桥涵水文课件1河流概论

桥涵水文学河流概论桥梁与结构教研室:李林教学目的和任务1）了解河流流域的有关概念；2）了解流域特征及其对径流形成的影响；3）了解山区河流与平原河流各自的特点；4）掌握径流形成过程的基本概念；5）掌握水文资料的收集与整理。特别是：洪水调查、形态断面的流速和流量计算。《水力学与桥涵水文》+水力学水文学研究关于地球上水的起源、存在、分布、循环、运动等变化规律，以及运用这些规律为人类服务的知识体系。研究液体处于静止和运动状态下的力学规律，并运用这些规律解决工程实际问题的一门科学。桥涵水文的特点：桥涵水文属工程河川水文学范畴并具专业性应用特点。主要依靠数理统计分析方法，分析实地调查勘测的河川水文资料，预示桥涵水文工程可能遭遇的未来水文趋势、为桥涵设计提供必不可少的设计数据。水文学研究内容：自然界各种水体（大气水、地表水、地下水）的存在、分布及循环变化规律的学科。

桥涵水文的研究意义：1）桥涵规划设计阶段

根据桥涵工程在使用年限内河流可能发生的流量、水位和流速进行分析和计算，从而确定桥涵工程的位置、规模和基本尺寸，为整个桥涵工程的技术设计当好先行。2）桥涵施工阶段

为保障桥涵施工的安全性与经济性，估算施工期设计洪水。3）桥涵运营阶段

根据实际的河流水情编制相应的桥涵日常管理计划和制度，复核和修建规划设计阶段的水文分析结果，确定是否需要对桥涵工程进行相应的维修与改造，河床是否需要整治等。课程的主要内容跨河构筑物过河点的选择与确定设计流量的确定跨河构筑物孔径的确定跨河构筑物基础埋深河道中调治构筑物的设计桥与水？桥梁与水成温三渡水大桥垮塌专家勘测结论：排除桥梁质量问题引发塌陷的可能。该桥一共有15个桥孔，只有5个桥孔排水，加之金马河连续洪水，在洪水集中连续冲刷下，两个承重桥墩的基础被淘蚀，加之重力作用，所以出现了塌陷。因为新桥桥墩处于上游，桥墩基础先于旧桥受到洪水冲刷，淘蚀严重，因而首先出现塌陷。而旧桥处于下游，洪水到达时力量已减缓，因而受到淘蚀的情况不严重，所以在新桥出现险情后数小时才垮塌。其他看法：交通局认为是过度采砂。河道管理部门认为河流缺乏疏浚。东南杂木大桥发生坍塌中间有一处桥墩被大水冲毁，随之有两跨上部结构掉入水中。水的流速大，造成桥梁下部基础被冲毁，是冲刷深度大于基础（扩大基础）的埋深所致，纠其原因应该是桥梁设计时未考虑这么大的水，桥跨布置过小，河床段面压缩过大所致。桥梁与水桥梁与水1墩台埋置深度－泥沙冲刷2桥孔长度－泄洪（设计流量）3桥面标高－设计水位主要内容：河流和流域河川径流的形成水文测验水文资料的搜集与整理第二章河川径流河流及流域河流的形成和分段1）定义：受重力作用沿河床流动的水流。2）河流的分段特性①河源：河流的起点。（泉水、冰川、湖泊、沼泽、溪涧）②上游：紧接河源或奔流于山谷中的河流上段。（落差大、水流急、冲蚀力强、两岸陡峻、河谷呈“V”形。）③中游：上游以下的中间河段。（比降缓和、冲淤平衡、河面逐渐开阔、河谷呈“U”形。）④下游：紧接中游的下段。（河床底坡小、水流缓慢、泥沙多淤积、河道蜿蜒曲折、断面呈复式断面。）⑤河口：河流的终点。（河口处断面扩大、水流速度骤减、大量泥沙淤积形成三角洲。）沼泽冰川瀑布山涧峡谷长江中游淮河下游段黄河河口1.河流1.河流河川径流：受重力作用沿河床流动的水流。1）河流的形成和分段分段河谷形态河床物质比降／流速侵蚀／堆积流量水位变化上游V基岩砾石大／大下切小大中游宽U中粗砂中／中侧蚀中中下游宽浅U细砂淤泥小／小堆积大小2.水文现象的特点基本概念4）水文现象：降水、入渗、径流、蒸发等现象的统称。2）径流：降水在重力作用下沿一定路径流动的水流。3）河川径流：在河槽内流动的水流。1）降水：地球上的雨、雪、冰、雹等现象。2.水文现象的特点水文现象的特点1）随机性：水文现象发生的数值大小及发生的时间都具有一定的偶然性，难以运用演绎方法确定其必然性的因果关系。2）周期性：水文现象的重现性只存在长期的平均关系只能表示出相对的重现可能性大小，难以确定肯定的重现规律。3）地区性：同一地理特性的地区，河川径流特性相似，同一水文现象的变化规律亦因地而异。3.桥涵水文的研究方法1）成因分析法：

根据水文现象的成因规律，由其影响因素预报、预测水文情

势。如降雨径流预报法、河流洪水演算法预报等。2）数理统计法：

把水文现象当作随机变量，用概率论和数理统计的方法解决

水文问题。是目前广泛应用的基本方法之一。3）地理综合法：

水文现象主要受气候因素的影响，而气候因素在地理分布上

是有规律的，因此可分析综合出某一地区水文现象的地区规

律，找出经验公式或画出等值线图，用于解决无资料流域的

水文计算问题。河流及流域1.河流的基本特征河流的基本特征1）河长L

：自河源至河口的长度长，可从地形图上量出；2）弯曲系数：河道全长与河源到河口的直线长度之比。3）河流横断面：即过水断面，指垂直于主流方向，横切河道，河底线与水面线之间所包围的平面。高水位中水位低水位河床：河谷底部（谷底）有水流的部分。主槽：河流在低水位时水流通过的部分。边滩：由可移动的泥沙淤积而成。河槽：河流宣泄洪水及输送泥沙的主要通道，洪水期间河槽床面上有推移质运动，植物不易生长。河滩：高洪水位时的水流通道，通常长有杂草、灌木或耕植有农作物，在洪水期无明显的底沙运动。单式断面：只有主槽而无滩地

一槽一滩一槽两滩复式断面：有主槽有滩地

5）河流纵断面：沿河流中泓面的剖面。1.河流的基本特征深泓线：河流中沿水流方向各横断面最大水深点的连线。河道纵比降：任意河段两端（水面或水底）的高差△h称为落差，单位河长的落差。（包括水面比降、河底比降）2.河流的流域流域的边界线就是四周地面山脊线或分水线。河流某断面以上的集水区域，称为该断面以上河段的流域或汇水区。2.河流的流域流域面积F

：指地面分水线所包围的水平面积，可在地形图上用求积仪量出。以km²计。

1）山区汇水面积勾绘法在地形图上寻找河流周边的分水脊线，并将其连接起来，直至将桥位点的上游河流（含全部支流）全部包括在内，其闭合圈的范围就是所调查桥位的汇水区。2）平原区汇水面积勾绘法平原区地形图上等高线稀疏，分水界线不易划分，因此通常可根据村庄地势高于周围田地的特点，勾绘出汇水区。3）流域面积的计算方法2.河流的流域方格法：在大比例尺地形图按桥位所在断面勾绘出流域边线；定出方格的面积，再按照流域图形中具有的方格数计算流域面积，所定方格越小，计算越准确，但工作量则比较大。求积仪法：在大比例尺地形图按桥位所在断面勾绘出流域边线，用量测图形面积的专用仪器(求积仪),在图上直接量算面积。

3.河段分类按地形特点分类：山区河流1）平面上多急弯，宽窄相间，河床稳固；2）河流纵断面多呈凸形，比降陡缓相间；3）开阔河段：河面较宽，有边滩，有时也有不大的河漫滩和明显阶地，有的地方也会出现河心滩和沙洲，必降较缓，河床泥砂较细；4）峡谷河段：河床狭窄，河岸陡峭，中、枯水位河槽无明显区别。3.河段分类平原河流1）河床横断面多呈宽浅矩形，通常滩槽分明，河弯处呈斜角形，凹岸侧窄深，凸岸侧为宽而高的边滩，过渡段有浅滩、沙洲；2）中泓线与河道中线一般不重合；3）河谷开阔，有时河槽高出地面，靠两侧堤防束水；4）冲积层厚，枯水期河槽中露出泥沙堆积体；5）由于河流多河弯，浅滩连续分布，故河床纵断面亦深浅相间。河川径流1.河川径流形成过程及影响因素1）降水过程降雨量的大小起决定性的作用。

2）流入渗过程

降雨开始时，部分雨水被地面植物截流，部分渗入地表土中，部分被蓄留在坑洼中。3）坡面漫流过程

流域蓄渗完成后，剩余雨水沿坡面形成坡面漫流。4）河槽集流过程汇入河沟的水，由小沟到支流，由支流到干流，最后达到流域出口断面。河川径流形成过程河川径流形成过程1.河川径流形成过程及影响因素河川径流影响因素1）降水-----强度越大，历时愈短，径流量越大。2）蒸发-----蒸发强度大，降雨前土壤含水量小，径流量越小。3）下垫面因素

自然地理因素—地形、土壤、地质、植被、湖泊人类活动—修建水库、水土保持2.河川径流的表示方法1）流量（Q）：单位时间内通过河流某一断面的水量（m³/s）。洪峰流量：洪水期的瞬时最大流量。2）径流总量（W）：时段T内通过河流某一断面的径流体积（m³）。3）径流深度（Y）：径流总量折算成全流域面积的平均水深（mm

）。4）径流系数（α）：某一时段的径流深度与降水量之比。

3.我国河流水量的补给类型1）雨源类

秦岭、淮河以南到台湾、海南岛、云南广大地区特点：一年内径流量的变化与降水变化完全一致；夏天雨季来临，流量增大；入秋后雨季结束，流量逐渐下降。2）雨雪源类

华北、东北、西北地区河流每年有两次汛期，年流量过程线成双峰形。3）冰雪源类

西北地区新疆、青海等地的河流河流水量补给以融雪为主，年流量过程线成单峰形。河川水文资料的收集与整理方法1.水位（水面高程）观测水尺（水准尺）水位=水尺零点（相对）高程+水尺读数观测：通常每日三次（7、12、19h）；水位涨落变化很大时：每小时测一次；

水位涨落变化不大时：每日8h测一次；自记水位计能自动记录水位的连续变化过程，画在记录纸上，或直接输进计算机内贮存或计算。2.流量观测断面测量1）定义：计算流量所依据的河流横断面，称为水文（形态）断面。2）选择原则：

①应选在近似于均匀流的河段上；

②应尽量靠近调查的历史洪水位；

③数量应根据实际需要而定，一般可在桥位上下游各选一个；

④必须垂直于洪水流向。3）方法：①测水位；（水准仪）②沿水面宽度取若干点测水深，得河底高程；测深工具：测深杆、测深锤、回声测深仪。③连接各测深点，绘出过水断面图。1010501512100201530025151000寛浅河道窄深河道--5<5--65>2515n>1000水面宽（m）最小测深垂线数n值窄深河道——水面宽度（断面平均水深）宽浅河道——2.流量观测流速测量1）浮标法①选择顺直河段，布设基本测流断面；②在上游断面投放浮标，在基线D处记录浮标经上下游断面的时间t，河段长度L，得流速；③如上法在上浮标断面沿水面宽度每隔一定距离投放浮标，得沿过水断面宽度的流速分布；vm(i-