水文计算算例

皮尔逊三型曲线水文计算实例
皮尔逊三型曲线水文计算实例
概述
皮尔逊三型曲线是一种水动力学，用于描述流速在闭合曲线中随水深的变化，是求取水文学中的流速、流量以及河流配置参数的一个常用公式。

实例步骤
第一步：准备数据。

准备计算所需的数据，包括水深H、湍流系数K和湎流系数n。

第二步：输入数据。

将上述数据输入到当前计算机中，以便进行计算。

第三步：计算流速。

利用皮尔逊三型曲线定义计算流速V：V=KH^(2/3/n)。

第四步：计算流量。

利用流速V和水深H，计算流量Q：Q=VH。

第五步：计算水文参数。

根据湍流系数K、湎流系数n和流量Q，计算水文参数，包括流速指数、洪水指数以及启动洪水指数等。

结论
在当前实例中，我们使用皮尔逊三型曲线定义计算了流速、流量以及水文参数。

通过计算得到的结果可以为水文研究和应用提供参考依据。

稳定雨损Hs=汇流经验参数m ……0.582285主河道平均坡降J ……0.0346‰ Qm 洪峰流量…………设计洪峰流量Q 设…21.65518m 3/s 校核洪峰流量Q 校…36.29931m 3/s流域平均汇流速度V校核V=m*J 1/3*Qm 1/4………………………………………………0.465732P=0.5%设计V=m*J 1/3*Qm 1/4………………………………………………0.409309P=5%流域汇流时间τ…………………………………………………………321.1汇流时间计算： 洪水总量按最大24小时暴雨推算，计算中考虑稳定雨损及附加雨损的雨量损失，稳定雨损取HS=？mm。

查贵州省年最大24小时点雨量均值等值线图得H24P=？mm。

计算公式采用WP=0.1·H 24P ·F。

洪水总量计算：22.01θγ=m=0.278*L/V………………………………………………………… 1.569873P=0.5%设计τ=0.278*L/V………………………………………………………… 1.786277P=5%未计及稳定雨损及附加雨损时：H24p年最大24小时点雨量均值，查贵州省暴雨洪水手册(附图)……………110mm Cv洪水总量以24小时计算，则Cv按规定24小时点雨量Cv等值线图取值0.5Cs贵州省取值都为3.5倍Cv……………………………………………… 1.75Kp设计频率为P的频率曲线模比系数，根据24小时Cv值查(附表)…………………………下Kp 设………………………………………… 1.99P=校核状态下Kp 校…………………………………………3.06P=H24p=110Cv=0.5Cs=3.5CvK p=0.5%=3.06K p=5%=1.99H24p=0.5%=336.6H24p=5%=218.9计及稳定雨损及附加雨损时：282.1699164.6863设计洪水总量：W p=5%29.81万m 3校核洪水总量：W p=0.5%51.07万m 3设计H24p=5%=计算结果校核H24p=0.5%=。

三、水文计算（一）径流计算1、多年平均径流量计算本流域无实测流量资料，但有常系列降水资料，经查《延安地区实用水文手册》得，多年平均径流深y=100毫米，已知F=55.4，则多年平均径流量W=1000×y×F=1000×100×55.4=554万方。

2、设计年径流量计算从《延安地区实用水文手册》查出流域内多年平均径流深为100毫米，变差系数C=0.56，采用C=3C计算出不同，sVV频率的设计年径流量：不同频率年径流量一览表(二)设计洪水1、洪峰流量计算经实地勘查，该流域属黄土林区。

①汇水面积相关法N=3.58 N=0.74 F=55.4F=KQ K NN50．0.74 55.4 =3.58×3 =69.84（m/s）N=6.32 N=0.74. F=55.4 K=KFQ NN5000.74×55.4 =6.323 =123.29（m/s）②综合参数法a.设计点、面暴雨推算公寨沟流域面积F=55.4平方公里，小于100平方公里，故设计历时取6小时，由《延安地区实用水文手册》附图6-3至6-10分别查出该流域几何中心处各历时点雨量统计参数，见表一。

表一按表一的参数，以Cs=3.5Cv查皮尔逊Ⅲ型曲线模比系数Kp，求的50年一遇，500年一遇20分钟、1小时、3小时、6小时的点雨量Htp=KpHt列入表二、第5、7栏，由《延安实用水文手册》表6-2，查得线型拟合参数a、b填入表二2、b 栏，41+aF）计算点面系数填入表二第=1/3栏，应用式α（ 8、栏。

6 Ht=Ht计算各历时的面雨量α×列入表二面年一遇设计点、面雨量计算表：500、50．表二ηγαβ QΗ=CNFΨ３Ν502=0.33=F/LΨC=0.24 N=50 F=55.4=0.41η=0.74 γ=0.04 α=0.22 β0.040.740.410.22××0.3390.9555.4 =0.24×50×3/s)=67.30(m ηγβαΗQ= CNFΨ３Ν5000.740.220.040.41 =0.24×5000.33135.7255.4×××3/s)= 131.62(m 取近，故比得方法所洪峰量较接算种上以两计33/s)=131.62(m，=69.84(mQ/s)Q。

（一）径流计算1、多年平均径流量计算本流域无实测流量资料，但有常系列降水资料，经查《延安地区实用水文手册》得，多年平均径流深y=100毫米，已知 F=55.4,则多年平均径流量W=100®y XF=100（K 100X 55.4=554 万方。

2、设计年径流量计算从《延安地区实用水文手册》查出流域内多年平均径流深为100毫米，变差系数 Q=0.56，采用C s=3Q计算出不同频率的设计年径流量：不同频率年径流量一览表表2-1 单位：毫米万立方米（二）设计洪水1、洪峰流量计算经实地勘查，该流域属黄土林区。

①汇水面积相关法Q5O=K N F N K N=3.58 N=0.74 F=55.4=3.58 X 55.4 0.74=69.84 QooWF”（m/s）K N=6.32N=0.74. F=55.4=6.32 X 55.4 0.74=123.29 (m/s )②综合参数法a.设计点、面暴雨推算公寨沟流域面积 F=55.4平方公里，小于100平方公里，故设计历时取6小时，由《延安地区实用水文手册》附图6-3 至6-10分别查出该流域几何中心处各历时点雨量统计参数，见表一。

表按表一的参数，以 Cs=3.5Cv查皮尔逊川型曲线模比系数Kp,求的50年一遇，500年一遇20分钟、1小时、3小时、 6小时的点雨量 Htp=KpHt列入表二、第 5、7栏，由《延安实用水文手册》表6-2 ,查得线型拟合参数 a、b填入表二2、 3栏，应用式a =1/ (1+aF) b计算点面系数填入表二第 4栏，计算各历时的面雨量 Ht面=aX Ht列入表二6、8栏。

50、500年一遇设计点、面雨量计算表:表二Qo=CN FP YH ? NC=0.24 N=50 F=55.4a =0.22 B =0.74 Y =0.04 n =0.41=67.30(m 3/s)Q°0= CN aF”H n N=0.24 X 5000.22X 55.40.74X 0.33 0.04X 135.72=131.62(m 3/s)以上两种计算方法所得洪峰量比较接近，故取 Q°=69.84(m 3/s)，Q°0=131.62(m 3/s)。

水文计算算例This manuscript was revised by the office on December 10, 2020.河槽平均水深(m)河槽最大水深(m)河槽水面宽度(m)71河槽过水面积(㎡)5 河流断面图3）.桥长计算河槽宽度计算公式cncpjBQQKL3⎪⎪⎭⎫⎝⎛=式中：设计流量pQ= (m3/s)设计洪水河槽流量cQ= (m3/s)河槽宽度c B=系数K和指数3n，该河段属于稳定河段，9.0,84.03==nK可求得L=。

本桥跨径设置主要受地形影响，采用跨径35×20m组合箱梁，综合考虑角度、桥墩布置等因素，桥跨布置满足设计洪水频率的泄洪要求，水文不控制跨径布置。

3）.桥长计算 河槽宽度计算公式c n c pj B QQ K L 3⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛= 式中： 设计流量pQ = (m3/s)设计洪水河槽流量c Q = (m3/s) 河槽宽度cB =系数K 和指数3n ，该河段属于稳定河段，9.0,84.03==n K可求得L=。

本桥跨径设置主要受地形影响，采用跨径18×20m 组合箱梁，综合考虑角度、桥墩布置等因素，桥跨布置满足设计洪水频率的泄洪要求，水文不控制跨径布置。

4）. 冲刷计算 ⑴河槽一般冲刷由于公式64-1修整式对大颗粒土质计算值偏大，对稳定性河槽计算值偏大，而本河流属于河槽稳定，河床土质主要为粒径较小的沙砾，因此采用64-2简化公式计算河槽一般冲刷：。

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：n0.90j 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 c vgh ⨯=＜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 1.49.49Q s 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：mυ=0.250.2550' 3.723.29' 3.7210.5(1)10.53(1)3.11mm cv v d v -==+-+⨯⨯-m/s系数6.43Ky=0.50.50.530.10.1==-桥前最大壅水高度：∆Z=22226.430.53()(3.29 3.00)0.32229.8momK nK y vvg⨯-=-=⨯m桥下壅水高度取洪水和河床条件为一般情况，则：∆Zq=12∆Z=0.16m2.3.2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8.60m ，汛期顺风向到达桥位断面形成的最大水面风距为1450m 。

精心整理（一）全线典型大中桥水文计算分析 水文计算的基本步骤：-对有水文资料的河流收集水文资料 -确定桥位在地形图上的位置-确定主流-勾绘汇水面积（五万分之一地形图） -计算流量 -各水文参数计算1．***大桥水文计算 (1).设计流量计算① 洪峰流量汇水面积相关法公式② n N N F K Q =…………………………………（1） 式中：Q N ——某频率洪峰流量（米3/秒）. n 、K N ——为重现期为N 的经验参数 F ——流域面积（平方公里）. ② 综合参数法：ηλψ3N H F βαCN Q mN = (2)其中：Q mN ——某频率的洪峰流量（米3/秒）. N ——设计重现期（年）.ψ——流域形状系数，2L F =ψL.——主沟长度H 3N ——设计重现期为N 的3小时面雨量（毫米）.C 、α、β、γ、η——分区综合经验参数指数. 式中参数的确定：③ 原交通部公路科学研究所推理公式法：F S Q nP P ⎪⎭⎫⎝⎛-≡μτ278.0…………………………………（3） 式中：Q p ——某频率洪峰流量（米3/秒）.S P ——某一频率雨力即最大1小时暴雨强度（毫米/小时）. τ——流域汇流时间（小时）. μ——损失参数（毫米/小时）. F ——流域面积（平方公里）. n ——暴雨递减指数. 0.278：单位换算系数. ④ 全国水文分区经验公式：公式的基本形式：n KF Q =%2。

…………………………（4） 根据分区表查90区的对应值：n 值按取0.72，K 值取13.8，%2%118.1Q Q = ⑤ 采用全国水文分区经验公式0n Q CF =，)1(%10%1K C Q Q v +=………………………………（５）根据分区表查90区的对应值。

查得1.6=C ，65.0=n 则65.001.6F Q =，55.1=v C s C /v C =3.5，查得K1%=8.16，0%1648.13Q Q =流量计算结果序号断面位置河名及桥名汇水面积F (Km 2)河沟长L（Km ）河沟纵坡j公式① (m 3/s)公式② (m 3/s)公式③ (m 3/s)公式④ (m 3/s)采用值 (m 3/s)1K51+600.***大桥 18.2 8.5 0.0189 432.2 237.2 499.4 131.5 499.42K51+860.***大桥 20.12 8.8 0.0189 462.7 252.3 548.8 141.4 548.8K52+060.3***大桥20.12 8.8 0.0189 462.7 252.3 548.8 141.4 548.82.计算设计水位以及设计流速计算采用桥位设计信息软件系统2.0版本，河床断面形态、河流比降根据现场测量数据输入软件，糙率结合现场实测情况，根据规范规定进行选取。

水文计算方法以下是 8 条关于“水文计算方法”的内容：1. 嘿，你知道吗，水文计算方法里有一种超简单的流量计算呢！就像我们计算每天喝多少水一样，通过测量河流的宽度、深度还有流速，就能算出流量啦！比如一条小河，宽 5 米，深 1 米，流速每秒 2 米，那流量不就容易算出来啦，是不是很神奇呀！2. 哇塞，还有那种降雨计算的方法呢！这就好像我们数天上掉下来多少雨滴一样。

我们可以通过测量降雨量、降雨时间啥的，来了解到底下了多少雨。

就好比上次下了一整天的毛毛雨，和突然下了半小时的大雨，计算起来可不一样呢，有趣吧！3. 嘿呀，别忘了那种蒸发量的计算呀！就跟我们夏天身上汗水蒸发的感觉差不多。

通过研究温度、风速等因素来算水分蒸发了多少。

你想想，大太阳底下和有风的天气，蒸发量肯定差别挺大的呀，是不是！4. 唔，还有水位的计算呢！咱可以把它想象成看浴缸里的水位变化。

不同时间的水位高度一对比，就能知道变化情况啦。

就像那个湖，早上和晚上的水位不一样，这样就能算出水位的变化啦，这多有意思呀！5. 啊哈，有一种计算径流的方法呢！径流就像小水流在大路上奔跑一样。

我们要考虑好多因素来算出它们跑了多远。

比如那片山区的小溪流和广阔平原上的河流，径流的计算就完全不同呢，你说神奇不！6. 哟，计算泥沙含量的方法也不能少呀！不就跟我们吃的芝麻糊里芝麻的多少一样嘛。

通过分析水的混浊度啥的，就能知道泥沙有多少啦。

像那条浑浊的小河和清澈的小溪，泥沙含量肯定不一样呀，对吧！7. 嘿，还有地下水计算呢！这就好像探索地下的秘密宝藏一样。

我们得知道地下有多少水在流动。

好比有时候地下的水很多，有时候又很少，计算起来可得小心点呢，是不是感觉很神秘呀！8. 总之呢，水文计算方法真的好丰富好有趣呀！可以让我们更了解水的各种奇妙变化，这些方法都超有用的呀！。

某大桥水文计算算例大桥水文计算书主要设计成果汇总表项目河槽河滩设计流量Q1%（m3/s） 2902设计水位（m） 175.25设计流速V（m/s） 2.32平均流速V平（m/s） 1.68桥孔长度（m） 330桥前壅水（m） 0.27一般冲刷深度（m） 1.96 0.48局部冲刷深度（m） 2.11梁底最低标高（m） 176.32一、流域概况达诺河发源于大兴安岭山脉南麓的，是黑龙江右岸一大支流，该河由西向东流经沈家营子，于平安村、团山子分别汇入溪浪河、牤牛河后折向北流入松花江。

河流长度265Km,流域面积12603 Km2，流域内植被良好，中、上游山丘地带生长茂密森林和次生林，平原区为耕地，流域内支流毛沟纵横，较大支流右岸有牤牛河，左岸有溪浪河，向阳山以上为上游段，支流汇入较多，地处中山、低山、丘陵区棕山峻岭，地势较高，海拔400～600m，地面比降1.5～5.0‰，谷窄流急，向阳山至牤牛河口为中游，属丘陵及河谷平原区，高程在200～400m，地面比降为0.15～1.0‰,河谷变宽，一般在2Km 以上，最宽达5Km ,水流变缓，河道弯曲，汛期洪水泛滥成灾。

牤牛河口以下为下游段，属平原区，地势较低，高程150～170m地表平坦开阔，地面比降0.2～0.5‰，河谷较宽，一般3～15Km,水流缓慢，河道蜿蜒曲折且多串沟，河水常出槽泛滥成灾，属山前区宽滩性河段。

本项目路线经过之处位于河流中游，河道较顺直稳定，复式断面，砂质河床，两岸平坦宽阔，河床比降较小，流速较缓，汛期洪水泛滥宽度达2～5Km。

桥位上游汇水面积F=5642Km2二、水文气象流域内径流主要受降雨支配，夏季雨量充沛，年最大降水量为880mm，夏秋两季降水量占全年降水的70%以上,洪汛多发生在7、8、9月份，冬季枯水多雪，春季降水较少，约占全年的15%，因此春汛较小，故洪水设计流量，采用暴雨洪水流量。

洪水时河水出槽，没溢两岸，泛滥宽度达3～5Km。

桥涵水文分析计算报告v—墩前行近流速；由于一般冲刷采用64-2简化公式进展计算，因此，墩前行进流速v采用下式计算：0.340.12/30.1AQBhdcmax25.24/vvmsc1.04Q(1)Bhccgc=4.03m/sv 00.5 —床沙启动速度；v0.28(d0.7)0.31m/s'v—墩前泥沙启动速度；v'0.12(d0.7)0.12m/s0.55n—指数当v v0时，n=1当v v0时，nvv0.230.19lgd所以：nVV'0.600.15h b KKBh2.57m21pV②用65-1修正式计算河槽中桥墩的局部冲刷：清水冲刷v v0：h b KK 0.601BVV10'动床冲刷v v0：VV'0.60hKKBVV'b VVn1100'00式中：h、K、b B、v、1v、v'意义同65-2。

00河床泥沙启动速度v0：桥涵水文分析计算报告v 00.0246hpd0.14332d10dhp0.72 0.45m/s0.06 d墩前起冲流速vmsv'0.46200.20/B1河床粒径影响系数K：K0.8d 10.45d10.151.98指数n：v0 nv0.19 0.25d因为v v0，所以属动床冲刷：应采用公式：0.60VV'hKKBVV'b VV1100'00n进展计算：VV'0.60hKKBVV'b VV1100'00n3.36m由上述两种方法确定最大的桥墩局部冲刷深度h b3.36m，在计算最低冲刷线标高时采用此值。

二、综合评价本路线所设桥涵构造物宏观上可以满足所经地区排洪行水的需要。

微观上无论从桥长还是桥梁分布合理性来说，能满足过水的需要，不会对排洪产生阻碍。

桥涵水文分析计算报告从各个局部来讲，各种构造物的布设均考虑了能方便当地群众生产、生活的需要，不会因本公路的修建导致当地群众生产、生活的不便。