5第五章 河道工程设计水位及流量推求
设计洪水与及设计水位推算
公路桥涵设计洪水频率
构造物 名 称 高速公路
特大桥 大中桥 小 桥 1/300 1/100 1/100 1/100
公 一
1/300 1/100 1/100 1/100
路 二
1/100 1/100 1/ 50 1/ 50
等 三
1/100 1/ 50 1/ 25 1/ 25
级 四
1/100 1/ 50 1/ 25 按具体情 况确定 按具体情 况确定
流涌高和桥墩冲高等影响的高度后的水位。
桥涵工程依据：
交通部颁布的
《公路工程技术标准》（JTJ B01-2003） 《公路工程水文勘测设计规范》（JTG C30-2002）
首先根据《公路工程技术标准》确定公路的
等级和桥梁的大小，然后按照《公路工程水文勘
测设计规范》，确定设计洪水频率（或重现期），
最后推求相应于该频率的设计流量，以及相应的
资料独立性：水文资料彼此无关
第一节 有观测资料的设计洪水流量推算方法
一、资料的选样与审查
3、资料的插补与延长
（ 1 ）寻找参证站：采用水文统计方法推算设计流量时， 如桥位附近水文站流量观测资料的观测年限较短或有缺 失年份，则应尽量利用参证站 ( 上、下游或邻近流域内 的水文站 ) 的观测资料，进行插补和延长，来提高可靠 性。 （2）用暴雨资料插补洪峰资料
1 a N a n [ x j xi ] N j 1 n a2 i a2 1
(3 86)
第一节 有观测资料的设计洪水流量推算方法
N年系列的CV值为：
2 2 N a n a
由：
2
N n 1 1 2 2 即： ( x x ) ( x x ) N a n a 2 i i N a i a 1 n a2 i a2 1
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。
设计洪峰流量及设计洪量的推求
第二节设计洪峰流量及设计洪量的推求由流量资料推求设计洪峰及不同时段的设计洪量，可以使用数理统计方法，计算符合设计标准的数值，一般称为洪水频率计算。
一、资料审查在应用资料之前，首先要对原始水文资料进行审查，洪水资料必须可靠，具有必要的精度，而且，具备频率分析所必须的某些统计特性，例如洪水系列中各项洪水相互独立，且服从同一分布等。
除在第三章谈到审查资料的可靠性之外，还要审查资料的一致性和代表性。
为使洪水资料具有一致性，要在调查观测期中，洪水形成条件相同，当使用的洪水资料受人类活动如修建水工建筑物、整治河道等的影响有明显变化时，应进行还原计算，使洪水资料换算到天然状态的基础上。
洪水资料的代表性，反映在样本系列能否代表总体的统计特性，而洪水的总体又难获得。
一般认为，资料年限较长，并能包括大、中、小等各种洪水年份，则代表性较好。
此可见，通过古洪水研究，历史洪水调查，考证历史文献和系列插补延长等增加洪水列的信息量方法，是提高洪水系列代表性的基本途径。
根据我国现有水文观测资料情况，SL44—93规定坝址或其上下游具有较长期的实测水资料(一般需要30年以上)，并有历史洪水调查和考证资料时，可用频率分析法计算计洪水。
二、样本选取河流上一年内要发生多次洪水，每次洪水具有不同历时的流量变化过程，如何从历洪水系列资料中选取表征洪水特征值的样本，是洪水频率计算的首要问题。
根据SL44—93规定，应采用年最大值原则选取洪水系列，即从资料中逐年选取一个大流量和固定时段的最大洪水总量，组成洪峰流量和洪量系列。
固定时段一般采用l、3、5、7、15、30天。
大流域、调洪能力大的工程，设计时段可以取得长一些；小流域、调洪能力小的工程，可以取得短一些。
在设计时段以内，还必须确定一些控制时段，即洪水过程对工程调洪后果起控制作用的时段，这些控制时段洪量应具有相同的设计频率。
同一年内所选取的控制时段洪量，可发生在同一次洪水中，也可不发生在同一次洪水中，关键是选取其最大值。
5.3_设计航道水位及流量推求
5.3.2 长期资料条件下
长期资料条件下下设计通航水位不流量推求
1、设计最高通航水位的推求 采用累积频率曲线法
5.3.2 长期资料条件下
例： 长江中游某水位站有41年水位资料，试求该站P=5%(20年 一遇)的设计最高通航水位？
5.3.2 长期资料条件下
（1）有调蓄能力的水利枢纽通航要求： 设计的最高通航水位丌能高于枢纽的设计洪水位，丌能低于
5.3.1 基本概念
通航标准：
1）设计最高通航水位：累积频率或重现期作为设计标准；
2）设计最低通航水位：保证率或者重现期作为设计标准。
设计最低通航水位的确定：
GB50139-2004 《内河通航标准》
丌受潮汐影响和潮汐影响 丌明显的河段：
1）可采用综合历时曲线法确定； 2）可用多年历时保证率确定； 3）保证率频率法确定； 4) 年保证率和重现期确定。
正常蓄水位或汛期限制水位。 （2）以通航为主、无调蓄的水利工程，且设计标准丌高的山区 河流频率计算要求： 采用日平均流量作为统计变量进行频率计算，丌用洪峰流量
作为统计变量； 原因：在这种情况下，洪峰持续历时很短，对于货运量要求丌 是很高的航运工程影响丌大，否则将造成投资上的丌经济。
5.3.2 长期资料条件下
5.3.2 长期资料条件下
设计通航低水位采用历时曲线法及保证率频率法
（6）在历年的水位历时曲线上根据选定的保证率摘取水位值； （7）将选定的水位值作为样本进行频率分析计算，用P-III曲 线进行适线； （8）根据确定的累积频率在曲线上选取相应的水位值即为设 计最低通航水位。
5.3.3 短缺资料条件下
《工程水文学》精品课程
《工程水文学》
Engineering Hydrology
第五章 引水、输水工程
第二节 水闸
1）底板
按照与闸墩的连接方式分为整体式和分离 式。 底板是闸室的基础，并支撑上部结构， 将上部的重量通过它均匀地传递给地基； 同时依靠与地基的摩擦力来维持扎实的稳 定。
第二节 水闸
1）底板
第二节 水闸
底板要求：
底板厚度； 混凝土配筋率； 沉降缝（沉陷缝）等。
第二节 水闸
第二节 水闸
2)：水闸按其承担的任务不同,其分 类有:节制闸、进水闸、分洪闸、排 水闸、挡潮闸、冲沙闸。
第二节 水闸
节制闸（拦河闸）： 修建在河道或渠道上， 枯水期用于拦截河流 水量，抬高水位以满 足上游引水或航运， 或根据下游用水要求 调节水量；洪水期提 闸泄水，保证下游河 道的安全。
第二节 水闸
第二节 水闸 水跃及消力池
第二节 水闸
消力池
第二节 水闸
护坦：
消力池的保护设施，受水跃旋滚激 流的冲刷、水流脉动和护坦扬压力的作用， 故有一定的重量、强度和抗冲刷能力。
第二节 水闸 （2）海漫和防冲槽：
经消力池的水流仍具有一定剩余动 能，为消除水流的剩余能量设置海漫、防 冲槽，使水流扩散，调整流速分布，减小 底部流速。
第二节 水闸
冲沙闸
建在多泥沙河流 之上，用于排除 进水闸、节制闸 前或渠系中沉积 泥沙，减少输水 水流中的泥沙含 量，防止渠道或 闸前淤积。
第二节 水闸
四、水闸的工作条件及闸址选择
1、当关闸挡水时产生的不利影响；可能使闸室向下
游滑动动（原因），同时如果渗漏存在，闸基底部受到渗透扬压力，对闸 室的稳定不利。 通过闸基及两岸连接处的渗漏，将使土壤发生渗漏变形，严重时，将 会影响到闸室的稳定挡水效果。
第二节 水闸
工程水文学重点
第一章：绪论1.水文学中使用的方法？在认识和掌握这些随机现象的规律以及预测其未来的发展进程时，通常需要应用概率论和梳理统计的方法来来进行研究。
我们要学会运用“实践、认识、再实践、在认识”这一认识客观世界的规律，去收集、整理、分析和统计各种水文现象，以便使我们的估计比较切合实际，尽量减少它与实际可能性之间的差异。
2.学习《工程水文学》的目的？了解水文现象的历史和预测其未来，因此必须冲跟认识到现场调查和收集积累资料的意义，以及运用历史唯物主义和辩证唯物主义的观点对资料进行分析处理的重要性。
第二章：河川水文基础知识1.河流的形成：降水扣除损失以后剩余的水体，在重力的作用下，经地面与地下沿着一定方向和路径流动，最初水流侵蚀地面，冲成沟壑，形成小溪。
许多小溪汇集呈小河，若干小河有汇合成大的江河，最后流入海洋或者内陆湖泊。
2.河流的分段：一般天然河流，按照河谷和河床情况，冲淤程度，水情变化等特点，分为河源、上游、中游、下游和河口五段。
河源是河流最初具有水流的地方，它可能是溪涧、泉水、冰川、湖泊或沼泽等。
上游是紧接河源的河段上段，多处于深山峡谷中，坡陡流急，河谷下切强烈，流浪小而水位涨落急剧，常有急滩或瀑布，河底纵断面多呈梯形。
中游是河流的中间段，两岸多丘陵，常有滩地，河床坡度较平缓，冲淤不明显。
下游是河流的下段，一般处于平原区，河槽宽阔，流量大，流速小，坡底缓，淤积明显，浅滩和河湾较多。
河口是河流流入海洋或湖泊的河段。
3.河流的基本特征：河流的基本特征一般用河流断面、河流长度及河流比降来描述。
4、流域：降水落到地面形成的径流，被高地、山岭分割而汇集到不同的河流中，汇集水流的同一区域成为某河流的流域。
概况地说，流域就是河流的集水区域。
流域特征：1)几何特征：主要指流域面积和流域形状。
2)自然地理特征：主要指流域的地理位置和地形。
5、分水线：分隔水流的高地、山岭的山脊线，就是相邻流域的分界线，呈分水线（或分水岭）。
11-工程水文学课程大纲2020
中国海洋大学本科生课程大纲课程属性：公共基础/通识教育/学科基础/专业知识/工作技能，课程性质：必修、选修一、课程介绍1. 课程描述（中英文）本课程是港航专业的一门必修学科基础课，所包括的专业教育知识单元和知识点，是本专业的每个学生都必须学习和掌握的。
该课程的质量对于保证港航专业的教学质量具有重要的意义。
该课程以概率统计知识为基础，使用合适的统计方法对河川、近海的长、短期水文要素进行统计分析，得出对工程设计所需的设计参数。
由于水文要素的类型多样，水文资料的观测时长不同，在选择统计方法时需要根据具体情况慎重考虑。
本课程注重基础理论和基础概念，同时注重理论联系实际。
主要特点是：与现行的《港口与航道水文规范》相接轨，指导工程实际应用；注重在不同情况下（具有长期、短期资料以及实测水文资料缺乏）各种水文要素设计值的推求原理与方法。
This course is a compulsory basic course for the major of Port, Waterway and Coastal Engineering, including the professional education knowledge unit and knowledge points, which every student of this major must learn and master. The quality of the course is of great significance to ensure the teaching quality of this major. Based on the knowledge of probability and statistics, this course uses appropriate statistical methods to analyze the long-term and short-term hydrological elements of rivers and coastal waters, and obtains the design parameters required for engineering design. Because of the variety of hydrological elements and the different observation time of hydrological data, the selection of statistical methods should be carefully considered according to the specific situation.This course focuses on basic theory and basic concepts, and emphasizes the combination of theory and practice. The main features are: to be in line with the current " Harbor and Waterway Hydrological Code" to guide the practical application of the project; to payattention to the principle and method of calculating the design values of various hydrological elements under different conditions (with long-term and short-term data and lack of measured hydrological data).2. 设计思路本课程以港口航道与海岸工程设计参数的确定为主线，通常课堂授课，辅以习题练习，使同学们将掌握的设计参数来源的背景知识，掌握概率论数理统计的方法，循环往复，让同学们掌握工程水文学的基本技能。
(完整版)河道水面线推求
沙河水面线推求过程1.1 水面线计算理论基础根据沿程比降、流量、建筑物及支流汇入情况，水面线分段进行推算。
（1）水面线推算的基本公式水面线计算按明渠恒定非均匀渐变流能量方程，在相邻断面之间建立方程，采用逐段试算法从下游往上游进行推算。
具体如下：2g2g 21w 2221V h V Z Z αα-++= （1-1）式中： 1Z 、1V ——上游断面的水位和平均流速； 2Z 、2V ——下游断面的水位和平均流速；j f w h h h +=——上、下游断面之间的能量损失； l RC Vh f 22=——上、下游断面之间的沿程水头损失；)22(2122gVg V h j -=ζ——上、下游断面之间的局部水头损失；ζ——局部水头损失系数，根据《水力计算手册》，在收缩河段，一般局部水头损失系数ζ=0；在扩散<段，由于2V <1V ，所以ζ<0，其中在渐扩段，ζ取值-0.333，急扩段、桥渡处ζ取值-0.05~-0. 1。
C ——谢才系数； R ——水力半径；α——动能修正系数。
分段求和法计算时，应注意以下及点：第一，把已知水深的断面作为起始断面。
第二，明渠中水流必须是恒定流，并且流量沿程不变。
第三，渠道糙率系数n 沿程不变。
（2）河道糙率沙河河道与滩地糙率虽然有所不同，但相差较小，沙河主槽0.027，滩地0.03对水位影响较小，这里统一按0.027取值计算。
推求中一律按河道糙率计算。
1.2 计算过程本次计算从K0+000断面到K14+400断面，河道纵断面变化如图1-1，图1-2。
图1-1 河道纵断面图图1-2 沙河河道图图1-3 河道局部横断面图、地形图K1+600断面到K0+000断面为收缩段，局部水头损失系数ζ=0。
K3+200断面到K1+600断面为渐扩段，局部水头损失系数ζ=-0.333。
K4+800断面到K3+200断面为收缩段，局部水头损失系数ζ=0。
K4+800断面到K5+600断面为渐扩段，局部水头损失系数ζ=-0.333。
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频率分析法（资料充分时） 相关分析法（资料短缺时） 移用邻近站资料（资料缺乏时）
通航保证率
正常通航日数 100% 全年总日数
保证率是指统计年限内能正常通航天数占总天数 的百分比，是多年平均概念。
项目
P=1%的设计值 典型过程线的相应值
洪峰Qm (m3/s) 2610 1810
洪量W (m3/s)h 1天 1525 1083 3天 2874 1895 7天 3873 2565
首先，计算洪峰和各时段洪量的放大倍比。
RQm
2610 1.44 1810
1525 R1 1.41 1083
学会宽恕他人
有几个知心朋友
第五章
河道工程设计水位及流量推求
本章重点：
1、由流量资料推求设计洪水；
2、设计洪水过程线的推求； 3、特大洪水处理和同频率控制放大法； 4、不同条件下设计通航水位及流量的推算。
第一节 设计洪水
一、概述 1．洪水过程特征要素
洪峰流量 洪水过程总量
洪水历时
2．设计洪水和设计标准
修匀时注意保持设计洪峰和各种时段的设计洪量不变。
典型洪水过程线的选择
• (1) 选择峰高量大的过程线，其洪水特征接近于设计条件 下的稀遇洪水情况；
• (2)要求洪水过程线具有一定的代表性，即它的发生季节、 洪峰次数、峰量关系能代表本流域上大洪水的特性；
• (3)从水库防洪安全着眼，选择对工程防洪运用较不利的大
例：某水位站有41年水位资料，试求该站P=5%的设计最高通航 水位。 解：（1）调整原水位系列，并计算经验频率
序号 1 2 … 按大小排列 34.37 33.29 … Hi`=Hi-H0 17.37 16.29 … Ki 1.21 1.13 … Ki-1 0.21 0.13 … (Ki-1)^2 P=m/(n+1) 0.044 0.017 … 2.38 4.77 …
历时曲线法
（1）综合法（n年一条线）
①根据统计年份中日平均最高和最低水位变动范围，分 日平均水位为若干级； ②编制水位历时统计表
水位级别 发生历时（天） 次数 合计 累计天数 保证率
29.99~29.30
29.89~29.80 … 12.09~12.00
5
9 … 11
5
9 … 11
5
14 7305
0.07
3873 2874 1.49 2565 1895
R31
2874 1525 1.66 1895 1083
R7 3
其次，将典型洪水过程线的洪峰和不同时段的洪量乘以相应的 放大倍比值，得放大的设计洪水过程线。由于各时段放大倍比 值不同，时段分界处出现不连续现象，可徒手修匀，最后得所 求的设计洪水过程线。
0.38
Cs ' 2Cv '
(3)适线定参
H ' 0.296m
Cv' 0.40
Cs ' 2Cv '
(4)对于设计枯水，T=10 年，则设计频率P=1-1/T 则
H ' min 0.16m H min 0.16 9.70 9.86m
所以，10年一遇、保证率为95%的设计最低水位为9.86m。
K 5% H K 5% H 0 33.85m
注意：
（1）如断面稳定，冲淤变化不大，可直接用年最高水 位进行频率分析计算，求设计最高通航水位；
（2）若断面不稳定，需先推求设计流量，再用水位~流 量（最新的）关系曲线推求设计最高通航水位，同时考 虑河床冲淤演变。
2．设计最低通航水位的推求方法
保证率频率法
①确定频率和保证率； ②摘取水位（流量）值； ③频率分析计算。 例5-2：试推求某工程10年一遇、保证率为95%的设计最低水位 值。 解:(1)计算经验频率，点绘经验点据。 (2)初始参数计算 修正原始数据（H1-H0)、（H2-H0)…… （Hn-H0)
H‘1、Βιβλιοθήκη H’2……H＇n
年份 1952 1953 … 1958
41
总计 平均
28.31
11.31
590.60 14.40
0.79
41.00
-0.21
0.044
0.38
97.6
（2）计算初始参数
H i` 14.40m H n
Cv
( Ki 1)
n 1
2
0.10
（3）适线，并计算设计值
H 14.40m Cv 0.10 Cs 2.5Cv
0.19 100.00
③以水位为纵坐标，以保证率为横坐标绘制综合历时曲 线（保证率曲线）。
（2）平均法（n年n线， 同历时取平均）
H
Hmin 95 P（%）
（3）代表年法 （丰、平、枯三条线取 平均）
H
Hmin 95 P（%）
（4）简化法：用P20表3-1中统计的每年历时水位（7个 点）的平均值绘制的历时曲线
设计最高 通航水位 设计最低 通航水位
一、有长期观测资料条件下设计通航水位及流量推求 设计最高通航水位
累积频率曲线法
的推求
设计最低通航水位 的推求
历时曲线法 保证率频率法
1．设计最高通航水位的推求
1）有调蓄能力的水利枢纽通航要求：即设计的最高通航水位 不得高于枢纽的设计洪水位，不得低于正常蓄水位和汛期限 制水位。 2）以通航为主无调蓄的水利工程且设计标准不高的山区河 流频率计算要求：采用日平均流量作为统计变量进行频率计 算，不用洪峰流量作统计变量。 3）简化计算问题：当用水位资料推求设计最高通航水位时， 为便于计算和减少误差，又不致于出现过小的Cv值，常将原 水位系列中各项数值都减一个常数H0（H0取低于该系列中最 枯水位的整数值），然后进行频率计算，最后求得的结果需 要再加上H0。
设计洪水（设计洪水过程线），是指具有某一设计标 准的洪水过程线
校核标准 可能最大洪水 正常运用洪水（设计洪水） 非常运用洪水（校核洪水）
校核洪水位
3．设计洪水计算的内容和方法
1）设计洪水计算的内容
设计洪峰流量
不同时段的设计洪水总量
设计洪水过程
2）推求设计洪水的基本方法
由流量资料推求设计洪水 由暴雨推求设计洪水 水文比拟法、等值线图法、水力学公式法等
三、短缺资料条件下设计通航水位及流量的推求（自 学）
四、缺乏实测资料条件下水位——流量关系曲线的拟 定（自学）
年最枯水位 9.90 9.96 … 9.70
保证率为95% 的水位
9.91 9.99 … 9.72
以历年最枯水位为零点的 95%水位
0.21 0.29 … 0.02
…
1971 平均
…
9.86 9.96
…
9.89 9.996
…
0.19 0.296
H ' 0.296m H '
n
C' v
( Ki 1) 2 n 1
5．推求设计洪水过程
1）同倍比放大法 峰控制同倍比放大法 量控制同倍比放大法
2）同频率放大法
定义：在放大典型过程线时，按峰和不同时段的洪量分别采 用不同倍比，使放大后的设计洪水过程，其峰和各时段的洪 量都符合同一设计累计频率，这种放大方法称为~。
例： 某水库设计标准P=1%的洪峰和1天、3天、7天洪量，以及 典型洪水过程线的洪峰和1天、3天、7天洪量列于下表。要求 用分时段同频率放大法，推求P=1%的洪水过程线。
洪水典型，如峰型比较集中，主峰靠后的洪水过程。
三、施工设计洪水
1．施工设计洪水的分期
1）全年设计洪水 2）分季设计洪水
2．施工设计洪水的计算方法 3．成果合理性分析
1）各分期洪水统计参数变化规律性分析 2）各分期洪水的峰量累积频率曲线变化规律的 合理性分析
第二节 设计通航水位与设计流量推求
一、概述
二、由流量资料推求设计洪水
1．洪水资料的审查
可靠性审查 一致性审查 代表性审查
2．洪水资料的选样
目前采用“年最大”法
3．洪水资料的插补延长
1）利用上下游站、干支流站或邻近流域测站的流量 资料进行插补延长； 2）利用本站峰量关系进行插补延长。
4．特大洪水的处理和频率分析计算确定统计参数
洪水调查与考证；重现期的确定。 求不同设计累积频率相应的设计洪峰、设计洪量。