桥涵水文讲义总结（绪论、河川径流）

桥涵涵水水文文主讲讲人人：：王王艳艳霞霞第一一章章绪绪论论桥涵水文研究内容2水文学与桥涵水文31本课程内容33课程要求4水文文学学是研研究究地地球球上上水水的的存存在在、、循循环环、、分分布布和和它它在在地地面面、、地地下下运运动动规规律律的的科科学学。。水文学水文气象学水文地质学地表水文学水文测验学工程水文学水文地理学普通水文学1.1水文文学学与与桥桥涵涵水水文文学学工程程水水文文学学是是一一门门阐阐述述和和运运用用水水文文规规律律、、开开发发和和发发挥挥工工程程效效益益、、为为国国民民经经济济建建设设服服务务的的学学科科。。桥涵涵水水文文学学是工工程程水水文文学学的的分分支支则则，，是是服服务务于于桥桥涵涵工工程程的的规规划划、、设设计计、、施施工工、、养养护护，，主主要要叙叙述述水水循循环环从从降降水水到到径径流流这这一一过过程程中中，，关关于于地地面面径径流流(特别别是是河河流流中中的的洪峰峰流流量量)的形形成成、、观观测测和和以以设设计计洪洪峰峰流流量量为为主主的的分分析析计计算算等等内内容容。。赵州州桥桥：建建于于隋隋代代大大业业年年间间（（公公元元605－618年）），，由由著著名名匠匠师师李李春春设设计计和和建建造造，，距距今今已已有有约约1400年的的历历史史，，是是当当今今世世界界上上现现存存最最早早、、保保存存最最完完善善的的古古代代敞敞肩肩石石拱拱桥桥。。赵州州桥桥是是一一座座空空腹腹式式的的圆圆弧弧形形敞肩肩石石拱拱桥桥，，全全长长64m，净净跨跨37m,宽9m，拱拱矢矢高高度度7.23m，在在拱拱圈圈两两肩肩各各设设有有二二个个跨跨度度不不等等的的腹腹拱拱，，这这样样既既能能减减轻轻桥桥身身自自重重，，节节省省材材料料，，又又便便于于排排洪洪、、增增加加美美观观。。灞河河桥桥：始始建建于于秦秦，，经经汉汉、、隋隋、、唐唐、、宋宋、、元元、、明明清清等等八八个个朝朝代代，，历历时时1800多年年，，前前后后遭遭十十几几次次洪洪水水毁毁坏坏，，经经十十几几次次大大修修或或重重建建，，直直到到清清道道光光13年（（1833），，重重建建的的桥桥梁梁才才较较完完整整地地保保存存下下来来。。赵州州桥桥与与灞灞河河桥桥之之对对比比：：赵州州桥桥桥桥长长64m，净净跨跨37m，单单跨跨。。平直直稳稳定定性性河河段段、、单单式式断断面面，，河河床床稳稳定定1300多年年，，经经历历了了10次水水灾灾，，8次战战乱乱和和多多次次地地震震，，屹屹立立于于世世。。赵州州桥桥灞河河桥桥净净跨跨400m，多多孔孔，，共共67孔。。山前前变变迁迁型型不不稳稳定定性性河河段段，，洪洪水水涨涨落落迅迅猛猛，，河河床床变变形形剧剧烈烈。。1800多年年，，前前后后遭遭十十几几次次洪洪水水毁毁坏坏，，经经十十几几次次大大修修或或重重建建。。灞河河桥桥1、跨跨河河构构筑筑物物过过河河点点的的选选择择与与确确定定一条条天天然然河河流流，，由由发发源源地地到到入入海海口口或或大大河河汇汇入入口口，，河河流流全全程程流流量量不不同同，，流流速速不不同同，，所所经经地地域域地地质质条条件件不不同同，，河河流流各各部部分分的的平平面面形形态态也也各各不不相相同同。。因因此此，，不不同同河河流流会会有有不不同同的的稳稳定定程程度度，，不不同同地地区区的的河河流流会会有有不不同同的的稳稳定定程程度度，，同同一一条条河河流流的的不不同同河河段段也也会会有有不不同同的的稳稳定定程程度度。。本课课程程分分析析了了各各种种不不同同河河段段的的稳稳定定程程度度及及变变化化特特点点，，从从河河床床水水文文泥泥沙沙变变化化规规律律出出发发，，论论述述跨跨河河构构筑筑物物过过河河点点（（桥桥位位））的的选选择择原原则则与与确确定定方方法法。。1.2桥涵涵水水文文学学研研究究内内容容2、设设计计流流量量的的确确定定在地地球球表表面面流流动动的的河河流流，，无无论论是是大大江江、、大大河河，，还还是是细细流流小小溪溪，，通通过过某某一一河河床床断断面面的的流流量量无无时时不不在在变变化化着着。。通通常常在在雨雨季季或或融融雪雪季季节节会会发发生生洪洪峰峰，，在在雨雨量量较较少少的的旱旱季季或或冬冬季季，，河河床床断断面面的的水水流流通通过过量量会会减减少少，，甚甚至至断断流流。。另另外外，，每每一一年年或或某某一一个个时时间间段段内内通通过过某某一一河河床床断断面面的的最最大大流流量量也也是是不不相相同同的的，，通通常常，，丰丰水水年年或或雨雨季季相相对对集集中中的的年年份份年年最最大大流流量量较较大大，，枯枯水水年年或或雨雨季季较较长长的的年年份份年年最最大大流流量量较较小小。。（１）河河床任一一断面某某一洪峰峰流量的的确定方方法；（（２））年最大大洪峰流流量是变变化的，，在研究究或计算算洪峰流流量时取取的代表表年限越越长，对对应的最最大洪峰峰流量越越大。本本课程将将解决设设计流量量的确定定方法。。1.2桥涵水文文学研究究内容3、跨河构构筑物孔孔径的确确定需满足通航要求满足宣泄洪水的要求（１）跨跨河构筑筑物的跨跨径（两两桥台前前缘之间间的距离离）及桥桥孔的布布置方法法；（２）跨跨河构筑筑物的高高度设置置。1.2桥涵水文文学研究究内容桥梁墩台台冲刷问问题4、跨河构构筑物基基础埋深深(1)河床断面面的冲淤淤规律;(2)河床部位位冲刷深深度值的的计算及及设计取取值。(3)墩台基础础埋置深深度5、河道中中调治构构筑物的的设计1.2桥涵水文文学研究究内容水文学基基础知识识（2、3、4章）大中桥孔孔径计算算（第6章）桥梁墩台台冲刷计计算（第第7章）桥位勘测测、桥位位选择及及调治构构造物布布设（8、9、10）1.3本课程内内容安排排按时参加加课堂学学习，遵遵守课堂堂纪律；；积极参与与课堂讨讨论；独立完成成课程作作业；考核成绩绩构成：：期末试试卷占70%，平时成成绩占30%。1.4本课程学学习要求求2.1河流和流流域2.2径流形成成2.3水文测验验2.4水文资料料的搜集集和整理理第二章河河川径径流一、河流流§2.1河流和流流域几个名词词概念地面径流流：河川径流流：河流、河谷、河床水系干流、支支流河源、河河口河流的形形成和分分段降落到地地面的雨雨水，除除部分被被植被截截留和蒸蒸发外，，在重力力作用下下，一部部分渗入入地下，，在含水水层中流流动形成成地下径径流，一一部分沿沿地面流流动形成成地面径径流。在在地表径径流长期期侵蚀下下，地表表重成沟沟壑，形形成小溪溪，最后后汇集而而成河流流。脉络相通通的大小小河流构构成的系系统，称称为水系。水系中中直接流流入海洋洋、湖泊泊的河流流称为干流，流入干干流的河河流称为为支流。河流的干干流上，，开始具具有表面面水流的的地方称称为河源；河流流流入海洋洋、湖泊泊或干流流的地方方称为河口。一般的天天然河流流，从河源到河口可以按照照河段的的不同性性质，划划分为上游、中游和下游。河流的形形成和分分段上游：河流的的最上端端，紧接接河源，，多处于于深山峡峡谷中，，坡陡流流急，河河谷下切切强烈，，流量与与水位变变化大，，常有急急滩或瀑瀑布，河河底纵断断面多呈呈阶梯型型。中游：河流的的中间段段，两岸岸多为丘丘陵，河河床坡度度较平缓缓，两岸岸常有滩滩地，冲冲淤变化化不明显显，河床床较稳定定。下游：河流的的最下段段，一般般处于平平原区，，河槽宽宽阔，流流量较大大，流速速和坡度度都较小小，冲淤淤作用明明显，浅浅滩和河河湾较多多。长江上游游长江下游游河流的形形成和分分段河流断面面：可以表表示河床床的形态态特征，，包括横横断面和和纵断面面横断面：垂直水水流方向向的断面面；河流横断断面能表表明河床床的横向向变化；；根据断面面的构造造特征横断面分分类单式断面面：只有河槽槽而无河河滩复式断面面：既有河槽槽又有河河滩河流的基基本特征征河流断面面、河流流长度、、河流比比降河床河滩河槽边滩：河槽中两两岸较高高的，可可移动的的泥沙堆堆主槽：河槽中除除去河滩滩余下的的部分河槽的特点：：河槽是是宣泄洪洪水，输输送泥沙沙的主要要通道，，植被不不容易生生长，洪洪水期有有底沙运运动河滩的特点：：河滩指指两侧洪洪水溢漫漫的滩地地，通常常长有草草类、树树木或农农作物，，被洪水水淹没的的次数较较少，无无底沙运运动河流的基基本特征征河流断面面：可以表表示河床床的形态态特征横断面：垂直水水流方向向的断面面；河流横断断面能表表明河床床的横向向变化；；纵断面：沿河流流中泓线线的断面面；河流纵断断面能反反映河床床的沿线线高程；；中泓线：河流中中沿水流流方向各各横断面面最大水水深点的的连线，，也称深深弘线。。注：由于于受到水水流与河河床的相相互作用用，河流流纵断面面的形状状随时间间总是在在不断变变化河流的基基本特征征河流的基基本特征征河流长度度：指河源到到河口的的距离近似的河河流长度度计算方方法：：在地形形图上画画出河道道深泓线线，用两两脚圆规规逐渐测测量河流比降降：中泓线上上单位长长度内的的水面或或河底落落差比降计算算公式河流比降降一般自河河源向河河口逐渐渐减小，，沿程各各河段的的比降都都不相同同平均比降降计算公公式图2-1-3河底比降降与水面比降降相比比较较稳定，，水面比比降水不不同的水水位而变变化流域：某某一河流流两侧汇汇集水流流的区域域称为该该河流的的流域分水线：：流域四四周地面面最高点点的连线线称为分分水线流域面积积：指流流域分水水线所包包围的平平面面积积（km2）二、流域域流域是河河水的补补给源地地，流域域的特征征直接影影响河川川径流的的形成和和变化过过程。流域的特特征流域的特征几何特征自然地理特征流域面积的大小流域形状流域的地理位置流域的地形顺直微弯性河段分汊性河段弯曲性河段游荡性河段宽滩性河段稳定性河段次稳定性河段不稳定河段河段分类按地区划分按形态划分按稳定程度划分山区河流山前区河流平原河流河口段山区河流流平原河流流河流与河河段分类类1山区河流流山区河流流流经地地势高峻峻，地形形复杂的的山区。。河谷是在在漫长的的历史过过程中，，由于水水流不断断的纵向向切割和和横向拓拓宽而逐逐步形成成，河谷谷断面为为发育不不完全的的”V”字形或““U”字形，断断面狭窄窄。山区河流流沿程多多为峡谷谷段与开开阔段相相间，平平面形态态极为复复杂，两两岸与河河心常有有巨石突突出，急急弯、卡卡口比比比皆是；；纵断面面陡险，，急滩、、深潭上上下交错错，常呈呈台阶状状。山区河流流的特点点：流域域内坡面面陡峭，，岩石裸裸露，洪洪水暴涨涨暴落，，水位和和流量变变幅极大大，但洪洪水持续续时间不不长；河河流比降降和流速速都很大大，水流流流态紊紊乱；河河床多为为基岩、、乱石或或卵石组组成，河河床较稳稳定。U字谷V字谷河流与河河段分类类2平原河流流平原河流流流经地地势平坦坦的平原原地区，，河流形形成过程程主要表表现为泥泥沙的堆积作用用，形成厚厚达数十十米至数数百米的的的冲击击层。平原河流流的河谷多为为发育完完全的形形态。其特点点是具有有宽阔的的河滩，，洪水时时河滩被被淹没，，中水或或枯水时时则露出出水面以以上。平原河流流的河槽土质质松软，往往一一侧被流流水冲刷刷侵蚀，，另一侧侧淤积成成边滩。。河槽中中，由于于水流与与河床的的相互作作用，常常形成一一系列的的泥沙冲冲积体。。平原河流流的流域面积积一般比比较大，汇流时时间长，，河床开开阔，调调蓄作用用大。平原河流流按平面面形状及及演变过过程，分分为顺直微弯弯型、弯曲型、分汊型、散乱型四种类型型河段。。河流与河河段分类类1）顺直微微弯型（（边滩平平移型））河段河槽顺顺直，，边滩滩呈犬犬牙交交错分分布，，并在在洪水水期向向下游游平移移。河流与与河段段分类类2）弯曲曲型（（蜿蜒蜒型））河段段中水河河槽具具有弯弯曲形形状，，深槽槽紧靠靠凹岸岸，边边滩依依附凸凸岸，，凹岸岸冲蚀蚀，凸凸岸淤淤积，，河槽槽向下下游蜿蜿蜒蛇蛇行。。河流与与河段段分类类3）分分汊型型（交交替消消长型型）河河段中水河河槽分分汊，，两股股汊道道周期期性的的交替替消长长。河流与与河段段分类类4散乱型型（游游荡型型）河河段河槽宽宽浅，，沙滩滩密布布，河河床急急剧变变化，，主流流摆动动频繁繁。河流与与河段段分类类河川径径流径流的的形成成过程程影响径径流的的主要要因素素我国河河流的的水量量补给给§2.2径流的的形成成流域内内，自自降水水开始始到水水量流流过出出口断断面为为止的的整个个过程程称为径径流形形成过过程径流形形成过过程径流形形成过过程降雨过过程：：降雨量量对径径流量量的大大小起起决定定性作作用。。降雨量量用降降雨强强度表表示单位时时间内内的降降雨量量称为为降雨雨强度度流域蓄蓄渗：：降雨开开始时时，并并不立立即形形成径径流。。雨水水一部部分被被植物物截留留，一一部分分渗入入土壤壤中，，一部部分被被蓄留留在坡坡面的的坑洼洼里。。这一一阶段段称为为流域蓄蓄渗过过程坡面漫漫流：：蓄渗阶阶段完完成后后，剩剩余雨雨水沿沿着坡坡面形形成坡面漫漫流。。它从局局部开开始，，逐渐渐扩展展到全全流域域。坡面漫漫流的的雨水水最后后汇入入河沟沟河槽集集流：：汇入到到河沟沟的水水，顺顺着河河道由由小沟沟到支支流，，由支支流到到干流流，最最后到到达流流域出出口断断面。。这个阶阶段称称为河河槽集集流地面径径流的的形成成过程程：就其水体的的运动动性质质来看，，可分分为产产流过过程和和汇流流过程程；就其发生的的区域域来看，，则可可分为为流域域面上上进行行的过过程和和河槽槽内进进行的的过程程地面径径流形形成过过程径流形形成过过程产流过过程（（蓄渗渗过程程）汇流过过程坡面漫漫流河槽集集流流域面面上的的过程程河槽内内的过过程径流形形成的的四个个过程程，由由于流流域内内降雨量量和损失强强度不同，，因此此在时时间上上并无无截然然的分分界，，而是是交替进进行注意洪水过过程流量过过程线线、水水位过过程线线历时洪峰流流量、、洪峰峰水位位年最大大流量量影响径径流的的主要要因素素主要因素气候因因素下垫面面因素素降雨强强度、、降雨雨历时时、降降雨面面积：：降雨强强度大大，历历时长长，面面积大大，则则降雨雨量大大，径径流量量也大大蒸发：：在一定定降雨雨条件件下，，蒸发发越大大，径径流越越小几何因因素：：汇水面面积的的大小小与形形状自然地地理位位置因因素：：地理位位置及及地形形人类活活动因因素：地质自自然条条件：：土壤壤、地地质因因素，，植被被人类在在汇水水区内内进行行的开开垦、、种植植、田田地开开发、、灌溉溉、截截流等等活动动均会会对径径流量量造成成极大大的影影响我国河河流的的水量量补给给水量补补给来来源雨源类类雨雪源源类外河流流：流入海海洋的的河流流内河流流：流入内内陆湖湖泊或或消失失于沙沙漠之之中的的河流流冰雪源源类我国河河流除西北北地区区的内内河流流靠高山山积雪为为水源源以外，，其他地地区的的河流流主要靠靠雨水补补给§2.3水文测测验在若干干固定定的测测流断断面上上，定定时进进行水水位、、流速速、流流量、、泥沙等等各项项水文文要素素的观观测和和资料料整编编称为水水文测测验水文测测验水位观观测流速测测量流量计计算水位计计算流速仪仪测速速浮标测测速水位观观测水位是是河流流最基基本的的水文文要素素，河河流的的水位位变化化反映映河道道中水水量的的增减减水文站站的观观测水水位是指某某一时时刻该该水文站站测流流断面面的水面面相对对于某一基基准面面的高高程水位通通常是是由设设立在在测流流断面面上的的水尺尺读数数加水水尺零零点高高程来来确定定，见见图2-3-1水文站站固定定观测测的河河流横横断面面水位观观测应应连续续进行行，应应测得得完整整的水水位变变化过过程，，从而而计算算日平平均水水位和和研究究各次次洪水水的变变化规规律一般以以黄海海平均均海平平面作作为我我国陆陆地高高程的的计算算面，，即基准面面需在测测流断断面设设立比比降水水尺，，观测测两个个断面面之间间的水水面落落差，，用以以计算算两个个断面面之间间的水面比比降流速测测量流速分分布特特征河岸向向河心心逐渐渐增大大，河河底向向水面面逐渐渐增大大；最大流流速在在最大大水深深的水水面附附近。。流速测测量基本原原理：：测速时时将流流速仪仪放到到测点点处，，水流流冲击击旋杯杯（或或旋浆浆）使使其转转动，，根据据每秒秒转数数与流流速的的关系系推算算该点点的流流速流速仪仪测速速流速测测量流速仪仪测速速测速垂垂线：采用用流速速仪测测速时时，在在测流流断面面上布布置适适当数数量的的施测测垂线线，称称为测测速垂垂线。。确定测点：一点、两点点、三点法、、五点法起点距、测深深垂线、测速速垂线、测点点●●●流速测量流速仪测速流速测量基本原理：水面浮标测速速是在测流河河段上沿河宽宽均匀投放浮浮标，测出浮浮标通过上下下游两个断面面间的时间和和上下游两断断面间的距离离，就可以计计算浮标的漂漂行速度，作作为水面流速。浮标测速浮标测速不如如流速仪测速速准确，常在在没有条件进进行流速仪测测速时采用。。注：流量计算思路：通过流速垂线线将河流过水水断面划分成成n个部分面积，，利用实测流流速计算各个个部分面积的的断面平均流流速和流量，，再把各个部部分面积的流流量的总和作作为全截面的的流量流量计算步骤骤（用流速仪测测速）：定义：河流的流量是过水断面面面积与断面平平均流速的乘乘积。第一步：以测测速垂线将测测流断面划分分成若干部分分，计算各部部分面积Ai第二步：根据据各测点的实实测流速，计计算各测速垂垂线的平均流流速Vmi流速计算公式五点法三点法两点法一点法h≥10m10>h≥3m3>h≥1.5mh<1.5m流量计算流量计算步骤骤（用流速仪测测速）：第一步：以测测速垂线将测测流断面划分分成若干部分分，计算各部部分面积Ai第二步：根据据各测点的实实测流速，计计算各测速垂垂线的平均流流速Vmi第三步：计算算各个部分面面积的平均流流速Vi岸边或死水边边的部分平均均流速中间部分平均流速死水边取0.6；斜坡岸边取0.7；陡岸边（平整）取0.8；陡岸边（不平整）取0.9；流量计算流量计算步骤骤（用流速仪测测速）：死水边取0.6；斜坡岸边取0.7；陡岸边（平整整）取0.8；陡岸边（不平平整）取0.9；第四步：计算算各个部分面面积的流量Qi（称为部分流量量）第五步：计算算全断面流量量Q第一步：以测测速垂线将测测流断面划分分成若干部分分，计算各部部分面积Ai第二步：根据据各测点的实实测流速，计计算各测速垂垂线的平均流流速Vmi第三步：计算算各个部分面面积的平均流流速Vi全断面流速流量计算流量计算步骤骤（用流速仪测测速）：流速仪测流速速测流断面及断断面流速分布布流量计算流量计算步骤骤（用水面浮标标测流）：第一步：以测深垂线将将测流断面划划分成若干部部分，计算各各部分面积Ai；第二步：根据各浮标标的漂行速度度和起点距，，在测流断面面图上绘出水水面流速分布布曲线，并从从该曲线上读读出各测深垂垂线处的水面面流速；第三步：把各个测深垂垂线的水面流流速直接作为为垂线平均流流速，按上述述流速仪测流流时流量计算算的同样方法法，计算部分分平均流速、、部分流量和和全断面流量量。这样计算算的全断面流流量称为全断面虚流量量，全断面实际流流量等于虚流流量乘以浮标系数。实际流量计算算公式水深较大的大大河取0.85～0.90水深较大的大大河取0.75～0.85相应水位计算算算术平均法：：计算方法：一般取测流开开始和终止时时，两次观测测水位的算术平均值作为相应水位位。加权平均法：：适用情况：测流过程中，，由水位变化化引起的过水水断面面积的的变化不超过5～10％平均水深≥1m不超过10～20％平均水深≤1m相应水位计算公式适用情况：水位变化情况况不满足上述述条件水文资料的来源水文站观测资资料洪水调查资料料文献考证资料料§2.4水文资料的整整理与搜集水位站观测资资料能较为真实反反映客观实际际，是水文分分析的主要依依据；搜集桥位附近水文文站历年实测测最大流量及及其相应的水水位、流速、、糙率、水面面比降等实测测资料；了解水文站的建站站历史、测设设方法及设备备，测流断面面和河段情况况以及水文站站掌握的水文文调查资料。。复核：洪水水位位：基准面和和基准水尺的的变动、水位位观测中的漏漏测、异常水水位。洪峰流量:断面的变化、、流速观测、、水位流量曲曲线外延洪水调查资料料洪水调查资料料是搜集水文文资料的一种种有效方法，，能补充水文文站观测和文文献考证资料料的不足，提提高水文分析析和计算的精精度；洪水调查工作作的主要内容容：在桥位上下游游调查历史上上各次较大洪洪水的水位，，确定洪水比比降和河床糙糙率，推算相相应的历史洪洪水位，作为为水文分析和和计算的依据据；调查桥位附近近河道的冲淤淤变形及河床床演变，作为为确定历史洪洪水计算断面面和桥墩台天天然冲刷深度度的依据。洪水调查资料料项

目等

级可靠较可靠供参考指认人印象和旁证亲眼所见，印象深刻，所述情况逼真，旁证确凿亲眼所见，印象比较深刻，所述情况比较逼真，旁证材料较少听传说，或印象不深，所述情况不够清楚具体，缺乏旁证标志物和洪痕标志物固定，洪痕位置具体或有明显的洪痕标志物变化不大，洪痕位置较具体标志物已有较大的变化，洪痕位置模糊估计误差范围（m）小于0.20.2~0.50.5~1.0洪水调查资料料根据洪水调查查进行相关的的计算1形态断面的选选择形态断面：计算流量所依依据的河流横横断面形态断面选定定