橋涵水文課件3設(shè)計(jì)洪水流量

1、橋涵水文學(xué)橋涵水文學(xué)設(shè)計(jì)洪水流量橋梁與結(jié)構(gòu)教研室: 李 林教學(xué)目的和任務(wù)1.了解描述流體運(yùn)動(dòng)的兩種方法；2.理解描述流體流動(dòng)的一些基本概念，如恒定流與非恒定流、流線與 跡線、流管、流束與總流、過水?dāng)嗝妗⒘髁考皵嗝嫫骄魉俚龋?.掌握連續(xù)性方程、伯努利方程、動(dòng)量方程，并能熟練應(yīng)用于求解工 程實(shí)際問題動(dòng)量方程的應(yīng)用。重點(diǎn)與難點(diǎn)重點(diǎn)：流體流動(dòng)中的基本概念，連續(xù)性方程、伯努利方程、動(dòng)量方程 及其應(yīng)用。難點(diǎn)：連續(xù)性方程、伯努利方程以及與動(dòng)量方程的聯(lián)立應(yīng)用。主要內(nèi)容：利用流量觀測(cè)資料推算設(shè)計(jì)流量應(yīng)用地區(qū)經(jīng)驗(yàn)公式推算設(shè)計(jì)流量利用推理公式、經(jīng)驗(yàn)公式推算設(shè)計(jì)流量第三章 設(shè)計(jì)洪水流量中等以上河流： 可根據(jù)水文站歷

2、年的年最大洪水流量觀測(cè)資料及調(diào)查到的以前的特大洪水資料，運(yùn)用水文統(tǒng)計(jì)法推算設(shè)計(jì)流量；較小流域的中小河流：根據(jù)搜集的降雨資料或地區(qū)性水文資料，應(yīng)用暴雨徑流推理公式、地區(qū)性公式等方法推算設(shè)計(jì)流量。橋位附近資料較少：若相鄰地區(qū)或河段有較多資料，可應(yīng)用相關(guān)分析插補(bǔ)、延長(zhǎng)水文資料系列。設(shè)計(jì)流量的推算方法利用流量觀測(cè)資料推算設(shè)計(jì)流量實(shí)測(cè)年份在20年以上可采用水文統(tǒng)計(jì)法的頻率分析方法確定設(shè)計(jì)洪峰流量和設(shè)計(jì)洪水位。實(shí)測(cè)流量資料只能組成一個(gè)有限的系列，為提高計(jì)算結(jié)果精度，還應(yīng)通過洪水調(diào)查和文獻(xiàn)考證，盡量搜集歷史洪水資料，以補(bǔ)充和延長(zhǎng)實(shí)測(cè)流量資料，使基本資料滿足計(jì)算要求。1）實(shí)測(cè)期：水文站的實(shí)際觀測(cè)年限 。n2）

3、調(diào)查期：洪水調(diào)查的最遠(yuǎn)年份至實(shí)際調(diào)查時(shí)的年限 。3）考證期：文獻(xiàn)考證的最遠(yuǎn)年份至實(shí)際調(diào)查時(shí)的年限 。公路工程水文勘測(cè)設(shè)計(jì)規(guī)范（JTG C30-2002）1.適線法1）將已知隨機(jī)變量系列按大小遞減次序排列，計(jì)算經(jīng)驗(yàn)頻率， 在幾率格紙上繪出，必要時(shí)目估出經(jīng)驗(yàn)頻率曲線。2）計(jì)算均值 和變差系數(shù) ，并假定偏差系數(shù) 在我國(guó) ，在繪有第（1）步的幾率格紙上繪制理 論頻率曲線。QsvCmC2 4m vC3）觀察兩種曲線的符合程度，反復(fù)調(diào)整統(tǒng)計(jì)參數(shù)，直到兩者符 合的最好為止，即可確定統(tǒng)計(jì)參數(shù)的采用值及采用的理論頻 率曲線。試錯(cuò)適線法注意：一般主要調(diào)整 ，也可少量調(diào)整 和 。工程中僅使用曲線的左半部分（最大的頻

4、率為 ）。因此，適線中只要左半部分吻合較好即可，右半部分可不必苛求。sCvCQ1100%4%25P 1.適線法例題：某二級(jí)公路上有一大橋，附近水文站有32年連續(xù)的年最大 流量資料，試推算該大橋的設(shè)計(jì)流量。1）把流量按大小遞減的順序排列；2）計(jì)算平均流量311158857183932niiQQmsn2110.441niivKCn4）計(jì)算經(jīng)驗(yàn)頻率P，列于表中；按Qi 與P的數(shù)值，在幾率格紙上 繪出流量經(jīng)驗(yàn)頻率點(diǎn)，如圖中圓點(diǎn)所示。3）計(jì)算Cv流量流量年份年份32313029282726252423222120191817順序號(hào)順序號(hào)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合計(jì)合計(jì)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順序號(hào)順序號(hào)1mPn1mPn5）假定 ，計(jì)算各規(guī)定頻率的流量值， 如表，根據(jù)表中QP與 P的數(shù)值，繪制理論頻率曲線，如圖中 細(xì)線：曲線頭部偏低，尾部略偏高，可增大 值。22 0.440.88svCCsC假定 ，計(jì)算結(jié)果列于下表中，其理論頻率曲線（未繪出）仍然頭部偏左，尾部偏高。1.10sC 31839,0.48,1.10vsQmsCCvC0.48,1.10vsCC適當(dāng)增大 值

7、。假定 ，計(jì)算結(jié)果列于下表：因而三個(gè)統(tǒng)計(jì)參數(shù)：-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、）統(tǒng)計(jì)參數(shù)順序0.44vC 1839Q PK1839Q 1.10sC PK0.44vC 0.48vC PK0.88sC pPQ1839Q pPQ1.10sC pPQ1.適線法1.適線法31%1(3.09 0.48 1) 18394561pvQCQms6）確定設(shè)計(jì)洪水頻率 公路等級(jí)為二級(jí)，橋梁為大橋，查公路橋涵設(shè)計(jì)洪水頻率得： 設(shè)計(jì)洪水頻率P=1%。1.10sC 3.09p7）確定離均系數(shù) 由設(shè)計(jì)洪水頻率P=1%，偏差系數(shù) ，查表得8）計(jì)算設(shè)計(jì)流量1.適線法三點(diǎn)適線法xPx1x2x3P1P2P3（P1，x1)，(P2，x2)，(P3，x3)將經(jīng)驗(yàn)累積頻率點(diǎn)據(jù)繪入圖中，先通過分布中心目估繪出一條配

9、合較好的曲線作為所求的理論累積頻率曲線，再在曲線上取三點(diǎn)，可得：（P1，x1)，(P2，x2)，(P3，x3)112233(1)(1)(1)VVVxxCxxCxxCi( ,)iiSf P C-相對(duì)應(yīng)三點(diǎn)頻率Pi的離均系數(shù)sC-待求偏差系數(shù)VC-待求離差系數(shù)x-待求平均數(shù)33111133(1)(1)VVxxCxx2()iSSSxxxCxxP偏度系數(shù)：311313xxx112233(1)(1)(1)VVVxxCxxCxxCVxC、pxSCP123()p 、S值可根據(jù)三點(diǎn)（x1、x2、x3）求解，根據(jù)S可查附錄6（S-CS-P)得到CS，再根據(jù)附錄5（ ）得到離均系數(shù) ，再

10、根據(jù)上式求 ，最后求 。三點(diǎn)累積頻率的習(xí)慣取值：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附錄6：三點(diǎn)適線法S-CS9876543210S035070104133174210248297360543031066101135170206244291352494027063098131166203240286346472024059094128163199236281338449020055090125159195232276332432016052087121156192228270325417012048084118152188224266319403008045080114149185220262313391004041076111146181217257307

13、38000003807310814217821325330237000010203040506070809P1-2-3 = 55095% 附錄6：三點(diǎn)適線法S-CS1.適線法2.資料中特大值的處理特大洪水：指比資料系列中一般洪水要大得多的，并且可以通過 洪水調(diào)查確定其量值大小及其重現(xiàn)期的稀遇洪水。1）歷史上的一般洪水是沒有文字記載，沒有留下洪水痕跡，只有 特大洪水才有文獻(xiàn)記載和洪水痕跡可供查證，所以調(diào)查到的歷 史洪水一般就是特大洪水。2）與流量系列中常規(guī)流量相比，特大洪水具有巨大的破壞性與不 連貫性。在統(tǒng)計(jì)計(jì)算中，不能同等對(duì)待，須進(jìn)行適當(dāng)?shù)奶幚砘?調(diào)整。目前我們所掌握的樣本系列不長(zhǎng)，系列愈短，

14、誤差愈大， 若用于推求千年或萬年一遇的稀遇洪水，代表性很不足。如果能調(diào)查到N年(Nn)中的特大洪水，就相當(dāng)于把n年資料展延到了N年，提高了系列的代表性，使計(jì)算結(jié)果更加合理、準(zhǔn)確，等于在頻率曲線的上端增加了一個(gè)控制點(diǎn)。2.資料中特大值的處理系列中特大值的出現(xiàn)，可能有三種情況：1）在實(shí)測(cè)系列之外；2）在實(shí)測(cè)系列之內(nèi)；3）有幾個(gè)在實(shí)測(cè)系列之內(nèi)，有幾個(gè)在實(shí)測(cè)系列之外。概念：1）實(shí)測(cè)期：水文站的觀測(cè)年限，用n表示。2）調(diào)查期和考證期：洪水調(diào)查和文獻(xiàn)考證的最遠(yuǎn)年份至實(shí)際調(diào)查 時(shí)的年限。（均包括實(shí)測(cè)期在內(nèi)）用N表示。共有a次特大洪水，其中l(wèi)次發(fā)生在實(shí)測(cè)期, a-l次是歷史特大洪水在實(shí)測(cè)系列之外在實(shí)測(cè)系列之內(nèi)

15、有幾個(gè)在實(shí)測(cè)系列之內(nèi)，有幾個(gè)在實(shí)測(cè)系列之外特大值出現(xiàn)情況2.資料中特大值的處理特大洪水加入系列后成為不連續(xù)系列，即由大到小排位序號(hào)不連續(xù)，其中一部分屬于漏缺項(xiàng)位，其經(jīng)驗(yàn)頻率和統(tǒng)計(jì)參數(shù)計(jì)算與連續(xù)系列不同。 這種有特大洪水時(shí)的頻率計(jì)算方法，稱為特大洪水處理。獨(dú)立樣本法：把包括歷史洪水的長(zhǎng)系列（N年）和實(shí)測(cè)的短系列（n年）看作是從總體中隨機(jī)抽取的兩個(gè)獨(dú)立樣本，各項(xiàng)洪峰值可在各自所在系列中排位。因?yàn)閮蓚€(gè)樣本來自同一總體，符合同一概率分布，故適線時(shí)仍可把經(jīng)驗(yàn)頻率繪在一起共同適線。1）不連續(xù)系列的經(jīng)驗(yàn)頻率計(jì)算2.資料中特大值的處理特大洪水的經(jīng)驗(yàn)頻率：(1,2,., )1MMPMaNM 特大洪水排位序號(hào)；N

16、 特大洪水首項(xiàng)的考證期，即為調(diào)查最遠(yuǎn)的年份迄今的年數(shù)；a 特大洪水的總個(gè)數(shù)；PM特大洪水第M項(xiàng)的經(jīng)驗(yàn)頻率。一般洪水的經(jīng)驗(yàn)頻率：(1,2,., )1mmPmllnn m 實(shí)測(cè)洪水排位序號(hào)；n 實(shí)測(cè)洪水項(xiàng)數(shù)；l 實(shí)測(cè)值中提出作為特大洪水處理的個(gè)數(shù)；Pm實(shí)測(cè)洪水第m項(xiàng)的經(jīng)驗(yàn)頻率。2.資料中特大值的處理2）統(tǒng)計(jì)參數(shù)的確定111anjiji lNaQQQNnl 22111111anjivji lQQNaCNnlQQ Qj 特大洪水流量中的任一流量值；Qi 實(shí)測(cè)洪水流量（一般洪水）的任一流量值；a N年內(nèi)特大洪水流量的個(gè)數(shù)，包括實(shí)測(cè)期n年內(nèi)的特大洪水流量l個(gè)；l 實(shí)測(cè)期n年內(nèi)特大洪水流量的個(gè)數(shù)；n 實(shí)測(cè)流

17、量的總年數(shù)，不計(jì)缺測(cè)年份；N 調(diào)查或考證的總年數(shù)，包括實(shí)測(cè)期n年。應(yīng)用地區(qū)經(jīng)驗(yàn)公式推算設(shè)計(jì)流量1）跨越中小河流的橋梁，若缺少水文站觀測(cè)資料，設(shè)計(jì)流量的推 算，可應(yīng)用根據(jù)地區(qū)水文資料制定的經(jīng)驗(yàn)公式，計(jì)算水文參數(shù) 和流量等水文要素。2）全國(guó)分為111個(gè)分區(qū)，分區(qū)圖如下：全國(guó)大中橋流量經(jīng)驗(yàn)公式分區(qū)1.全國(guó)水文分區(qū)流量計(jì)算參數(shù)表1）平均流量：2）頻率p=2%的流量：3）Q1%/ Q2%，根據(jù)此值，可由Q2%計(jì)算出Q1%。nQCF,2%nQKF2.全國(guó)水文分區(qū)CV計(jì)算表流域面積從100km2到50000km2或建議采用Cv等值線取值。3.全國(guó)水文分區(qū)Cv/ Cs經(jīng)驗(yàn)關(guān)系表應(yīng)用地區(qū)經(jīng)驗(yàn)公式推算設(shè)計(jì)流量2%

18、1%2%1%2%nQKFQQQQ1）由表4-2-1，2）查表4-2-1計(jì)算 查表4-2-2得到CV ： 皮爾遜型曲線 Qp% 查表4-2-3得到 CS ：nQCF使用范圍：流域面積小于50000km2的中等流域的橋位。使用方法：首先在地圖上勾繪出橋位以上的流域面積A，視流域大部分在那一區(qū)中，就可采用該分區(qū)公式。利用推理公式和經(jīng)驗(yàn)公式推算設(shè)計(jì)流量適用范圍：1）位于小流域河流及溝渠的橋梁和涵洞，以及公路排水系統(tǒng)的 設(shè)計(jì)流量，一般由暴雨資料來推求。2）一般應(yīng)用于流域面積100km2以下。小流域設(shè)計(jì)洪水計(jì)算的特點(diǎn)：1）最大洪水多數(shù)由暴雨形成，洪水暴漲暴落，歷時(shí)短，泛濫范 圍較小。2）絕大多數(shù)小流域沒有水文站，缺乏實(shí)測(cè)資料；洪水很少能留 下明顯的痕跡，難以調(diào)查到較為可靠的歷史洪水資料。3）小流域面積小，自然地理?xiàng)l件趨于單一，擬定計(jì)算方法時(shí)， 允許作適當(dāng)簡(jiǎn)化；4）小流域分布廣，數(shù)量多，因此擬定的計(jì)算方法，在基本保持 精度的前提下，應(yīng)力求簡(jiǎn)便。1.推理公式1）交通部公路科學(xué)研究所推理公式0.278ppnSQFpS設(shè)計(jì)頻率為P的24小時(shí)設(shè)計(jì)雨力（mm/h）；匯流時(shí)間（h）；損失參數(shù)（mm/h）；