桥涵水文复习总结

第二章河川径流

一、概念：

桥涵水文学：水文学的分支之一，主要研究与道路桥梁有关的水文现象的科学。

地面径流：降落到到地面上的水，除掉损失一部分外，在重力作用下沿一定方向和路径流动，这种水流称为地面径流

河谷：河水流经的谷地。河床：河谷底部有水流的部分。

河川径流：受重力作用沿河床流动的水流

河流：地面径流长期侵蚀地面，冲成沟壑，形成溪流，最后汇集而成河流。

河(水)系：脉络相通的大小河流所构成的系统，称为河系。

干流：水系中直接流入海洋、湖泊的河流

支流：流入干流的河流

标准基面：我国统一采用青岛附近黄海海平面作为标准基面。

一般的天然河流，从河源到河口可以按照河段的不同特性，划分为上游、中游和下游三个部分。

上游是河流的最上端紧接河源，多处于深山峡谷中，坡度流急，河谷下切强烈,流量小而水位变化大，常有急滩或瀑布，河底纵断面多呈阶梯形。

中游是河流的中间段，两岸多为丘陵，河床比降较平缓，两岸常有滩地，冲淤变化不明显，河床较稳定。

下游是河流的最下端，一般多处于平原区，下游河槽宽阔，流量较大，流速和底坡都较小，淤积作用明显，浅滩和河湾较多。

河流的基本特征一般用河流断面、河流长度及河流比降来表示.

一）河流断面有横断面和纵断面。垂直于水流方向的断面称为河流横断面。横断面内，自由水面高出某一水准基面的高程，称为水位。河流的纵断面是指河流最大水深点的连线（深泓线）的断面。河流纵断面能表示河床的沿程变化。

二）河流比降：任意河段两端的高程差与其长度之比称为该河段的纵比降。

三）河流长度从河源到河口的距离。

流域：降落到地面上的水，被高地、山岭分隔而汇集到不同的河流中，这些汇集水流的区域，称为某河流的流域。

1)分水岭：划分相邻水系的山岭或河间高地。

2)分水线：分水岭最高点的连线（山脊线）。

流域的特征

① 几何特征：主要是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

根据流域的地形特征分为山区河流和平原河流。

山区河流：流域内坡面陡峻，岩石裸露，汇流时间段，降雨强度大，以致洪水暴涨暴落，河流比降大，流速大，水流流态紊乱，存在回流、漩涡、跌水、水跃。

平原河流：形成时主要表现为水流的堆积作用，形成深厚的冲积层。有广阔的河滩，洪水时河滩被淹没，中枯水时则裸露处水面。平原河流按平面形状和演变过程，分为四种类型的河段：顺直微弯型、弯曲型、分叉型、散乱型。

流域内自降水开始到雨水流过出口断面的整个物理过程称为径流形成过程。

一般将这一过程分为四个阶段：降雨过程—流域蓄渗过程—坡面漫流过程—河槽集流过程。影响径流的主要因素：气候因素和下垫面因素。

气候因素：降雨蒸发。下垫面因素：流域的地形、土壤、地质、植被、湖泊等。水量补给的基本来源：雨源类、雨雪源类（华北东北西北）、冰雪源类（西北新疆青海）。

水文测验：步骤

1、水位观测

2、流速测验

3、流量计算

水文资料的来源主要有三方面：1）水文站观测资料2）洪水调查资料3）文献考证资料

二、简要叙述：

1、山区河流与平原河流的主要区别？山区河流与平原河流的主要区别？

答：山区河流汇流时间短，水位和流量变幅极大，比降大，河谷断面为发育不完全的“V”字形或“U”字形。平原河流汇流时间长，水位变化小，比降小，河流形成主要表现为水流的堆积作用，形成冲击层，河谷多为发育完全的形态。

2、描述河川径流的主要过程。影响径流的主要因素？

答：主要过程分为四个步骤：

（1）降雨过程：降雨是形成地面径流的主要因素，降雨的变化过程直接决定径流过程的趋势，降雨过程是径流形成过程的重要环节。

（2）流域渗蓄过程：植物截留、入渗和填洼的整个过程称为流域渗蓄过程，对降雨径流而言，称为损失。

（3）坡面漫流过程：波域渗蓄过程完成以后，剩余雨水沿着坡面流动，称为坡面漫流，最终会形成全流域的坡面漫流。

（4）河槽集流过程：坡面漫流的雨水汇入河槽后，顺着河道由小沟到支流，由支流到干流，最后到达流域出口断面，这个过程称为河槽集流。以上四个步骤是同时交错进行的。

主要因素（了解）：①气候因素：降雨，蒸发②下垫面因素③人类活动因素。

3、选择河道断面时应该注意哪些问题？选择河道断面时应该注意哪些问题？

答：形态断面应选在近似于均匀流的河段上，一般要求河道顺直、河流通畅、河床稳定、河滩较小、河滩与河槽的洪水流向一致，无河湾、河汊、沙洲等现象。

4、请绘出一个典型的河流断面。请绘出一个典型的河流断面。答：P16 图2-1-2

第三章水文统计的基本原理

一、概念：

水文现象的特性：周期性、地区性、不重复性(随机性)。

水文现象的分析方法：1）成因分析法2）地区归纳法3）数理统计法。

频率与几率不同：几率是随机事件在客观上出现的可能程度，理论值。频率是利用有限的试验结果推算得到的。试验次数无限多时，频率趋向于几率。

经验频率曲线：根据水文统计样本的实测水文资料系列，计算各项随机变量的经验频率，点绘经验频率与其对应的随机变量大小的曲线。

水文统计中常用的统计参数有三个：均值X 、变差系数Cv、偏差系数Cs。

二、简述

1、河流水文现象有哪些特性？相应的应该用什么研究方法？河流水文现象有哪些特性？相应的应该用什么研究方法？

答：河流水文现象的特性有：周期性、地区性、不重复性（随机性）。水文现象的研究方法有：成因分析法：通过水文现象的物理成因以及同其他自然现象有关的因素之间的关系，分析水文现象的规律。地区归纳法：结合地区特点，利用实测水文资料进行综合归纳分析，寻找水文现象、水文要素区域性分布规律，建立地区性水文因素计算公式、图表或等值线图，供生产使用。数理统计法（水文统计法）：对实测水文资料进行数理统计分析，寻求其统计规律。

2、什么是经验频率曲线？如何绘制？

答：根据水文统计样本的实测水文资料系列，计算各项随机变量的经验频率，点绘经验频率与其对应的随机变量大小的曲线，称为该样本的经验频率曲线。以经验频率为横坐标，水文观测值x 为纵坐标，根据系列内的各个变量及其对应的经验频率，在坐标纸上绘出经验频率点，再依点群的趋势，目估描绘成一条光滑曲线，这条曲线就称为经验频率曲线

维泊尔公式：P=

4、相关分析法的注意事项、使用条件是什么？相关分析法的注意事项、使用条件是什么？答：根据某些主要影响因素，找出其变量之间的近似关系或平均关系，然后，进行分析计算，在数理统计中，把这种变量之间近似的或平均的关系，就成为相关，把研究这种关系的方法称为相关分析。使用条件及注意事项：（1）前提，二者在成因上要有联系。（2）样本容量尽量大。（3）相关系数要有一定的范围取值。

1、利用流量观测资料推算设计流量

第四章设计洪水流量三种方法：2、应用地区经验公式推算

3、推理公式和经验公式

一、概念：

设计洪水流量：采用规定的某一洪水设计频率，推算设计洪水频率相应洪水的洪峰流量。设计水位：桥位计算断面上通过设计流量时相应的水位(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)

二、简要叙述：

1、请叙述利用流量观测资料推算设计流量的主要步骤。

答：1、三性审查（可靠性、一致性、代表性）2、资料的插补与延长3、特大洪水的调查与考证4、特大值处理5、做经验频率曲线6、做理论频率曲线7、适线8、求设计洪水9、成果的合理性分析（地区性规律分析、与其他方法的计算结果相互检验）

2、什么是适线法？试述其一般步骤。

答：适线法：以经验点距为基础，在一定适线准则下，求解与经验点据拟合最佳的频率曲线参数。一般步骤：将已知的随机变量系列，按大小递减次序排列，计算各项变量的经验频率，并在几率格纸上绘出经验频率点，必要时也可以目估绘出经验频率曲线。应用距法公式计算均值Q 和变差系数 C V ,并假设C S = m ? C V ，在我国一般取m=2~4，在同一张机率格纸上，会出理论频率曲线。观察理论频率曲线和经验频率曲线的符合程度，反复调整统计参数，直到两者符合得最好为止，即可确定统计参数Q 、C V 和C S 的取值及采用的理论频率曲线。

3、什么是特大值处理？为什么要进行特大值处理？

答：特大值是指比多年平均值三倍以上的值。在统计计算中，不能把这些特大值与其他数值同等对待，而需要进行适当地处理或调整，即所谓的特大值处理。理由：通过特大值的处理，考虑了特大洪水的影响，可以起到延长系列的作用，能增强系列的代表性，减少各参数值的抽样误差，提高计算结果的稳定性和可靠性。

第六章大中桥孔径计算

一、概念：

大中桥的孔径计算，主要是根据桥位断面的设计流量和设计水位，推算桥孔的最小长度和桥面中心最低标高，为确定桥孔设计方案，提供设计依据。

桥位河段水流图示：用图示定性表示建桥前后桥位河段水流和泥沙的变化，用来帮助指导计算桥梁孔径和桥面标高。

别列柳伯斯基假设：该假设认为桥下流速达到天然河槽平均流速时，桥下冲刷即停止，而且同一垂线处，冲刷后的水深与冲刷前的水深成正比，适用于稳定性河段的河槽。

桥孔净长：设计水位以上两桥台之间的水面宽度称为桥孔长度，以L 表示。扣除全部桥墩宽度后称为桥孔净长。

我国桥孔长度的计算方法有冲刷系数法和经验公式法。

二、简要叙述：

1、大中桥孔径计算的两种方法是什么？

答：冲刷系数法：基于别氏假设，分析建桥前后冲刷变化，引用桥位断面的设计流量和设计水位，依据水流连续性原理，引入冲刷系数法，推到出计算孔径公式。

桥孔净长度经验公式法：工作人员根据地区性特点，根据工作经验，以一定的理论依据，应用数理统计法，得到简化公式。

2、简述冲刷系数法的基本思路。

答：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，求出桥下顺利宣泄设计洪水时所需要的最小过水面积，用以确定桥空的最小长度。冲刷后的桥下过水面积，是冲刷前的P 倍，P 即冲刷系数。公式推导见P131——132。

3、大中桥面标高由哪几部分组成？都如何确定？大中桥面标高由哪几部分组成？都如何确定？

4、桥孔的布置原则：1、选稳定河段2、建桥前后尽量保持与天然河流流量的分配不变3、与其他水工建筑物的相互影响因素4 、与其他水利设施的相互配合5 、标准跨位6、地理条件好的河段7 、进行径流技术分析

5、确定大中桥面最低标高时，应考虑哪些因素（区分通航河段和不通航河段）

答：不通航河道上

通航河道上

第七章桥墩和桥台的冲刷

1、桥墩和桥台冲刷一般包括三部分:河床自然（演变）冲刷、桥下河床全断面内发生的一般冲刷、桥墩周围水流结构发生急剧变化而引起的河床局部冲刷。

2、泥沙分类：按河槽内运动形式和性质不同，分为悬移质和推移质两类。

3.悬移质：在一定的水流条件下，泥沙处于运动状态、颗粒较细的泥沙被水流中的漩涡带起，悬浮于水中向下游运动，这种泥沙称为悬移质。

4.推移质：颗粒稍大的泥沙.则在河床表面上滚动、滑动或跳跃着向下游移动，前进的速度远远小于水流的流速，这种泥沙称为推移质。

5.床沙：比推移质颖粒更大的泥沙，则下沉到河床上静止不动，称为床沙。

6. 悬移质，推移质和床沙之间颗粒大小的分界是相对的，随水流的流速大小而变化，并且三者之间还有在着相互交换的现象。

7.泥沙主要特性

（1）几何特性：一般用直径（粒径）、粒径级配曲线、平均粒径、中值粒径来表示

（2）重力特性：泥沙重力特性采用颗粒实体的单位体积的重力表示，称为容重（或干容重表示）

（3）水力特性：由泥沙。颗粒在静止的清水中均匀下沉的速度来表示，称为沉速，符号用ω表示，单位为cm/s。

8.泥沙的起动：河床上的泥沙在水流作用下.由静止状态转变为运动状态，这种现象称为泥沙的起动。泥沙起动是泥沙运动和河床演变开始的临界状态。

9.起动流速：就是床面泥沙颗粒在各种外力作用下，失去平衡，泥沙开始运动时的水流垂线平均流速。

10.沙波运动是推移质运动的主要形式，而推移质输沙率大小反映推移质运动的剧烈程度。

11.推移质输沙率：是单位时间内，在过水断面中单位河槽宽度上通过的推移质质量。

12.含沙量：单位体积的水流所含悬移质的数量，称为含沙量单位为kg/m3

13.水流的挟抄能力：在一定的水力条件和边界条件下，单位体积的水流，能够挟带的最大数量（质量），包括悬移质和推移质的全部泥沙数量，称为水流的挟沙能力。

14、河床演变：在天然状况下或人类活动的干扰后，河床形态逐渐的变化，称为河床演变。

15.主流：河道中的水流，由于槽壁的限制而决定了总的流动趋势，按总的流动趋势运动的水流称为主流。

16.副流：由于过水断面形状的改变或河湾的影响，伴随着主流，在水流内部形成一种规摸较大的旋转运动，这种旋转运动的水流从属于主流而存在，称为副流。

1、立轴副流（回流）

2、平轴副流（滚流）

3、顺轴副流（螺旋流）

18.引起河床演变的最根本的原因是输沙的不平衡

19.影响河床演变的因素很多，主要有下列三个方面：

1 上游来沙条件，及流域的产沙数量及其组成，

2 上游来水条件（流量的大小变化）

3 河床的地质、土质和比降为何床沿边提供了边界条件。

冲积河床：

河相关系：处于动力平衡状态的河流河床形态特征与流域来水来沙条件和河床组成之间的定量关系。

一般冲刷计算三个原理：1）按输沙平衡原理建立的公式原理：若上游天然河槽断面输移来的泥沙量(来沙量) 较少，不足以补偿桥下河流断面被水流冲走的泥沙量(排沙量) ，则桥下河流断面的来沙呈小于水流挟沙能力，桥下断面发生冲刷

2）按冲止流速建立的公式原理：桥下一般冲刷停止时的垂线平均流速，称为不冲刷流速，

工程界常称之为冲止流速。按此概念假定当桥下河槽断面内任一垂线的平均流速达到冲止流速时，此垂线处冲刷停止，至此，一般冲刷深度达到最大，此时的最大水深即为所求一般冲刷深度。P160

3）根据别氏假定建立的公式

桥墩局部冲刷：流向桥墩的水流受到墩身的阻挡，桥墩周围的水流结构发生急剧变化，水流的绕流使流线急剧弯曲，床面附近形成漩涡，剧烈掏刷桥墩迎水端和周围的泥沙，形成局部冲刷坑

一、简要叙述：

1、河床演变是如何形成的？

答：水流输沙不平衡引起河床演变，上游来沙量大于河段水流挟沙能力，床面淤积；反之，上游来沙量小于河段水流挟沙能力，床面冲刷。水流和床面相互作用，形成河床演变。

2、以大中桥为例，说明建桥后河床演变的发展如何？

答：建桥后，桥墩桥台占据了原有的过水面积，使过水断面减小，产生断面收缩，流速增大，水流挟沙能力增强，对河床产生了冲刷，水流通过桥位断面后，在桥下游过水断面突然增大，流速降低，挟沙能力减弱，泥沙淤积，冲刷一段时间以后又使河床断面加大，从而流速降低，挟沙能力降低，渐渐达到了水流输沙的相对平衡。

3、桥下河床的冲刷过程如何？可分为哪几个阶段？它们形成的原因是什么？

答：自然冲刷：河流在无桥梁涵洞的天然状态下的冲刷

一般冲刷：桥孔稍下游处收缩断面，使进入桥下河槽断面泥沙小于桥下断面急速水冲走的泥沙数量。

局部冲刷：桥墩桥台周围形成涡流对桥墩桥台的冲刷。

4、用示意图画出大中桥的水流图示。用示意图画出大中桥的水流图示。答：见教材P122。

5、在确定桥下最低冲刷线时，需要计算哪些冲刷深度？

答：需要计算设计水位、一般冲刷后的最大水深、桥台局部冲刷深度、桥台所在位置的平均水深、桥台冲刷深度。

6、冲刷有哪些类型？各是由什么原因产生的？

答：冲刷的类型有：自然冲刷、一般冲刷、局部冲刷。自然冲刷是由河流演变引起的，一般冲刷是由于断面收缩造成的，局部冲刷是由于局部的涡流引起的，三者互不干扰。

第八章调治构造物

一、概念：

调治构造物：调治构造物是桥梁工程的重要组成部分，主要包括各种形式的导流堤、丁坝及其他桥头防洪工程，用以调节水流，引导水流均匀、顺畅地流过桥孔，防止桥下断面和上下游附近的河床、河岸发生不利变形，确保桥梁安全。

2.导流堤的作用：使桥下水流变得顺直均匀，局部冲刷也有所减少，同时增大了发生冲刷的面积并导流堤的平面线形

3. 导流堤的平面线形：椭圆堤、圆曲线组合

4.丁坝常设置于桥头引道的一侧或河岸边上，其作用在于将水流挑离桥头引道或河岸，束河归槽，并使泥沙在丁坝后部淤积，形成新的水边线，以达到改变水流流向，改善流态，保护路基或河岸的目的。适用于较宽的河段，根据设计洪水位和相对坝高的关系可分为漫水丁坝和不漫水丁坝两类。

二、简要叙述：

1、调治构造物主要有哪些？和有什么作用？调治构造物主要有哪些？和有什么作用？答：调治构造物主要包括各种形式的导流堤、丁坝及其他桥头防洪工程。导流堤：设置导流堤后，桥下水流变得顺直均匀，局部冲刷也有所减少，同时增大了发生冲刷的面积导流堤并降低了冲刷速度，使桥下河床的冲刷分布趋于均匀，避免桥下和桥头出现集中冲刷。丁坝：作用在于将水流挑离桥头引道或河岸，使坝下游的河岸或路堤免受冲刷，形成有利的水流结构丁坝和河床变形。不透水丁坝的长度最大不应超过河槽宽度的15%，桩排架等组成的透水丁坝，透水性达到80%时，丁坝长度不得超过河槽宽度的35%，山区河流桥头及沿河路堤的丁坝长度不超过10m。

第九章小桥和涵洞孔径计算

1.小桥、涵洞孔径大小应根据设计流量、河床特征及河床进出口加固类型所允许的平均流速等来确定。

2.小桥涵勘测设计任务包括外业勘测和内业设计两部分。⑴勘测前的准备工作：地形资料、地质资料、水文资料、气象资料、其他资料。⑵位置的选择：应以服从路线走向，保证排水顺畅和路基稳定，降低工程招架为原则。⑶小桥和涵洞的测量。⑷小桥和涵洞的类型选择

3.水流通过小桥的可能图式，按下游水深的大小可分为自由式出流与淹没式出流两种。

自由式出流，下游的天然水深ht＜=l.3hk。

淹没式出流，下游的天然水深ht>l.3hk。

4.大中桥允许桥下河床发生一定的冲刷，一般采用天然河槽平均流速作为设计流速。小桥涵一般不允许河底发生冲刷，可以根据河床加固铺砌的类型，选择适当的容许流速作为设计流速。

5. 桥头路基最低标高＝河床最低点标高+H+△

桥面最低点标高＝河床最低点标高+H+J+D

6.涵洞和小桥相比，特点是孔径小、孔道长，河底往往具有较大的纵坡，涵前水深可以高于涵洞高度

7.水流通过涵洞的水力图式根据涵洞出水口是否被下游水面淹没，可分为自由式出流与淹没式出流两类。按涵洞进水口建筑形式不同与涵前水头高低，水流通过涵洞可分为无压力式、半压力式、压力式三种水力计算图式。

8.水流流经全涵洞均保持自由水面，称为无压力式水流状态。收缩断面以后在整个涵洞内都具有自由水面，称为半压力式水流状态。整个涵洞的断面都充满水流，称为压力式水流状态。

9.涵洞处的路基最低高程应高出涵前水深以上至少50cm。为避免涵洞进口路基浸水和进出口流速计冲刷过大，一般不采用压力式涵洞。

10.涵洞由洞身、洞口、基础三个部分组成。

11.根据涵洞洞身的构造形式不同，涵洞可分为圆管涵、拱涵、盖板涵和箱涵等。

12.涵洞洞口建筑形式必须根据涵洞类型、河床及洞口附近的地形和地质条件、水流特征等合理选择。常见的建筑形式：八字翼墙式、锥形护坡式、一字墙护坡、跌水井式及流线型洞口、斜交涵洞洞口等

13.涵洞进出口沟床的处理：进水洞口沟床加固处理、沟床加固防护