8 桥涵设计流量及水位推算
桥涵水文分析计算
桥涵水文分析与计算一、概述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。
我们调查搜集洪水流量的计算方法各有不同。
水文计算从大的方面来分：有水文（雨量）观测资料和无水文观测资料的水文计算。
从各河段特殊情况的不同又可分为，有水库的水文计算，倒灌河流的水文计算，平原或者山丘区的水文计算，还有潮汐河段、岩溶河段、泥石流河段等。
不同情况的河流我们要有针对性的调查，搜集有关资料调查搜集资料很辛苦，跑路多收效有时还很小，但工作必需要做，要有耐心。
需要调查搜集的资料综合起来有：水系图，县志和水利志、地形图、形态断面、水文站（气象站）资料水库资料，倒灌资料、河道演度、河床淤积、雨力资料、洪水调查及比降的测量，原有桥涵的调查等，通过调查为下步洪水设计流量提供有关参数。
另外还要进行地质地貌调查，有些设计流量的计算参数也和土的颗粒组成、土壤的分类、密实度吸水率熔洞泥石流等有关，有的与设计流量无关，但与桥的安全性有关如土体稳定性、山体滑坡、湿陷性黄土软土地基等，一般野外采用看挖钻的方法，下面介绍一下土壤分类的一般常识，分为三类：1.粘性土：塑性指数p I >1 亚砂土或轻亚粘土1<p I ≤7； 亚粘土 7<I ≤17； 粘土 p I ≥17；塑性指数p I =l W （液限）－p W （塑限）；而粘性土壤的状态用液性指数（即稠度系数）l I 分为四级，l I =pl p o w w w w --；o W —天然含水量；l I <0为坚硬半坚硬 标贯>3.5； 0≤l I <0.5为硬塑 标贯>－3.5； 0.5≤l I <1为软塑 标贯<－7；l I ≥1 为极软 标贯<2；淤泥是极软状态的粘性土，其含水量接近或大于液限，对于孔隙比大于1的轻亚粘土或亚粘土和孔隙比大于1.5的粘土均称淤泥。
设计洪水与及设计水位推算课件
桥涵 分类
特大桥 大桥 中桥 小桥 涵洞
桥梁涵洞分类
公路桥涵
多孔跨径总长L/m
L≥1000 100≤ L ≤ 1000
30＜ L＜100 8≤ L≤30
-
单孔跨径 LK/m
LK ≥150 40 ≤LK≤ 150 20＜LK＜40
5≤L＜K 20 LK＜5
公路桥涵设计洪水频率
构造物 名称
高速公路
公
不连续系列的经验频率计算
1) 独立样本法
此法是把包括历史洪水的长系列(N年)和实测的短 系列(n年)看作是从总体中随机抽取的两个独立样本， 各项洪峰值可在各自所在系列中排位。因为两个样本来 自同一总体，符合同一概率分布，故适线时仍可把经验 点据绘在一起，共同适线。
第一节 有观测资料的设计洪水流量推算方法
1/100
设计标准越高（频率越小），设计洪水越大，设 计的工程越安全，被洪水破坏的风险就越小，但工 程的造价越高；反之，标准越低（频率越大），工 程耗资较少，但安全程度也相应降低，被破坏的风 险就较大。
设计洪水的计算途径 1、由实测流量资料推求； 2、由洪水调查资料推求； 3、由暴雨资料推求。
实际工作中，对重要的工程，为保证计算成果 的可靠性，应根据水文资料的情况，采用多种途径 计算，相互比较，充分论证，合理采用。
第一节 有观测资料的设计洪水流量推算方法
二、设计洪峰流量的推求
（1）连序系列
选取样本，一般采用“年最大值法”选取样本； 绘制经验频率曲线； 用适线法绘制理论频率曲线，并选定三个统计参数； 用选定的三个统计参数计算设计洪水频率相应的设计
流量； 审查计算结果。参照统计参数的地区经验值，审查所
选定参数值，并用其他方法推算设计流量，进行对比。
桥涵设计流量及水位推算
• 桥涵设计概述 • 桥涵设计流量计算 • 水位推算方法 • 桥涵设计流量及水位推算案例分析
01
桥涵设计概述
桥涵设计的概念
桥涵设计是指根据桥梁和涵洞的具体 要求和条件，进行结构、构造、施工 等方面的设计，以满足交通、水利、 市政等方面的需求。
桥涵设计需要考虑多种因素，如荷载 、结构形式、材料、施工方法等，以 确保结构的安全性、经济性和耐久性 。
VS
详细描述
在某水库上设计一座桥涵，需要考虑水库 的蓄水和泄洪要求。通过分析水库调度图 和历史水位数据，可以推算出桥涵的设计 流量和水位，以确保桥涵在各种工况下的 安全性和稳定性。
案例三
总结词
根据灌溉需求和渠道输水能力，采用水利计算方法确定桥涵的设计流量和水位。
详细描述
在某灌溉渠道上设计一座桥涵，需要考虑灌溉需求和渠道输水能力。通过水利计算方法，可以确定桥涵的设计流 量和水位，以满足灌溉需求的同时，保证渠道的正常输水能力。
气候变化会影响降雨量和蒸发量，从而影响水位 变化。
流域特征
河流的流域特征，如地形、地貌、植被等，会影 响水流的运动和河道的冲刷。
3
水利工程
水利工程的建设和运行会影响河道的流量和水位 变化。
水位推算的实际应用
01
02
03
桥涵设计
根据水位推算结果，确定 桥涵的高度和跨度，确保 桥涵的安全和正常使用。
防洪规划
案例四：某排水沟的桥涵设计流量及水位推算
总结词
根据排水沟的设计排涝标准，利用暴雨资料和排水沟的排水能力，推算桥涵的设计流量和水位。
详细描述
在某排水沟上设计一座桥涵，需要考虑排水沟的排涝标准和排水能力。通过分析暴雨资料和排水沟的 排水能力，可以推算出桥涵的设计流量和水位，以确保在暴雨期间能够及时排除积水，保障周边地区 的安全。
《桥涵水文》习题(17级)(1)
《桥涵水文》习题习题一求河流比降已知某河流各河段的河底特征点高程及其间距如表1，试求各河段平均比降及全河的平均比降。
全河段的平均比降利用P17页公式（1-1-2）计算。
表1 各河段的河底特征点高程及其间距习题二实测流速计算流量已知某一水位下，用流速仪等仪器测得的某河流测流断面资料如表2所示，试计算此水位下的流量及断面平均流速，斜坡岸边系数α取0.7。
提示：计算时列出如下的表格计算各个部分断面的流量得出全断面的流量后，再计算出全断面的平均流速。
习题三推求设计水位某公路要跨越一河流，桥址横断面如图1，河床特征点见表3。
河槽顺直、整洁、无堵塞现象，m河槽＝40；河滩平直、长草，m河滩＝30。
洪水水流比降i＝0.0016，试绘出流量水位关系曲线，已知Q2%=2220m3/s，推求设计水位。
图1 河床横断面提示：首先计算出水位分别为H＝76、75、74、73米下的流量值（计算格式如教材P33表1-4-2），然后绘制水位H～流量Q关系曲线，由设计流量Q＝2220m3/s和最高通航设计流量Q＝1200 m3/s插值得出相应的设计水位和最高通航设计水位。
计算流量时河滩部分分别按左、右河滩进行计算。
即总流量＝左河滩流量+河槽流量+右河滩流量习题四适线法推求设计流量某二级公路上有一大桥，桥位附近的水文站有30年连续的年最大流量资料，见表4。
要求利用适线法推求Q1％和Q2％的设计流量（Cs值必须通过适线法求得）。
并计算设计流量的相对均方误。
表4 水文站各年流量资料海森概率格纸6理论频率曲线配线过程注：配线时，要求：Cv=0.2~1.5，Cs=（2~4）Cv习题五利用耿贝尔频率分布曲线推求设计流量采用表4数据，利用耿贝尔频率分布曲线推求Q1％和Q2％的设计流量。
习题六考虑特大值利用适线法推求设计流量接习题四，通过洪水调查和文献考证得知，1805年以来该水文站曾有6次大洪水，其中1次大洪水为1990年的洪水流量2000m3/s，其它年份的资料如表5，利用考虑了特大值的适线法推求Q1％和Q2％的设计流量。
桥涵水文
一、用桥下过水面积计算桥孔长度（冲刷系数法）冲刷系数法原理：利用桥位断面的设计流量Qs和设计水位Hs，根据水力学的连续性原理(Q=Av),求出桥下顺利宣泄设计洪水时所需要的最小过水面积，用以确定桥孔的最小长度。
计算桥孔长度时，常采用天然河槽平均流速作为设计流速（即一般冲刷？完成后的桥下平均流速）。
一般冲刷：建桥后桥孔压缩了水流，桥下流速增大到一定数值时，桥下河槽开始冲刷即称为一般冲刷总过水面积：设计水位下过水总面积之和。
有效过水面积：扣除桥墩面积设计流速：天然河槽平均流速（不冲刷流速）冲刷系数定义p：桥下河床冲刷后过水面积与冲刷前过水面积之比值p。
冲刷的类型桥梁墩台冲刷是一个综合冲刷过程，可分为三部分：桥位河段因河床自然演变而引起河床的自然演变冲刷；因建桥压缩水流而引起桥下整个河床断面普遍存在的一般冲刷；由于桥墩台阻水而引起的河床局部冲刷。
其实桥梁墩台冲刷是受多种因素同时交叉影响产生的，但是为了便于研究和计算，我们把墩台周围总的冲刷深度，假定为这三种冲刷先后进行，分别计算，然后叠加。
二、绘制最大冲刷线1、全部冲刷完成后，墩柱最大冲刷水深包括三个部分,桥墩最低冲刷线高程为Hmin：Hmin=Hs-h-hp-hb-△h式中：Hmin——最低冲刷线高程（m）;Hs ——设计水位(m)h——计算墩柱处水深（m）hp——一般冲刷深度(m);hb——局部冲刷深度(m);△h——自然演变冲刷深度（m）；2、桥台最低冲刷线的标高：Hmin=Hs-hs-h -△h式中：Hs——桥位断面的设计水位（m）；hs—桥台所在位置的冲刷深度（m）。
h—桥台所在位置的平均水深（m）。
△h——自然演变冲刷深度（m）；2、桥梁各墩台基底最浅埋置标高HJM=Hmin-△(m)式中：HJM—墩台基底最浅埋置标高（m）；Hmin—墩台最大冲刷时的标高（m）；△—基底埋深安全值（m）。
小桥的孔径计算与大中桥的区别：大中桥：以冲刷系数作控制条件，容许桥下河床发生一定的冲刷，采用天然河槽断面平均流速作为桥孔设计流速，并按自由出流条件，由计算的过水面积推求桥孔长度。
第十一章 桥涵设计流量及水位推算
2011-1-7
L
ντ
=
0.278L mபைடு நூலகம் Q
1 3 1 4 m
⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯
②
由①、②联立
τ = τ 0ψ
τ0 =
−( 1 ) 4− n
3 4− n
0.278
1 mJ 3 L
4 4− n
( AF )
1 4− n
L ：主河沟长度（km） τ 0 ：汇流历时参数（h） J ：主河沟平均比降
2011-1-7
§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i
2011-1-7
§11.2.2 历史洪水流量推算方法
v = C RJ h 4、按谢才公式计算所查洪峰流量： J = f l Q = vA = AC RJ = K J
0 1 2
入渗
降雨
径流 形成
t
3
t
4
H τ = τ ⋅ iτ = Aτ 1− n = f (τ )
hτ max = hR = Hτ − µτ
所以 ψ 2011-1-7
hτ max Hτ − µτ µ n = = = 1 − τ = ψ (τ , µ ) Hτ Hτ A
2）τ>当净雨历时tc hτ max = hR = H tc − µtc hR：产生洪峰时的净雨量 瞬时强度： = dH t = (1 − n) At −n = (1 − n)i it
3、 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
第十一章 设计洪水流量 新
第三节按暴雨资料推算
当流域面积小于100km2时，称为小流域面积，通常缺乏
实测流量资料，常按照暴雨资料推算设计流量
一、洪峰流量计算公式
1、基本形式： Q K i F
(11-7b)
式中： Q——暴雨洪峰流量（m3/s）
K——单位换算系数0.278或16.67
i ——降雨强度（mm/h）或（mm/min)
第十一章桥涵设计流量及水位推算
新规范关于设计洪水频率的另外两条： 1）二级公路的特大桥以及三级、四级公路的 大桥，在水势猛急、河床易于冲刷的情况下， 可提高一级洪水频率验算基础冲刷深度。 2）沿河纵向高架桥和桥头引道的设计洪水频 率应符合《公路工程技术标准》（JTG B01－ 2003）路基设计洪水频率的规定。
第二节按洪水调查资料推算
一、大洪水资料的获得
1、形态调查方法 ①河段踏勘 确定历史洪水痕迹位置和高程
古庙、老屋、古树 ②现场深入调查 访问年长者 ③河段选择 无支叉、稳定、洪痕多、靠桥近 ④实地测绘 ⑤摄影、论证
第二节按洪水调查资料推算
2、历史洪峰流量的推求
根据形态调查法可得过水断面，绘出纵剖面
位(很多情况下是推算水位)，称为设计洪水位。 设计水位：设计洪水位+雍水+浪高等。 通航水位：能保持船舶正常航行时的水位，称为通航
水位。 设计水位的推算：绘制Q-H曲线。 设计流量→设计水位→桥涵的孔径计算
第四节设计流量和设计水位推算
本章重点
1 .确定桥涵设计流量的几种途径。 2 .形态调查法。 3 .形态法计算洪峰流量。
图可得水面比降J
采用谢才—曼宁公式 R A
4-38
1
21R3J 2n来自例11-1Q A
第十一章 桥涵设计流量及水位推算ppt课件
2018/11/15
T Q Q N 2 2 2
T Q Q N 3 3 3
§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（n<20年） 1）、由实测系列求出平均流量 Q 及历史洪水流量 Q 的变率 K Q 1 ， K 2
1
Q
2
Q
2）、计算各历史流量Qi的经验频率 m P （ Q Q ） 100 % i N 1 1 3）、假定Cv,Cs值，利用下式计算合适统计参数
2018/11/15
K K C 1 i pi pi v
3、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Qp 2）、采用相似参证站的实测平均径流率值 M , C v ， 使Cs满足：K K C 1
§11.2.2 历史洪水流量推算方法
v C RJ hf 4、按谢才公式计算所查洪峰流量： J l Q vA AC
RJ K
J
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
A v A v Q Q 复式断面河道： Q c c t t c t
1 4n
L ：主河沟长度（km） 0 ：汇流历时参数（h） J ：主河沟平均比降
i pi piv
3）、假设Cv，Cs 使下式成立
Mi Q Ki i M Q
Q M F
Q Q Q 1 2 i C 1 C 1 C 1 p 1 v p 2 v p iv
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，水位猛涨，超出了河槽容蓄量，且有一定的危害性。
洪水三要素
洪峰流量 洪水总量 洪水过程线
Q
B
Qm
洪水过程
C
A
W T1 T T2
t
6
8.1 根据流量观测资料推算设计流量
一、资料的审查
资料的可靠性：鉴定资料的可靠程度。从资料的来源、测
主讲人：陈艳霞 联系方式：13550425879 Email: 21087539@
8.1 根据流量观测资料推算设计流量
8.2 根据洪水调查资料推算设计流量
8.3 根据暴雨资料推算设计流量
设计流量：相应于设计洪水频率的洪峰流量 (m3/s)。
设计水位：桥位计算断面上通过设计流量相应的
18
8.2 根据洪水调查资料推算设计流量
• 上述两种方法，我国目前都在使用。 • 一般来说，独立样本法把特大洪水与实测一般洪水视为相
互独立，可能会出现“重叠”的不合理现象，但比较简单。 在特大洪水排位可能有错漏时，因不互相影响，这方面讲则
是比较合适的。当特大洪水排位比较准确时，理论上说，用
统一样本法更好一些。
2、不连续系列三个统计参数的确定
• 矩法初估参数对不连续系列，也相应发生变化。
19
8.2 根据洪水调查资料推算设计流量
1 a N a n Q Q j Qi N j 1 n l i l 1
1 Cv Q
2 2 1 a N a n Qi Q Q j Q N 1 j 1 n l i l 1
12
8.2 根据洪水调查资料推算设计流量
河床总流量 (1) 单式断面
Q Av
Q Ac vc At vt Qc Qt
(2) 复式断面
3、洪水比降的确定
绘制河道总断面图，将断面洪水位标出来，即可用比
降公式计算
Z上 Z下 Z i L L
13
8.2 根据洪水调查资料推算设计流量
思路如下：
1、审查资料； 2、插补和延长系列资料得到长系列； 3、用前边长系列方法计算设计流量。
9
8.2 根据洪水调查资料推算设计流量
洪水调查资料：在桥位上、下游调查历史上各次较大洪水 的水位，确定洪水比较，推算相应的历史洪水流量，作为水 文分析计算的依据。
一、历史洪水流量
定义：历史洪水位相应的洪水流量
4、河床糙率系数的选择
最好采用河段实测值，无实测资料时则参照《公路桥位勘
测设计规范》或有关手册中推荐的糙率表，结合河段实际情 况选定。
14
8.2 根据洪水调查资料推算设计流量
二、洪水流量的混合资料推算设计流量
混合资料：洪水观测资料+洪水调查和文献考证资料 其中包含特大洪水流量 (特大值)，变成不连续系列。 实测期：水文站观测年限 调查期：洪水调查的最远年份至资料最后年份之间的年限 考证期：文献考证的最远年份至资料最后年份之间的年限
1、水文断面的选择
水文断面：计算流量所依据的河流横断面
10
8.2 根据洪水调查资料推算设计流量
•
选择的原则： ① 形态上，要求河道顺直、河床稳定、河滩较小、断
面比较规则； ② 数量上，要求桥位上、下游各选一个断面，以资校
核。
• 水文断面选好后，即进行断面测量，绘制河道横断面图，
好计算面积，推求断面流t
计算方法：推理公式法和经验公式法
21
8.3 根据暴雨资料推算设计流量
一、交通部推理公式 • 1、公式形式
Sp Qp 0.278( n ) F
• 2、公式中参数的确定 • (1) 雨力 Sp：从各地《水文手册》中的Sp等值线图或全国
雨力等值线图上查取。
11
8.2 根据洪水调查资料推算设计流量
2、水文断面流速和流量计算
断面平均流速：谢才-曼宁公式
1 2 / 3 1/ 2 v R i n
其中，i 为洪水比降。
• 实际中，对于宽浅河道，当水面宽度大于断面平均水深10
倍以上时，湿周近似取水面宽度，此时 R h ，上式变为
1 2 / 3 1/ 2 v h i n
二、基本思路
具有足够的流量观测资料系列（30年以上）时采用水文统
计法。思路如下：
1、流量系列从大到小排序，计算经验频率，并点绘经验
频率点据。
2、用适线法给经验频率点据配适合的理论频率曲线。 3、由此可计算任何频率的流量及设计流量。
8
8.1 根据流量观测资料推算设计流量
二、基本思路
具有较长实测资料(例如20年以上资料)时设计流量的计算
• (1) 独立样本法
把实测一般洪水系列与特大洪水系列分别看作是从总体中 独立抽出的两个独立样本，各项洪水可分别在各个系列中进 行排位。
经验频率计算：
特大值系列： P M 100% M
N 1
一般值系列： P m 100% m
n 1
17
8.2 根据洪水调查资料推算设计流量
• (2) 统一样本法
• (2) 暴雨递减指数n：从各省的n值分区图上查取
22
8.3 根据暴雨资料推算设计流量
• (3) 损失参数 μ：经验公式，分南北方， (8-11) 或 (8-12) • (4) 汇流时间 τ：经验公式，分南北方，(8-13) 或 (8-14) • (5) 流域面积 F：根据流域地形图勾绘流域周界，用求积仪
将实测系列与特大值系列共同组成一个不连序系列，作为 代表总体的一个样本，不连序系列各项可在历史调查期N年 内统一排位。经验频率计算：
特大值系列：
M PM (M N 1
1, 2, ,a )
一般值系列：
ml Pm Pa (1 Pa ) (m l 1, l 2, l, n ) n l 1
验和整编方法等方面进行审查。
资料的一致性：资料必须是同一个断面、同一气候条件、、
同一下垫面条件下产生的。如引水工程的修建，需还原。
资料的代表性：是指资料是否包括了丰水年、平水年和枯
水年，若代表性差就不能很好地反映总体的规律。为提高资
料的代表性，应尽可能展延径流系列的长度。
7
8.1 根据流量观测资料推算设计流量
• Cs可通过适线法最终确定或参照地区经验选定Cs/Cv。 3、设计流量的推算
• 方法同前
20
8.3 根据暴雨资料推算设计流量
我国大部分地区的洪水由暴雨形成，所以由暴雨资料推算
设计流量是小桥位水文计算方法，并且多用于100km2 以下 的流域称为小流域。
基本假定：设计暴雨与设计洪水同频率。
量取。
• 3、适用范围 • 流域面积 F<100km2的小流域。
23
8.3 根据暴雨资料推算设计流量
二、交通部经验公式 • 1、公式形式 • 经验公式Ⅰ • 经验公式Ⅱ
QP (SP )m F 2
3 QP CS P F
• 2、公式中参数的确定 • (1) 地貌系数 ψ ：表 8-10。 • (2) 系数、指数 m 、 λ2、 C、 β 、 λ3 ：表 8-10与表 8-11
24
15
8.2 根据洪水调查资料推算设计流量
1、不连续系列的经验频率计算 • 特大洪水是指实测系列和调查到的历史洪水中，比一般洪
水大得多的稀遇洪水。
• 为什么要进行特大值的处理？
通过特大值处理，可以延长系列资料，增强系列的代表性， 减少各参数值的抽样误差，提高计算成果的稳定性和可靠性。
16
8.2 根据洪水调查资料推算设计流量
相关分析，延长水文资料
适用于桥位附近资料较少，
但邻近地区或河段有较多资料情况。
4
应通过多种途径，采用不同方法，尽量搜集可能
搜集到的一切水文资料，应用不同的方法分析推求 设计洪水流量。
采用不同方法得到的同一桥梁的设计流量大小可
能不同，可经过对比分析论证后，选用一个合理数
值。
5
8.1 根据流量观测资料推算设计流量
水位(m)。
设计流速：设计流量通过时桥位断面的河槽平均
流速(m/s)。
3
推算设计流量的方法汇总
水文统计法
适用于大中河流，具有一定长度的实测
资料，最好还有调查到的特大洪水资料；
地区性公式、暴雨径流的推理公式
适用于中小河流，
很难搜集到实测洪水资料，但可以搜集到降雨资料或地区
性水文资料情况；