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1、.,桥涵水文计算,.,前 言 桥涵水文是公路、铁路、市政工程中桥梁、路基设计、建设的决定性因素之一，也是衡量桥梁、路基是否符合相应的行业标准的最基本标准。更为重要是它事关洪灾区人民的生命和财产的安全，是灾区人民群众逃生和抢险时有限的几条通道之一。由此可见桥涵水文在桥梁、路基设计、建设中是极其重要的工作项目。 桥涵水文与本行业其它专业有所不同，桥涵水文调查、分析、计算本身并无精度指标要求，特别强调的是将通过各种途径和方法得到的计算结果进行比较、论证后确定最终设计流量，使其更接近实际，更趋于合理。本次着重于桥涵水文分析、计算的基本方法和途径。 以上内容是桥涵水文工作主要工作内容，但重中之重是设计流
2、量的推算。至于桥长、冲刷、调治构造物、桥面标高计算相比之下要简单得多，因此，本次的重点放在设计流量的推算、外业调查、勘测的主要过程以及内业工作的主要内容和步骤。 本次培训着重于以下内容： 一般情况水文分析计算 桥孔长度和桥孔布设 桥涵水文设计注意几点问题及探讨,.,第一节 水文勘测分析计算基本途径,桥涵水文计算、分析基本途径如下： 1、有水文观测资料 水文统计法 2、无水文观测资料 - 形态断面法 3、无水文观测资料（无居民)经验公式法 有水文系列观测资料时水文统计法 （1）资料搜集和准备 了解桥梁所处的位置和所属河流、水系，勾绘汇水面积。 收集与本桥位相关的水文、气象资料。 1）水文站的多年
3、连续或不连续流量系列。 2）水位站的多年连续或不连续水位系列。 3）水文站多年使用的基本水文参数，如：糙率、比降、流速。 4）桥位上游是否有水坝，若有，其设计、较核频率各是多少、与桥梁设计同频率的放流情况如何。 5）桥位附近是否有与已知水文站相关的其它水文站。 该水文站的水文系列如何。 6）调查、搜集历史洪水情况（年份、流量、水位）。 7）收集所处地区的有关风、雨、流冰、气温等气象资料。,.,（2）水文观测资料的收集、整理和插补延长 1） 调查法：通过调查、走访河流两岸附近居民，通过他们对历史洪水的记忆对已有的水文系列进行插补和延长。 2）考证法：通过文献、历史记载、碑刻、民间传说等对已有的水
4、文系列进行插补和延长。 3）两系列的相关分析法：若分析站水文系列较短，而同一流域内或相近的另系列水文系列较长，则可将该站作为参证站，将两站的水文系列通过回归分析的方法得到相关方程，再通过相关方程对较短的分析站水文系列进行插补和延长，从而得到更长的水文系列。 4）流域面积比拟法：当上、下游水文站与测站流域面积相差不超过10可直接引用。如较大但不超过20可按下式计算： Q1=(F1/F2)Q2 5）水位、流量关系曲线法：当上、下游水文站间无支流汇入，两站相同年的最大洪峰流量大致成比例，则可通过两站资料用如下函数进行插补和延长。 Q=f（Q） H= f（H） Q= f（ H） 6）过程线叠加法：利用
5、两支流洪水过程线叠加得到合流后桥位处的设计流量。 示例 1， 两系列的相关分析法算例： 例：某河有甲、乙两相邻水文站，甲站(参证站:流量X)有24年观测资料，乙站 (分析站:流量Y)有14年，试应用甲站资料延长乙站资料，两站 资料如下表。,.,水文系列回归分析计算表,.,回归分析方程式： Y-Y=gsy/sx(X-X) 两系列近14年平均流量 ：Y786， X1092 经计算得: 均方差: sy=416 sx=629 相关系数 g=0.96 相关系数机误 Eg0.014 判断相关程度： 4Eg=40.0140.056 g0.96 4Eg 相关良好 根据以上回归分析方程式及相应各参数得到以下方程
6、式： Y7860.96416629（X1092） 整理得: Y= 0.63X+98.04 (本题为直线相关） 其中自变量 X为参证站（流量x）系列流量;y为分析站（流量y）系列流量。上表括号内（流量y）为插补后分析站流量y的系列流量,插补延长所得资料不宜用于第三站，可能引起较大误差。,.,400,800,1200,1600,2000,2400,2800,3200,3600,4000,4400,500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 4500 5000 5500 6000,相 关 分 析 方 程 图 像,参 证 站 流 量,分 析 站 流 量,.,水位、流量
7、关系曲线,分析站流量和水位,参证站流量和水位Q H ,Q H,Q=f(H),示例 2,水位、流量关系曲线法示例： 水位、流量关系曲线法就是利用两系列的水位、流量对应关系曲线,直接对分析站系列流量进行插补和延长，如下图：,.,示例 3，过程线叠加法： 当两支流上有较长的观测系列，合流后实测资料系列短，则可利用两支流过程线叠加法，插补延长合流后的流量，洪水传播时间按下式计算： t = L/VS 其中：L-洪水传播距离(m) VS洪水传播速度(m/s) ，根据实测资料选其出现次数最多者,桥位,支流1,支流2,支流1,支流2,洪水传播时间 t,流量,Q11,Q21,Q22,Q12,Q13,Q23,试比
8、较：Q11+Q21,Q12+Q22,Q13+Q23组合结果的大小,合流,t1,t2,.,3、历史洪水情况的调查、考证和排序 （1）历史洪水的调查与流量计算（与形态断面法相同） 1）调查河段的选择原则 最好靠近所选断面附近 选择有居民、易于指认洪痕的河段 所选河段顺直，断面规整，基线与桥位间无支流汇入 2）洪水发生年份的调查及方法 联系历史以便确认记忆 引导群众以民间事件为突破点恢复当年的记忆 由民谚、刻字、碑文、报刊、历史文献、日记查得 3) 指认并确定洪痕 4、历史洪水分析 1）洪水大、小的判断。其方法主要如下： 根据洪水淹没深度来判断 根据建筑物破坏程度来判断 从诗文、叙事来判断 根据受灾
9、范围、河流决口、漫溢的上下游位置来判断,.,5、历史洪水的排位 历史洪水的顺位，应充分利用文献记载，将调查、考证和实测到的大洪水分别置于不同历史时期去考察。首位（或前几位）应根据调查期和考证期综合排列。 例：某站36年实测水文资料(1935-1974)，实测期最大洪峰流量9700m /s(1974年）。在近百年调查期中 ,大于1974年的历史洪水有两次，分别为36000m/s（1867年），31000m/s（1921年）；自文献上考证得知的特大洪水尚有43000m/s（1583年），且有自1400年1974年的574年间，与1867年大、小相当的洪水还发生过5次（分别为1416、1583、16
10、93、1770、1852年） 。能够确定大于1867年洪水的有三次，大于或相当于1921年的洪水除上述6次以外尚有1472年、1706年、1724年三次。1583年之前是否还有更大的洪水无从考证。 在对以上各流量进行排序时需注意以下几方面问题 三个期限，即：实测期、调查期、考证期。 同一年份（流量）在不同系列中排号。 同一年份（流量）在不同系列中排号哪个更合理。 发生洪水的特征年: 1583、1867 、1921 、1974年。,.,6、场次洪水次序和所处期限 期限 时间 最大流量 实测期 36年(1935-1974) 29700m/s 调查期 108年(19741867） 36000m/s
11、（1867年） 31000m/s （1921年） 29700m/s （1974年） 考证期 574年(19741400） 43000m/s （1583年） 其中：与1867年大小相当的洪水还发生过 5 次，分别为： 1416、1583、1693、1770、1852年 ，能够确定大于1867年洪水的有 3 次。相当于1921年的洪水除上述6次以外尚有：1472、1706、1724年 3 次。,.,7、排序结果如下： （1）1974年洪水：实测36年系列中29700 m /s(1974年）虽排序第一,但因系 列过短已无意义。在108年的调查期内排第三位(第一位1867年，第二位 1921年，第三位
12、1974年）。 （2）1867年洪水：理应是自1867年1974年这108年的第一位，但通过文献考证 知：自1400年1974年的574年中，相当于1867年5次，其中大于1867年3 次，因此1867年洪水在574年系列中应排在第46位。 （3）1921年洪水；根据文献考证，在574年中大于或相当于它的除以上6次外尚 有1427、1706、1724年3次共9次，由于本次洪水灾情小于1867年，文献记 载可能会有遗漏，尽管本次洪水同处于考证期和调查期之内，考虑到本次 洪水相对较小,和所在系列的相对可靠程度，因此，它的顺位可在调查期 中（1876年1974年）排位，即：108年中居第二位,186
13、7年排第一位）。 （4）1583年洪水在1400年1974年这574年中，没有超过它的洪水发生，因此 1583年的洪水在574年中排第一位，再长时间无法考证。 各年流量对应频率排列表,各频率对应的流量根据形态断面法计算，最终设计流量需论证确定,.,第二节 有水文系列设计流量计算方法 例 ：某桥位附近有水文站，能搜集到20年连续的流量观测资料，通过洪水文献考证知，从1784年至1982年期间，曾有8年发生过较大洪水。其中：1880年、1948年和1955年能调查到历史洪水位，可推算得洪水流量；1975年在实测期内，有实测资料；其余4年未能获得流量资料，只知1784年洪水大于1880年，另3年洪水
14、均小于1948年，试求洪水流量Q1%。 关键词：考证期、调查期、实测期、经验频率、经验频率曲线、理论频率曲线 重点参数和公式：Q、CV、CS、 P 曲线和公式 QP% = Q(1+ PCV) 解： 经验频率分析方法： 第一种方法：可分为3个独立系列： 考证期（1784年1982年）N2为199年，1784年洪水频率为：P1/(N+1)= 1/200 = 0.5%。 调查期（1880年1982年）N1为103年，包括1880年、1948年、1955年和1975年（在实测期内）4个特大值。频率分别为：P=M/(103+1),M取1、2、3、4 实测期（1963年1982年）n为20年，频率为：P=
15、m/(n+1),m取1、2、3、20，其中1975年为特大洪水，则L=1。,.,第二种方法：在考证期内199年中各流量统一排位： 实测系列外特大值经验频率：PM/(N+1) （1） 实测系列内其它项经验频率：Pm=P + (1-P) (m-L)/(n-L+1) （2） 考证期：N199年，,M=1,1784年的流量, 调查期: n =103年，a14，包括1880年、1948年、1955年和1975年 的特大洪水。L11，即1975年洪水。 实测期：n=20年，包括特大值1975年流量，应在调查期内按特大值排位。水文站观测资料只有20年，年限较短，代表性不强，采用第二种方法的计算结果。 (用公式（2）计算）,1955,1975,1948,1880,1784,a2=1,a1=4,1963,实测期n = 20,调查期N1=103,考证期N2=199,L=1,.,经 验 频 率 计 算 表,3.88+（100-3.88）*（2-1）/(20-1+1),1+（100-1）*（2-1）/(103-1+1),.,.,点绘经验频率曲线： 将经验频率点群点绘于海森几率格纸上，目估通过点群分布中心，并兼顾到特大值作曲线，得到经验频率曲线。 适线中重点参数的求算： 应用3点适线法确定统计参数 Q、 CV
