水文计算算例

1、一全线典型大中桥水文计算分析水文计算的根本步骤：- 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.设计流量计算洪峰流量汇水面积相关法公式Qn =KNFn 1式中：Qn某频率洪峰流量米3/秒.n、Kn 为重现期为N的经验参数F流域面积平方公里.由?延安地区实用水文手册?和?榆林地区实用水文手册? 附表7-8中查得：n = 0.61; Ki% = 60.1综合参数法：QmN=CN"F即'h3N 2其中：QmN 某频率的洪峰流量米3/秒.N设计重现期年.1流域形状系数,一 F

2、2L2L. 主沟长度H3N设计重现期为N的3小时面雨量毫米.C、%、3、丫、刀一一分区综合经验参数指数式中参数确实定：由?延安地区实用水文 手册?和?榆林地区实 用水文手册? 附表一9中查得：C=4.35、二=0.15、： =0.58、 =0.11、=0.49；原交通部公路科学研究所推理公式法：Qp 三0.278,-/ 3式中：Qp某频率洪峰流量米3/秒.Sp某一频率雨力即最大1小时暴雨强度毫米/小时流域汇流时间小时.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.由?延安地区实用水文 手册?和?榆林地区实 用水文手册? 中查得：S1% = 140mm由表二

3、查得： &=0.65, 1=0.98 u = K1spi = 1.3 300.83 = 82.44mm/h 由表三查得：K2 = 0.334, =0.16 全国水文分区经验公式：公式的根本形式：Q2% = KF n. (4)根据分区表查90区的对应值：n值按取0.72, K值取13.8,Qi% = I.I8Q2% 采用全国水文分区经验公式Qo=CFn, Qi% =Qo(1+CvKi%) (5)根据分区表查90区的对应值.查得C =6.1 , n = 0.65那么Qo =6.1F0.65 ,Cv =1.55 Cs/Cv=3.5,查得 K1%=8.16 , Q1% =13.648Q0流量计

4、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(m3/s)公式(m 3/s)公式(m3/s)公式(m 3/s)采用值(m 3/s)1K51+600.0*大桥18.28.50.0189432.2237.2499.4131.5499.42K51+860.0*大桥20.128.80.0189462.7252.3548.8141.4548.83K52+060.0*大桥20.128.80.0189462.7252.3548.8141.4548.82.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

5、结合现场实测情况,根据标准 规定进行选取.根据前文的流量计算,确定百年一遇的设计流量 Q1%=548.8m 3 /s;河梢以黄土沙石为主,并根据从当地水利部门搜集的资料,确定 糙率取1/n=45 ;根据现场实测以及相关资料,确定河床比降J=0.015,利用计算软件可以求得:1桥梁根本信息桥梁类型大设计洪水频率()1桥梁中央桩号凌汛要求无水流与桥轴线的夹角0跨河位置河湾2河流资料2.1 根本资料河流名称*设计洪水流量(m3/s)548.8计算断面名称51860河床比降(.)18.9左分界桩号(m)0右分界桩号(m)71左滩粗糙度ml13河梢粗糙度m240右滩粗糙度m3132.2断面桩号及标高数据

6、列表桩号(m)标高(m)010161210101710081810062010002199823996.4427996.44339984010004810026410107110163计算过程3.1 计算设计水位根据几何方法计算得：经过屡次几何方法计算,确定设计洪水流量Qs=548.8(m 3/s)对应的设计洪水位为1001.704(m),即H=1001.704(m)3.2 计算河床各局部的过水面积和水面宽度根据几何方法计算得：左滩过水面积3 1=0( m2)河梢过水面积3 2=87.092( m2)右滩过水面积3 3=0( m2)全断面过水面积3 s= 31+32+3=87.092( m2)

7、左滩水面宽度B1=0(m)河梢水面宽度B2=71(m)右滩水面宽度B3=0(m)3.3 计算水力半径计算公式R= gj/B式中：3为过水面积(ttf)B为水面宽度(m)河梢水力半径 R2= w2/B2=87.092/71 = 1.227(m)3.4 计算流速计算公式根据?公路工程水文勘测设计规程?(JTG C30-2002)V = m R2/3 I1/2(5.3.1-3)式中：R为水力半径(m)m为河床粗糙系数 I为河床比降河 梢 流 速 V2 = m2 R2 2/3 I1/2 =40 X1.2272,3 X18.9/1000) 1/2 = 6.301(m/s) 3.5计算流量计算公式Q =

8、3M式中：3为过水面积(ttf)V为流速(m/s)河 梢流量 Q2 = 32 XV2 =87.092 X6.301 =548.799(m 3/s)全断面流量 Qs = Q1 + Q2 + Q3 =0 + 548.799+0=548.799(m 3/s)3.6计算全断面流速Vs = Qs / 3s = 548.799 / 87.092 = 6.301(m/s)4计算结果列表4.1全断面数据断面平均流速m/s6.301断面设计流量m3/s548.7994.2河梢数据河梢设计流速m/s6.301河梢设计流量m3/s548.799河梢平均水深m1.227河梢最大水深m5.264河梢水面宽度m71河梢过

9、水面积m287.0925河流断面图3) .桥长计算河梢宽度计算公式Qp n3Lj = K p BQc式中:设计流量 Qp =548.8 (m 3/s)设计洪水河梢流量Qc=548.8 (m 3/s)河梢宽度Bc=28.1m系数K和指数n3 ,该河段属于稳定河段,K = 0.84,% = 0.9可求得L=23.6m.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,水文不限制跨径布置.4) .冲刷计算河梢一般冲刷由于公式64-1修整式对大颗粒土质计算值偏大,对稳定性河梢 计算值偏大,而本河流属于河梢稳定,河床土质

10、主要为粒径较小的沙砾,因此采用64-2简化公式计算河梢一般冲刷:hp090q2 = 1.04 AQLQ Qc 0.66Bc1 九跖2 Jhmax式中:Q1 一计算断面的天然河梢流量Q2 一桥下河梢局部通过的设计流量.根据调查资料以及两岸河滩情况判断,桥下河梢不可能扩宽到全桥,所以Q2=QsQc Qt"Qs 一设计流量；根据计算,Qs=548.8 (m 3/s)Qc 天然河梢流量：根据计算,Qc =548.8 (m 3/s)Qt天然状态下河滩局部流量,Qt" =0所以,Q2 = Qc Qs=548.8(m 3/s) Qc Qt"Bc 一计算断面天然河梢宽度,B=28

11、.1mB2 一桥下断面天然河梢宽度,B=28.1mh3 一计算断面桥下河梢最大水深,hmax=5.30.15A一单宽流量集中系数：A =1.05九一设计水位下,桥墩阻水总面积与桥下过水面积的比值；对于 天然宽线河梢,近似用一个墩宽中央距离之比;1.4 =0.0720卜一桥梁压缩系数：底0.88所以0.66Bc?-K电/hmax0.90q2、hp =1.04 A p< QcJ=6.24m即hp =6.24m ,扣除原来水深5.3m ,实际冲刷深度为hp -hmax = 0.94m.桥墩的局部冲刷计算 用65-2修正式计算河梢中桥墩的局部冲刷：,n,/., 0.60 1 0.15 IV V.

12、'hb =KxkxBi hp-< V0 ；式中：hb一桥墩局部冲刷深度,从一般冲刷后床面算起；一墩型系数；查表6-3-1得：«=1Ke河床粒径影响系数；K嚏=空等+0.375d0.24=0.37dB1一桥墩计算宽度；查表6-3-1得：B1=1.4mhp一墩前行近水流深度,以一般冲刷后水深hp代入；hp=6.24md -冲刷层内泥沙平均粒径,d =1mmv 一墩前行近流速;由于一般冲刷采用64-2简化公式进行计算,因此,墩前行进流速v采用下式计算:0.1'Q2 ) Bc0.341.04 1Qc第1 一儿Bcgkaxhc2/3Vc = 5.24m/s=4.12 m/

13、sV0 一床沙启动速度；V0 =0.28(d+0.7).5 = 0.37m/sv0一墩前泥沙启动速度；V0' = 0.12(d + 0.7)0.55 = 0.15m/ sn一指数当VWV0时,n =10.23 0.19 lgd当V“.时,n=v0v所以：n.nhb = K H Kr2 MBi°.60hp0.15 = 2.80m一p < V0 J 用65-1修正式计算河梢中桥墩的局部冲刷:清水冲刷v：hb = K K 6060 V -V0'动床冲刷V -V0 ：产-.n,_ 0.60 八, .,.J V -Vq'hb =K"qB1 (V.-Vo

14、:<Vo -Vo' J式中：hb、K 4 B1、v、 v.、v.'意义同 65-2.河床泥沙启动速度v.：0.14hp10 hpv.=0.0246 d-.332d 彳.72=1.95m/ sd 0"6墩刖起/中流速 V0=0.462.dV0 - 0.26m/sBi河床粒径影响系数Kn：指数n :由于V'V0,所以属动床冲刷：应采用公式:进行计算:hb = K KiBi0.60 V0 -V0'=3.37m由上述两种方法确定最大的桥墩局部冲刷深度hb = 3.37 m,在计算最低冲刷线标高时采用此值2. K80+120*大桥水文计算(1) .设计流量

15、计算洪峰流量汇水面积相关法公式Qn =K/n式中：Qn某频率洪峰流量米3/秒.n、Kn为重现期为N的经验参数F流域面积平方公里.由?延安地区实用水文手册?和?榆林地区实用水文手册? 附表7-8中查得：n = 0.61; Ki% = 60.1综合参数法：QmN=CN*M 'H3N 2其中：QmN 某频率的洪峰流量米3/秒.N设计重现期年.1流域形状系数,一F2L2L.主沟长度H3N设计重现期为N的3小时面雨量毫米.C、%、3、丫、刀一一分区综合经验参数指数式中参数确实定：由?延安地区实用水文 手册?和?榆林地区实 用水文手册?附表7-9中查得：C=4.35、二=0.15、： =0.58、

16、 =0.11、=0.49；原交通部公路科学研究所推理公式法：Qp 三0.278隹-4 3【七 J式中：Qp某频率洪峰流量米3/秒.Sp某一频率雨力即最大1小时暴雨强度毫米/小时.流域汇流时间(小时).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.由?延安地区实用水文 手册?和?榆林地区实 用水文手册? 中查得：S1% = 140mm由表二查得：Ki=0.65, 1=0.98 u = K1 SP 1 = 1.3 300.83 = 82.44mm/h 由表三查得：K2 = 0.334, 1 =0.16 全国水文分区经验公式：公式的根本形式：Q2% =

17、KF n. (4)根据分区表查90区的对应值：n值按取0.72, K值取13.8,Qi% =1.18Q2% 采用全国水文分区经验公式Q.=CFn, Qi% =Q0(1 +CvKi%) ( 5 )根据分区表查90区的对应值.查得C =6.1 , n = 0.65那么Q0 =6.1F0.65 ,Cv =1.55 Cs/Cv=3.5,查得 K1%=8.16 , Qi% =13.648Qo流量计算结果中央桩号河名及桥名汇水面积F(Km2)河沟长L(Km)河沟纵坡j公式(m 3/s)公式(m3/s)公式(m 3/s)公式(m3/s)采用值(m3/s)K80+120.0*大桥8.354.20.015625

18、4.5277.3254.175.1277.32.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,根据标准 规定进行选取.根据前文的流量计算,确定百年一遇的设计流量 Q1%=277.3m 3 /s;河梢以黄土沙石为主,并根据从当地水利部门搜集的资料,确定 糙率取1/n=35 ;根据现场实测以及相关资料,确定河床比降 J=0.0156 ,利用计算软件可以求得：1桥梁根本信息桥梁类型大通航标准II设计洪水频率1桥梁中央桩号凌汛要求无水流与桥轴线的夹角0跨河位置K80+2502河流资料2.1根本资料河流名称蔡家沟

19、设计洪水流量m3/s277.3计算断面名称80270河床比降(.)15.6左分界桩号(m)0右分界桩号(m)74左滩粗糙度ml13河梢粗糙度m233右滩粗糙度m3132.2断面桩号及标高数据列表桩号(m)标高(m)08772487135866388654486961878748833计算过程3.1 计算设计水位根据几何方法计算得:经过屡次几何方法计算,确定设计洪水流量Qs=277.3(m 3/s)对应的设计洪水位为870.125(m),即H=870.125(m)3.2 计算河床各局部的过水面积和水面宽度根据几何方法计算得：左滩过水面积3 1=0( m2)河梢过水面积3 2=64.87( m2)

20、右滩过水面积3 3=0( m2)全断面过水面积3 s= 31+32+3=64.87( m2)左滩水面宽度B1=0(m)河梢水面宽度B2=74(m)右滩水面宽度B3=0(m)3.3 计算水力半径计算公式R= gj/B式中：3为过水面积(ttf)B为水面宽度(m)河梢水力半径 R2= w2/B2=64.87/74=0.877(m)3.4 计算流速计算公式根据?公路工程水文勘测设计规程?(JTG C30-2002)V = m R2/3 I1/2(5.3.1-3)式中：R为水力半径(m)m为河床粗糙系数I为河床比降河梢流速 V2 = m2 R2 2/3 I1/2=33 >0.8772/3 >

21、;<20/1000) 1/2 = 4.275(m/s)3.5 计算流量计算公式Q = 3M式中：3为过水面积(ttf)V为流速(m/s)左滩流量 Q1 = w1 W1 =0 X0 = 0(m 3/s)河梢流量 Q2 = 口2 皮2 =64.87 >4.275 = 277.299(m 3/s)右滩流量Q3 =川3皮3 =0 X0 = 0(m3/s)全断面流量 Qs = Q1 + Q2 + Q3 =0 + 277.299+0 =277.299(m 3/s)3.6计算全断面流速Vs = Qs / 3s = 277.299 / 64.87 = 4.275(m/s)4计算结果列表4.1全断面

22、数据断面平均流速m/s4.275断面设计流量m3/s277.2994.2河梢数据河梢设计流速m/s4.275河梢设计流量m3/s277.299河梢平均水深m0.877河梢最大水深m5.125河梢水面宽度m74河梢过水面积ttf64.875河流断面图3.桥长计算河梢宽度计算公式Lj =K<Qc Jn3Bc式中:设计流量 Qp =277.3 (m 3/s)设计洪水河梢流量Qc=277.3 m 3/s河梢宽度Bc=24.2m系数K和指数n3 ,该河段属于稳定河段,K -0.84,n3 =0.9可求得L=20.3m.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、

23、桥墩布置等因素,桥跨布置满足设计洪水频率的泄洪要 求,水文不限制跨径布置.4).冲刷计算河梢一般冲刷由于公式64-1修整式对大颗粒土质计算值偏大,对稳定性河梢 计算值偏大,而本河流属于河梢稳定,河床土质主要为粒径较小的沙 砾,因此采用64-2简化公式计算河梢一般冲刷:0.66Bc<(1- >-)限,hmax0.90h =1.04 A% p I Qc J式中:Q1 一计算断面的天然河梢流量Q2 一桥下河梢局部通过的设计流量.根据调查资料以及两岸河滩情况判断,桥下河梢不可能扩宽到全桥,所以Q2=-QQsQc Qt"Qs 一设计流量；根据计算,Qs=277.3 (m 3/s)Q

24、c 天然河梢流量：根据计算,Qc =277.3 (m 3/s)Qt天然状态下河滩局部流量,Qt" =0所以,Q2 = QcQs=277.3 (m 3/s)Qc Qt"Bc 一计算断面天然河梢宽度,B=24.2mB2 一桥下断面天然河梢宽度,B=24.2mhmax 一计算断面桥下河梢最大水深,hmax =3.30.15A一单宽流量集中系数： A = 1.07九一设计水位下,桥墩阻水总面积与桥下过水面积的比值;对于天然宽线河梢,近似用一个墩宽中央距离之比;1.4 一0.0720卜一桥梁压缩系数：=0.93所以hp =1.04 Ap0.90Q2Bc« - 2阻0.66h"max=4.03m即 hp =4.03m ,扣除原来水深3.3m ,实际冲刷深度为hp -hmax =0.73m. 桥墩的局部冲刷计算 用65-2修正式计算河梢中桥墩的局部冲刷：.,0.60. 0.15 IV -V0' ：hb=K-B1 hp 1V0 1式中：hb一桥墩局部冲刷深度,从一般冲刷后床面算起；.一墩型系数；查表6-3-1得：.=1Kn2河床粒径影响系数；K噎=00浮+ 0.375d0.24 =0.33d=4.03mbi一桥墩计算宽度；查表6-3-1得：Bi=1.4m hp一墩前行近水流深度,以一般冲刷后水深hp代入；hpd 一冲刷