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桥涵水文课件

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桥涵水文(课堂PPT)

桥涵水文(课堂PPT)

程
学
第二节 桥墩局部冲刷
院
第三节 确定墩台基底最浅埋置深度
第四节 调治构造物
1
一、学习目标：
中
国 矿
业
大 学
（一）.了解调治构造物的类型和作用
建 筑
（二）.熟悉桥下一般冲刷计算；
工 程
(三).熟悉桥墩局部冲刷计算；
学 院
(四).掌握墩台基底最浅埋置深度的确
定。
2
二.本章重点和难点
中
国 矿
二.本章重点
中
（二）、65—1修正式
国
矿
业
大
学 建
（14-8a）
筑
工
程
学
院
35
一、非粘性土河床的桥墩局部冲刷
中
（二）、65—1修正式
国
矿
业
大
学
建
筑
工
（14-8b）
程
学
院
36
一、非粘性土河床的桥墩局部冲刷
中
（二）、65—1修正式
国
矿
业
大 学
14-8c
建
筑
工
程
学
14-8d
院
14-8e
14-8f
37
一、非粘性土河床的桥墩局部冲刷
20
二、 河滩一般冲刷
中 (一）.非粘性土河滩一般冲刷公式
国
矿
业 式中： Q′t——桥下河滩部分通过的设计流量，
大 学
按式（14-5a）计算；
建
筑 工 程
hmt——桥下河滩最大水深（m）； ——桥下河滩平均水深（m）；
学 院
B′t——河滩部分桥孔净长（m）；

桥涵水文第一章

桥涵水文第一章
几个概念：
径流：降水在重力作用下沿一定路径流动的水流
地表径流：其中沿地表流动的水流
地下径流：在地下流动的水流
河川径流：受重力作用沿河床流动的水流
流域：地面径流汇入该河流的整个区域面积
汇水面积：某一断面以上的流域面积
分水线(岭):流域的边界线。
桥涵水文
第一节 河川水文现象的特点与桥涵水文的研究方法
退水时，河中水位呈中间低两边高； ②弯段河道中，由于水流同时受到重力和离心力作用，断面
水位常呈凹岸高，凸岸低。
桥涵水文
第二节 河流形态与河流水情
弯段水流的横比降及超高值：
横比降： I v2
Rg
超高值：
z0

BI

B
v2 Rg
式中：v—断面平均流速；
R —弯道平均曲率半径；
B —水面宽度；
分隔水流的高地、山岭的山脊线，就是相邻流域的分界 线，称分水线（或分水岭）
桥涵水文
地面分水线和地下分水线相重合的流域为闭合流域；地 面与地下分水线不重合的流域叫做非闭合流域。
流域的分水线和出口断面所包围的面积，称为流域面积， 或称为集水面积（km2）
桥涵水文
第一节 河川水文现象的特点与桥涵水文的研究方法
a.根据水情，河流分为：
间歇性河流
常年有水河流 b.根据河流的补给，河流可分为：
雨源类 冰雪源类 雨雪源类 混合型
桥涵水文
第二节 河流形态与河流水情
1.雨源类—多峰肥型 汛期长，水量大
2.雨雪源类—双峰型 汛期短，水量比较小， 河流暴涨暴落
桥涵水文
第二节 河流形态与河流水情
3.冰雪源类—单峰型 洪峰出现在6-7月份，水量最小，不仅取决于降雪，还

桥涵水文 PPT

桥涵水文 PPT
但由于影响水文现象的因素极其复杂，这种方法 目前尚不能完全用数学物理方法来描述，通常用数学 模型或物理模型来模拟。
2、数理统计法（水文统计法）
根据水文现象的随机性，以概率论为基础，运用 数理统计的方法，推求出水文要素的统计规律，即可 求出工程设计所需的设计水文特征值，就可解决工程 的设计问题。
其次，可以对两个或多个水文要素进行相关分析， 建立它们之间的统计关系，就可以利用已知的水文要 素推求未知的水文要素。
下游
河口
海 洋
2、 河流的长度L ：自河源沿主河道至河口的长度，简 称河长，以 km 计
3、河流的断面
横断面（river section） 纵断面（river profile）
L
海 洋
（1） 河流横断面（简称：断面 cross-section）： 水位 （water level、water stage）
2、流域的几何特征 （1）流域面积 F (catchment area)：在地形图上绘出 流域的分水线，量算出分水线包围的面积，即流域面 积，以km2 （2）流域长度 LF（the length of watershed）：从流 域出口到流域最远点的流域轴线长度，km计。 平均宽度 B（the average width of watershed）:
大家应该也有点累了，稍作休息
大家有疑问的，可以询问和交流
（2） 河流纵断面
Z2 Z1
河底
l
河流中沿水流方向各横断面最大水深点的连 线，称为深泓线（thalweg），沿河流深泓线的剖 面称为河流的纵断面（ river profile ）。
表示河床自上游向下游沿程变化。
4、 河道比降 落差（fall）
1、河流的分段：

《桥涵水文》学习资料课件,很详细

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一条河流各段比降是不一致的，水力计算常取 各段比降的加权值：
思路：从河口作一与河床相交的斜面直线AB，使该直线 与河床所包围的面积，直线以上部分与以下部分相等。
1 i 2 L
H n H n 1 ln H n 1 H n2 ln1 H 2 H1 l2 H1l1
(3) 河网 ( Hydrographic Net ) 由河流的干流和各级支流，流域内湖泊、沼泽或
地下暗河构成脉络相通的一个系统，称为河网，也
叫河系或水系。 6.1.2 河流的基本特征 (1) 河流断面 a. 横断面：垂直于水流方向的断面
图3-2 河床横断面图
b. 纵断面：沿河流深泓线切出来的断面
6.3.3.2 河床演变基本特征 (3)影响河床演变的主要因素 1) 流量大小及变化 2) 河段来沙量及来沙组成 3) 河段比降 4) 河床地质情况 5) 河床形态 6) 人类生产活动
6.3.3.3不同类型河段的河床演变一般规律 (1)山区河段 1)山区河流的洪峰特征： a)洪峰暴涨暴落； b)流量和水位变化幅度很大； c)中水历时短暂 2)山区河流的纵横断面特征： a)横断面：多呈v字形或U字形 b)纵断面：河底比降较大，变化急剧，存在一系列折点， 急滩与深潭交错，且常因落差集中而形成陡跌水甚至瀑布。
6.2.2 河川径流形成 径流的形成过程 流域内的水自降落开始至水流汇集、流至出口断面的整个 过程，称为径流形成过程。 此过程分为四个阶段：降水-流域蓄渗-坡面漫流-河槽集流
①降水过程： 雨、雪、雹及霰(小雪珠)统称降水。 降水三要素：降水量ΔH(mm)、 降水历时Δt(常用单位为min，h)、 降水强度I：单位时间内的降雨量。 (常用单位为mm/min，mm/h)。 按定义，有

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修建在河床内的桥墩，经受着桥位河段及桥下 断面的一般冲刷，同时，桥墩阻挡水流，水流在桥 墩两侧绕流，形成十分复杂的、以绕流漩涡体系为 主的绕流结构，引起桥墩周围急剧的泥沙运动，形 成桥墩周围局部冲刷坑。
为了便于分析计算，假定桥墩局部冲刷是在一 般冲刷完成后的基础上进行的。桥墩计算公式中的 墩前水深和流速都是采用一般冲刷后的水深和流速。

一 桥墩局部冲刷的机理

一 桥墩局部冲刷的机理
9.2 桥下断面的一般冲刷计算



一般冲刷的基本概念： 建桥后，由于桥孔压缩河床，桥下过水面积减小， 从而引起桥下流速的增大，水流挟沙能力也随之 增大，造成整个断面的河床冲刷。这一冲刷过程， 称为桥下断面的一般冲刷。 随着一般冲刷的发展，桥下过水断面逐渐增大， 流速逐渐降低，冲刷速率逐渐减小。 当桥下河槽各点泥沙的冲刷及淤积达到平衡时， 一般冲刷趋于停止，一般冲刷的深度达到最大。 目前在工程界，一般冲刷后最大水深用hp表示。 hp表示当一般冲刷完成后，从设计水位算起的计 算垂线处水深（也即为计算垂线处天然水深与一 般冲刷完成后河底被冲刷深度之和）。
式中：V0——河床泥沙起动流速(m/s)
V0 0.28(d 0.7)0.5
V0′——墩前泥沙始冲流速(m/s)，
V0 0.12(d 0.5)0.55
K2——河床颗粒的影响系数
，
K 2
0.0023 d
2.2
0.375d
0.24
n2——指数，
V0 n2 V
5 3
5 6
三、粘性土河床的一般冲刷 粘性土： d 0.05mm
W0 WP W0 WP IL WL WP IP
固态 半固态 WP 塑限 可塑态 WL 液限 流态 W 含水量

桥涵水文课件

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计参数Q、，C直s、到Cv两者符合的最好为止，即可确定统计参数的采
用值
以及对应的理论频率曲线。
5、调整时，可参照统计参数与频率曲线的关系（图3-5-4）。
六、适线法应用注意事项：
在适线过程中，一般只调整Cs，即固定Cv，选取m 值；
如果适当调整Cv和 Q ，能使经验频率曲线与理论 频率曲线拟合更好，也可以对其做少量调整。
4.3 根据推理公式推算设计流量※
公路工程中位于小流域河流及沟渠的桥梁和涵洞， 以及公路排水系统的设计流量，一般由暴雨资料来 推求。（P92）
小流域流量计算方法主要有两个公式：
1. 径流简化公式
34
Qp 0 (h z)2 F 5
2.水利科学研究院水文所公式：
Q

0.278
三、相关分析
资料较少，插补、延长水文资料系列。
4.1 根据流量观测资料推算设计流量
学习目的：掌握由流量资料推求设计洪水的原理 和方法。
一、任务：
现在需要在黄河支流汾河临汾市某镇附近 建设一座中型桥梁。根据规范要求，该桥梁设计 标准之一是能够抵御100年一遇的洪水。作为设计 人员，该如何完成此任务？
二、全国水文分区Cv值表
SUCCESS
THANK YOU
2019/9/20
可编辑
三、全国水文分区Cs/Cv经验关系表
四、以上％的设计流量
Q2% KF n' Q1% / Q2%
2. 计算或查表得理论频率曲线的三个统计参数，用皮尔 逊Ⅲ型曲线推求相应频率的设计流量。
计算 Q CF n (查表3-2-1)

查表 Cv
(查表3-2-2)

PearsonIII曲线

桥涵水文 ppt课件

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l
l
Z2 Z1
河底
l
以小数、千分数表示。
水面比降（slope of water surface） 河底比降（slope of river bed）
一条河流的河底平均比降：
图2-3 河道平均纵比降计算示意图
J AB BC
S 1 AB BC 2
AB 2 S / BC BC L J 2 S / L2
2、地球上的水量平衡（Global Water Budget )
水量平衡原理（Principle of Water Budget)： 在水文循环过程中，任意区域，任一时段，进入的
水量与输出的水量之差，必等于其蓄水量的变化量。
水量平衡方程（Water Budget Equation): I – O = ΔS
下游
河口
海 洋
2、 河流的长度L ：自河源沿主河道至河口的长度，简 称河长，以 km 计
3、河流的断面
横断面（river section） 纵断面（river profile）
L
海 洋
（1） 河流横断面（简称：断面 cross-section）： 水位 （water level、water stage）
PE 全球多年降水量与多年平均蒸发量相等，为1130mm。
对某一闭合流域，某一时段T：
P – E – R = ΔS
多年平均：
PRE EPR
（2-7）
(28) (28)
2.2.2 径流形成过程（process of runoff formation）
径流形成过程是从降雨开始，到径流流出流域出 口断面整个物理过程。
...
..
.......
.
......el）

桥涵水文 河川水文基础知识PPT课件

桥涵水文 河川水文基础知识PPT课件
a. 横断面：垂直于水流方向的断面
图3-2 河床横断面图
第4页/共39页
b. 纵断面：沿河流中泓线切出来的断面 ➢ 中泓线？ ➢ 深泓线?
深泓线：河道中各横断面水 流最大流速点的连线。
中泓线(溪线)：河 道中各横断面最大 水深点的连线。
第5页/共39页
(2)河流长度 ( River Length ) 1)定义 ：河流源头至河口 或 测站断面沿河槽中泓线或轴线 量取的距离L。
1)河床的横向变形 指河湾发展，河槽拓宽、塌岸、分汊、改道、裁弯等河床 平面形状的变化。 2)河床的纵向变形 第26页/共39页 指沿水流方向河床高程的变化，亦即河床纵断面的变化。 河床纵向变形主要表现为河床冲淤不平衡所引起的高程变化， 其原因是河流纵向输沙不平衡。
河床演变基本特征 (3)影响河床演变的主要因素
1) 流量大小及变化 2) 河段来沙量及来沙组成 3) 河段比降 4) 河床地质情况 5) 河床形态 6) 人类生产活动
第27页/共39页
不同类型河段的河床演变一般规律 (1)山区河段
1)山区河流的洪峰特征： a)洪峰暴涨暴落； b)流量和水位变化幅度很大； c)中水历时短暂
2)山区河流的纵横断面特征： a)横断面：多呈v字形或U字形 b)纵断面：河底比降较大，变化急剧，存在一系列折点，
1.峡谷河段
➢ 山区河流
2.开阔河段
流域
(1) 分水岭、分水线和流域
1)分水岭：划分相邻水系的山岭或河高地。
2)分水线：分水岭最高点的连线（山脊线）。
3)流域：一个水系的集水区域。
(2) 流域的几何特征
1)流域面积：是流域的主要几何特征。通常先在适当比
例尺的地形图上定出流域分水线，然后量出它所包围的面积。
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二、全国水文分区Cv值表

三、全国水文分区Cs/Cv经验关系表

四、以上各表的用法
1. 直接由表3-2-1推求p为2％和1％的设计流量
Q2% KF
n'
Q1% / Q2%
2. 计算或查表得理论频率曲线的三个统计参数，用皮尔 逊Ⅲ型曲线推求相应频率的设计流量。
计算 Q CF n (查表3-2-1) 查表 Cv 查表 Cs/Cv

正确答案: A
随堂作业：
3. 众值的大小，能反映系列中最大几率项和（） 的位置。 A. 最小几率项 B. 密度曲线 C. 圆曲线业：
4. 以下不属于常用水尺形式的是（）。 A. 直立式 B. 倾斜式 C. 矮桩式 D. 高桩式 正确答案: D

随堂作业：
六、适线法应用注意事项：

在适线过程中，一般只调整Cs，即固定Cv，选取 m值； 如果适当调整Cv和 Q ，能使经验频率曲线与理论 频率曲线拟合更好，也可以对其做少量调整。

资料的审查内容如下：
(1)资料的可靠性：即资料的可靠程度。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。 (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。否则，资料的一致性将遭到破坏。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。

五、适线法的步骤：
1、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，并点绘于几率格纸上。 2、计算统计参数 Q 、Cv，假定Cs=m· Cv，在我国一般取m=2~4。 3、确定线型，即根据 Q、C s 、Cv、Pi 查表计算，确定理论频率曲 线。 4、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，直到两者符合的最好为止，即可确定统计参数的采 用值 Q、C s 、Cv 以及对应的理论频率曲线。 5、调整时，可参照统计参数与频率曲线的关系（图3-5-4）。
3. 流速测验常用的方法有（）。 A. 流速仪法 B. 浮标法 C. 减速仪法 D. 传感器法 正确答案: AB

随堂作业：
4. 下列属于水量补给来源的是（）。 A. 雨源 B. 雪源 C. 冰雪源 D. 雨冰源 正确答案: AC

随堂作业：
三、判断题
1.水文资料是连续型随机变量，可以在其最大值 和最小值的区间内取一切值。 正确答案: √
公路工程中位于小流域河流及沟渠的桥梁和涵洞， 以及公路排水系统的设计流量，一般由暴雨资料来 推求。（P92） 小流域流量计算方法主要有两个公式： 4 3 1. 径流简化公式
Qp 0 (h z) 2 F 5
2.水利科学研究院水文所公式：
A Q 0.278 n F
随堂作业：
(查表3-2-2) PearsonIII曲线 Q p % (查表3-2-3)，得Cs

五、使用范围
一般用于流域面积F<50 000km2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3-2-1），就可采用该分区公式。
4.3 根据推理公式推算设计流量※
第4章 设计洪水流量
4.1
4.2
根据流量观测资料推算设计流量
根据地区经验公式推算设计流量※
4.3
推理公式和经验公式※
引言

设计流量：公路、桥梁和涵洞等各项工程设计时， 根据国家技术标准规定的某一设计洪水频率（如 表3-3-2），推算该频率相应洪水的洪峰流量 (m3/s)。 设计水位：桥位计算断面上通过设计流量时相应 的水位(m)。 设计流速：设计流量通过时桥位断面的河槽平均 流速(m/s)。

学习目的：掌握由流量资料推求设计洪水的原理 和方法。
一、任务：
现在需要在黄河支流汾河临汾市某镇附近建设 一座中型桥梁。根据规范要求，该桥梁设计标准 之一是能够抵御100年一遇的洪水。作为设计人员， 该如何完成此任务？
二、步骤：
1、来到汾河建桥地点水文断面附近的水文站，索 要或者购买建站以来的水文资料特别是洪水资料。 假设你特别幸运，水文站对你很友好，将建站 以来共24年（1990-2013）的数据都给你了。 2、分析这些数据的可靠性、代表性和一致性。 3、频率计算。累积频率 实测资料
1. 公路工程中位于小流域河流及沟渠的桥梁和涵 洞，以及公路排水系统的设计流量，一般由（） 来推求。 A. 小雨资料 B. 中雨资料 C. 暴雨资料 D. 以上选项都不正确

正确答案: C
随堂作业：
2. 降落到地面上的水，除掉损失一部分以外，在 重力作用下沿着一定的方向和路径流动，这种水 流称为（）。 A. 地面径流 B. 河川径流 C. 自由水 D. 活水
5. 水文站观测资料非常准确，不会出现任何差错。
正确答案:错误 6. 桥梁和涵洞都是跨河的泄水建筑物，应根据河 流的洪水情势及河床的冲淤变形等河流特性，针 对桥位所在的河段类别，进行桥涵位置、孔径等 的设计。 正确答案:正确
随堂作业：

7. 耿贝尔曲线完全不适用于我国洪水频率分析。 正确答案:错误 8. 暴雨洪水主要来源于地面径流，而地下径流对 大河枯水期的水量补给具有重要意义。 正确答案:正确



半永久性桥涵：一般是下部结构按永久性设计， 而上部结构是临时性的，易于更换的。
推求设计流量的方法汇总：

一、水文统计法
适用于大中河流，资料多，中等以上流域

二、地区性公式、暴雨径流的推理公式
适用于中小河流，无水文站观测资料

三、相关分析
资料较少，插补、延长水文资料系列。
4.1 根据流量观测资料推算设计流量


《公路工程技术标准》（JTG B01-2003）规定， 永久性桥涵的设计洪水频率如下表所示：
表3-3-2
概念补充：

按照使用期限分：临时性桥涵、永久性桥涵、半 永久性桥涵。
临时性桥涵：构造简易，仅在有限的短时间内使 用，或在永久性桥梁建成之前供维持交通之用。 永久性桥涵：长期使用，需按照规定的设计洪水 频率、桥面宽度和检查维修设备等进行设计。
统计参数 理论频率曲线 经验（累积）频率曲线
三、经验频率点群与理论频率曲线拟合结果如下：
四、分析：
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； 而由三个统计参数确定的P-Ⅲ理论频率曲线，由 于观测年限有限，抽样误差较大，使其与经验频 率曲线偏离较大。 即两者拟合不是很贴切，因此必须采取某方法确 定合适的统计参数，从而改变理论频率曲线走向 和趋势，使两者拟合最好。 通过调整统计参数，选择一条与经验频率点群拟 合最好的理论频率曲线，此方法叫做适线法。
二、多选题
1. 流域的特征一般可分为两类，包括（）。 A. 算数特征 B. 几何特征 C. 地形特征 D. 自然地理特征 正确答案: BD
随堂作业：
2. 以下属于径流形成的物理模型过程的是（）。 A. 降雨过程 B. 流域蓄渗过程 C. 坡面漫流过程 D. 河槽集流过程 正确答案: ABCD

随堂作业：
2. 适线法是选定统计参数，绘制理论频率曲线的 一种方法。 正确答案: √
随堂作业：

3. 许多随机变量组成的一列数值称为随机变量系 列，系列的范围只能是有限的。
正确答案:错误 4. 即使应用不同资料，采用不同方法，同一座桥 梁推算得到的设计流量大小也一定不会改变。
正确答案:错误
随堂作业：

(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。
4.2 根据地区经验公式推算设计流量※



水文现象受气候和自然地理因素的影响，具有明显的地区 性。 跨越中小河流的桥梁，若缺少水文站观测资料，设计流量 的推算，可应用根据地区水文资料制定的经验公式计算水 文参数和流量等水文要素。这类地区公式水利部门应用很 广，可向当地水利部门调查，搜集该地区《水文手册》查 取。 1979年4月，在交通部公路规划设计院主持下，28个省 （自治区）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，分区图如下。 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值表和全国水文分区Cs/Cv经验关系表。