公路桥涵水文计算基本方法

桥涵水文勘测设计径流计算方法[摘要]本研究对桥涵水文勘测设计的计算理论、方法进行分析，并采用3种常用的径流计算公式进行验证分析，以便为桥涵水文勘测设计提供参考。

[关键字]桥涵水文勘测设计径流桥涵构筑物的多项参数的确定都与桥涵水文设计计算内容相关，伴随着我国现代化建设的不断深入发展，出现了越来越多的交通建设任务，实现合理、准确、高效的水文设计计算意义重大。

1桥涵水文勘测设计计算内容1.1水文断面流量、流速计算应用谢才-满宁公式可以对水文断面平均流速进行计算，如式（1）、式（2）：或在式（1）和式（2）中，v表示断面的平均流速（m/s）；n表示糙率；R表示水力半径（m）；i表示洪水比降；m代表n的倒数，即m=1/n。

对水文断面流量计算分为单式断面和复式断面，如式（3）、式（4）：单式：Q=Av （3）复式：Q=Acvc+Atvt=Qc+Qt （4）在式（3）和式（4）中，Q代表全断面总流量（m3/s），A代表过水的断面面积（m2），Ac表示河槽过水面积（m2），vc表示河槽断面平均流速（m/s），At表示河滩过水面积（m2），vt表示河滩断面平均流速（m/s），Qc表示河槽流量（m3/s），Qt表示河滩流量（m3/s）。

在依据洪水流量推算历史洪水位时，需先假定不同的洪水位，再依据洪水流量，计算出能够和已知的洪水流量相吻合的洪水流量即可，通常手算误差≤5%，电算误差≤1%【1】。

1.2连续系列洪水流量和不连续系列洪水流量计算（1）连续系列洪水流量推算先依据已有的洪水资料对vc、φ和Q统计参数进行确定，在利用适线方法对统计参数进行调整，直到论频率曲线能够和经验频率点较好吻合，采用这些调整好的统计参数，应用皮尔逊Ⅲ型曲线方程就能计算获得洪水流量【2】。

①平均流量Q的计算如式（5）式（5）中的n表示统计年最大流量值的个数，Qi表示的是任意一年的流量系列最大流量值。

②变差系数vc计算如式（6）式（6）中，Ki=Qi/Q 表示的是流量模比系数；n表示统计年最大流量值的个数，Qi 表示的是任意一年的流量系列最大流量值。

省道202线泾川至渗水坡（甘陕界）段第二合同段桥涵水文计算深圳高速工程顾问有限公司二○○九年1、综述本项目所在地深居内陆，属高原性大陆气候，高寒湿润气候区。

其气候特点是高寒，冬季漫长、春秋季短促，无夏季；湿润，光照不足，降温频繁。

年平均气温 4.5℃，最热月7月，平均13.2℃，最冷月1月，平均-8.4℃。

降水量：年平均降水量499.7-634，年降水量的季节分配很不均匀，夏季最多，占年降水量的50%以上，次为春秋两季，分别占年降水量的22%和26%，冬季最少，只占年降水量的1.4%-2.0%。

蒸发量：项目区内降水量充沛，空气湿润，蒸发量不大，约为1200mm，一年中冬季蒸和春末夏初蒸发量小，7月份蒸发量大。

冻土：从11月下旬开始进入冻结期，大地开始封冻，随着温度不断下降，冻土深度逐渐加深。

最大冻土深度为146cm，次年4月下旬开始解冻。

风向：一年中盛行东风，东北风次之，平均风速1.6m/s。

在全国公路自然区划中属河源山原草甸区（Ⅶ3）。

沿线地下水较为发育，小溪纵横。

沿线地表水及地下水较为丰富，水质良好，对施工用水的开采非常有利，但由于路线所经的部分地段地下水埋藏较浅，对公路路基及构造物造成一定的不利影响，需采取有效的工程措施以降低地下水的影响。

本项目对全线小桥及涵洞进行水文计算，最后确定其孔径。

2、参阅文献及资料1、《公路工程水文勘测设计规范》（JTG C30-2002）2、《公路涵洞设计细则》(JTGTD65-04-2007)3、《公路桥位置勘测设计规范》4、《公路小桥涵设计示例》——刘培文等编。

5、《公路桥涵设计手册（涵洞）》6、《桥涵水文》——张学龄3、涵洞水文计算该项目水文计算共采用三种不同的方法进行水文计算，通过分析比较确定流量。

方法1：交通部公路科学研究所暴雨径流公式推算设计流量；方法2：交通部公路科学研究所暴雨推理公式推算设计流量；方法3：甘肃省地区经验公式；（1）、交通部公路科学研究所暴雨径流公式：βγδφ5423)(FzhQp-= (F≤30Km2)pQ——规定频率为p时的洪水设计流量（m3/s）φ——地貌系数，根据地形、汇水面积F、主河沟平均坡度决定h ——径流厚度（mm）Z ——被植被或坑洼滞留的径流厚度（mm）F ——汇水面积（Km2）β——洪峰传播的流量折减系数γ——汇水区降雨量不均匀的折减系数δ——湖泊或小水库调节作用影响洪峰流量的折减系数参数取值：F：根据1:10000地形图，在图上勾出汇水区。

桥涵水文分析与计算一、概述桥涵水文分析与计算，包括河流水文资料的调查搜集整理与计算，推求出我们桥涵所需要的设计水位和流量，拟定出桥长孔径、桥高和基础埋设深度。

由于桥位所处的地理位置不同以及其它复杂因素，包括天然的和人为因素如潮汐、泥石流、修水库、开挖渠道等。

我们调查搜集洪水流量的计算方法各有不同。

水文计算从大的方面来分：有水文（雨量）观测资料和无水文观测资料的水文计算。

从各河段特殊情况的不同又可分为，有水库的水文计算，倒灌河流的水文计算，平原或者山丘区的水文计算，还有潮汐河段、岩溶河段、泥石流河段等。

不同情况的河流我们要有针对性的调查，搜集有关资料调查搜集资料很辛苦，跑路多收效有时还很小，但工作必需要做，要有耐心。

需要调查搜集的资料综合起来有：水系图，县志和水利志、地形图、形态断面、水文站（气象站）资料水库资料，倒灌资料、河道演度、河床淤积、雨力资料、洪水调查及比降的测量，原有桥涵的调查等，通过调查为下步洪水设计流量提供有关参数。

另外还要进行地质地貌调查，有些设计流量的计算参数也和土的颗粒组成、土壤的分类、密实度吸水率熔洞泥石流等有关，有的与设计流量无关，但与桥的安全性有关如土体稳定性、山体滑坡、湿陷性黄土软土地基等，一般野外采用看挖钻的方法，下面介绍一下土壤分类的一般常识，分为三类：1.粘性土：塑性指数p I >1 亚砂土或轻亚粘土1<p I ≤7； 亚粘土 7<I ≤17； 粘土 p I ≥17；塑性指数p I =l W （液限）－p W （塑限）；而粘性土壤的状态用液性指数（即稠度系数）l I 分为四级，l I =pl p o w w w w --；o W —天然含水量；l I <0为坚硬半坚硬 标贯>3.5； 0≤l I <0.5为硬塑 标贯>－3.5； 0.5≤l I <1为软塑 标贯<－7；l I ≥1 为极软 标贯<2；淤泥是极软状态的粘性土，其含水量接近或大于液限，对于孔隙比大于1的轻亚粘土或亚粘土和孔隙比大于1.5的粘土均称淤泥。

桥涵研究方法：1数理统计法这种方法把水文现象的特征值(水位、流量)看成随机变量，运用概率论的基本原理，逐一计算各特征值出现的频率，再按《公路工程水文勘测设计规范》所规定的容许破坏率或要求的安全率，从中选中合适的设计值。

2.成因分析法此方法从径流与降水的成因关系，建立水文现象特征值的物理数学模型，并以此求解各类水文计算问题。

但因水文现象的复杂性，仍难以在成因机理上找到合适的概括，也难以得到十分理想的结果。

3.地理综合法此方法通过实测资料的整体分析，建立一些水文特征值的地区性经验公式或在地图上绘制成水文特征值的等值线图，也可以制成专用计算表。

等值线图在一定程度上可以反映水文值的空间分布。

此法应用较为简易，对于缺乏实测资料地区很有实用意义。

水文循环影响因素：文循环，指降雨、径流、蒸发、再降雨的过程。

都有不同的影响因素。

降雨，分为台风雨、对流雨、锋面雨。

这样与气旋、蒸发量、季风等很多因素有关。

径流与下垫面条件，径流系数、汇流系数有关。

蒸发与温度、太阳辐射有关。

以及人类活动因素的影响水文现象的特点：文现象在时间变化上存在着准周期性和随机性水文现象在空间分布上存在着地带性和特殊性水文现象在时间变化和空间分布上存在着关联性和相似性河流的分段：源．上游．中游．下游．河口河流的基本特性：流长度，河流弯曲系数，横纵断面，纵横比降流域的概念：个水系的集水区域称为流域，即分水岭锁包围的区域河川径流的概念：集陆地表面和地下而进入河道的水流。

包含大气降水和高山冰川积雪融水产生的动态地表水及绝大部分动态地下水，是构成水分循环的重要环节，是水量平衡的基本要素。

分为四个阶段：江水阶段，流域蓄渗阶段，坡面漫流阶段，河网汇流阶段河川径流的特征值：一）流量Q 单位m3/s单位时间通过某一流水断面的水量。

——全断面平均流速A——过水断面面积（二）径流总量W 单位m3某时段内通过某一断面的总水量。

W=QT（三）径流深度R 单位mm径流总量平铺在整个流域面积（F）上所求得的水层深度。

桥涵水文第五章大中桥孔径计算在大中桥的设计与施工中，桥涵的水文计算是一个非常重要的环节。

通过对桥涵孔径进行合理的计算，可以确保桥涵在不同水流条件下的安全和稳定。

本章将详细介绍大中桥孔径计算的方法和要点。

一、桥涵孔径计算的基本原理桥涵孔径的计算是根据水流力学的基本原理配合实际情况进行的。

水流经过桥涵时，其流速和流量都会受到桥墩的阻碍和约束。

因此，我们需要确定桥涵孔径的大小，使得桥涵能够容纳一定范围内的水流，且不对水流产生较大的约束。

对于大中桥涵孔径计算，一般采用下面的基本原理：1.根据设计要求确定桥涵的设计洪水位和设计洪水流量。

2.通过计算水流的流速和流量，确定桥涵孔径的大小。

3.根据桥涵的结构形式和其他设计条件，确定最终的桥涵孔径。

二、桥涵孔径计算的主要参数进行桥涵孔径计算时，需要考虑的主要参数包括：设计洪水位、设计洪水流量、桥涵的形状和几何参数、桥涵的材料和强度等。

1.设计洪水位：设计洪水位是针对特定的设计标准和设计年限确定的。

它反映了水位的高度，是桥涵孔径计算的基础。

2.设计洪水流量：设计洪水流量是指在设计洪水位下单位时间内通过桥涵的水流量。

它是桥涵孔径计算的另一个重要参数。

3.桥涵的形状和几何参数：桥涵的形状和几何参数包括桥涵的宽度、高度、长度等。

这些参数对桥涵孔径的计算有着直接的影响。

4.桥涵的材料和强度：桥涵的材料和强度决定了桥涵能够承受的水流力。

这些参数在桥涵孔径计算中是必须考虑的。

三、桥涵孔径计算的方法根据桥涵的实际情况和设计要求，我们可以采用不同的方法进行桥涵孔径的计算。

常用的计算方法包括经验公式法、水动力计算法和数值模拟法等。

1.经验公式法：经验公式法是根据经验总结得出的计算方法，适用于一些较为简单的桥涵。

通过已知的经验公式，可以估算出桥涵所需的孔径大小。

2.水动力计算法：水动力计算法是根据水流的运动规律，利用物理学原理进行计算的方法。

通过对水流的流速、流量等参数进行计算，可以确定桥涵所需的孔径大小。

桥梁水文计算过程1.收集水文资料：首先，需要收集研究区域的气象资料、地形图、河流水文资料等信息。

这些资料将用于分析研究区域的降雨特征和水系特征。

2.确定设计标准：根据桥梁工程的要求和规范，确定设计标准。

这包括设计洪水的重现期和洪峰流量等参数。

3.分析降雨特征：使用统计方法和气象数据，分析研究区降雨的频率、强度和时程分布等特征。

常用的方法有频率分析和持续时间分析。

4.分析水系特征：根据测量数据或模拟模型，分析研究区的河流特征，如河道形状、河水速度和河床渗透系数等参数。

这些参数将用于计算洪水流量。

5.计算设计洪水：根据降雨和水系特征，使用洪水模型来计算设计洪水。

常用的洪水模型有单位线法、水库群模型和分流模型等。

在计算过程中，根据研究区域的特点，可能需要考虑水循环和地下水位等因素。

6.计算洪水流量：根据设计洪水和水系特征，计算洪水流量。

根据河道形状和流量速度，可以使用曼宁方程或其他流量计算公式来计算水流速度和河道截面积。

7.评估桥梁险情：根据洪水流量和桥梁结构参数，分析桥梁的水力沖刷和冲击问题。

主要包括计算洪水对桥墩的水流速度和水压力，以及计算桥梁的河床冲刷深度和河床冲刷宽度。

8.设计桥梁水工设施：根据险情评估结果，设计相应的桥梁水工设施，如护岸、堆石坝或其他防止河流冲刷的结构。

这些设施旨在保护桥梁免受洪水的破坏。

9.优化设计：根据降雨和水系特征的调查结果，分析设计方案的可行性和经济性。

通过优化设计，可以提高桥梁的抗洪能力和水文效益。

10.编制水文报告：最后，根据水文计算结果，编制水文报告。

报告包括研究区域的降雨特征、水系特征、洪水数据、洪水模型和桥梁水工设施等信息。

这些报告将用于桥梁施工和运营阶段。

总之，桥梁水文计算是桥梁工程设计过程中的重要环节。

通过收集和分析降雨和水系特征，并使用洪水模型，可以计算设计洪水和洪水流量。

基于这些计算结果，可以评估桥梁的水力沖刷风险，并设计相应的水工设施。

这些步骤将有助于提高桥梁工程的抗洪能力和运行稳定性。

2、水文计算基本资料：桥位于此稳定河段，设计流量31%5500/S Q Q m s ==，设计水位457.00S H m =，河槽流速 3.11/s c v m =，河槽流量3C Q =4722m /s ，河槽宽度c B 159.98m =，河槽平均水深c h 9.49m =,天然桥下平均流速0 3.00/M v m s =,断面平均流速=2.61m/s υ,水面宽度B=180m ，河岸凹凸岸曲率半径的平均值R=430m ，桥下河槽最大水深12.39mc h m =。

2。

1桥孔长度根据我国公路桥梁最小桥孔净长度Lj 公式计算.该桥在稳定河段，查表知K=0.84,n=0。

90。

有明显的河槽宽度Bc,则有：n 0.90j s c c L =K (Q /Q )B =0.84(55004722)159.98=154.16m ⨯÷⨯ 换算成平面半径R=1500的圆曲线上最小桥孔净长度为154。

23m.2.2桥孔布置图根据河床断面形态，将左岸桥台桩号布置在K52+325.00。

取4孔40m 预应力混凝土T 形梁为上部结构;钻孔灌注桩双柱式桥墩，桩径为1.6m,墩径取1。

4m ；各墩位置和桩号如图1所示；右桥台桩号为K52+485。

00；该桥孔布置方案的桥孔净长度为155。

80m 大于桥孔净长度154.23m ，故此桥孔布置方案是合理的。

2。

3桥面最低高程河槽弗汝德系数Fr= 223.119.809.49=0.104c cv gh ⨯=＜1.0。

即，设计流量为缓流。

桥前出现壅水而不出现桥墩迎水面的急流冲击高度. 2.3。

1桥前壅水高度∆Z 和桥下壅水高度∆Zq冲刷前桥下流速'm υ=55003.72/1609.493 1.49.49Qs m s Aj ==⨯-⨯⨯ 天然桥下平均流速v om =3。

00m/s自然淤积孔隙率n 为0。

4，则天然空隙比e 取0.67，查表知d 50=3mm 冲刷前桥下流速：m υ=0.250.2550' 3.723.29' 3.7210.5(1)10.53(1)3.11mmcv v d v -==+-+⨯⨯-m/s系数Ky=0.50.50.533.290.10.1v ==--桥前最大壅水高度：∆Z=22226.430.53()(3.29 3.00)0.32229.8m om KnKy v v g ⨯-=-=⨯m 桥下壅水高度取洪水和河床条件为一般情况,则:∆Zq=12∆Z=0.16m 2.3.2浪高∆h 2计算风速为21.53m/s ，浪程内平均水深取河床平均水深8。

2012年第11卷第6期公路桥涵水文计算方法探讨□杜江宇【摘要】科学合理的进行桥涵水文计算是确保公路桥梁安全性与适用性的一项重要措施。

本文从桥梁形态断面、设计流量以及洪水位、大中桥孔径和河床冲刷深度四个方面，探讨了水文计算方法的具体应用。

【关键词】公路桥梁；水文计算；计算方法【作者单位】杜江宇，中铁二院工程集团有限责任公司为了确保公路桥梁能够取得良好的经济效益必须确保其安全性以及适用性，其中水文计算是公路桥梁设计施工中的一个关键环节。

水文计算主要包括形态断面、洪水水位、设计洪水流量、桥孔设计以及河床的冲刷深度等方面的计算。

本文结合笔者多年工作经验，就公路桥涵水文计算方法进行了深入探讨。

一、正确计算形态断面（一）选择科学合理的形态断面。

一是在接近均匀流的河段上，通常对于河道的要求顺直，确保水流通畅，河床相对稳定，河滩比较小，河滩和河槽的洪水流的方向相同，并且不存在河湾、河汊以及沙洲等阻塞水流等这些问题。

二是尽可能接近调查的历史洪水位，然而距离桥位也不能太远。

在形态和桥位断面之间，不能有支流汇入，也不能有分流或者壅水问题存在。

三是形态断面一定要和洪水流的方向垂直，形态断面的形状尽可能与出现洪水时候的实际状况相符合。

（二）计算水文断面的流速、流量以及平均流速，可以利用谢才－满宁公式进行计算：槡v =c Ri ；c =1nR 16其中：ν表示断面平均流速（单位为米/秒），针对复式断面，必须单独计算河槽和河滩断面的平均流速；n 表示粗糙系数；R 表示水力半径（单位为米）；i 表示洪水比降。

二、计算设计流量以及洪水位（一）计算设计流量的主要方法。

推算桥涵设计流量应当根据《公路桥位勘察设计规范》中的相关规定，按照所掌握的有关资料，采取正确的方法进行计算。

当前，针对大、中河流，假如实测流量资料较为充足，通常采取数理统计法，也就是水文统计法，反之，则普遍采取间接方法或者利用经验公式进行计算，如果掌握了的实测暴雨资料较为充足，也能够根据暴雨资料利用成因分析来计算。

XX一级路工程桥涵水文计算书XX 一级路工程水文计算1. 设计流量计算1.1无定堂大桥（朝凯沟）由于该河无水文站资料，且为季节性河流，测量时河流干涸，故利用暴雨资料推算洪峰流量，计算中采用交通部公路科学研究所推理公式及经验公式计算。

（1）交通部公路科学研究所推理公式F S Q n ⎪⎭⎫⎝⎛-=μτ%1%1278.0=778.5m 3/s其中27.241%11==γμS K ，（K 1=1.03，S 1%=45，γ1=0.83） 17.12=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛=βτj L K ，（K 2=0.237，j =1.5%，L =30.25，β=0.29） F =177.6Km 2，n =0.74（2）交通部公路科学研究所经验公式1）()1%1%1λμφF S Q m-==749.0m 3/s其中φ=0.473，m =1.2，λ1=0.72，余同上 2）22%1%1λγF CS Q ==734.4 m 3/s 其中C =0.183，γ2=1.2，λ2=0.72，余同上三种计算方法结果相近，取平均值754m 3/s 作为设计流量。

1.2巴拉贡大桥（巴拉贡沟）由于该河无水文站资料，且为季节性河流，测量时河流干涸，故利用暴雨资料推算洪峰流量，计算中采用交通部公路科学研究所推理公式及经验公式计算。

（1）交通部公路科学研究所推理公式F S Q n ⎪⎭⎫⎝⎛-=μτ%1%1278.0=307.7m 3/s其中27.241%11==γμS K ，（K 1=1.03，S 1%=45，γ1=0.83） 17.12=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛=βτj L K ，（K 2=0.237，j =1.2%，L =27.2，β=0.29） F =70.4Km 2，n =0.74（2）交通部公路科学研究所经验公式1）()1%1%1λμφF S Q m-==384.7m 3/s其中φ=0.473，m =1.2，λ1=0.72，余同上 2）22%1%1λγF CS Q ==377.2 m 3/s 其中C =0.183，γ2=1.2，λ2=0.72，余同上三种计算方法经验公式结果相近，偏保守的取其平均值380m 3/s 作为设计流量。