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1、桥涵水文学 设计洪水流量 桥梁与结构教研室: 李 林 教学目的和任务 1.了解描述流体运动的两种方法； 2.理解描述流体流动的一些基本概念，如恒定流与非恒定流、流线与 迹线、流管、流束与总流、过水断面、流量及断面平均流速等； 3.掌握连续性方程、伯努利方程、动量方程，并能熟练应用于求解工 程实际问题动量方程的应用。 重点与难点 重点：流体流动中的基本概念，连续性方程、伯努利方程、动量方程 及其应用。 难点：连续性方程、伯努利方程以及与动量方程的联立应用。 主要内容： 利用流量观测资料推算设计流量 应用地区经验公式推算设计流量 利用推理公式、经验公式推算设计流量 第三章 设计洪水流量 中等以上河
2、流： 可根据水文站历年的年最大洪水流量观测资料及调查到的以前的 特大洪水资料，运用水文统计法推算设计流量； 较小流域的中小河流： 根据搜集的降雨资料或地区性水文资料，应用暴雨径流推理公式、 地区性公式等方法推算设计流量。 桥位附近资料较少： 若相邻地区或河段有较多资料，可应用相关分析插补、延长水文资 料系列。 设计流量的推算方法 利用流量观测资料推算设计流量 实测年份在20年以上可采用水文统计法的频率分析方法确定设 计洪峰流量和设计洪水位。 实测流量资料只能组成一个有限的系列，为提高计算结果精度， 还应通过洪水调查和文献考证，尽量搜集历史洪水资料，以补充 和延长实测流量资料，使基本资料满足计算
3、要求。 1）实测期：水文站的实际观测年限 。n 2）调查期：洪水调查的最远年份至实际调查时的年限 。 3）考证期：文献考证的最远年份至实际调查时的年限 。 公路工程水文勘测设计规范 （JTG C30-2002） 1.适线法 1）将已知随机变量系列按大小递减次序排列，计算经验频率， 在几率格纸上绘出，必要时目估出经验频率曲线。 2）计算均值 和变差系数 ，并假定偏差系数 在我国 ，在绘有第（1）步的几率格纸上绘制理 论频率曲线。 3）观察两种曲线的符合程度，反复调整统计参数，直到两者符 合的最好为止，即可确定统计参数的采用值及采用的理论频 率曲线。 试错适线法 注意：一般主要调整 ，也可少量调整
4、 和 。工程中仅使 用曲线的左半部分（最大的频率为 ）。因此，适线 中只要左半部分吻合较好即可，右半部分可不必苛求。 1.适线法 例题：某二级公路上有一大桥，附近水文站有32年连续的年最大 流量资料，试推算该大桥的设计流量。 1）把流量按大小递减的顺序排列； 2）计算平均流量 4）计算经验频率P，列于表中；按Qi 与P的数值，在几率格纸上 绘出流量经验频率点，如图中圆点所示。 3）计算Cv 流量年份 32 31 30 29 28 27 26 25 24 23 22 21 20 19 18 17 顺序号 97.0 93.9 90.9 87.9 84.8 81.8 78.8 75.8 72.7 6
5、9.7 66.7 63.6 60.6 57.6 54.5 51.5 767197045.51850199515 840199242.41900199814 1100198227.3225019859 1284197224.2238019758 1300199421.2250019807 1360198318.2260019776 1480198415.2285419935 1507197312.1295019784 153019899.1314519793 1080199930.32170199010 1010200033.32100197611 1000198136.42088198712
6、900199639.42000197413 600198848.51781197116 58857合计 165019916.1340819862 170020013.0377319971 流量年份 按流量大小排列按流量大小排列 顺序号 5）假定 ，计算各规定频率的流量值， 如表，根据表中QP与 P的数值，绘制理论频率曲线，如图中 细线：曲线头部偏低，尾部略偏高，可增大 值。 假定 ，计算结果列于下表中，其理论频率曲线 （未绘出）仍然头部偏左，尾部偏高。 适当增大 值。假定 ，计算结果列于下表： 因而三个统计参数： -1.28-1.10-0.74-0.180.741.341.89 2 0.440
7、.520.670.921.331.591.83 80995612321692244629243365 -1.28-1.10-0.74-0.180.741.341.89 2501 1.36 2464 1.34 0.77 20 3016 1.64 2924 1.59 1.34 10 1673 0.91 1710 0.93 -0.15 50 1177 0.64 1251 0.68 -0.73 75 7369013347 0.390.471.91 7178641/50 3 0.400.491.82 -1.36-1.151.86 1 95905 P（%） 统计参数顺序 1.适线法 1.适线法 6）确定设
8、计洪水频率 公路等级为二级，桥梁为大桥，查公路桥涵设计洪水频率得： 设计洪水频率P=1%。 7）确定离均系数 由设计洪水频率P=1%，偏差系数 ，查表得 8）计算设计流量 1.适线法 三点适线法 x P x1 x2 x3 P1P 2 P3 （P1，x1)，(P2，x2)，(P3， x3) 将经验累积频率点据绘入 图中，先通过分布中心目 估绘出一条配合较好的曲 线作为所求的理论累积频 率曲线，再在曲线上取三 点，可得： （P1，x1)，(P2，x2)，(P3，x3) -相对应三点频率Pi的离均系数 -待求偏差系数 -待求离差系数 -待求平均数 S值可根据三点（x1、x2、x3）求解，根据S可查附
9、录6（S-CS-P)得到 CS，再根据附录5（ ）得到离均系数 ， 再根据上式求 ，最后求 。 三点累积频率的习惯取值：1） P（%）=15099% 2） P（%）= 35097% 3） P（%）= 55095% 4） P（%）= 105090% P1-2-3=1-50-99% 3.14 2.44 1.99 1.64 1.32 1.05 0.78 0.52 0.26 0.00 0 4.90 3.05 2.39 1.95 1.61 1.30 1.02 0.76 0.49 0.23 98 765 4321 S 4.444.143.923.733.59 3.463.333.220.9 2.97 2.
10、89 2.81 2.74 2.672.612.552.500.8 2.342.302.252.202.162.11 2.072.030.7 1.921.881.841.811.78 1.741.711.680.6 1.58 1.55 1.51 1.48 1.451.421.391.360.5 1.271.241.211.181.161.131.10 1.080.4 1.000.970.940.920.89 0.860.840.810.3 0.730.700.670.650.62 0.590.570.540.2 0.47 0.44 0.41 0.39 0.36 0.340.310.280.1 0
11、.200.170.150.120.10 0.070.050.030.0 附录6：三点适线法S-CS 9876543210S 035 070 104 133 174 210 248 297 360 543 031 066 101 135 170 206 244 291 352 494 027 063 098 131 166 203 240 286 346 472 024 059 094 128 163 199 236 281 338 449 020 055 090 125 159 195 232 276 332 432 016 052 087 121 156 192 228 270 325 41
12、7 012 048 084 118 152 188 224 266 319 403 008 045 080 114 149 185 220 262 313 391 004 041 076 111 146 181 217 257 307 380 000 038 073 108 142 178 213 253 302 370 00 01 02 03 04 05 06 07 08 09 P1-2-3 = 55095% 附录6：三点适线法S-CS 1.适线法 2.资料中特大值的处理 特大洪水：指比资料系列中一般洪水要大得多的，并且可以通过 洪水调查确定其量值大小及其重现期的稀遇洪水。 1）历史上的一般
13、洪水是没有文字记载，没有留下洪水痕迹，只有 特大洪水才有文献记载和洪水痕迹可供查证，所以调查到的历 史洪水一般就是特大洪水。 2）与流量系列中常规流量相比，特大洪水具有巨大的破坏性与不 连贯性。在统计计算中，不能同等对待，须进行适当的处理或 调整。 目前我们所掌握的样本系列不长，系列愈短，误差愈大， 若用于 推求千年或万年一遇的稀遇洪水，代表性很不足。如果能调查到 N年(Nn)中的特大洪水，就相当于把n年资料展延到了N年，提 高了系列的代表性，使计算结果更加合理、准确，等于在频率曲 线的上端增加了一个控制点。 2.资料中特大值的处理 系列中特大值的出现，可能有三种情况： 1）在实测系列之外；
14、2）在实测系列之内； 3）有几个在实测系列之内，有几个在实测系列之外。 概念： 1）实测期：水文站的观测年限，用n表示。 2）调查期和考证期：洪水调查和文献考证的最远年份至实际调查 时的年限。（均包括实测期在内）用N表示。 共有a次特大洪水，其中l次发生在实测期, a-l次是历史特大洪水 在实测系列之外在实测系列之内 有几个在实测系列之内，有几个在实测系列之外 特大值出现情况 2.资料中特大值的处理 特大洪水加入系列后成为不连续系列，即由大到小排位序号不连 续，其中一部分属于漏缺项位，其经验频率和统计参数计算与连 续系列不同。 这种有特大洪水时的频率计算方法，称为特大洪水 处理。 独立样本法：
15、 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 适线时仍可把经验频率绘在一起共同适线。 1）不连续系列的经验频率计算 2.资料中特大值的处理 特大洪水的经验频率： M 特大洪水排位序号； N 特大洪水首项的考证期，即为调查最远的年份迄今的年数； a 特大洪水的总个数； PM特大洪水第M项的经验频率。 一般洪水的经验频率： m 实测洪水排位序号； n 实测洪水项数； l 实测值中提出作为特大洪水处理的个数； Pm实测洪水第m项的经验频率。 2.资料中特大值的处理 2）统计参数的确定 Qj 特大洪水流量中的任一流量值； Qi 实测洪水流量（一般洪水）的任一流量值； a N年内特大洪水流量的个数，包括实测期n年内的特大洪水流量l个； l 实测期n年内特大洪水流量的个数； n 实测流量的总年数，不计缺测年份； N 调查或考证的总年数，包括实测期n年。 应用地区经验公式推算设计流量 1）跨越中小河流的桥梁，若缺少水文站观测资料，设计
