第十一章 桥涵设计流量及水位推算

1、叶镇国 彭文波 编箸 水力学与桥涵水文水力学与桥涵水文 1 第十一章 桥涵设计流量及水位推算 p11-1 按实测流量资料推算 p11-2 按洪水调查资料推算 p11-3 按暴雨资料推算 p11-4 桥位断面设计流量和设计水位推算 叶镇国 彭文波 编著水力学与桥涵水文 2 11-1 按实测流量资料推算 o 按实测流量资料推算 n设计流量及其工程意义 o 频率标准 P 见表10-2，由国家颁布，表示各种等 级工程的安全要求或容许的破坏率 o 定义即按 P 选定的洪峰流量Qp o 设计流量计算条件有多年实测洪峰流量记录资料 o 计算方法（详见第十章） n选样方法年最大值法、年超大值法 n频率分析与计

2、算方法 o 求矩选线法 o 三点选线法 o 含特大值系列频率计算方法 叶镇国 彭文波 编著水力学与桥涵水文 3 11-2 按洪水调查资料推算 o 形态调查方法 n 桥位附近有关河段地形纵横断面图测量 n 洪痕群位置调查及高程测量 n 历史洪峰流量Qi推算，由此可得多个Qi o 历史洪峰流量统计参数推算 n 重现期T确定方法 o N1年内Qi为最大时，T(QQi)=N1=T2-T1+1 o N1年内有a1 个流量大于Qi时， (10-8) 1 1 N T a (11-2) 叶镇国 彭文波 编著水力学与桥涵水文 4 11-2 按洪水调查资料推算 o 历史洪峰流量统计参数推算 o N1年内有a2 个

3、流量按Qi又无法判断它们之间的大 小时， o N1年内有几个考查期N2,N3，且N1N2N3，得Q2， Q3但不能确认其排序时，则 1 2 () 0.51 i N TQQ a (11-3) 222 333 () () T QQN T QQN (11-4) 叶镇国 彭文波 编著水力学与桥涵水文 5 11-2 按洪水调查资料推算 o 设计洪峰流量推算方法 n 另有长期系列资料时统计参数计算方法按含特 大值系列方法确定 n 另有短期（n20年）实测系列时 o 求出短系列 o Qi经验累积频率 o Cv,Cs确定方法假定Cv,Cs，使下式成立 n由 可确定Qp Q (11-5) ()100%,1,2,

4、3 1 m P QQim T 1 pi ipiv KKC ii ii MQ KM FM , vs M C C 叶镇国 彭文波 编著水力学与桥涵水文 6 11-2 按洪水调查资料推算 n 缺乏实测资料时 o 直接假定Cv,Cs，使下式成立 n由上式得 n由上三参数可确定Qp 312 123 1111 i pvpvpvpiv QQQQ Q CCCC , vs Q C C （11-16） 叶镇国 彭文波 编著水力学与桥涵水文 7 11-3 按暴雨资料推算设计流量 o 降水资料的观测与整理 n 观测方法 o 雨量筒 o 自记雨量计 叶镇国 彭文波 编著水力学与桥涵水文 8 11-3 按暴雨资料推算设计

5、流量 o 降水三要素（整理成果的大三内容） n 降水量 h n 降水历时 n 降水强度 o 平均强度 o 瞬时强度 tt dh i dt h i t h i t 叶镇国 彭文波 编著水力学与桥涵水文 9 11-3 按暴雨资料推算设计流量 o 观测成果 n 强度历时曲线，i=f(t) ，每雨一条 n 强度历时曲线特征 o 在对数坐标纸中呈直线 o 在对数坐标纸中呈曲线 叶镇国 彭文波 编著水力学与桥涵水文 10 11-3 按暴雨资料推算设计流量 o 强度度压时曲线的数学描述（经验公式） ni=f(t) ，在对数坐标纸中呈直线时 ni=f(t)在对数坐标纸中呈曲线时 nA,n,A1,B,b暴雨参数

6、 nT重现期 1 ,lg ()n A iAABT tb 1 ,lg n A iAABT t 叶镇国 彭文波 编著水力学与桥涵水文 11 11-3 按暴雨资料推算设计流量 o i-t-T 曲线的绘制 n选样方法：年最大值法、超大值法 ni-t-T 关系表（由多场实测资料整理的成果） o 上包线上取样（年最大值法） o 上下包线间取样（年超大值法） o 实测成果i-t-T 关系表 叶镇国 彭文波 编著水力学与桥涵水文 12 11-3 按暴雨资料推算设计流量 叶镇国 彭文波 编著水力学与桥涵水文 13 11-3 按暴雨资料推算设计流量 o 图解法求暴雨参数n,A，B n公式 1 lg n A iAA

7、BT t 叶镇国 彭文波 编著水力学与桥涵水文 14 11-3 按暴雨资料推算设计流量 n公式 o 有关暴雨资料实用成果（详见可能最大暴雨图集 n全国 等值线图 n全国 n1 等值线图（t1h） n全国 n2 等值线图（1ht24h） n全国 Cv24 等值线图 n常用偏差系数经验值Cs24 =3.5 Cv24 n各省可能最大暴雨资料图集 1 lg ()n A iAABT tb 试摆法 参阅有关参阅有关土木工程水文学土木工程水文学（叶镇国编著）（叶镇国编著） 24H 叶镇国 彭文波 编著水力学与桥涵水文 15 11-3 按暴雨资料推算设计流量 o 小流域暴雨洪峰流量计算方法 n基本特点 o 面

8、积小，F100km2； o 汇流历时短； o 降水强度和损失强度全流域平均； o 洪峰流量的主要因素是降雨强度和流域面积，设计洪水 以“峰”控制（调节能力有限；缺乏实测流量资料）； o 洪峰流量与降水强度同频率看待； o 暴雨公式采用 ，暴雨衰减指数分段整理（详见图 集） o t1h，n=n1、1ht24h，n=n2 n t A i 叶镇国 彭文波 编著水力学与桥涵水文 16 11-3 按暴雨资料推算设计流量 o 暴雨洪峰流量公式基本形式论证方法 n量纲分析法 n等流时线原理 n按量纲分析法推论 o o 洪峰流量公式 o K单位换算系数 3112 ( ,) (11 7 ) ( ) ( ) 1

9、m ab ab QQf i F a QKi F LTL TL ab 表达式 有 得 QKiF (11-7b) 3 2 3 2 , , ,0.278( , , ,16.16 min mmm iFkmQK hs mmm iFkmQK s 见教材) 叶镇国 彭文波 编著水力学与桥涵水文 17 11-3 按暴雨资料推算设计流量 n按等流时线原理论证 o 有关概念 n小流域流域面积小于100km2。 n等流时线地面上雨水至流域出口断面汇流时间相等的点的 连线。 n共时径流面积fi等流时线与流域分水岭合围的面积。 n流域最大汇流历时流域最远点雨水流至出口断面的时间。 n净雨历时tc产生净雨量的时段。 n汇

10、流历时流域最远点雨水流至出口断面的时间 叶镇国 彭文波 编著水力学与桥涵水文 18 11-3 按暴雨资料推算设计流量 n按等流时线原理论证 o 流域汇流图 叶镇国 彭文波 编著水力学与桥涵水文 19 11-3 按暴雨资料推算设计流量 n按等流时线原理论证 o Qm形式 n暴雨洪峰流量实用公式推理公式 24. 24. m 11 9 0.278 p p n p n A ii A QF （） max (11 8) cm cm tQKif tQKif ， ， 叶镇国 彭文波 编著水力学与桥涵水文 20 11-3 按暴雨资料推算设计流量 n有关参数计算 n设计24小时雨力 A24.p o o o o o

11、 o 24 24 2424 24 2424 (1) v Sv pv H C CC HHpC 查等值线图 查等值线图 3.5 (11-19) 2424 24 24 24 1 2424 24 pp p n p p n HA i H A 叶镇国 彭文波 编著水力学与桥涵水文 21 11-3 按暴雨资料推算设计流量 n平均入渗率 o o o 1 24. 11 24. 24. 24. 24() 11 17 24 24 h 24 n p nn c n R p c Rp p A thn n h H th hH Hh ， =(1- ) （） ， =(1- ) 历时为24 的径流系数，见表11-2； 设计降雨量

12、 叶镇国 彭文波 编著水力学与桥涵水文 22 11-3 按暴雨资料推算设计流量 o 水流域暴雨洪峰流量计算方法 n推理公式有关参数计算公式 o 计算公式（推导） 叶镇国 彭文波 编著水力学与桥涵水文 23 11-3 按暴雨资料推算设计流量 n按推理公式计算 Qm 方法 o 各类时间最大平均强度 (11 10) c n t n n n n tc n c A iAt t A iA A iAt t 叶镇国 彭文波 编著水力学与桥涵水文 24 11-3 按暴雨资料推算设计流量 n各类时段最大降雨量 1 1 1 ( ) ( )(11 11) ( ) cc n tt n n tctcc HtiAtf t

13、HiAf HtiAtf t 1 (11 4b(11 14) c n Rtcc hHtnAt 如图） 叶镇国 彭文波 编著水力学与桥涵水文 25 11-3 按暴雨资料推算设计流量 n 计算公式（推导） o tc 时（如图11-4a） o tc 时（如图11-4b） o 有 tc 时,n o 有 tc 时,n max 1( , )(11 12) n h HA 1 ()(11 15) n cR th n H 叶镇国 彭文波 编著水力学与桥涵水文 26 11-3 按暴雨资料推算设计流量 n的计算公式 o 将公式（11-9）代入得 11 34 11 34 (11 20) (11 23) 0.278 m

14、m L V VmJ Q L mJ Q 1 4 0 3 4 01 41 3 44 0.278(11 25) ()() n n nn mJ AF L m见表见表11-3 叶镇国 彭文波 编著水力学与桥涵水文 27 11-3 按暴雨资料推算设计流量 n 解算公式 4 0 44 24 1 0 3 24 (1)(4) ,(11 28) (1) ,(11 28) nn nn p n n n n p nn n f A n n n f A 叶镇国 彭文波 编著水力学与桥涵水文 28 11-3 按暴雨资料推算设计流量 nQm解算方法 o 数解法见图11-7框图 叶镇国 彭文波 编著水力学与桥涵水文 29 11-

15、3 按暴雨资料推算设计流量 n图解法由图11-6可得 nQm按公式（11-9）计算 o 有关参数有：F,L,J,A,n1,n2,m 0 24 n p A 取n=n1(1h),计算 ，由图得， 若1h时，再取n=n2(1h),由图 11-6 得， （图（图11-6） 叶镇国 彭文波 编著水力学与桥涵水文 30 11-3 按暴雨资料推算设计流量 o 33 44 0.75 044 11 44 0.75 1133 44 0.75 0.2780.278 2.6h 0.8 0.0362 50.68 40 10 n n n mJ AF L 0.75 0 1.7937 2.6 0.0725 50.68 n A

16、 叶镇国 彭文波 编著水力学与桥涵水文 31 11-3 按暴雨资料推算设计流量 o 40.754 0 444 0.754 0.75 ( )0.930.930.06880.0725 nn nn f A 0.926 x 再取 0.754 0 4 0.754 0.75 ( )0.9260.9260.07270.0725 n f A 0.926 x 故得 叶镇国 彭文波 编著水力学与桥涵水文 32 11-3 按暴雨资料推算设计流量 o 2（ ）图解法 0 11 60.0725,0.75 n n A 查图，当时，得 0.918 x 0.926 x 上述结果中，图解法误差较大，数解法比较准确，因此应尽量采

17、 用数解法确定，本例取 叶镇国 彭文波 编著水力学与桥涵水文 33 11-3 按暴雨资料推算设计流量 o 叶镇国 彭文波 编著水力学与桥涵水文 34 11-3 按暴雨资料推算设计流量 o 10% Q（四）设计流量的计算 10% 0.75 3 0.926 50.68 0.2780.27840 2.6622 250.39m /s n A QF 叶镇国 彭文波 编著水力学与桥涵水文 35 11-3 按暴雨资料推算设计流量 o 暴雨洪峰流量其他公式 n交通部科研所公式 n简化公式 h , z , ， 见附录7-14 n经验公式 c , n 见表11-4 0.278()(11 31) p m n A Q

18、F t 1.50.8 0( 2), ,(11 32) m QhFr (11 33) n m QCF 叶镇国 彭文波 编著水力学与桥涵水文 36 11-3 按暴雨资料推算设计流量 o 1.50.8 m0 1.50.8 3 () 0.06 (355)250.85 1 0.99 109/ Q hzF ms 叶镇国 彭文波 编著水力学与桥涵水文 37 11-4 桥位断面设计流量和设计水位推算 o 水文站形态断面距桥位断面很近，流域面积相差小 于5%时，直接采用计算结果，Qp 不必换算。 o 水文站或形态断面的流量相差小于10%时，可直接 采用计算的设计流量Qp 。 o 水文站或形态断面与桥位断面的流域面积相差大于