桥涵水文课件——设计洪水流量

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1、第三章 设计洪水流量hydraulic radius partial pressure culvertvolume of runoffnet rainfallquantity of rainfall water-producing area storm duration intensity of rainstormsurface flowWatershedunderground water level第二章 回 顾n1 水文现象的特性和分析方法 n2 几率和频率 n3 频率分布重现期与频率的换算 n4 经验频率曲线 n5 统计参数三个统计参数对频率曲线的影响 n6 理论频率曲线皮尔逊理论频率曲

2、线的推求 n7 相关分析第三章 设计洪水流量n 设计流量：是指相应于设计洪水频率的洪峰 流量（m3/s） 。n设计水位：桥位计算断面上通过设计流量相 应的水位，称为设计水位（m） 。n设计流速：设计流量通过时桥位断面的河槽 平均流速（m/s） 。第三章 设计洪水流量新规范关于设计洪水频率的另外两条： 二级公路的特大桥以及三级、四级公路的大桥， 在水势猛急、河床易千冲刷的情况下，可提高一 级设计洪水频率验算基础冲刷深度。沿河纵向高架桥和桥头引道的设计洪水频率应符 合本标准中路基设计洪水频率的规定。第三章 设计洪水流量推求设计流量的方法汇总：n一 水文统计法 适用于大中河流，具有一定 长度的实测资

3、料，最好还有调查到的特大洪 水资料；第三章 设计洪水流量推求设计流量的方法汇总：n一 水文统计法二 地区性公式、暴雨径流的推理公式 适用 于中小河流，难于搜集到实测洪水资料，但 可以搜集到降雨资料或地区性水文资料情况 ；第三章 设计洪水流量推求设计流量的方法汇总：n一 水文统计法 n二 地区性公式、暴雨径流的推理公式n三 相关分析 延长水文资料 适用于桥位附近 资料较少，但相邻地区或河段有较多资料情 况。第三章 设计洪水流量推求设计流量的方法汇总：n一 水文统计法 n二 地区性公式、暴雨径流的推理公式n三 相关分析 应通过多种途径、采用不同方法，尽量搜 集可能搜集到的一切水文资料，应用不同的

4、方法分析推求设计洪水流量。采用不同方法 得到的同一桥梁的设计流量大小可能不同， 可经对比分析论证后，选用一个合理数值。第一节 根据流量观测资料推算设计流量概述具有足够的流量观测资料系列时采用水 文统计法。 基本思路流量系列从大到小排序。点绘经验频率 曲线。用适线法给经验频率曲线配适合 的理论方程参数。由此可以计算任何频 率的流量及设计流量。一 有实测年最大流量资料时设计流量的推求当具有较长实测资料(例如20年以上资料) 时设计流量的计算可分为下述四个步骤。1 审查资料2 插补和延长系列资料3 推求频率曲线计算 （采用皮尔逊型曲线 ）。4 成果合理性分析：主要是检查多年平均流 量、最大流量离差系

5、数Cv，和偏差系数Cs三 个参数是否合理。第一节 根据流量观测资料推算设计流量资料的审查内容（一）n (1) 资料的可靠性: 即鉴定资料的可靠程度。 应从资料来源、资料的测验和整编方法有无 问题、刊印是否有误进行检查，可以通过上 下游或干、支流水量平衡，流域年降水量等 检查数据是否合理。n（2）资料的一致性:资料的一致性主要分析 流域内下垫面条件是否稳定。例如设计断面 上游修建了大型引水工程后，使设计断面资 料一致性遭到破坏，必须对资料修正后方可 进行计算。 第一节 根据流量观测资料推算设计流量资料的审查内容（二）n（3）资料的代表性:是指资料是否包括了丰 水年、平水年和枯水年。若代表性差，就

6、不 能很好地反映总体的规律，统计计算结果的 实际误差就大。为了提高资料的代表性，应 尽可能展延径流系列的长度。n（4）资料的独立性 系列中的变量必须相互 独立。资料的插补和延长具有短期实测资料时设计年流量的计算，应首 先利用各种可能途径尽量展延径流系列，然后再 进行频率曲线的计算。n 1.利用桥位邻近的水文站和邻近河流年流量资 料展延对设计流域的上、下游水文站，当两站的流域 面积之差不超过10，两站之间无分洪或滞洪现 象时可直接采用参证站的资料。也可以用经验公式近似计算：n 第一节 根据流量观测资料推算设计流量资料的插补和延长n2 同一河流上、下游的两个水文站或邻近流 域的测站有长期实测年最大

7、流量资料，并且 与设计流域的气候和下垫面条件相似时，可 以选作参证站，用相关分析法展延设计站的 年最大流量系列。n3 两支流上水文站的流量对下游桥位可以叠 加计算。求矩适线法步骤： n1）绘出经验频率曲线；2）按照定义式初步计算二个统计参数：均值，变 差系数； 3）假定偏差系数Cs的大小。由p，Cs/Cv查表得到 Kp,按照皮尔逊型曲线计算公式列表，并点绘理论 频率曲线。 4）目估检查所绘理论频率曲线与经验频率曲线的 符合程度，根据各参数对频率曲线位置的影响，反 复调整统计参数值，直到两者符合得最好为止。最后得到三个统计参数的最终采用值，即得到 最符合实测资料的理论频率计算公式。第一节 根据流

8、量观测资料推算设计流量求矩适线法桥位设计计算系统电算步骤： n1）窗口选择“皮尔逊 型曲线”；2）点击： “水文资料输入”，输入年最大流量系列 ； 3）选择“流量连续性系列”，点击计算 ，Cv 。4）点击“频率曲线图”，出现皮尔逊 型频率曲线 和经验点群窗口。目估检查所绘理论频率曲线与经 验频率曲线的符合程度，选定一个Cs与Cv的比值 m大小，在提示框选用m值，根据各参数对频率曲 线位置的影响，反复调整统计参数值，直到两者符 合得最好为止。第一节 根据流量观测资料推算设计流量第一节 根据流量观测资料推算设计流量算例 311第一节 根据流量观测资料推算设计流量算例 312二 资料中特大值的处理

9、至今人们对特大洪水还没有一个明确的量 的定义。一般指相当大的洪水。在概率格纸 上，它的频率点与一般洪水的频率点有明显 的脱节、不连续现象。在历史洪水中、在实 测洪水中都有可能出现特大洪水，需提出作 单独处理。第一节 根据流量观测资料推算设计流量二 资料中特大值的处理 1 在实测系列以外； 2 在实测系列以内； 3 兼而有之。第一节 根据流量观测资料推算设计流量第一节 根据流量观测资料推算设计流量黄河某水文站，到1954年共有不连续的20年 实测洪水资料，其中最大实测洪峰流量为 3700m3/s。在1958年推算设计洪水时，虽然 已调查到四次历史洪水资料，但因为有人对它 们定量的可靠性有怀疑，只

10、用了实测的二十年 资料进行推算，得到百年一遇（p为1）的 洪水流量为7500m3/s。（Cv=0.8）第一节 根据流量观测资料推算设计流量两年后，1956年该站实测到特大洪水为 13100m3/s。若以此资料加入系列，即有22 年资料，推算出Q（p1）为25900m3/s。 再经过调查和历史文献考证，根据河床断面 冲淤，修正历史洪水流量:1794年Q=25000， s，1853年18000，1917年Q=13,500 1935 年Q = 8300.如果1954年就采用调查到的四次 历史洪水资料，其中1794年按160年350年 以来的首位计算，得C=1.7; Q（p1）为 30,000m3/s

11、。后来，在1963年又测得特大洪水为 12000m3/s。在1964年用全部资料进行计算 ，结果是Q（p1）为31，000m3/s。7500259003000031000可见计算结果已趋于稳定。当增大样本容量 、即考虑历史洪水时，可以提高计算成果的 可靠性。为什么要进行特大值的处理？通过特大值处理，可以延长系列资料，增强 系列的代表性，减少各参数值的抽样误差， 从而提高计算成果的稳定性和可靠性。一般同时采用三种来源的资料：水文站观测 资料、参证站插补和延长资料、调查洪水和 文献考证资料。第一节 根据流量观测资料推算设计流量实测期：把水文站观测资料的年限称为实测 期（包括由参证站实测资料相关分析

12、插补延 长的资料）。调查期：调查洪水的最远年份到实测完毕的 年限。（包括实测期）考证期：文献考证到的最远年份到实测完毕 的年限。 （包括调查期）第一节 根据流量观测资料推算设计流量连续系列：由实测和插补延长资料组成的系 列中，如果没有特大洪水值需要提出单独处 理，各项洪水值直接按其大小顺序统一排位 ，序号不间断，这一样本称为连续系列。不连序系列：当有特大洪水值，需在更长的 时期内进行排位，序号不连续，这种样本的 系列称为不连续系列。1 不连续系列的经验频率的计算方法方法 一 将不连续系列划分为几个连续系列， 作为从总体中抽取的几个独立样本，分别进 行排位，对于每一个独立样本就可以按连续 系列处

13、理。若某项洪水可以同时在两个连续 系列中排位时，其经验频率取其中抽样误差 较小的（计算年限较长的系列推算的频率） 。采用维泊尔公式计算经验频率。第一节 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的计算方法方法二 将实测系列与特大值系列共同组成一 个不连续系列作为代表总体的样本，系列中 各项在调查期N年内统一排位，按照不连续 系列计算经验频率。第一节 根据流量观测资料推算设计流量调查期N1年内，调查到为首的大洪水a1个，其中l1个发生在 实测期内。考证期N2年内考证到大洪水a2个，其中l2个发生 在N1年内；实测期n年。则不连续系列经验频率计算公式为 ： 1） 考证期考证到的l2项大洪

14、水对应频率：（序号M2)2)调查期内除去为首的l2项，排序号第M1位的洪水频率：3)实测期内除去为首的l1项，排序号第m位的洪水频率：第一节 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的计算方法方法 一 方法二以上两种估算频率的方法已为水利电力工 程设计洪水计算规范SD 122-79所采用。 一般认为:方法一虽使用简便，但出现洪水频 率重叠或脱节现象;而方法二可以进免重叠与 脱节现象，在理论上也较严谨合理，但当有 特大洪水遗漏时，将导致错误的计算结果。 因此使用时需要慎重。第一节 根据流量观测资料推算设计流量2 不连续系列的统计参数计算方法 在调查期或考证期内，特大洪水a个，其中l个

15、发生在实测期n年内，则用下式计算均值和变差系数：第一节 根据流量观测资料推算设计流量利用年最大流量系列推算设计流量步骤 1 选取样本 尽可能长。包括实测、插补、调查、考 证资料。 2 计算经验频率，绘制经验频率曲线 3 确定统计参数，绘制理论频率曲线（用适线法） 4 计算设计流量：利用选定的统计参数计算5 审查计算结果 可以参照地区经验值审查。第一节 根据流量观测资料推算设计流量第一节 根据流量观测资料推算设计流量例313五 利用年最大流量系列推算设计流量 课堂习题金沙江某站，有1939-1978年44年的实测资料。并且自 1860年以来历史文献对洪早灾害记载详细，通过多次调查 和考证，认定1

16、860年以来特大洪水年有 (按大小顺序排列 )1924年、1860年、1892年、1905年、1928年、1966年( 实测系列中提出1966年作为特大洪水处理)共6年，其中 1924年，1860年洪痕有刻字，其余年份洪痕高程有记载， 通过再三调查考证确认1860年以来120年内不会漏掉象 1966年的洪水。并且考证认为1924、1860年洪水可以延长 到1644年以来的洪水进行考证。所以这两年洪水的重现期 给予336-120年的范围。推求一级公路大桥对应的设计流量 。第一节 根据流量观测资料推算设计流量特大洪水序号年份洪峰流量 1192436900 2186035000 3189233200419055192829400 6195629000第一节 根据流量观测资料推算设计流量实测洪水 序号洪峰流量序