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1、1,设 计 洪 水 流 量,2,第四章 设计洪水流量,设计洪水流量：对应于某一设计洪水频率的洪峰流量，简称设计流量。 设计洪水位：桥位设计计算断面上通过设计流量相应的水位，简称设计水位。 设计流速：设计流量通过时桥位断面的河槽平均流速。,因此，应根据工程实际情况，按国家颁发的有关规范选定合适的设计标准，依此推算设计洪水。 公路工程技术标准（JTJ001）,3,第四章 设计洪水流量,4,第四章 设计洪水流量,水文统计法,经验公式或推理公式,相关分析,资料多，中等以上流域,小流域,资料较少,地区经验公式,无水文站观测资料,5,第四章 设计洪水流量,6,4.1 根据流量观测资料推算设计流量,实测资料
2、,经验频率曲线,理论频率曲线,但是，由于洪水观测年限与总体相比差之甚远，经验频率点群分布并不是一条光滑的连续曲线；而由三个参数确定的皮尔逊型理论频率曲线，抽样误差也比较大，从而使由计算参数得到的皮尔逊理论频率曲线，与经验频率点群偏离较大，即两者配合不是很好，因此必须采用某种方法来确定合适的统计参数，使两者拟合最好。 通过调整统计参数CS、CV，选择一条与经验频率曲线点群拟合最好的理论频率曲线，这种方法叫适线法。,7,4.1 根据流量观测资料推算设计流量,一、适线法的步骤 将审核过的水文资料按递减顺序排列，计算各随机变量的经验频率，并点绘于概率格纸上。 计算统计参数CV，假定CS=m CV，在我
3、国一般取m=24。 确定线型，根据 、CS、Pi查表计算确定理论频率曲线的纵坐标，绘制理论频率曲线。 观察理论频率曲线与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 、CV和CS的采用值及采用的理论频率曲线。,8,4.1 根据流量观测资料推算设计流量,例3-1-3某一级公路拟建一座大桥。桥位上游附近的一个水文站，能搜集到14年断续的流量观测资料，经插补和延长，获得1963年至1982年连续20年的年最大流量资料；又通过洪水调查和文献考证，得到1784年、1880年、1949年和1955年连续系列前四次特大洪水；1975年在实测期内也出现过一次特大洪水。,9
4、,4.1 根据流量观测资料推算设计流量,二、资料中特大值的处理（特大洪水处理） 特大洪水：历史上曾经发生过的，或近期观测到的，比其它一般洪水大得多的稀遇洪水。它的重现期不能仅根据实测系列的长度来确定，而需要进行调查和考证。 实测期、调查期、文献考证期,10,4.1 根据流量观测资料推算设计流量,二、资料中特大值的处理（特大洪水处理）,按年最大值法所得的实测洪峰流量，若依年序排列，可有三种类型：,QN特大值； n实测期 N调查或考证的年数，包括实测期n年，首项最大值的重现期 a特大值的总个数 l实测年内的特大值个数,不连续系列,11,4.1 根据流量观测资料推算设计流量,1、不连续系列的经验频率
5、计算,（1）不连续系列中前a项特大洪水的经验频率计算，按数学期望公式：,PM不连续N年系列前M项的经验频率； M特大洪水由大到小的排位序号，M=1，2，a； N调查或考证的年数，包括实测期n年，首项特大洪水的重现期 N=T2-T1+1 T2实测连续系列最近的年份； T1调查考证到最近的年份。,12,4.1 根据流量观测资料推算设计流量,1、不连续系列的经验频率计算,（2）实测n年系列普通洪水经验频率的计算： 方法一：,Pm连续n年系列中第m项的经验频率； m由大到小排位的顺序号，若实测期中无特大洪水，则m=1，2，n；若有l项特大洪水，则m=l+1，l+2，n,方法二：,13,4.1 根据流量
6、观测资料推算设计流量,对于不连续的年最大流量系列，其统计参数的最后确定，仍是应用适线法最适宜。以上计算的均值和变差系数，作为初试值。适线法的基本步骤与连续系列相同。,14,4.1 根据流量观测资料推算设计流量,例4-1-3某一级公路拟建一座大桥。桥位上游附近的一个水文站，能搜集到14年断续的流量观测资料，经插补和延长，获得1963年至1982年连续20年的年最大流量资料；又通过洪水调查和文献考证，得到1784年、1880年、1949年和1955年连续系列前四次特大洪水；1975年在实测期内也出现过一次特大洪水。以上洪水资料列于4-1-2第2栏。 1、参数计算,不连续系列特大值项数：,实测期：,
7、实测期内特大值个数：,调查考证期：,a=5,n=20,l=1,N=(1982-1784）+1=199,15,4.1 根据流量观测资料推算设计流量,例4-1-3 2、经验频率计算 （1）前5项特大值经验频率计算,16,4.1 根据流量观测资料推算设计流量,例4-1-3 2、经验频率计算 （2）实测连续系列经验频率计算 第一项：m=l+1=1+1=2 第二项：m=l+2=1+2=3,17,4.1 根据流量观测资料推算设计流量,18,4.1 根据流量观测资料推算设计流量,例4-1-3 3、不连续系列统计参数计算,4、适线,19,4.1 根据流量观测资料推算设计流量,20,4.2 根据地区经验公式推算
8、设计流量,1979年4月，在交通部公路规划设计院主持下，28个省(自治区)的交通厅和3个部属设计院参加，根据全国1785个水文站的观测资料，2198站年的历史洪水调查资料，制定了我国公路大中桥流量经验公式汇总报告。报告中把全国分为111个分区，分区图见图4-2-1。制定了3个表即： 全国水文分区流量计算参数表 全国水文分区Cv值表 全国水文分区CSCv经验关系表,21,4.2 根据地区经验公式推算设计流量,全国水文分区流量计算参数表,22,4.2 根据地区经验公式推算设计流量,一、全国水文分区流量计算参数表,23,4.2 根据地区经验公式推算设计流量,二、全国水文分区Cv值表,24,4.2 根
9、据地区经验公式推算设计流量,三、全国水文分区CSCv 值表,25,4.2 根据地区经验公式推算设计流量,四、以上各表的使用,五、使用范围 一般用于流域面积F小于50000km2的中等流域的桥位。首先在地图上勾绘出桥位以上的流域面积F，视流域大部分在哪一分区中(图4-2-1)，就可采用该分区公式。,26,4.2 根据地区经验公式推算设计流量,27,4.3 推理公式和经验公式,公路沿线跨越的小河、溪流、沟壑等都是属于小流域。小流域洪水暴涨暴落，历时短，很少能留下明显的痕迹，往往又不会引起人们的注意，难以调查到较为可靠的历史洪水资料，且一般没有水文站的观测资料。实际工作中小流域河流上的桥梁和涵洞及路
10、基排水系统的设计，一般由暴雨资料来推求。流量计算多采用推理公式或经验公式。,28,4.3 推理公式和经验公式,由暴两资料推求设计洪峰是以降雨形成洪水的理论为基础的。按照暴雨洪峰的形成过程，推求设计峰可分三步进行： 推求设计暴雨，求不同历时指定频率的设计雨量及暴雨过程； 推求设计净雨，设计暴雨扣除损失就是设计净雨； 推求设计洪水，对设计净雨进行汇流计算，得流域出口断面的设计洪水。,29,4.3 推理公式和经验公式,一、基本概念及原理,暴雨：24小时降雨量大于50mm或1小时降雨量大于16mm。 H2450mm或H116mm 净雨：降雨扣除各种损失后形成地面径流的那部分雨量，即地面径流。 产流过程
11、：从降雨到净雨的过程。 汇流过程：坡面出现汇流后，从流域各处汇集到流域出口断面的过程。 汇流时间（h）：从流域最远点流到出口断面的时间,30,4.3 推理公式和经验公式,水文循环,流域汇流,31,4.3 推理公式和经验公式,一、基本概念及原理,暴雨强度公式：暴雨强度、历时及累积频率三者关系的数学模型 if(t，P)，称为暴雨强度公式。它用以反映实测点雨量资料的暴雨特性，也是一种地区性较强的经验公式。 i时段平均暴雨强度； Sp频率为p的雨力，Sp=A+BlgT ； n降雨递减系数,32,4.3 推理公式和经验公式,一、基本概念及原理,暴雨形成洪峰：小流域的特点是面积小、汇流历时短，形成洪峰流量
12、最不利情况只是数小时的短历时暴雨。因此可假定暴雨强度在全流域内分布均匀，时空分布变化不大，并可利用点雨量资料。产生洪峰流量的主要因素是暴雨强度i与流域面积F，设计洪水以“峰”控制，洪峰流量计算的计算式可写成：,K为单位换算系数水文学中，Q、i、F的惯用单位有两类，因此K有两种取值。,33,4.3 推理公式和经验公式,二、推理公式,公式基本形式：,Qp频率为p%的流量（m3/s） K单位换算系数0.278 频率为p%的平均净雨强度（mm/h） F流域面积（km2）,净雨量的推求：,降雨量乘以洪峰径流系数，以表示； 降雨量减去雨损（mm/h）,34,4.3 推理公式和经验公式,二、推理公式,公式基
13、本形式：,1、水科院公式（1958年）,洪峰径流系数，与流域汇流时间、面积、入渗率，降雨衰减系数有关的一参数 K，取0.278,35,4.3 推理公式和经验公式,二、推理公式,2、交通部公路科学研究所公式（1980年）,Qp频率为p%的流量（m3/s） Sp设计频率p%的雨力（mm/h），查图表获得 降雨损失参数（mm/h）,北方地区：,南方地区：,36,4.3 推理公式和经验公式,三、经验公式,公式1,Sp、 F同前； C、3系数，查表4-3-6。,公式2,Sp、 、F同前； 地貌系数，查表4-3-5； m、2指数，查表4-3-5。,37,4.3 推理公式和经验公式,四、公式使用范围,交通部
14、制定的推理公式和经验公式：流域面积小于100km2的小河沟； 水科院的推理公式：对于多雨湿润地区，流域面积一般在300km2至500km2以下；干旱地区为100km2至200km2以下。,38,4.3 推理公式和经验公式,五、公式的应用,解： 1、求雨力SP 查图4-3-1雨力SP等值线图（P=1%） 以桥涵的地理位置（经纬度）查本图，可线性内插。 对本图，可在图4-3-4n值分区图上获得大致的经纬度经度90-100,纬度40。 查图得SP=50mm/s,39,4.3 推理公式和经验公式,五、公式的应用,2、求降雨损失参数 北方： 查表4-3-2， K1、1,K1 = 0.65 1= 0.82
15、,40,4.3 推理公式和经验公式,五、公式的应用,3、求流域汇流时间 北方地区： L=13Km，I=8，K3和1通过查表4-3-4获得：,汇流时间和系数指数,汇流时间和系数指数,41,4.3 推理公式和经验公式,五、公式的应用,4、求暴雨衰减指数n 首先由图4-3-4查n值的分区，得分区为类地区； 然后查表4-3-1 1h=1.83h 6h，取n2=0.76,42,4.3 推理公式和经验公式,五、公式的应用,SP=50mm/s,n=0.76,F=95km2,43,4.4 桥位断面设计流量水位推算,一、桥位断面设计流量计算,设计流量往往是利用水文站观测资料或洪水调查资料推算，其流量是根据水文站的观流断面或桥位附近的形态断面计算而得，因而需要换算到桥位断面 。 1、如果水文站测流断面或形态断面距离桥位断面很近，流域面积相差不超过5%时，则推算的设计流量可以不必换算，而直接作为桥位断面的设计流量。,44,4.4 桥位断面设计流量水位推算,一、桥位断面设计流量计算,2、如果距离桥位较远，则应进行换算。当流域面积相差不超过20%时，则按下式下式计算,3、当流域面积相差超过20%时，按上式计算的结果误差较大，应结合实际情况，从多方面分析后确定。,45,4.4 桥位断面设计流量水位推算,二、桥位断面设计水位计算,1.当桥位计算断面与水文断面间的河段顺直，断面规整，河底纵坡均一时，宜按
