 当有地形图可利用时，根据等高地形图 作出构造物至分分水岭沿河沟的纵断面图，然后依 其 等面积切割 的坡度即主河沟平均坡度 。
（2）当无地形图可利用时，当主河沟长度大于 500米，以河沟形成处与桥涵处高差除以其水平距 离。
3）汇水区平均宽度B及横向平均坡度 利用地形图，先勾绘出汇水区范围线，近似求 出汇水面积的形心c，垂直主河沟作一直线， 交汇水区边界的a，b两点，取此两点间距离即 为汇水区平均宽度B。 确定系数降雨不均匀系数。
第四章 小桥涵水文计算
第一节 小流域水文计算概要 小流域：指汇水面积小于100平方公里的流域。 一、特征： 1 洪水暴涨暴落； 2 缺少观测资料； 3 流量小，历时短； 4 暴雨是形成洪峰流量的主要原因。
汇水面积小，洪峰流量淹没范围小，洪水历时短，没 有水文观测资料，难以找到一种普遍适用于全国的计算 方法和公式。 通常采用的方法有：暴雨推理法、径流形成法、形态调 查法、直接类比法以及暴雨推理法。
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
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公路桥涵水文计算方法及流程研究
摘要:本文基于笔者多年从事水文水力计算的相关工作经验,以公路桥涵水文调查与计算为研究对象,论文首先分析了水文调查及测量的思路,进而探讨流量的确定方法,再次寄出上,给出了详细水文计算思路,全文是笔者长期工作实践基础上的理论升华,相信对从事相关工作的同行能有所裨益。
桥涵水文调查是公路工程外业调查的基础工作,是合理确定桥涵孔径,控制工程规模的主要依据。
本人就多年来多条高速公路调查经验探讨一下合理、适用的桥涵水文调查方法。
关键词:公路桥涵水文调查计算
1 水文调查及测量
水文调查工作主要是在桥位上下游调查历史上各次较大洪水的水位,确定河槽断面、滩槽划分、洪水比降和河床糙率,推算相应的历史洪水流量,作为水文分析和计算的依据;同时调查桥位附近河道的冲淤变形及河床演变,作为确定历史洪水计算断面的桥墩台冲刷深度的依据。
1.1 资料收集
(1)收集路线范围水系包含全部汇水面积的小比例地形图,从地形图量绘各桥涵位置的控制汇水面积、流域长度、宽度、坡度等特征值。
(2)收集地区水文手册、水文水位站资料。
(3)收集项目的防洪影响评
价报告。
(4)地质报告中河床质颗粒分析或塑、液限试验表。
1.2 水文调查及测量
(1)项目主要河流分布、特征,各河主要跨河工程的分布情况、运用情况及对桥位河段流量、流向、冲淤变化情况的影响,水利规划和河道整治方案。
(2)项目区有无水文站或水位站及距各桥位的距离。
(3)项目区有无水库、分洪区和滞洪区,与之有关系的桥址及距离。
(4)桥址区地形、地貌、植被情况、土壤类型等特征。
(5)形态断面选择在洪痕分布较多、河岸稳定、冲淤不大、泛滥宽度较小、无死水和回流、断面比较规则顺直河段上,宜与流向垂直。
调查历史洪水情况时,应细心访问沿岸居民,查明历史洪水痕迹以及发生的时间(包括年月日)、大小和频遇程度。
洪水痕迹是在历史洪水位处的标志。
同一次洪水至少在两岸上下游调查3～5个可靠的、有代表性的洪痕点,并应考虑壅水及波浪的影响,以作必要的修正。
对于每个洪水位,均应在现场标记编号,测定其位置和高程,并根据调查情况详细描述,作出可靠性评价。
历史洪水位相应的洪水流量,可按明渠均匀流的方法进行计算。
(6)水文断面应在桥位上下游格测绘一个;对河面不宽的中桥,可只测绘一个;当桥位断面符合水文断面条件时,桥位断面可作为水文断面。
(7)测绘范围:平原宽滩河流测至历史最高洪水泛滥线以外50 m,山区河流测至历史最高洪水位以上2～5 m以上。
(8)绘制内容:应绘出河床地面线、滩槽分界线、植被和地质情况、糙率、测时水位、施测时间、历史洪水位及发生年份、其他特征水位等。
现场确定滩槽分界线、植被
和地质情况。
(9)河床比降的测量,水文断面上游不小于2倍河宽,下游不小于1倍河宽。
2 设计流量确定
2.1 有资料地区
(1)防洪评价报告中摘取。
(2)上下游水库资料引用。
(3)地区水文手册中摘取。
青海清水河6#大桥设计流量,由《青海省湟中-水文水利计算手册》某调查点:清水河F=2379 km2,长度106 km,坡度0.85%,n=0.040～0.045,重现期100年的流量为2780方/s(见手册P223)。
2.2 无资料地区
我们设计的项目大部分桥涵均为无现成资料可利用的,需要我们设计工作者选用相应的方法自行计算。
2.2.1 设计流量计算公式取用的原则
(1)汇水面积小于1 km2处可不计算流量,按构造涵洞尺寸设置涵洞。
(2)汇水面积小于30 km2的桥位,采用小桥涵设计暴雨洪水流量计算方法径流厚度法应用文件确定其设计流量。
用其他公式或洪水资料做校对。
(3)汇水面积在30～100 km2的桥位,采用小桥涵设计暴雨洪
水流量计算方法推理公式设计,暴雨洪水流量计算方法经验公式计算其流量。
应用范围可延伸至300 km2。
用其他公式或洪水资料做校对,若有洪水调查资料,以形态断面调查为主。
(4)汇水面积大于100 km2的桥位,上下游均无水文观察资料情况下,可通过水文调查,采用形态断面法确定流量,用分区经验公式做验算。
(5)汇水面积较大时,最好用多种方法相互验证。
2.2.2 讨论形态断面法
所谓形态调查法即实地考察历史上发生过的洪痕,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,在按水力学方法推算历史洪峰流量。
目前,主要通过建立形态断面,并绘制形态断面图,确定主河沟的糙率,主河沟平均坡度。
有条件时实测水位和流速。
结合形态断面进行洪水调查,确定比较可靠的某一历史洪水位及相应的频率。
同时确定历史洪水位在形态断面上的过水面积和相应的比降等资料。
推算形态断面上的历史洪峰流量,进而求得规定的频率的设计流量。
3 设计水位确定
根据确定的流量利用形态断面法根据谢才-曼宁公式计算水位标高。
4 桥梁孔径的确定
(1)桥孔最小净长度按《公路工程水文勘测设计规范》中6.2.1-1、6.2.1-2和6.2.1-4式计算。
桥孔不宜压缩河槽,可适当压缩河滩。
(2)桥孔布设还应结合上下游已建桥梁的孔径布设以及发生较大洪水特征年份的行洪状况确定。
(3)河床的滩、槽划分准确与否,对桥孔长度计算影响极大,应根据河段平面形态、植被分布情况在桥位现场认真调查研究合理划分河床滩、槽。
(4)河滩、河槽的洪水糙率系数应按规范规定合理确定。
5 桥面最小标高的确定
桥面设计高程按《公路工程水文勘测设计规范》中6.4.1-1式计算。
不通航的内陆地区桥面最低高程计算,全面考虑设计水位、壅水高度、桥下净空、桥梁上部构造建筑高度。
特别注意一点:桥下行洪高度为盖梁底面以下,应为盖梁为与水流方向相交的,是一个阻水面。
6 冲刷计算
墩台冲刷按5公路工程水文勘测设计规范6中7.3.1-1、7.3.1-4、7.3.1-5、7.3.2-1、7.3.2-2式计算。
注意区分粘性土河槽和非性土河河槽,计算结果并以冲刷线的形式反映在桥型布置图中。
7 调整构造物设置调查
调治构造物是桥梁工程的重要组成部分,常见的形式有导流坝、丁坝及其他桥头防护工程。
调治构造物的主要作用在于调节水流,使
水流均匀畅顺地通过桥孔,防止桥位附近的河床和河岸发生不利的变形,以保证桥梁墩台和桥头引道的正常使用。
是否设置导流工程,应根据河滩流量占总流量的比例来确定。
根据经验,当单侧河滩的河道,桥梁引道阻断的流量占设计总流量的15%,或双侧河滩,以中中泓线将设计流量分为两部分,桥梁一侧引道阻断的流量占该侧流量的15%时,可设置导流堤;小于上列数值时可修建梨形坝;小于5%时, 加固桥头锥坡即可。
8 结语
以上内容也是一个桥涵水文调查的流程,调查工作可循此过程进行。
望本文对同行的工作有所借鉴。
参考文献
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