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1、目 录第1章 绪论11.1 水文学的研究现状及意义11.1.1 水文学的研究现状11.1.2 水文学的研究意义21.2 工程水文学的研究方法及内容31.2.1 水文现象的基本特点31.2.2 工程水文学的研究方法31.2.3 工程水文学的研究内容4第2章 河川水文的基础知识62.1 河流和流域62.1.1 水循环62.1.2 河流62.1.3 流域72.2 河川径流82.2.1 径流形成过程82.2.2 影响径流的主要因素92.3 泥沙运动与河床演变102.3.1 河道水流的结构形式102.3.2 泥沙运动122.3.3 河床演变13第3章 水文统计的理论和方法153.1 概述153.1.1
2、总体和样本153.1.2 概率与频率153.1.3 累积频率与重现期163.1.4 水文频率分析173.1.5 常用的统计参数183.2 频率曲线183.2.1 经验频率曲线183.2.2 理论频率曲线193.2.3 皮尔逊型曲线203.3 现行水文频率计算方法223.3.1 求矩适线223.3.2 三点适线223.4 设计洪水流量的推求233.4.1 设计洪水233.4.2 特大洪水处理方法243.4.3 适线法推求设计流量263.4.4 设计洪水流量的计算26第4章 桥孔设计304.1 桥涵水文勘测与设计304.1.1 桥孔设计的一般规定304.1.2 桥涵水文勘测的任务与工作内容304.
3、1.3 桥涵水文设计的内容314.2 桥梁孔径设计314.2.1 铁路桥梁孔径的计算324.2.2 公路桥梁孔径的计算334.2.3 桥梁孔径设计算例354.3 桥梁高程设计384.3.1 引起桥下水位升高的因素384.3.2 桥梁高程42第5章 冲刷计算及导治建筑物的布设435.1 一般冲刷和局部冲刷435.1.1 一般冲刷435.1.2 局部冲刷455.2 最低冲刷线及基础埋深465.2.1 最低冲刷线465.2.2 公路桥梁基底最小埋深的确定475.2.3 铁路桥梁基底最小埋深的确定475.2.4 铁路桥基础埋深算例485.3 导治建筑物515.3.1 导治建筑物的类型515.3.2 导
4、治建筑物的布设原则52第6章 结束语56参考文献57致 谢58附录A 英文翻译59附录B 海森几率格纸73附录C 离均系数表74iii毕业论文第1章 绪论1.1 水文学的研究现状及意义1.1.1 水文学的研究现状水文学是地球科学的一个重要分支。1962年美国联邦政府科技委员会把“水文学”定义为“一门关于地球上水的存在、循环、分布，水的物理、化学性质以及环境(包括与生活有关事物)反应的学科”。1987年中国大百科全书提出“水文科学”是“关于地球上水的起源、存在、分布、循环运动等变化规律和运用这些规律为人类服务的知识体系”。不管如何定义，基本上是把水文学总结成“是一门研究地球上各种水体的形成、运动
5、规律以及相关问题的学科体系”。广义的水文学可分为地表水文学、水文气象学与水文地质学。水文气象学研究大气中水汽的运动规律；水文地质学则是研究地下不同形态水的运动规律。地表水文学分为陆地水文学、海洋水文学两大类。陆地水文学根据研究对象不同，又分为河川水文学、湖泊水文学、沼泽水文学、冰川水文学、河口水文学，根据研究内容不同分为水文测验学、水文地理学、普通水文学、工程水文学。水文测验学主要研究水文资料的收集、量测和成果整编的手段、方法以及布设水文网站的理论等；水文地理学根据自然地理因素与水文特征之间的相互关系，研究水文现象的地区性分布与变化规律；普通水文学研究自然界中各种水体的水文特征、基本变化规律以
6、及相互依存的一般性问题；工程水文学则是研究流域内规划、设计、施工、运营、管理各种与工程有关的水文问题。桥涵水文涉及的水文学知识即属于工程水文学范畴。水文学研究的对象主要为大气、植被、地表、土壤及含水层中的水分运移和相互间的水分转化。水文学既是一门科学，又是一种多门基础科学应用的学科。随着学科的相互渗透、相互交叉以及新科学新技术的发展和引进，水文学中新分支学科不断兴起。数字地球、数字流域概念的提出以及 “3S”系统(地理信息系统GIS、全球定位系统GPS和遥感技术RS)在水文研究和应用领域的应用，使得开发整个流域的产汇流过程，对洪水演进和淹没进行三维空间的动态模拟仿真系统成为可能，进一步推动了水
7、文学的发展。水文学研究是21世纪人类极为关注的课题之一。目前，水文学的研究已经进入了一个全新的发展时期，研究的对象已经向微观和宏观两个领域的深层次发展，研究的尺度也呈现区域、流域、全球平行发展的态势，各尺度的转换问题研究是当今水文学研究的前沿课题之一。然而，水文现象的复杂性和水文资料信息的不足，在一定程度上限制了水文理论和基础研究的发展。水文学至今仍有许多重大理论问题需要探讨和研究，水文学象其他发展中的学科一样，处在不断发展之中。1.1.2 水文学的研究意义(1)工程水文学的研究意义工程水文学主要研究水文计算与水文预报。如水利工程、给排水工程、灌溉工程、交通桥梁工程、航道工程设计所需的水文特征
8、值的计算，并涉及水文分析的基本原理与方法，水文情势的长期性预报等等。在水利工程、取水工程、灌溉工程中，工程规模的大小取决于河水流量的大小。河水流量估算过大，将使工程规模设计过大，造成不必要的浪费；反之，估算过小则达不到设计要求，不能充分利用水利资源，无法发挥工程效益。例如，以地表水为水源的取水工程，水源设计供水量的大小与水源取水条件的状况将直接由水文条件给定，如流量、水位、泥沙、冰凌的状况。排水工程中，雨水的排泄、洪水的防御，其设计暴雨、洪水的大小直接决定于水文资料的收集、分析与计算。工程在规划、设计期间，对河流洪水量的估算直接关系到工程规模和投资的大小；在施工期间，施工设计洪水的估算则关系到
9、工程的安全性与经济性；运营管理期间，根据水文预报进行径流调节充分利用水库的调节功能，拦蓄洪水、变害为利，确保工程本身的安全性和下游人民的生命与财产安全。工程水文学对在流域内规划、设计、施工、运营、管理各种工程，具有极其重要的意义。(2)桥涵水文学的研究意义每年洪水和流冰季节，一些既有桥梁常发生水害。如由于洪水主流直冲桥墩(台)或基础埋深过浅，致使桥墩(台)基底冲空而倾斜；由于漂浮物或冰凌阻塞桥孔危及桥梁安全；因桥上、下游水位差过大而剪断桥墩，冲走桥梁；由于河滩路堤阻水过多，或者由于桥头路堤伸入主槽，导致路堤被冲断，或桥头锥体护坡被被冲坍，有的甚至冲空台底，导致桥台倾倒，或由于桥孔宣泄能力不足，
10、上游壅水过高，淹没农田、房舍、工厂，使人民生命财产蒙受巨大损失等等。还有一些特殊情况：由于河流发生天然改道或泥石流突然爆发，使既有桥梁报废或冲毁。水害事故的发生，不仅使桥梁本身遭受直接的损失，而且由于道路中断停运，使国家在政治经济各方面所蒙受的损失往往更为惊人。对水害事故的分析，不难看出，若能充分重视并处理好桥涵设计的各个环节，一些事故可以避免，或可以减轻灾情。因此，从事道路及桥涵设计、施工、养护的技术人员，都应具备有关桥涵水文设计的基本知识，在桥涵设计、施工、养护过程中，充分重视河流及洪水的变化规律，做到精心设计、精心施工、精心养护维修，使桥涵始终在正常状态下工作。1.2 工程水文学的研究方
11、法及内容1.2.1 水文现象的基本特点河流和海洋水文现象受气候因素、地理条件、河流流域特征和人类活动等的综合影响，情况非常复杂，其变化规律具有一定的特殊性。根据多年水文观测资料的分析，发现水文现象具有以下特点：(1)周期性周期性就是许多水文现象具有周期地循环变化的性质。例如黄河下游每年大致到7月进入汛期，到11月以后进入冰期，2月以后开始解冰开河，34月间发生春汛洪水。长江中游每年最大洪峰发生在610月，最多的在78月。这都说明了水文现象有着年周期变化的规律。此外，从大量的水文观测资料中，也可以看到有些河流存在着多年洪枯水交替的循环变化。例如黄河陕县水文站35年的观测资料中，发现枯水年延续达1
12、11年；洪水年延续达14年。洪水年与枯水年交替出现的现象比较明显，但周期的延续年数没有一定规律。(2)地区性地区性是表示水文现象随地区而异，即每个地区都有各自的特殊性。例如我国南方同北方水文现象差异很大，各有其特殊性。这主要是由于地区互异，影响水文现象的气候和下垫面条件不同。但在另一方面，相互邻近的流域，气候和下垫面条件往往有一定的相似性，由相类似的气候和下垫面条件综合影响而产生的水文现象，在一定程度上就具有相似性。因此，水文现象有一定的地区分布规律性。(3)不重复性(随机性)不重复性是指水文现象无论什么时候都不会完全重复出现。如一条河流某一年的流量变化过程，与另一年的流量变化过程不会完全一致
13、，即它们在时间上、数量上都不会完全相同。其他水文特征值也是一样，都具有不重复性。这主要是影响水文现象的因素极为复杂，各因素不断随时间变化，并且在变化过程中相互影响。因此，所有水文特征值的出现，都可以认为是随机的。1.2.2 工程水文学的研究方法根据水文现象的特点，按工程的不同要求，对水文现象的分析研究必须以实测水文资料为依据，水文学的研究方法可以分为以下3种：(1)成因分析法水文现象与其影响因素之间必然存在着某种确定性关系，依靠这种关系从某水文现象的观测资料和相关因素试验资料的分析研究中，可以建立水文现象与其影响因素之间的定量关系，从而达到预测未来水文现象的目的。这一方法为一理想方法，称为成因
14、分析法。然而由于水文现象的影响因素较多且错综复杂，其形成机理人们还不完全清楚或不能做定量的计算，因而成因分析法主要用于水文现象的基本分析和水文预报。(2)数理统计法水文现象的随机性特点决定了必须以概率理论为基础，运用数理统计方法，对实测水文资料系列进行分析计算，求得水文现象特征值的统计规律，从而得出工程规划、设计所需的水文特征值，并根据这一规律预测未来的水文特征值的变化范围。水文计算中广泛使用这种方法，预估某些水文特征值的概率与分布，推求一定的设计频率标准下的设计值。(3)地区归纳法水文现象在各地区、各流域具有相似性与特殊性，其主要原因是受各地区自然地理条件综合因素的影响，水文现象的变化在地区
15、分布上呈现一定的规律性。这种地区性规律可以用地区性经验公式来反映水文特征值的变化与分布。若与地形图结合，可绘制水文特征值的等值线图。如，多年平均年径流量等值线图、暴雨洪峰流量地区性经验公式等。利用这些等值线图或经验公式，可以查得实测资料短缺地区的水文特征值。这一方法揭示了水文现象在各流域、各地区的分布规律性。以上几种方法，相辅相成，互相补充。在实际工程中，应结合工程实际、地区特点，综合分析、合理选用，互为校核，尽可能收集较多的实测长系列资料，选用合理方法精确计算，为工程提供准确的水文分析成果。1.2.3 工程水文学的研究内容工程水文学是一门阐述和运用水文规律、开发和发挥工程效益、为国民经济建设服务的学科。其主要研究内容包括：水文循环与径流形成；水文资料的观测、收集与处理；水文统计基本知识；河川径流，水文学基本原理和方法，水文资料的收集与统计，设计洪水，流域分析计算，水质及水质评价；设计年径流及径流随机模拟；由流量资料推求设计洪水；流域产流汇
