桥涵水文课件2河川径流

《水力学与桥涵水文》+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。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。水力学水文学思考桥与水？桥梁事故案例一塌陷部分已全部掉入河中

桥面留下一个近一米宽的大缝

专家勘测结论排除了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。民间认为：任何桥梁设计均可能存在问题。

案例二：辽宁浑河上游苏子河段东南杂木大桥发生坍塌（一）东南杂木大桥发生坍塌（二）初步分析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－设计水位其它：桥面排水涵洞水毁塌方课程的特点《桥涵水文》属于工程河川水文学范畴并独具专业性应用特点。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。桥位河段特征直接影响着跨河构筑物的布设与设计跨河构筑物的建设反过来引起河段特征的变化研究意义1、在桥涵规划设计阶段根据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，从而确定工程的位置、规模和基本尺寸，为整个工程的技术设计当好先行。2、在桥涵施工阶段保障施工的安全性与经济性，估算施工期设计洪水。3、在桥涵运营阶段根据实际的河流水情编制相应的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制构筑物的设计课后自学第一章桥梁与环境第二章河川径流第一节河流和流域第二节河川径流的形成第三节水文测验第四节水文资料的搜集和助理本章重点了解河流流域的有关概念；了解流域特征及其对径流形成的影响；了解山区河流与平原河流各自的特点；掌握径流形成过程的基本概念；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。溪涧

第一节河流和流域一、河流二、流域三、山区河流和平原河流一、河流河川径流：受重力作用沿河床流动的水流§1-1河流与流域一、河流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／小堆积大小黄河上游特点：河道坡度大，水流急，流量小，水情变化大，河谷窄、多急滩瀑布，河槽以冲刷下切占优势。黄河中游特点：河道坡度变缓，流速减小，流量加大，冲淤不严重，河床比较稳定，但侧蚀力量增强，河糟逐渐拓宽和曲折，两岸出现滩地。黄河下游特点：河道坡度更缓，流速更小，流量更大，淤积作用显著，多浅滩或沙洲，河曲发育。河流的基本特征——横断面河流的横比降横比降——河流沿横断面方向的水面坡度产生的原因：1、弯曲河段中的惯性离心力作用2、地球自转偏向力的影响3、流速分布不均匀的影响河弯断面水流示意图

a）平面图

b）横断面图河流的基本特征——纵断面深泓线：河流中沿水流方向各横断面最大水深点的连线。河流纵断面：沿深泓线的断面。纵向比河流比降：任意河段两端（水面或河底）的高差称为落差，深泓线上单位长度内的平均落差称为比降。某一河段的比降（1-1-1）河流的平均比降

(1-1-2)

二、流域（河盆）§1-1河流与流域河盆系统流域的基本概念与特征◆分水岭：指划分相邻水系或河流的山岭或河间高地；◆分水线（分水界）：分水岭最高点的连线；地表分水线受地形影响，地下分水线则受地质构造和岩性控制；◆流域（河盆）：指分水线所包围的区域；◆流域特征：包括流域面积、流域形状、流域高度、流域坡度、干流流向等。流域的几何特征——流域面积定义：流域地面积水区的水平投影面积。常用F表示。流域的大小，直接影响汇集的水量多少和径流的形成。流域面积大，水量大，洪水历时长。亚马孙流域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。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。流域面积的计算方法1、方格法：所定方格越小，计算越准确，但工作量则比较大。2、求积仪法：量算速度快，操作简便，适用于各种不同几何图形的面积量算，而且能保持一定的精度。流域的几何特征——流域的形状主要影响径流汇集的时间长短及形成过程。(a)出口断面流量小，径流过程的变化小，历时较长(b)出口断面流量大，径流过程的变化大，历时较短流域形状呈圆形，洪水集中且洪峰流量大刚果河流域的自然地理特征地理位置用流域图形形心所在的经纬度表示。地形条件除用地形图描述外，还可用流域的平均高程和平均坡度表示。三、山区河流和平原河流

山区河流平原河流§1-1河流与流域山区河流的平面形态特征平面上多急弯，宽窄相间，河床稳固；纵断面多呈凸形，必降陡缓相间；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；峡谷河段，河床狭窄，河岸陡峭，中、枯水位河槽无明显区别。急滩平原区河流的平面形态特征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；中泓线与河道中线一般不重合；河谷开阔，有时河槽高出地面，靠两侧堤防束水冲积层厚，枯水期河槽中露出泥沙堆积体；由于河流多河弯，浅滩连续分布，因此，河床纵断面亦深浅相间。河段分类按地区划分河段分类：按河床演变划分山区河段平原河段峡谷性河段稳定性河段次稳定性河段变迁性河段游荡性河段宽浅性河段冲击漫流性河段第二节径流形成一、径流形成过程二、影响径流的主要因素三、我国河流的水量补给一、径流形成过程1、降雨过程

2、流域蓄渗过程

3、坡面漫流过程

4、河槽集流过程§1-2径流形成洪水三要素：

历时、峰值（流量、水位）、径流量QmQt基流W涨水过程退水过程洪水过程线降雨与洪水时距最大雨量洪峰流量时间（小时）洪水总量基本径流二、影响径流的主要因素1、气候因素

降雨蒸发2、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§1-2径流形成三、我国河流的水量补给1、雨源类2、雨雪源类

3、冰雪源类

§1-2径流形成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

2、雨雪源类

华北、东北、西北地区的河流，每年有两次汛期，年流量过程线成双峰形。黄河解冻（凌汛）

3、冰雪源类

西北地区新疆、青海等地的河流，年流量过程线成单峰形。金沙江虎跳峡，平水期虎跳石，平水期金沙江虎跳峡，汛期虎跳石被淹没，汛期第三节水文测验1、水位观测2、流速测验3、断面的测量4、流量计算5、相应水位的计算6、绘制水位流量关系曲线（补充）7、水位—流量关系曲线的应用（补充）§1-3水文测验直立水尺水位=水尺零点高程+水尺读数1、水位观测（1）水尺§1-3水文测验斜坡式优点：构造简单、经济、使用方便缺点：观测条件差，工作量大，数据测量与相关曲线由人工完成。1、水位观测（2）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。§1-3水文测验2、流速测验（1）浮标法测得水面流速。乘以0.8~0.9，为平均流速§1-3水文测验（2）流速仪法能测得水面下任何距离处的流速。流速测点布置规定主槽宽度（m）主槽内最小垂线数（条）100以内5100~3007300~6009600~1000111000以上14（但不少于每200m一条）测速垂线上测点的布置注：△为流速仪净空，视工作方法、铅锤及河底电接触器的尺寸而定。垂线上的水深h（m）垂线上的施测的点数各测点的位置（从水面算起的深度）＞105水面、0.2h、0.6h、0.8h、h-⊿3~1030.2h,0.6h,0.8h1.5~320.2h,0.8h＜1.510.6h平均流速计算公式（1-3-1）3、断面的测量1、测量水深测深杆、测深锤、回声测深仪等2、测深点到断面起点的距离直接丈量、光电测距仪直接测距、经纬仪视距、交会法等3、测深期间的水位水准仪§1-3水文测验定义：计算流量所依据的河流横断面，称为水文断面，又称形态断面。4、流量计算§1-3水文测验流速仪测流4、流量计算流速仪测流时，计算步骤：1）以测速垂线将测流断面划分为若干部分，计算各部分的过水面积。2）计算各测速垂线的垂线平均流速。3）计算各个部分断面面积的断面平均流速。岸边或死水边的平均流速4）计算各个部分面积的流量。5）计算全断面的流量。5、相应水位的计算1）算术平均值

由水位变化而引起的过水断面面积的变化，不超过5%~10%（平均水深大于1m时）或10%~20%（平均水深小于1m时），可取测流开始和终止时的算术平均值。2）加权平均值§1-3水文测验（1-3-7）6、绘制水位流量关系曲线水位为纵坐标，流量为横坐标为相互校核，可将Q=f(H),A=f1(H),Q=f2(H),三条曲线绘制在同一坐标纸上。同一水位时，图中流量应等于过水面积与流速的乘积。§1-3水文测验水位与流量、过水面积和流速关系曲线7、水位—流量关系曲线的应用（1）查找水位或流量对于一个特定的河流横断面，可利用水位流量关系曲线推求某一水位相应的流量或某一流量相应的水位。§1-3水文测验（2）推求流量过程线流量测算工作量很大，欲得流量过程线则更为困难。但实测水位过程线却十分简单。第四节水文资料的搜集和整理水文资料的来源：1）水文站观测资料2）洪水调查资料3）文献考证资料§1-4水文资料的搜集和整理收集水文资料的要求一致性即应收集同类型、同条件下的资料。代表性即能反映设计水文情势的特性。可靠性即资料数据应可靠。独立性水文统计分析中把水文现象看成随机事件。彼此有关联的资料不能收入同一系列。一、水文站观测资料1990年以前可查阅《水文年鉴》1990年以后向水文资源局查询在使用资料时，一般应重点复核水位和流量资料。§1-4水文资料的搜集和整理二、洪水调查资料主要在桥位上下游调查历史上各次较大洪水的水位，确定洪水比降，推算相应的历史洪水流量，作为水文分析和计算的依据调查桥位附近河道的冲淤变形及河床演变，作为确定历史洪水计算断面和桥梁墩台天然冲刷深度的依据。§1-4水文资料的搜集和整理二、洪水调查资料1、水文断面的选择2、水文断面的流速和流量的计算3、洪水比降的确定4、河床粗糙系数的选择

1、水文断面的选择选择原则：应选在近似于均匀流的河段上；应尽量靠近调查的历史洪水位；数量应根据实际需要而定，一般可在桥位上下游各选一个；必须垂直于洪水流向。2、水文断面的流速和流量的计算谢才—满宁公式宽浅河流，当水面宽度大于断面平均水深的十倍以上时，湿周可近似用水面宽度代替，则水力半径等于断面平均水深。2、水文断面的流速和流量的计算复式断面，河槽与河滩应分别计算流速和流量3、洪水比降的确定定义：河流中出现洪峰时的水面比降确定：1）根据水文站观测资料确定2）根据洪水调查资料推算3）若无资料，在顺直河段上，可采用河底比降代替。1）根据水文站观测资料确定洪水比降2）根据调查资料推算洪水比降4、河床粗糙系数的选择反映水流所受河床阻力的大小，直接影响流速和流量最好