桥涵水文课件3设计洪水流量

1、桥涵水文学桥涵水文学设计洪水流量桥梁与结构教研室: 李 林教学目的和任务1.了解描述流体运动的两种方法；2.理解描述流体流动的一些基本概念，如恒定流与非恒定流、流线与 迹线、流管、流束与总流、过水断面、流量及断面平均流速等；3.掌握连续性方程、伯努利方程、动量方程，并能熟练应用于求解工 程实际问题动量方程的应用。重点与难点重点：流体流动中的基本概念，连续性方程、伯努利方程、动量方程 及其应用。难点：连续性方程、伯努利方程以及与动量方程的联立应用。主要内容：利用流量观测资料推算设计流量应用地区经验公式推算设计流量利用推理公式、经验公式推算设计流量第三章 设计洪水流量中等以上河流： 可根据水文站历

2、年的年最大洪水流量观测资料及调查到的以前的特大洪水资料，运用水文统计法推算设计流量；较小流域的中小河流：根据搜集的降雨资料或地区性水文资料，应用暴雨径流推理公式、地区性公式等方法推算设计流量。桥位附近资料较少：若相邻地区或河段有较多资料，可应用相关分析插补、延长水文资料系列。设计流量的推算方法利用流量观测资料推算设计流量实测年份在20年以上可采用水文统计法的频率分析方法确定设计洪峰流量和设计洪水位。实测流量资料只能组成一个有限的系列，为提高计算结果精度，还应通过洪水调查和文献考证，尽量搜集历史洪水资料，以补充和延长实测流量资料，使基本资料满足计算要求。1）实测期：水文站的实际观测年限 。n2）

3、调查期：洪水调查的最远年份至实际调查时的年限 。3）考证期：文献考证的最远年份至实际调查时的年限 。公路工程水文勘测设计规范（JTG C30-2002）1.适线法1）将已知随机变量系列按大小递减次序排列，计算经验频率， 在几率格纸上绘出，必要时目估出经验频率曲线。2）计算均值 和变差系数 ，并假定偏差系数 在我国 ，在绘有第（1）步的几率格纸上绘制理 论频率曲线。QsvCmC2 4m vC3）观察两种曲线的符合程度，反复调整统计参数，直到两者符 合的最好为止，即可确定统计参数的采用值及采用的理论频 率曲线。试错适线法注意：一般主要调整 ，也可少量调整 和 。工程中仅使用曲线的左半部分（最大的频

4、率为 ）。因此，适线中只要左半部分吻合较好即可，右半部分可不必苛求。sCvCQ1100%4%25P 1.适线法例题：某二级公路上有一大桥，附近水文站有32年连续的年最大 流量资料，试推算该大桥的设计流量。1）把流量按大小递减的顺序排列；2）计算平均流量311158857183932niiQQmsn2110.441niivKCn4）计算经验频率P，列于表中；按Qi 与P的数值，在几率格纸上 绘出流量经验频率点，如图中圆点所示。3）计算Cv流量流量年份年份32313029282726252423222120191817顺序号顺序号97.093.990.987.984.881.878.875.872

5、.769.766.763.660.657.654.551.5767197045.51850199515840199242.419001998141100198227.32250198591284197224.22380197581300199421.22500198071360198318.22600197761480198415.22854199351507197312.1295019784153019899.13145197931080199930.321701990101010200033.321001976111000198136.42088198712900199639.420001

6、97413600198848.5178119711658857合计合计165019916.1340819862170020013.0377319971流量流量年份年份按流量大小排列按流量大小排列按流量大小排列按流量大小排列顺序号顺序号1mPn1mPn5）假定 ，计算各规定频率的流量值， 如表，根据表中QP与 P的数值，绘制理论频率曲线，如图中 细线：曲线头部偏低，尾部略偏高，可增大 值。22 0.440.88svCCsC假定 ，计算结果列于下表中，其理论频率曲线（未绘出）仍然头部偏左，尾部偏高。1.10sC 31839,0.48,1.10vsQmsCCvC0.48,1.10vsCC适当增大 值

7、。假定 ，计算结果列于下表：因而三个统计参数：-1.28-1.10-0.74-0.180.741.341.8920.440.520.670.921.331.591.8380995612321692244629243365-1.28-1.10-0.74-0.180.741.341.8925011.3624641.340.772030161.6429241.591.341016730.9117100.93-0.155011770.6412510.68-0.737573690133470.390.471.917178641/5030.400.491.82-1.36-1.151.86195905P（%

8、）统计参数顺序0.44vC 1839Q PK1839Q 1.10sC PK0.44vC 0.48vC PK0.88sC pPQ1839Q pPQ1.10sC pPQ1.适线法1.适线法31%1(3.09 0.48 1) 18394561pvQCQms6）确定设计洪水频率 公路等级为二级，桥梁为大桥，查公路桥涵设计洪水频率得： 设计洪水频率P=1%。1.10sC 3.09p7）确定离均系数 由设计洪水频率P=1%，偏差系数 ，查表得8）计算设计流量1.适线法三点适线法xPx1x2x3P1P2P3（P1，x1)，(P2，x2)，(P3，x3)将经验累积频率点据绘入图中，先通过分布中心目估绘出一条配

9、合较好的曲线作为所求的理论累积频率曲线，再在曲线上取三点，可得：（P1，x1)，(P2，x2)，(P3，x3)112233(1)(1)(1)VVVxxCxxCxxCi( ,)iiSf P C-相对应三点频率Pi的离均系数sC-待求偏差系数VC-待求离差系数x-待求平均数33111133(1)(1)VVxxCxx2()iSSSxxxCxxP偏度系数：311313xxx112233(1)(1)(1)VVVxxCxxCxxCVxC、pxSCP123()p 、S值可根据三点（x1、x2、x3）求解，根据S可查附录6（S-CS-P)得到CS，再根据附录5（ ）得到离均系数 ，再

10、根据上式求 ，最后求 。三点累积频率的习惯取值：1） P（%）=15099% 2） P（%）= 35097%3） P（%）= 55095% 4） P（%）= 105090%11333311(1)(1)VVxxCxxCxxxx133113VxxCxxP1-2-3=1-50-99%3.142.441.991.641.321.050.780.520.260.0004.903.05 2.391.95 1.61 1.301.020.760.49 0.2398 765 4321 S4.444.143.923.733.59 3.463.333.220.92.97 2.89 2.81 2.74 2.672.6

11、12.552.500.82.342.302.252.202.162.11 2.072.030.71.921.881.841.811.78 1.741.711.680.6 1.58 1.55 1.51 1.48 1.451.421.391.360.51.271.241.211.181.161.131.10 1.080.41.000.970.940.920.89 0.860.840.810.3 0.730.700.670.650.62 0.590.570.540.20.47 0.44 0.41 0.39 0.36 0.340.310.280.10.200.170.150.120.10 0.070.

12、050.030.0附录6：三点适线法S-CS9876543210S035070104133174210248297360543031066101135170206244291352494027063098131166203240286346472024059094128163199236281338449020055090125159195232276332432016052087121156192228270325417012048084118152188224266319403008045080114149185220262313391004041076111146181217257307

13、38000003807310814217821325330237000010203040506070809P1-2-3 = 55095% 附录6：三点适线法S-CS1.适线法2.资料中特大值的处理特大洪水：指比资料系列中一般洪水要大得多的，并且可以通过 洪水调查确定其量值大小及其重现期的稀遇洪水。1）历史上的一般洪水是没有文字记载，没有留下洪水痕迹，只有 特大洪水才有文献记载和洪水痕迹可供查证，所以调查到的历 史洪水一般就是特大洪水。2）与流量系列中常规流量相比，特大洪水具有巨大的破坏性与不 连贯性。在统计计算中，不能同等对待，须进行适当的处理或 调整。目前我们所掌握的样本系列不长，系列愈短，

14、误差愈大， 若用于推求千年或万年一遇的稀遇洪水，代表性很不足。如果能调查到N年(Nn)中的特大洪水，就相当于把n年资料展延到了N年，提高了系列的代表性，使计算结果更加合理、准确，等于在频率曲线的上端增加了一个控制点。2.资料中特大值的处理系列中特大值的出现，可能有三种情况：1）在实测系列之外；2）在实测系列之内；3）有几个在实测系列之内，有几个在实测系列之外。概念：1）实测期：水文站的观测年限，用n表示。2）调查期和考证期：洪水调查和文献考证的最远年份至实际调查 时的年限。（均包括实测期在内）用N表示。共有a次特大洪水，其中l次发生在实测期, a-l次是历史特大洪水在实测系列之外在实测系列之内

15、有几个在实测系列之内，有几个在实测系列之外特大值出现情况2.资料中特大值的处理特大洪水加入系列后成为不连续系列，即由大到小排位序号不连续，其中一部分属于漏缺项位，其经验频率和统计参数计算与连续系列不同。 这种有特大洪水时的频率计算方法，称为特大洪水处理。独立样本法：把包括历史洪水的长系列（N年）和实测的短系列（n年）看作是从总体中随机抽取的两个独立样本，各项洪峰值可在各自所在系列中排位。因为两个样本来自同一总体，符合同一概率分布，故适线时仍可把经验频率绘在一起共同适线。1）不连续系列的经验频率计算2.资料中特大值的处理特大洪水的经验频率：(1,2,., )1MMPMaNM 特大洪水排位序号；N

16、 特大洪水首项的考证期，即为调查最远的年份迄今的年数；a 特大洪水的总个数；PM特大洪水第M项的经验频率。一般洪水的经验频率：(1,2,., )1mmPmllnn m 实测洪水排位序号；n 实测洪水项数；l 实测值中提出作为特大洪水处理的个数；Pm实测洪水第m项的经验频率。2.资料中特大值的处理2）统计参数的确定111anjiji lNaQQQNnl 22111111anjivji lQQNaCNnlQQ Qj 特大洪水流量中的任一流量值；Qi 实测洪水流量（一般洪水）的任一流量值；a N年内特大洪水流量的个数，包括实测期n年内的特大洪水流量l个；l 实测期n年内特大洪水流量的个数；n 实测流

17、量的总年数，不计缺测年份；N 调查或考证的总年数，包括实测期n年。应用地区经验公式推算设计流量1）跨越中小河流的桥梁，若缺少水文站观测资料，设计流量的推 算，可应用根据地区水文资料制定的经验公式，计算水文参数 和流量等水文要素。2）全国分为111个分区，分区图如下：全国大中桥流量经验公式分区1.全国水文分区流量计算参数表1）平均流量：2）频率p=2%的流量：3）Q1%/ Q2%，根据此值，可由Q2%计算出Q1%。nQCF,2%nQKF2.全国水文分区CV计算表流域面积从100km2到50000km2或建议采用Cv等值线取值。3.全国水文分区Cv/ Cs经验关系表应用地区经验公式推算设计流量2%

18、1%2%1%2%nQKFQQQQ1）由表4-2-1，2）查表4-2-1计算 查表4-2-2得到CV ： 皮尔逊型曲线 Qp% 查表4-2-3得到 CS ：nQCF使用范围：流域面积小于50000km2的中等流域的桥位。使用方法：首先在地图上勾绘出桥位以上的流域面积A，视流域大部分在那一区中，就可采用该分区公式。利用推理公式和经验公式推算设计流量适用范围：1）位于小流域河流及沟渠的桥梁和涵洞，以及公路排水系统的 设计流量，一般由暴雨资料来推求。2）一般应用于流域面积100km2以下。小流域设计洪水计算的特点：1）最大洪水多数由暴雨形成，洪水暴涨暴落，历时短，泛滥范 围较小。2）绝大多数小流域没有水文站，缺乏实测资料；洪水很少能留 下明显的痕迹，难以调查到较为可靠的历史洪水资料。3）小流域面积小，自然地理条件趋于单一，拟定计算方法时， 允许作适当简化；4）小流域分布广，数量多，因此拟定的计算方法，在基本保持 精度的前提下，应力求简便。1.推理公式1）交通部公路科学研究所推理公式0.278ppnSQFpS设计频率为P的24小时设计雨力（mm/h）；汇流时间（h）；损失参数（mm/h）；