第四节 形态调查法.doc

教 案 用 纸学科路基路面工程第六章 小桥涵设计流量推算第四节 形 态 调 查 法审批签字授课时数授课方法教 具授课班级教学目的1、 了解形态调查法的概念及主要内容2、 掌握形态调查法的基本公式及计算方法教学重点和难点1、 形态调查法的概念及主要内容2、 形态调查法的基本公式及计算方法复习提问1、小桥和涵洞分别有哪些水力图式？各自的判别条件是什么？2、径流形成法计算小桥涵设计流量的原理和适用条件各是什么？教学内容、方法和过程附记一、原理及步骤 1、原理（概念）：谓形态调查法是用调查河槽形态与历史洪水位的手段，取得河槽某一过水断面在该洪水位下的过水面积、平均流速及洪水频率资料，据以推算桥涵处设计流量的方法。目前，主要通过建立形态断面，并绘制形态断面图，确定主河沟的糙率,主河沟平均坡度,有条件时实测水位与流速。结合形态断面进行洪水调查，确定比较可靠的某一历史洪水位及相应的频率。同时确定历史洪水位在形态断面上的过水面积与相应的比降等资料。推算形态断面上的历史洪峰流量，进而求得规定的频率的设计流量。2、步骤：1）设置形态断面； 2）形态断面调查。调查内容包括：历史洪水位及频率调查、形态断面测量、洪水（或河床）比降测量、河床形态调查及糙率的确定等内容。3）形态断面处流量计算。4）频率换算。将形态断面的流量换算为设计频率的流量。5）桥（涵）址换算。将形态断面的设计流量换算为桥址断面的设计流量。 二、断面流速和历史洪峰流量多年平均洪峰流量的计算1、流速的确定：1）用均匀流公式计算流速：（1）若是单式断面，应用式6-24计算全断面的平均流速；若是复式断面，仍用 教 案 用 纸 附 页教学内容、方法和过程附记6-24分别计算左、右河滩与河槽各过水面积的平均流速。 （6-24）式中：谢才系数，； 粗糙系数，（n为糙率）查表6-25可得； 水力半径（m），及等于过水断面与湿周长度之比；该河段洪水比降，以小数计（无法获得时，可近似以河沟底纵坡代替）； 可变指数，查表6-25可得。 （2）当水位升高时，全河的粗糙程度显著增大（如有密林的河滩或河床含沙量很大，河岸阻力很大等）用曼宁（满宁）公式计算： （6-25） （3）对于洪水时河床糙率变化不大的小河沟，也可用简化公式（6-26）计算全断面的平均流速： （6-26）式中：主河沟粗糙系数，按表6-26选用； 主河沟平均坡度（%0）,计算中以小数计；平均水深（m），近似为：三角形断面=0.57H, 梯形断面=0.6H，矩形断面=H； 多年平均洪水位时的最大水深（m）。 2）按沉积物粒径或土的类属特征估算流速: （1）山区河沟中，在形态断面附近平时高出水位的浅滩上，找3-5个最大石块（应注意鉴别确认是洪水时从上游被冲下来的，而不是河岸受冲刷后坍下来或从山坡滚下来的），全断面的平均流速公式为（不适用于泥石流河流）： （式中：D最大石块的平均直径m） （6-27） 教 案 用 纸 附 页教学内容、方法和过程附记 （2）平原区河沟中，可按河床上的类属特征，参考表6-27估算平均流速。 2、形态地面处历史洪峰流量的计算 1）以均匀流公式确定形态断面处流量 （1）单式断面用式计算； （2）若是复式断面，则将河滩、河槽分开，以下式计算流量（m/s）： （6-28）式中：、 分别为河槽及左右河滩部分的平均流速（m/s）； 、分别为河槽及左右河滩部分的过水面积（m）。 2）按沉积物粒径或土的类属特性估算流速后的流量确定：根据形态断面洪水调查所获得的比较可靠的某一历史洪水位或多年平均洪水位，以前述“按沉积物粒径或土的类属特性算流速”的方法，确定全断面的平均流速后，可按计算对应的流量（即指某一历史洪峰流量或多年平均洪峰流量）。三、按桥涵规定设计频率推算形态断面处的周期流量：在调查到形态断面处的洪水位，并确定其频率且计算出洪峰流量后，还必须把它换算成拟建小桥涵的规定设计频率时形态断面处的周期流量。 1、按流量变差系数推算： 1）通过调查获得多年平均洪水位，据以算出多年平均洪峰流量之后，可按下式推求小桥涵规定设计频率为P时在形态断面处的周期流量： （6-29）式中：离均系数，与频率P及偏差系数有关（与具有函数关系）； 流量变差系数，确定方法见后述，当午资料时可查表6-28；规定频率P时的流量模比系数，,可只表达为和 教 案 用 纸 附 页教学内容、方法和过程附记P的关系，并根据为的函数关系求得，确定方法见下面（3）所述。2）通过调查获得某一历史洪水位（或其它洪水位），并知其频率为,且计算出洪峰流量，可按下式推求小桥涵与规定频率P相应在形态断面处的周期流量： （6-30）式中：历史洪水位（或其它洪水位）已知频率时的流量模比系数，确定方法见后。 3）、及值的确定： （1）我国有关科研单位提出了小流域（汇水面积30km）流量按土的吸水类属分别确定变差系数的平均值（或在变幅内取值），如表6-28。 （2）若当地有暴雨强度变差系数的资料，可按表6-28，根据不同土的吸水类属查出的平均值，求得当地的流量变差系数。 （3）当选定变差系数后，可根据频率P（或），查表6-29确定流量模比系数（或）。由于与存在函数关系，由该表可确定偏差系数。四、算例（课后复习思考题第五题）有一小河沟，主河沟平均坡度=50%0，土质为粘土，河床弯曲、生长杂草。经调查得25年一遇的历史洪水位时的形态断面近似梯形，底宽4m，边坡1:1.5，最大水深H=1.2m。请用简化公式推算规定频率P=2%时的流量。五、小结：本次课学习了形态调查法的概念、主要内容、基本公式