桥涵水文——(1).doc

桥涵水文课程论文 专 业 土木工程 年级 2011级 班 次 土木一班 姓 名 徐智兴 学 号 222011322250029 指导教师 潘云霞 成 绩 西南大学工程技术学院 一、河流简介 滹沱河，发源于山西省繁峙县，流经山西、河北两省，共有256条河流前后汇入，全长513.3公里，流域面积46000平方公里。滹沱河属海河流域子牙河水系，东穿太行山脉流入石家庄市平山内，在平山县城北有支流冶河汇入，横穿石家庄市北郊，在石家庄市境内全长206.6km。流经代县、原平县及忻定盆地，自东治镇以下转入太行山东坡，在盂县活川口下游进入河北省平山县，经岗南、黄壁庄水库，在石家庄市穿京广铁路、107国道、京深高速，经正定。无极、晋县、深泽、安平，在饶阳县大齐村进入泛区，至献县枢纽与滏阳河及滏阳新河汇流入子牙河。干流总长588km，总流域面积24774km2，其中山区面积23491km2，平原面积1283km2。鹿泉、藁城、新乐、晋州、无极、深泽等都处于其出山口的冲击扇的扇面之上。再向东于深泽县出市域，于献县臧家桥与滏阳河汇流，后称于牙河，再入渤海。 滹沱河岔河段 子牙河水系1、滹沱河的地理环境和作用 （l）滹沱河是海河的三大支流之一，承担海河水系水源保护功能，并在海河水系水资源供求和水污染防治中占有举足轻重的地位。 （2）是石家庄地下水的主要采集点。 （3）曾经是石家庄阻挡北方沙尘的屏障。2、 滹沱河的地貌以及地质条件滹沱河市区段河谷宽阔，河曲发育，多浅滩。主要分以下几段：黄壁庄水库坝下至邵同河段河谷宽度7403600m，高程90115m，河床宽度1501100m，纵向坡度15%6。，堆积物主要为近代堆积含砾中粗砂及中细砂，上部一般为全新统、上更新统，下部一般为中更新统、一厂更新统。邵同村至正定大桥河段河谷宽度20004000m，高程7090m，河床宽度150750m。3、水文断面的选择：本次调查区段为邵同村至正定大桥河段，即石家庄市正定区内河段，当地称该区段水流为岔河。叉河河流下部岩性以全新统新近堆积粉细沙为主，局部夹有中粗沙，主体结构松散，孔隙比一般在0.781.04范围内。水文断面选择临近滹沱河大桥的地段，该水文断面河流顺直，断面宽阔、规则，有平顺的人工堤防，河底平顺。对照天然河道洪水粗糙系数表，粗糙系数取1/n=55，根据小觉水文站相关水文资料确定洪水比降为8.6%。2、 水文资料搜集本次分析计算收集到 1985 年至 2005 年共20年实测洪水系列资料。该资料为河北水文局石家庄分局小觉水文站观测资料。据调查，该区段曾在1996年、2002年发生特大洪水，为稳定河段。该期间，实测最大洪峰流量为：2750 m3/s(1996 年)，20 年平均洪峰流量为1308m3/s。 下表为搜集到的小觉水文站20年的年最大流量观测资料：按年份顺序排列按流量从大到小排列经验频率年份洪峰流量（ms）序号年份洪峰流量（ms）198515401199627504.5 19869802200223909.1 1987109031989186013.6 1988105041998174018.2 1989186051985154022.7 1990114062003152027.3 199179071992127031.8 1992127082000126036.4 199376291995121040.9 19941050101997120045.5 19951210111990114050.0 19962750121987109054.5 19971200131988105059.1 19981740141994105063.6 199988315198698068.2 2000126016199988372.7 200140817200579477.3 2002239018199179081.8 2003152019199376286.4 200448320200448390.9 200579421200140895.5 总计26170-26170-三、水文统计和相关计算1、 经验频率曲线： 根据维泊尔公式 计算得到统计系列中第m项随机变量的经验频率，如上表。并以经验频率为横坐标、水文观测值年最大洪峰力量为纵坐标绘制经验频率曲线如下： 2、 统计参数模比系数： 其中 为统计系列中的任一年最大流值，n为流量观测的总年数： 计算得=1308.5 ms， 如下表所示 按年份顺序排列按流量从大到小排列模比系数经验频率年份洪峰流量（ms）序号年份洪峰流量（ms）198515401199627502.21 1.457 1.774.5 19869802200223901.92 0.843 0.779.1 198710903198918601.49 0.243 0.2413.6 198810504199817401.40 0.157 0.06418.2 198918605198515401.24 0.056 0.01322.7 199011406200315201.22 0.048 0.01127.3 19917907199212701.02 0.000 0.00031.8 199212708200012601.01 0.000 0.00036.4 19937629199512100.97 0.001 0.00040.9 1994105010199712000.96 0.001 0.00045.5 1995121011199011400.91 0.007 0.00050.0 1996275012198710900.87 0.016 0.00054.5 1997120013198810500.84 0.025 0.00059.1 1998174014199410500.84 0.025 0.00063.6 19998831519869800.79 0.046 0.00068.2 200012601619998830.71 0.085 -0.02472.7 20014081720057940.64 0.132 -0.04777.3 200223901819917900.63 0.134 -0.05181.8 200315201919937620.61 0.151 -0.05986.4 20044832020044830.39 0.375 -0.22790.9 20057942120014080.33 0.452 -0.30195.5 总计261702617021.00 4.253 0.216- 变差系数 ： 偏差系数：3、 理论频率曲线：频率曲线分布函数：年最大流量：离均系数： P=5% =1.89 ; P=10% =1.34 ; P=20% =0.74; P=50% =0.18; P=75% =0.74; P=90% =1.10; P=95% =1.28 (1.890.224+1)1308.5 = 1862.47 （ms）= (1.340.224+1)1308.5 = 1701.26 （ms） (0.740.224+1)1308.5 = 1525.40 （ms） (0.180.224+1)1308.5 = 1255.74 （ms) (0.740.224+1)1308.5 = 1091.60 （ms） (1.100.224+1)1308.5 = 986.86 （ms） (1.280.224+1)1308.5 = 933.33 （ms）从频率曲线图中可以看出: 经验点据整体上基本连续, 未出现异常, 处于难以区分的同一个点带之中, 并大体上符合 P- 型分布。因此, 适当修正处理后, 计算结果可以满足要求。4、 设计洪水流量 1、根据流量观测资料推算设计流量：1） 上面已经应用矩法公式算得：=1308.5 ms， 接着分别取不同的m值，用适线法确定统计参数,频率 P(%) 第一次配线第二次配线第三次配线Q=1308.5Q=1308.5Q=1308.5Cv=0.25Cv=0.25Cv=0.25Cs=2Cv=0.5Cs=2.8Cv=0.7Cs=4Cv=1QKpQpKpQpKpQp51862.471.771.443 1888 1.821.4551904 1.881.47 1923 101701.261.321.330 1740 1.331.33251744 1.341.34 1747 201525.40.811.203 1573 0.791.19751567 0.761.19 1557 501255.74-0.080.980 1282 -0.120.971269 -0.160.96 1256 751091.6-0.710.823 1076 -0.720.821073 -0.730.82 1070 90986.86-1.220.695 909 -1.180.705922 -1.130.72 939 95933.33-1.490.628 821 -1.420.645844 -1.320.67 877 2）由表4-2-2和4-4-3，分别查得Cv、Cs/Cv的值，如下表，算得Kp、Qp值，表格如下：不同频率洪峰流量表(单位：ms)特征参数均值CvCs/Cv1308.50.923洪峰频率KpQp1%3.970 4.652 6088 2%3.110 3.861 5052 5%2.010 2.849 3728 10%1.210 2.113 2765 20%0.460 1.423 1862 50%-0.380 0.650 851 75%-0.640 0.411 538 90%-0.702 0.354 463 95%-0.710 0.347 454 99%-0.714 0.343 449 用Exel表格得到Pearson曲线图如下 根据Pearson曲线图可以读取任何频率P（%）时的流量Qp值。3）设计洪峰频率和相应的设计流量：断面洪水流量(单位：ms)特征参数均值CvCs/Cv1308.50.923设计洪水频率Sp(%)KpQp2%3.110 3.861 5052 5%2.010 2.849 3728 10%1.210 2.113 2765 20%0.460 1.423 1862 4) 设计水位计算： 水文断面平均流速：资料表明滹沱河在正定铁路桥区段的水深在820米范围内，宽度最宽可达415.5，过水断面的平均水深为23.6m，宽度为187.4m，属于宽浅河流段水面宽度大于10倍断面平均水深，故取=R=187.4m根据谢才-满宁公式有： 计算得 =2.5 (m/s) 计算得到设计水位，整理如下表：岔河段各设计频率洪水水位计算表断面设计水位备注p=2%p=5%p=10%p=20%正定滹沱河大桥西101.01100.82100.55100.34岔河东滹沱河大桥西设计洪峰流量计算成果表频率P（%）p=2%p=5%p=10%p=20%水位m101.01100.82100.55100.34流量m/s5052372827651862表中高程为假定高程五、桥孔径计算1、 最小桥孔净长度： 设计洪水频率为2%， 对于无明显河槽的河段： 将各个数据代入上式计算得： 10.45 m 2、 桥面高程计算：其中， =0.5*（23.6+16*0.175）-0.5*187.4=0.65 mmHs=101.01 m=2.4 m ； 0.5 m故，=101.01+0.00065+0.5+2.4=103.911 m6、 桥墩和桥台冲刷计算 1、桥孔上部结构采用四孔预应力钢筋混凝土箱型梁，双柱式桥墩，钢筋混凝土灌注桩桩基础，桩径1.4m，墩柱直径1.6m。 2、桥下断面一般冲刷深度计算： 其中，当桥下河槽能够扩宽至去安桥孔时，=3728 ms，= 27