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分类号:u 4 4 ,u 4 5 1 0 7 1 0 - 9 8 1 1 2 壤步太海 硕士学位论文 桥位水文计算及辅助设计系统软件开发 导师姓名职称 许磊 徐岳教授 申请学位级别硕士学科专业名称桥梁与隧道工程 论文提交日期2 0 0 6 年1 月1 5 日论文答辩日期2 0 0 7 年6 月2 4 日 学位授予单位长安大学 答辩委员会主席 学位论文评阅人 摘要 针对跨河桥位水文设计计算的复杂性和繁琐性,根据目前桥位勘测设计工作 中桥位水文计算与工程需求的分析,通过系统构架、功能模块分析、软件设计及 编码开发流程,将桥位水文设计过程中的计算参数、公式和规范系统集成于一体, 研发了桥位水文计算及辅助设计系统软件包。应用本系统可根据需要,实现不同 途径的水文计算和分析,完成设计洪水流量、各项水力因素、桥梁孔径长度及桥 面的高程、墩台冲刷深度和导流堤设计等一系列复杂计算与辅助设计,最终得到 桥位布置方案图和一套完整的桥位设计计算书。 本系统研发以w i n d o w s 9 8 ( 以上版本) 应用平台及d e p h i 编程语言生成了良好 的前、后处理界面,将繁杂的水文勘测的边界条件、图表简单化,实现了桥位水 文计算的人机对话、数据调用、动态链接、计算方案比较、图表输出等功能,同 时提供了全面计算与查询功能,达到通用辅助设计的目标。 经过实际工程算例的检验,辅助设计计算系统准确可靠,能有效降低计算强 度、提高工作效率。 关键词:桥位、水文计算、辅助设计、系统开发 a b s t r a c t a i m i n ga tt h es p a n n i n gf i v e rb r i d g es i t eh y d r o l o g yd e s i g n i n gc a l c u l a t em e t h o d c o m p l i c a c y , m a n y a n dm i s c e l l a n e o u sw i mt r i f l e s ,a n dp r o j e c tr e q u i r e m e n t s ,a f t e r s e t t i n gu po r g a n i z a t i o n a lf r a m e w o r ks k e l e t o n ,a n df i n i s h i n gt h ev a r i o u sf u n c t i o n a l c l a s s i f i c a t i o n ,t h es o f tp r o g r a md e v i s ea n dt h ec o d i n gt a p ,t h i sd i s s e r t a t i o nh a s r e s e a r c h e da n dd e v e l o p e dt h es p a n n i n gt h ef i v e rb r i d g es i t eh y d r o l o g yd e s i g n i n g c o m p u t e rc a l c u l a t em e t h o d ,a n dr e c e i v e dt h ea s s i s t i n gd e s i g n i n gs y s t e ms o f t w a r e p a c k a g e ,w h i c hh a sf u l l yi n t e g r a t e dt h eb r i d g es i t eh y d r o l o g yd e v i s i n gp r o g r e s sa l l c a l c u l a t i n gp a r a m e t e r s ,f o r m u l a sa n dt h ep r o j e c ts p e c i f i c a t i o n b yt h i sc o m p u t e r p r o g r a ms y s t e mo fas e r i e s o fc o m p l e xc a l c u l a t ea n da s s i s t a n td e s i g n i n g ,t h e e n g i n e e r i n gc a ne a s i l yr e a l i z et h er e q u i r e m e n t s o fd i f f e r e n tc h a n n e lh y d r o l o g y c o m p u t i n g 、a n a l y s i sa n df i n i s h i n gd e s i g n i n gw a t e r f i o o d 、a n dv a r i o u sh y d r a u l i c f a c t o r s 、b r i d g eh o l el e n g t ha n db r i d g es u r f a c ee l e v a t i o n 、p i e ra n dp l a t f o r ms c o u r i n g d e p t ha n dd e s i g n i n gg u i d ef l o wd a me t c ,a tl a s tc a n a c h i e v eas e to fb r i d g es i t ea r r a n g e s c h e m ea n dd e s i g n i n gc a l c u l a t i n gb o o k b a s i n go nw i n d o w s9 8 ( o ra b o v ee d i t i o n ) a p p l y i n gp l a t f o r ma n dd e p h ic o m p u t e r l a n g u a g e ,t h i ss o f tp r o g r a ms y s t e mh a sr e s e a r c h e da n dd e v e l o p e do u tt h ef r i e n d l y t r e a t i n gb o u n d a r yo fa h e a da n db a c ks c r e e n ,a n ds i m p l i f i e dt h ec o m p l e xb r i d g e h y d r o l o g ys u r v e yb yu s i n gs c h e d u l et a b l e ,a tt h es a m et i m et h i sp r o g r a mh a sr e a l i z e d t h es e r i e so ff u n c t i o n s ,w h i c hi n c l u d i n gb r i d g es i t e h y d r o l o g yc o u n t i n gt a l k i n g b e t w e e np e o p l ea n dm a c h i n e 、d a t at r a n s f e r r i n g 、m o v e m e n t si n t e r l i n k i n g 、d i f f e r e n t c o u n t i n gs c h e m ec o m p a r i n g 、c h a r te x p o r t ,i n q u i r i n go b j e c t s t h r o u g hf a c t u a le x a m p l ep r a c t i c i n ge x a m i n a t i o n ,i ts h o w ss o f t w a r es y s t e m c o u n t i n gr e s u l t sa c c u r a t ea n dt r u s t w o r t h y ,w h i c hc a ne f f i c i e n t l yd e c r e a s ec o u n t i n g i n t e n s i t y , i n c r e a s i n gw o r k i n ge f f e c t k e y w o r d s :b r i d g es i t e ,h y d r o l o g yc o u n t i n g ,a s s i s t a n td e s i g n i n g , s y s t e md e v e l o p m e n t 论文独创性声明 本人声明:本人所呈交的学位论文是在导师的指导下,独立进行 研究工作所取得的成果。除论文中已经注明引用的内容外,对论文的 研究做出重要贡献的个人和集体,均己在文中以明确方式标明。本论 文中不包含任何未加明确注明的其他个人或集体已经公开发表的成 田 术0 本声明的法律责任由本人承担。 论文作者答名:1 勿 论文知识产权权属声明 岬年多月弦日 本人在导师指导下所完成的论文及相关的职务作品,知识产权归 属学校。学校享有以任何方式发表、复制、公开阅览、借阅以及申请 专利等权利。本人离校后发表或使用学位论文或与该论文直接相关的 学术论文或成果时,署名单位仍然为长安大学。 ( 保密的论文在解密后应遵守此规定) 论文作者虢玖眵 导师奎名0 弘 岬年歹月功日 沪7 年彳月2 务日 长安大学硕士学位论文 第一章绪论 1 1 桥位水文勘测设计的主要工作内容 随着我国公路和桥梁建设的快速发展,在不同自然条件、各类河流上修建了大量桥 梁。桥梁建设中,在桥位设计基础上,才能进行桥梁结构设计。桥梁位置选择、布设是 否合理等桥位水文勘测设计的质量与水平,直接关系到洪水的渲泄是否顺畅、桥梁建筑 物是否稳固、交通运输是否安全,对国民经济的发展和人民生命财产的安全都将产生极 大的影响。因此,高度重视桥位勘测设计,并提高桥位设计的科学性和准确度,是必须 的基础工作。 桥位水文设计的主要任务是为桥位确定、桥型选择及墩台基础设计提供必要而可靠 的基本资料;制定不同的桥位和接线方案,进行比选;制定不同桥位和不同接线方案相 应的桥孔长度、桥梁高度和河床最低冲刷深度;引导、调治构造物方案设计等。 桥位水文勘测设计的主要工作包括以下几个阶段: 1 ) 现场勘测前的技术准备工作 主要是向有关部门搜集必要的技术资料,如:地形和测量资料、水文资料、气象资 料、通航资料、地质资料等。 2 ) 桥位勘测外业工作 通过对第一阶段收集的各种资料的研究和路线走向、城市( 地区) 规划的要求,进 行现场勘察,选定多个桥位比较方案,然后进行水文调查和测量,再进行桥位测量,主 要包括桥位总体平面图、桥位地形、桥轴线纵断面和引道测量,最后进行桥位工程地质 勘察。 3 ) 桥位设计内业工作 水文资料整编 绘制水位要素与水位观测图表;设计流量、设计流速、设计水位的推算;桥长、桥 高、冲刷、壅水计算;绘制桥位中线、河段纵断面;调治构造物水力、水文计算;编写 水文报告书。、 测量资料整编 测量外业资料的整理、计算和绘图。 地质资料的整编 第一章绪论 地质勘测不同于水文勘测,相对比较独立。河道演变等水文勘测一定程度上与地质 密切相关。地质勘测后,需绘制外业资料的各种图表,编写工程地质勘察报告。 1 2 存在的问题及解决方案 桥位勘察设计通过漫长的外业勘测工作后,还要进行细致的内业工作。桥位水文计 算是桥位勘察设计首要的内业工作内容,计算工作大、繁杂、效率低,准确性难得到保 证,其主要表现在下面几个方面: 1 ) 水文资料整理需要绘制断面图,设计频率下流量的推算需要反复多次试算目估 适线确定水文统计参数,从而进一步确定设计流量及设计水位; 2 ) 桥位水文计算内容多,计算过程中有些内容( 如桥孔长度、桥墩桥台冲刷等) 需采用多种方法计算,并且反复比选分析; 3 ) 计算公式多为半经验半理论公式,计算过程中所需设计参数繁多,需查阅调用 大量资料,且大多为函数运算,过去在很长一段时间内有些需要手算和查表。 4 ) 桥位水文计算工作报告编制,存在大量统计汇总工作,现在少数设计人员借助 一些辅助计算手段,如利用可编程的计算器等,但由于其特殊的专业特点,目前还未形 成通用系统软件。 可以看出:研发适合我国现阶段发展的桥位水文计算及辅助设计通用软件系统具有 重要的工程应用价值。 1 3 国内外研究概况 1 3 1 国外桥梁水文计算设计软件系统研发现状 由于世界经济发展阶段的因素,国外桥梁水文计算设计软件系统研发相对于国内来 说比较落后,近二十年很少见新文献出现。 仅查到文献 1 9 】,上个世纪8 0 时年代初,美国陆军工程师团水文工程中心开发了基 于d o s 系统的h e c r a s 软件进行水利计算,该软件为针对一维恒定非均匀流进行模拟 运算的专用程序,计算功能单一,适用范围有限。 1 3 2 国内桥梁水文计算设计软件系统研发现状 2 长安大学硕士学位论文 有关水力水文计算软件系统方面的文献资料国内也很少,仅有的几篇仅限于关于实 现适线法推求设计流量文献,文献时间跨度都比较大;而这方面较为成熟、应用面比较 广的专业软件系统更是少之又少。 在交通行业,针对水文分析计算量较大的问题,文献【1 5 】、【1 6 运用计算机编程功 能实现了人工输入数据、自动计算并输出结果:文献 1 7 1 中所研发的大中桥水文计算 软件包,将大量的曲线用多项式方程代替,实现了计算流量、桥长、壅水、冲刷四大 项的自动计算,提高了传统桥梁水文计算的效率和精度。但限于当时计算机设备和软件 技术的限制,上述软件系统均不能实现人机对话、查询帮助、精确计算、图形输出、多 方案比选等功能,有一定的局限性;文献 1 8 q u 谈到运用电算程序自动计算出设计水位, 其电算程序仅具有利用形态断面和设计流量反推设计水位的功能,不具有桥位水文计算 辅助设计功能;文献【2 0 】围绕桥涵流量计算开发了专用计算分析系统,提高了桥涵水文 计算的可靠度和准确度,但该系统仅支持流量算法,应用面较窄。 1 4 本文研究内容与方法 1 4 。1 研究内容和目标 随着计算机技术的飞速发展,桥位水文设计计算软件系统需要更为自动化、科学化 和智能化,系统更具有优化性能,操作更为简便,辅助设计功能更为综合全面。因此, 本文桥位水文计算和辅助设计系统运用现代计算机和数据库技术,采用先进、成熟的开 发工具,通过深入的需求分析,对模块设计、程序编写、软件测试等关键环节进行严格 控制。开发的软件系统力求达到以下特点: 1 ) 基于w i n d o w s 操作平台,具有良好的人机对话功能; 2 ) 内容更加广泛,能够基本包含桥梁水文计算设计全过程; 3 ) 相关规范、图表等基础数据齐全,调用方便; 4 ) 输入数据便捷,计算结果准确; 5 ) 具有良好的辅助设计功能。 软件系统将大量复杂的水文水力分析计算工作由计算机完成,使设计人员运用采集 的现场资料,能够对桥位方案、孔径布设、墩台冲刷等迅速准确地进行综合分析和判断, 大大缩短勘测设计的外业和内业时间,收到事半功倍的效果,+ 使计算分析和设计质量显 著提高。 3 第一章绪论 1 4 2 研究方法 以国内外研究成果归纳分析为基础,通过目前桥位勘测设计需求分析,提出桥位勘 测设计系统框架;通过桥位勘测设计功能分析,提出模块设计、软件编码等软件开发流 程控制;借助目前较流行数据库和可视化软件,实现桥位水文计算的人机对话、数据调 用、动态链接、计算方案比较、图表输出等功能,达到辅助设计的目标。 4 长安大学硕士学位论文 第二章软件功能的设计 2 1 桥位水文计算设计需求分析 软件需求分析是软件开发的前提,主要体现在“分析计算 和“辅助设计两个方 面。 “分析计算”指具体的水文水力计算分析,可设计不同功能的计算模块来完成。 “辅助设计 是指桥位( 桥址) 选择、桥孔和导流堤的布设和编写水文报告等工作, 这些工作由设计人员通过对现场的勘察、资料分析综和作出判断和选择,本系统通过设 置“帮助 文档的方式,提供桥位选择、桥孔及导流堤布设等规范规定、参考图表,同 时为编制设计文件提供相关模板和示例。 2 2 功能模块设计 2 2 1 系统总体功能分析 根据公路桥位勘测设计规范【j t j 0 6 2 9 1 1 、公路工程水文勘测设计规范【j t g c 3 0 1 0 0 2 、内河通航标准 g b j l 3 9 9 0 、通航海轮桥梁的通航标准等规范,参考公 路桥涵设计手册桥位设计、涵洞,针对桥位勘测设计计算进行软件系统开发,主 要包括桥梁信息、分析计算、辅助设计、报表管理、帮助等内容。 系统功能模块总体分析设计如图2 1 所示。 5 第二章软件功能的设计 图2 - 1 系统功能模块总体分析设计图 2 2 2 总体模块设计 根据水文计算与设计系统总体功能分析与管理要求,对系统软件总体分为五大模 块,即:权限管理模块、数据字典模块、设计计算模块、桥位设计模块、报表管理模块, 具体框图如图2 2 所示。 6 长安大学硕士学位论文 图2 2 总体模块设计框架示意图 2 2 3 具体功能模块设计 根据系统总体模块功能分析,具体功能模块设计内容简单介绍详见表2 - 1 。 7 第二章软件功能的设计 表2 - 1 功能模块设计表 序号模块子模块内容 l 桥梁信息 ( 1 ) 工程项目 工程项目名称 ( 2 ) 桥梁信息 桥梁信息 ( 3 ) 桥梁基本信息 桥梁名称、中心桩号、公路等级、通航标准、 水流夹角、所在地名等 ( 4 ) 桥梁所在河流 设计洪水频率、凌汛、河段名称及类型 ( 5 ) 桥位河床横断面 输入床面地形桩号、高程,生成河床横断面图 2 分析计算 ( 1 ) 设计洪水流量 按p e a r s o n i i i 型曲线 年最大流量连续系列 分析计算年最大流量不连续系列 按全国水文分区公式 计算平均流量q 及 计算 c v , c s ,q 1 ,q 2 和q 嘶 按推理公式计算 推算设计流量 按经验公式计算推算设计流量 按相关分析推算 插补延长水文流量系 列、推算水文因素 按当地水文手册公式 推算设计流量 推算 按用户自定义的公式计算设计流量和水文因 计算 素 确定采用的设计流量 ( 2 ) 设计水位和水力 由设计流量( 或给定流量) 推算设计水位( 或 因素给定水位) 和各项水力因素 由给定的水位,计算断面各部分的水力因素及 对应的流量 ( 3 ) 桥孔长度和桥孔 不同河段需要的桥孔最小净长度计算 布设在河床横断面上布设桥台、桥墩的位置桩号、 墩宽、修改布设方案,生成桥孔布设图 8 长安大学硕士学位论文 表2 - 1 功能模块设计表( 续) 序号模块子模块内容 ( 4 ) 桥面高程 根据设计洪水流量通过的要求,计算壅水、浪 高、急流桥墩冲击高度、凹岸水面升高值等, 计算桥面最低高程 根据通航标准推算最高通航水位、通航净空, 计算桥面最低高程 根据凌汛通过要求,计算桥面最低高程 确定采用的桥面最低高程 ( 5 ) 桥墩、桥台的冲计算桥下河槽的一般冲刷后最大水深 刷应用6 4 2 简化公式、6 4 1 修正公式、清水冲 刷公式、粘土河槽及河滩冲刷公式等计算 桥墩的局部冲刷最大深度 应用6 5 2 修正公式、6 5 2 公式、6 5 一l 修正 公式、粘土冲刷公式等计算 两岸桥台最大冲刷深度计算 9 5 - - 1 公式( 交通部科技攻关公式) 、9 5 2 公 式、粘土河床桥台冲刷公式等计算 计算两岸桥台和桥墩的最低冲刷线高程 ( 6 ) 导流堤圆曲线组合堤轴线计算 椭圆形长堤和圆弧形长堤轴线计算 导流堤冲刷计算 导流堤高程计算 绘制导流堤轴线、横断面图、上游堤头平面图 ( 7 ) 小桥和涵洞孔径小桥孔径计算 涵洞孔径计算 进出口跌水和急流槽计算 根据涵洞泄水能力及水力计算数值表,选定涵 洞孔径 9 第二章软件功能的设计 表2 - i 功能模块设计表( 续) 序号模块子模块内容 ( 8 ) 特殊河段的桥位水库下游的桥孔设计 设计 泥石流河沟的桥孔设计 感潮河口的桥位设计 ( 9 ) 跨海桥梁、通航设计高潮位分析计算 海轮的桥梁设计通航高水位分析计算 波浪高度分析计算 桥面最低高程计算 波浪对桥墩的作用力 3 辅助设计水文水力计算成果表 上列各项功能设计计算成果输出表 桥孔布设方案图在河床断面图上布设两岸桥台、各个桥墩的位 置桩号、标注桥面高程和墩台最低冲刷线高程 的桥孑l 布置方案图 沿线桥涵和特大桥大在w o r d 支持下,打开水文报告样板,编写本 中桥水文报告 路段桥涵和特大桥大中桥的水文报告;也可参 考“帮助”功能给出的水文报告大纲示例,进 行编写。 4 帮助查询规范标准、设计要求、提供最新的规范、标准、资料、图表及编写水 计算公式、资料图表、 文报告大纲等大量参考资料,为用户提供一部 水文报告大纲示例桥位勘测设计手册。 说明:凡本论文中直接引用带编号公式均取自桥位设计( 手册) ,以下均同。 1 0 长安大学硕士学位论文 2 3 系统结构优化与开发系统选择 在软件设计过程中,要对系统进行全面结构分析,使系统设计模型能较好地映射问 题域模型,使系统具有更强的稳定性,同时将o o ( o b j e c t o r i e n t e d ) 方法用于系统开发, 有效地控制了系统复杂性。 2 3 1 系统结构优化 1 运用面向对象的开发思想。将面向对象概念贯穿于研发过程的始终,使各个开 发阶段的系统成份具有良好的对应,从而显著地提高了系统的开发效率与质量,并大大 降低系统维护的难度;同时面向对象概念的一致性,使开发者在开发的各阶段具有共同 语言,有效地改善开发成员之间的交流和协作;同时对象的相对稳定性和对易变因素隔 离,增强了系统的应变能力,而对象类之间的继承关系和对象的相对独立性,对软件使 用提供了强有力的支持。 2 基于上述思想,开发出基于d l l ( 动态链接库d y n a m i cl i n kl i b r a r y ) 为核心 的整体系统模块框架,模块之间通过d l l 动态调用。以此模式开发的最大好处在于此 模块基本不受主程序的限制,而且生成的速度快,程序的稳定性高,对主程序的依赖程 度低,同时编程风格统一、界面友好、功能扩展灵活。 3 充分运用可视化软件开发工具d e l p h i 7 0 组件优化性能。主程序部分以d e l p h i 的基础类库( v i s u a lc o m p o n e n tl i b r a r y ,可视化组件模式) 为基础,充分利用v c l ( 可 视化组件模式) 具有的属性、方法和事件等概念特性,以面向对象的方法( o b j e c t o r i e n t e d m e t h o d ) 分析桥位水文设计计算系统的各项数据,以数据为中心来描述系统,对问题域 中的对象进行整体分析,运用对象、类、继承性、多态性等特点完成桥位水文计算及辅 助设计系统软件的设计。 2 3 2 系统开发和应用平台 系统开发和应用平台的选择应遵照可靠性、稳定性、管理性、实用性的原则。 1 系统开发平台 系统模型设计工具:m i c r o s o f tv i s u a lm o d e l 数据库建模设计工具:e r w i n3 5 p o w e rd e s i g n e r 数据库前端开发工具:d e l p h i j b u i l d e r m i c r o s o f tf r o n t p a g e 2 0 0 0 版本控制工具:m i c r o s o f tv i s u a ls o u r c e s a f e6 0 第二章软件功能的设计 测试工具:s q a 流程图制作工具:v i s i op r o f e s s i o n5 0 文档编写工具:m i c r o s o f tw o r d7 0 帮助制作工具:h t m lh e l p 安装程序制作工具:i n s t a l l s h i e l dp r o f e s s i o n a l2 0 0 0 e a s t s e c o n de d i t i o n 项目管理工具:m i c r o s o f tp r o j e c t9 8 2 应用平台选择 数据库系统的硬件平台选择服务器或高性能p c 操作系统:w i n d o w s 2 0 0 0 9 8 n t 数据库系统:m i c r o s o f ta c c e s s 2 4 桥位水文计算过程分析 桥位水文设计计算系统内设置了桥位( 桥址) 选择、洪水设计流量计算、桥孔和导 流堤的布设等多种设计模块。其中洪水设计流量的计算是重点,系统通过支持皮尔逊i i i 曲线、全国水文分区经验公式、交通部公路科研所推理公式、交通部公路科研所经验公 式等6 种计算数学模型以及推算流量计算器来推算设计洪水流量。同时系统对桥孔布设、 桥孔长度、墩台位置桩号、桥面高程、墩台最低冲刷线高程以及导流堤长度、导流堤的 冲刷等不同应用对象,调用不同的计算数学模型,生成桥孔布设方案图、导流堤设计图 等。系统计算方式分为两种:一种为分毫、分项计算,在计算的过程中可以人为修改数 据,加入人工选择;另一种可以直接输入初始化数据,系统根据计算结果直接给出输出 内容。 2 4 1p - i l l 理论频率曲线 皮尔逊i i i 型曲线( k p e a r s o n ,1 8 9 5 ) 是进行洪水频率分析时世界各国最为广泛应用 的理论频率曲线( 图2 3 ) 。我国水利、交通、铁路等规范都规定采用皮尔逊i i i 型曲线 ( p i i i ) ,它又称为伽玛( f g a m m a ) 分布曲线。 1 2 长安大学硕士学位论文 图2 - 3 反尔逊m 型颡翠鬻度凹线 皮尔逊i i i 型曲线的频率密度函数为 y = 焉( 川o ) 口咧舶) ( 2 - 1 ) 式中:口o 随机变量z 的最小值; 口参数口:罢+ l ; 口 a 随机蛮量众信与最小值的荠: d 随秽l 父重明值与从值乙爱; 孑随机变量系列的均值,口。= 孑一( 口+ d ) 参数,:三; 口 r 位) 口的伽玛函数,定义 r ( 口) = j c oz 。, - e - z d z 式( 2 1 ) 中参数印、a 和,用水文统计参数表示得 口:_ 4 ( 2 2 ) 弘虿 屹。2 夕2 丽2 ( 2 - 3 ) 铲警孑 协4 , 故皮尔逊i i i 型曲线频率密度函数( 2 1 ) ,可由三个统计参数孑、g 和g 确定。根 据频率分布函数,则可得到给定频率对应的随机变量z 。 1 3 第二章软件功能的设计 诉= ( 1 + c ) z ( 2 5 ) 令k ,_ 1 + c v 西,则z p = k ,z ( 2 - 6 ) 式中:z 口频率为p 的随要变量; 离均系数; 如一模比系数; :叠兰:垡:生! ( 2 - 7 ) o c , c 。 离均系数与频率p 和偏差系数c 有关,美国福斯特( f o s t e r , 1 9 2 4 ) 和前苏联雷 布京制成值表。另外,还制成了模比系数值表。 2 4 2 根据全国水文分区经验公式确定设计流量 1 9 7 9 年4 月,在交通部公路规划设计院主持下,有2 8 个省交通厅和3 个部属设计 院,根据全国1 7 8 5 个水文站,3 4 0 4 1 站年的观测资料,2 1 9 8 站年的历史洪水调查资料 制定了“我国公路大中桥流量经验公式汇总报告”。报告中把全国分为l1 1 个分区。每 个分区的平均流量q 和频率为p = 2 0 的洪水流量经验公式q = c f 的系数c 和指数玎, 各分区的g 值,c , c v 值等都列表给出。 分区流量公式的使用范围,仅适用于流域面积f 小于5 0 0 0 0 k m 2 首先在地图上勾 绘出桥位以上流域面积f ,视流域大部分处于哪一分区中,就采用该分区公式;当f 跨 越两分区的面积大致相等时,则取两分区公式分别计算,并取其平均值。 经验公式的组合使用方法: 由分区平均流量q = c f ”,c ,胛值,g 和d c v 值,求算姨= g l + c ,缈) ; 由分区0 2 = k f ”中的表中k 和n 值,求出0 2 ;再用表中q 1 0 2 的比值,得q l * o 值。 1 9 7 9 年后,高等级公路上的特大桥设计洪水频率为q 1 ;但1 9 8 2 年后,高等级公 路上的特大桥设计洪水频率为0 3 3 。表中无法得到q o 3 3 值,则可由q 、c v 、q g 值, 查得3 3 值,计算o o 3 3 = q ( 1 + c 。3 3 ) i 2 4 3 水利科研院水文研究所的推理公式 1 4 长安大学硕士学位论文 公式的基本形式 绋卿 ( 2 - 8 ) 式中:9 一频率为p 的设计流量( m 3 s ) ; k 单位换算系数0 2 7 8 ,i 为平均雨强( m m h ) ,f 为流域面积( k m 2 ) ; 卜洪峰径流系数,为最大净雨量与降雨量之比。 当降雨历时f :f ,f :s 9 ,:0 2 7 8 w s ef 0 2 7 8 ( 2 9 ) 鳞= ,。 ( 2 - 9 ) 式( 2 - 9 ) 为水文研究所的设计洪峰流量计算式。式中共有5 个参数,甄昂、厶甩、 f 。暴雨递减指数n 可由各地区水文手册等值线图求得,流域面积f 可从地形图量 得。 1 、设计暴雨雨力计算 设计频率的雨力s p 广泛采用同频率的年最大2 4 h 雨量飓幻进行计算。由式( 2 - 8 ) 得 s p = 2 4 1 飓和 ( 2 一1 0 ) 2 、流域汇流时间厅) 和径流系数少 根据瞬时降雨强度i 等于平均入涌强度时为产流临界点,可导出产流历时f c ( 力) : 则 i :【( 1 - 厶) 生】; ( 2 1 1 ) h r :0 2 7 8 三 若山区河道断面概化为三角形,令 弘眈7 8 万钫 式( 2 9 ) 和式2 1 2 ) 联立解得 l f = f 。甲4 一” 1 5 ( 2 1 2 ) ( 2 1 3 ) 第二章软件功能的设计 当t 翻时,一一毒, 当t c q 时,:刀( 生) - 一打 f 3 0 2 7 8 4 一一 l 2 霉r mt1甄34-磊1上(spf ( t 广) ” ( 2 1 4 ) ( 2 1 5 ) ( 2 1 6 ) 根据( 2 1 3 ) 、( 2 1 4 ) 和( 2 1 5 ) 、( 2 1 6 ) 制成诺模图( 详见桥位设计手册p 2 2 2 2 2 3 页) ,查出f 。 3 、其他参数的确定 1 ) 主河道长度l 在适当比例尺的地形图上量取,从流域出口断面沿干流至分水岭的长度。 2 ) 主河道坡度j 地形图上量取自分水岭至出口断面的河槽纵断面图。根据纵断面图中沿程比降变化 的特点高程,用下式计算 ,:! 垄! 兰! ! ! ! ! 垄! 圣22 垒= :! 圣! = ! 圣12 生二三墨! 墨 ( 2 1 7 ) j = t 一 一 e 式中,z o 、乃乙是自出口断面起沿程特征地面点的高程;l l 、如厶是沿程各特征 点间的距离;l 是主河道总长度,即,。 l = i 3 ) 损失系数的确定 值与自然地理条件及降雨强度有关。可以从实测水文资料分析确定。各地区水 文手册都有值图表或计算公式。 4 ) 汇流能数m 的确定 三 m 与流域坡度、糙率、长度等因素有关,目前多是根据流域特征因素o = l i3 或 ll p = l j 一3 f 一4 进行地区综合,给定出m 与q 的关系。根据广东、山西、湖南、浙江、山 l 东等l l 省区面积在1 0 0 k m 2 以下的小流域的参数分析综合,建立的q = l j3 和m 的数 值。各省、地区都有当地m 值资料。 2 4 4 交通部公路科学研究所推理公式 1 6 长安大学硕士学位论文 线:o 2 7 8 ( s p - t ) f ( 2 1 8 ) z 一 式中:q 广_ 一设计频率p 时的洪峰流量( m 3 s ) ; 品一设计频率p 的雨力( m m h ) ,查各省( 自治区) 水文手册中雨力等值线图, 或全国雨力等值线图; ,卜一损失参数( m m h ) ; 俨一暴雨递减指数,按各省( 自治区) 分区查图和表,得,l j 、以和n 3 ;r l h , 用n l ;l h t 6 h ,用n 2 ;6 h c - ? c , n 心 k 巡 f w 懈釜 0 ,iis1 0 2 06 0 7 59 0 9 59 9 p ( ) 图2 - 5 z 、g 和g 与频率曲线的关系 偏差系数c 用离均差的立方的均值与均方差的立方的比值来表示: 2 2 长安大学硕士学位论文 窆( 石一孑) , c s = 旦丁 利用样本计算时,应修正为 主( 石一孑) 3 c 2 鬲丁 对于水文现象0 ,为正偏态分布。 ( 2 3 4 ) ( 2 - 3 5 ) 图2 - 5 表明三个统计参数孑、c v 和g 对频率曲线状态的影响。显然,c 产。时, 频率曲线为一条水平线( 纵坐标为孑) ;g = o 时,在机率格纸上为一条斜直线。 2 4 8 适线法 适线法是选定统计参数的一种方法。以选定的统计参数,绘制的理论频率曲线与 经验频率点据( 实测资料) 分布,配合得最好为原则,来选定统计参数。 1 、一般可按下列步骤进行: 1 ) 将已知的随机变量系列,按大小递减次序排列,计算各项变量的经验频率, 在机率格纸上绘出各经验频率点群。必要时,也可以目估通过经验频率各点据分布中 心,绘出经验频率曲线; 2 ) 根据初步估计的孑、c v 和g 值( 初试值) ,在绘有经验频率点群( 或经验频 率曲线) 的同一机率格纸上,绘出理论频率曲线; 3 ) 目估检查所绘的理论频率曲线与经验频率点群( 或经验频率曲线) 的符合程 度。反复调整统计参数值。直到使两者符合的最好为止,即可确定统计参数z 、c v 和g 的采用值。 2 、求矩适线法 统计参数均值z 和变差系数c v 分别用式( 2 2 8 ) 和式( 2 3 2 ) 或( 2 - 3 3 ) 计算, 并假定偏差系数g 值,为若干倍的g 值,作为孑、g 和g 的初试值,进行适线的 方法,称为求矩适线法。 概率论及数量统计中,把式( 2 2 8 ) 式( 2 3 5 ) 表示的统计参数,称为用矩表 示的数学特征。均值为原点矩,g 和c 为以孑为中心的中心矩,这些公式都称为矩 2 3 第二章软件功能的设计 法公式。 根据皮尔逊i i i 型曲线方程,可得到 ,2 c ,舛急 我国适线经验表明,g

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