水文计算算例.docx
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水文计算算例
（一）
全线典型大中桥水文计算分析
水文计算的基本步骤：
-对有水文资料的河流收集水文资料
-确定桥位在地形图上的位置
-确定主流-勾绘汇水面积（五万分之一地形图）
-计算流量
-各水文参数计算
1.***大桥水文计算
（1）.设计流量计算
1洪峰流量汇水面积相关法公式
QnKnF"1）（
式中：
Qn——某频率洪峰流量（米3/秒）.
n、Kn为重现期为N的经验参数
F――流域面积（平方公里）.
用水文手册》
由《延安地区实用水文手册》和《榆林地区实附表）78）中查得：
n0.61;K1%60.1
2综合参数法：
QmNCN匸H3N
其中：
QmN――某频率的洪峰流量（米3/秒）.
N――设计重现期（年）
流域形状系数，~L2
L.――主沟长度
H3N设计重现期为N的3小时面雨量（毫米）.
C、a、B、Y、n――分区综合经验参数指数.式中参数的确定：
由《延安地区实用水文手册》和《榆林地区实用水文手册》附表（79）中查得：
C4.35、0.15、0.58、0.11、0.49；
3原交通部公路科学研究所推理公式法：
s
Qp0.278-PF3）（
式中：
Qp——某频率洪峰流量（米3/秒）.
-p某一频率雨力即最大1小时暴雨强度（毫米/小时）
T——流域汇流时间（小时）.
卩一一损失参数（毫米/小时）.
F――流域面积（平方公里）.
n——暴雨递减指数.
0.278:
单位换算系数.
由《延安地区实用水文手册》和《榆林地区实用水文手册》中查得：
S1%140mm
4全国水文分区经验公式：
公式的基本形式：
Q2%KFn。
4）
根据分区表查90区的对应值：
n值按取0.72,K值取13.8,
Q1%1.18Q2%
5
采用全国水文分区经验公式
Cv
1.55Cs/Cv=3.5，查得K1%=8.16,Q1%13.648Q0
流量计算结果
序
号
断面位置
河名及桥名
汇水面积F
（Km2）
河沟长L
（Km）
河沟纵坡j
公式①
（m3/s）
公式②
（m3/s）
公式③
（m3/s）
公式④
（m3/s）
采用值
（m3/s）
1
K51+600
.0
***大桥
18.2
8.5
0.0189
432.2
237.2
499.4
131.5
499.4
2
K51+860
.0
***大桥
20.12
8.8
0.0189
462.7
252.3
548.8
141.4
548.8
3
K52+060
.0
***大桥
20.12
8.8
0.0189
462.7
252.3
548.8
141.4
548.8
2.计算设计水位以及设计流速
计算采用桥位设计信息软件系统2.0版本，河床断面形态、河流比降根据现场测量数据输入软件，糙率结合现场实测情况，根据规范规定进行选取。
根据前文的流量计算，确定百年一遇的设计流量Q1%=548.8m3/s;河槽以黄土沙石为主，并根据从当地水利部门搜集的资料，确定糙率取1/n=45;根据现场实测以及相关资料，确定河床比降J=0.015，利用计算软件可以求得：
1桥梁基本信息
1桥梁类型
大
设计洪水频率（%）
1
桥梁中心桩号
凌汛要求
无
水流与桥轴线的夹角
0
跨河位置
河湾
2河流资料
2.1基本资料
河流名称
***
设计洪水流量（m3/s）
548.8
计算断面名称
51860
河床比降（%。
）
18.9
左分界桩号（m）
0
右分界桩号（m）
71
左滩粗糙度ml
13
河槽粗糙度m2
40
右滩粗糙度m3
13
2.2断面桩号及标高数据列表
桩号（m）
标高（m）
0
1016
12
1010
17
1008
18
1006
20
1000
21
998
23
996.44
27
996.44
33
998
40
1000
48
1002
64
1010
71
1016
3计算过程
3.1计算设计水位
根据几何方法计算得:
经过多次几何方法计算，确定设计洪水流量Qs=548.8（m3
⑸对应的设计洪水位为1001.704（m），即
H=1001.704（m）
3.2计算河床各部分的过水面积和水面宽度
根据几何方法计算得：
左滩过水面积3仁0（m2）
河槽过水面积32=87.092（m）
右滩过水面积33=0（m）
全断面过水面积3s=31+32+33=87.092（m）
左滩水面宽度B仁0（m）
河槽水面宽度B2=71（m）
右滩水面宽度B3=0（m）
3.3计算水力半径
计算公式
R=3/B
式中：
3为过水面积（m）
B为水面宽度（m）
河槽水力半径R2=32/B2=87.092/7仁1.227（m）
3.4计算流速
计算公式
按照《公路工程水文勘测设计规程》（JTGC30-2002）
V=mR2/3I1/2（531-3）
式中：
R为水力半径（m）
m为河床粗糙系数
I为河床比降
河槽流速V2=m2R22/311/2
=40X1.2272/3x（18.9/1000）1/2=6.301（m/s）
3.5计算流量
计算公式
Q=wXV
式中：
3为过水面积（川）
V为流速（m⑸
河槽流量Q2=32XV2=87.092X6.301
548.799（m3⑸
全断面流量Qs=Q1+Q2+Q3=0
548.799+0=548.799（m3⑸
3.6计算全断面流速
Vs=Qs/3S=548.799/87.092=6.301（m/s）
4计算结果列表
4.1全断面数据
断面平均流速（m/s）
6.301
断面设计流量（m3/s）
548.799
4.2河槽数据
河槽设计流速（m/s）
6.301
河槽设计流量（m3/s）
548.799
河槽平均水深（m）
1.227
河槽最大水深（m）
5.264
河槽水面宽度（m）
71
河槽过水面积（川）
87.092
5河流断面图
系数K和指数n3，该河段属于稳定河段，K0.84,n30.9
可求得
L=23.6m。
本桥跨径设置主要受地形影响，采用跨径35X20m组合箱梁,综合考虑角度、桥墩布置等因素，桥跨布置满足设计洪水频率的泄洪要求，水文不控制跨径布置。
4）.冲刷计算
⑴河槽一般冲刷由于公式64-1修整式对大颗粒土质计算值偏大，对稳定性河槽
计算值偏大，而本河流属于河槽稳定，河床土质主要为粒径较小的沙
砾，因此采用64-2简化公式计算河槽一般冲刷:
式中：
Q1—计算断面的天然河槽流量
Q2—桥下河槽部分通过的设计流量。
根据调查资料以及两岸河滩情况判断，桥下河槽不可能扩宽到全桥，所以Q2QcQs
QcQt"
Qs—设计流量；根据计算，Qs=548.8（m3/s）
Qc—天然河槽流量：
根据计算，Qc=548.8（m3⑸
Qt"—天然状态下河滩部分流量，Qt"=0
所以，Q2Qc—Qs=548.8（m3/s）
QcQt"
Bc—计算断面天然河槽宽度，B=28.1m
B2—桥下断面天然河槽宽度，B=28.1m
hmax—计算断面桥下河槽最大水深，hmax=5.3
_0.15
A—单宽流量集中系数：
AB1.05
H
—设计水位下，桥墩阻水总面积与桥下过水面积的比值；对于
天然宽线河槽，近似用一个墩宽中心距离之比;
14
——0.07
20
所以
=6.24m
桥墩的局部冲刷计算用65-2修正式计算河槽中桥墩的局部冲刷:
n
hb
Vo
KK2B10.60hp0.15VV。
’
式中:
hb—桥墩局部冲刷深度，从一般冲刷后床面算起;
K—墩型系数；查表6-3-1得：
K=1
K2—河床粒径影响系数；K2嗔230.375d°"0.37
d
Bi—桥墩计算宽度；查表6-3-1得：
Bi=1.4m
hp—墩前行近水流深度，以一般冲刷后水深hp代入；hp6.24m
d—冲刷层内泥沙平均粒径，d1mm
V—墩前行近流速;
速v采用下式计算:
=4.12m/s
n—指数
当vV0时，
0.230.19lgd
V0
V
所以:
②用65-1修正式计算河槽中桥墩的局部冲刷:
清水冲刷vV0:
hbKK1B1060VV0'
动床冲刷VV0:
式中:
河床泥沙启动速度
1.95m/s
河床粒径影响系数
指数n:
-o.19
o.25d
Vo
进行计算:
3.37m
最低冲刷线标高时采用此值。
2.K80+120***大桥水文计算
（1）.设计流量计算
1洪峰流量汇水面积相关法公式
QnKnF"1）（
式中：
Qn——某频率洪峰流量（米3/秒）.
n、Kn为重现期为N的经验参数
F――流域面积（平方公里）.
由《延安地区实用水文手册》和《榆林地区实用水文手册》附表）78）中查得：
n0.61;Q%60.1
2综合参数法：
QmNCN匸H3N2）（
其中：
QmN――某频率的洪峰流量（米3/秒）.
N—
—设计重现期（年）
.
流域形状系数，
f
L2
L.—
主沟长度
H3N
设计重现期为
N的3小时面雨量（毫米）
c、
a、B、Y、n
「分区综合经验参数指数.
式中参数的确定：
由《延安地区实用水文手册》和《榆林地区实用水文手册》附表）79）中查得：
C4.35、0.15、0.58、0.11、0.49；
3原交通部公路科学研究所推理公式法：
Qp0.278SPF3）（
Sp某一频率雨力即最大1小时暴雨强度（毫米/小时）T——流域汇流时间（小时）.
卩一一损失参数（毫米/小时）.
F――流域面积（平方公里）.
n——暴雨递减指数.
0.278:
单位换算系数.
由《延安地区实用水文手册》和《榆林地区实用水文手册》中查得：
S1%140mm
4全国水文分区经验公式:
公式的基本形式：
Q2%KFn。
4）
根据分区表查90区的对应值：
n值按取0.72,K值取13.8,
Q1%1.18Q2%
5
采用全国水文分区经验公式
Cv1.55Cs/Cv=3.5，查得K1%=8.16,Q1%13.648Q0
流量计算结果
中心
桩号
河名及桥名
汇水面积F
（Km2）
河沟长L
（Km）
河沟纵坡j
公式①
（m3/s）
公式②
（m3/s）
公式③
（m3/s）
公式④
（m3/s）
采用值
（m3/s）
K80+120
.0
***大桥
8.35
4.2
0.0156
254.5
277.3
254.1
75.1
277.3
2.计算设计水位以及设计流速
计算采用桥位设计信息软件系统2.0版本，河床断面形态、河流比降根据现场测量数据输入软件，糙率结合现场实测情况，根据规范规定进行选取。
根据前文的流量计算，确定百年一遇的设计流量Q1%=277.3m3/s;河槽以黄土沙石为主，并根据从当地水利部门搜集的资料，确定糙率取1/n=35;根据现场实测以及相关资料，确定河床比降J=0.0156，利用计算软件可以求得：
1桥梁基本信息
桥梁类型
大
通航标准
II
设计洪水频率（%）
1
桥梁中心桩号
凌汛要求
无
水流与桥轴线的夹角
0
跨河位置
K80+250
2河流资料
2.1基本资料
河流名称
蔡家沟
设计洪水流量（m3/s）
277.3
计算断面名称
80270
河床比降（%。
）
15.6
左分界桩号（m）
0
右分界桩号（m）
74
左滩粗糙度ml
13
河槽粗糙度m2
33
右滩粗糙度m3
13
2.2断面桩号及标高数据列表
桩号（m）
标高（m）
0
877
24
871
35
866
38
865
44
869
61
878
74
883
3计算过程
3.1计算设计水位
根据几何方法计算得：
经过多次几何方法计算，确定设计洪水流量
Qs=277.3（m彳⑸对应的设计洪水位为870.125（m），即
H=870.125（m）
3.2计算河床各部分的过水面积和水面宽度
根据几何方法计算得：
左滩过水面积3仁0（m2）
河槽过水面积32=64.87（m）
右滩过水面积33=0（m）
全断面过水面积3s=31+32+33=64.87（m）
左滩水面宽度B仁0（m）
河槽水面宽度B2=74（m）
右滩水面宽度B3=0（m）
3.3计算水力半径
计算公式
R=3/B
式中：
3为过水面积（m）
B为水面宽度（m）
河槽水力半径R2=32/B2=64.87/74=0.877（m）
3.4计算流速
计算公式
按照《公路工程水文勘测设计规程》（JTGC30-2002）
式中：
R为水力半径（m）
m为河床粗糙系数
I为河床比降河槽流速V2=m2R22/311/2
=33X0.8772/3x（20/1000）1/2=4.275（m⑸
3.5计算流量
计算公式
Q=wXV
式中：
3为过水面积（川）
V为流速（m⑸
左滩流量Q1=siXV1=0X0=0（m3⑸
河槽流量Q2=s2XV2=64.87X4.275=277.299（m3⑸
右滩流量Q3=s3XV3=0X0=0（m3/s）
全断面流量Qs=Qi+Q2+Q3=0+277.299+0=
277.299（m3/s）
3.6计算全断面流速
Vs=Qs/ss=277.299/64.87=4.275（m/s）
4计算结果列表
4.1全断面数据
断面平均流速（m/s）
4.275
断面设计流量（m3/s）
277.299
4.2河槽数据
河槽设计流速（m/s）
4.275
河槽设计流量（m/s）
277.299
河槽平均水深（m）
0.877
河槽最大水深（m）
5.125
河槽水面宽度（m）
74
河槽过水面积（川）
64.87
5河流断面图
式中:
设计流量Qp=277.3（m3/s）
设计洪水河槽流量Qc=277.3（m3/s）
河槽宽度Bc=24.2m
系数K和指数n3，该河段属于稳定河段，K0.84,n30.9
可求得
L=20.3m。
本桥跨径设置主要受地形影响，采用跨径18x20m组合箱梁,综合考虑角度、桥墩布置等因素，桥跨布置满足设计洪水频率的泄洪要求，水文不控制跨径布置。
4）.冲刷计算
⑴河槽一般冲刷
由于公式64-1修整式对大颗粒土质计算值偏大，对稳定性河槽
计算值偏大，而本河流属于河槽稳定，河床土质主要为粒径较小的沙
砾，因此采用64-2简化公式计算河槽一般冲刷:
式中：
Q—计算断面的天然河槽流量
Q2—桥下河槽部分通过的设计流量。
根据调查资料以及两岸河滩情况判断，桥下河槽不可能扩宽到全桥，所以Q2F^Qs
QcQt
Qs—设计流量；根据计算，Qs=277.3（m3/s）
Qc—天然河槽流量：
根据计算，Qc=277.3（m3⑸
Qt"—天然状态下河滩部分流量，Qt"=0
所以，Q2QcQs=277.3（m3/s）
QcQt"
Bc—计算断面天然河槽宽度，B=24.2m
B2—桥下断面天然河槽宽度，B=24.2m
hmax—计算断面桥下河槽最大水深，hmax=3.3
_0.15
A—单宽流量集中系数：
A'B1.07
H
—设计水位下，桥墩阻水总面积与桥下过水面积的比值；对于
天然宽线河槽，近似用一个墩宽中心距离之比;
14
——0.07
20
所以
=4.03m
桥墩的局部冲刷计算
用65-2修正式计算河槽中桥墩的局部冲刷:
式中:
hb—桥墩局部冲刷深度，从一般冲刷后床面算起;
K—墩型系数；查表6-3-1得：
K=1
K2—河床粒径影响系数；K2。
豐30.375界40.33
d
Bi—桥墩计算宽度；查表6-3-1得：
Bi=1.4m
hp—墩前行近水流深度，以一般冲刷后水深hp代入；hp4.03m
d—冲刷层内泥沙平均粒径，d0.5mm
V—墩前行近流速;
速v采用下式计算:
=4.03m/s
n—指数
当VV。
时，n=1
所以:
0.230.19lgd
V0
V
②用65-1修正式计算河槽中桥墩的局部冲刷:
清水冲刷VV0:
hbKK1B1060VV0'
动床冲刷VV0:
式中:
hb、K、B1、v、Vo、Vo'意义同65-2。
河床泥沙启动速度Vo:
0.14
hpv00.0246p
d
0.45m/s
河床粒径影响系数K
指数n:
一0.19
0.25d
Vo
因为vVo，所以属动床冲刷：
应采用公式:
n
VVo'
VoVo'
进行计算:
3.36m
由上述两种方法确定最大的桥墩局部冲刷深度hb3.36m，在计算
最低冲刷线标高时采用此值
二、综合评价
本路线所设桥涵结构物宏观上可以满足所经地区排洪行水的需要。
微观上无论从桥长还是桥梁分布合理性来说，能满足过水的需要,不会对排洪产生阻碍。
从各个局部来讲，各种结构物的布设均考虑了能方便当地群众生产、生活的需要，不会因本公路的修建导致当地群众生产、生活的不便。
3）•桥长计算
河槽宽度计算公式
门3
Qp3
LjKpBc
jQcc
式中：
设计流量Qp=548.8（m3/s）
设计洪水河槽流量Qc=548.8（m3/s）
河槽宽度Bc=28.1m
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