水文计算算例.docx

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水文计算算例

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水文计算算例

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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

***大桥水文计算

（1）.设计流量计算

洪峰流量汇水面积相关法公式

…………………………………

（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）.

综合参数法：

………………………………………

（2）

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，

L.——主沟长度

H3N——设计重现期为N的3小时面雨量（毫米）.

C、α、β、γ、η——分区综合经验参数指数.

式中参数的确定：

原交通部公路科学研究所推理公式法：

…………………………………（3）

式中：

Qp——某频率洪峰流量（米3/秒）.

SP——某一频率雨力即最大1小时暴雨强度（毫米/小时）.

τ——流域汇流时间（小时）.

μ——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.

全国水文分区经验公式：

公式的基本形式：

。

…………………………（4）

根据分区表查90区的对应值：

值按取0.72，值取13.8，

采用全国水文分区经验公式

，………………………………（５）

根据分区表查90区的对应值。

查得，则，/=3.5，查得K1%=8.16，

流量计算结果

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

2河流资料

2.1基本资料

2.2断面桩号及标高数据列表

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/s）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ω1=0（㎡）

河槽过水面积ω2=87.092（㎡）

右滩过水面积ω3=0（㎡）

全断面过水面积ωs=ω1+ω2+ω3=87.092（㎡）

左滩水面宽度B1=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=ω/B

式中：

ω为过水面积（㎡）

B为水面宽度（m）

河槽水力半径R2=ω2/B2=87.092/71=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）

EQV=mR\s\up4（2/3）I\s\up4（1/2）（5.3.1-3）

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EQV2=m2R2\s\up4（2/3）I\s\up4（1/2）=EQ40×1.227\s\up4（2/3）×（18.9/1000）\s\up4（1/2）=6.301（m/s）

3.5计算流量

计算公式

Q=ω×V

式中：

ω为过水面积（㎡）

V为流速（m/s）

河槽流量Q2=ω2×V2=87.092×6.301=548.799（m³/s）

全断面流量Qs=Q1+Q2+Q3=0+548.799+0=548.799（m³/s）

3.6计算全断面流速

Vs=Qs/ωs=548.799/87.092=6.301（m/s）

4计算结果列表

4.1全断面数据

4.2河槽数据

5河流断面图

3）.桥长计算

河槽宽度计算公式

式中：

设计流量=548.8（m³/s）

设计洪水河槽流量=548.8（m³/s）

河槽宽度=28.1m

系数和指数，该河段属于稳定河段，

可求得

L=23.6m。

本桥跨径设置主要受地形影响，采用跨径35×20m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：

—计算断面的天然河槽流量

—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

—设计流量；根据计算，=548.8（m³/s）

—天然河槽流量：

根据计算，=548.8（m³/s）

—天然状态下河滩部分流量，=0

所以，=548.8（m³/s）

—计算断面天然河槽宽度，B=28.1m

—桥下断面天然河槽宽度，B=28.1m

—计算断面桥下河槽最大水深，hmax=5.3

—单宽流量集中系数：

—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；

—桥梁压缩系数：

μ=0.88

所以

=6.24m

即=6.24m，扣除原来水深5.3m，实际冲刷深度为。

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：

—桥墩局部冲刷深度，从一般冲刷后床面算起；

—墩型系数；查表6-3-1得：

=1

—河床粒径影响系数；

—桥墩计算宽度；查表6-3-1得：

=1.4

—墩前行近水流深度，以一般冲刷后水深代入；

—冲刷层内泥沙平均粒径，

—墩前行近流速；

由于一般冲刷采用64-2简化公式进行计算，因此，墩前行进流速采用下式计算：

=4.12

—床沙启动速度；

—墩前泥沙启动速度；

—指数

当时，=1

当时，

所以：

用65-1修正式计算河槽中桥墩的局部冲刷：

清水冲刷：

动床冲刷：

式中：

、、、、、意义同65-2。

河床泥沙启动速度：

墩前起冲流速

河床粒径影响系数：

指数：

因为，所以属动床冲刷：

应采用公式：

进行计算：

由上述两种方法确定最大的桥墩局部冲刷深度，在计算最低冲刷线标高时采用此值。

K80+120***大桥水文计算

（1）.设计流量计算

洪峰流量汇水面积相关法公式

…………………………………

（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）.

综合参数法：

………………………………………

（2）

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，

L.——主沟长度

H3N——设计重现期为N的3小时面雨量（毫米）.

C、α、β、γ、η——分区综合经验参数指数.

式中参数的确定：

原交通部公路科学研究所推理公式法：

…………………………………（3）

式中：

Qp——某频率洪峰流量（米3/秒）.

SP——某一频率雨力即最大1小时暴雨强度（毫米/小时）.

τ——流域汇流时间（小时）.

μ——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.

全国水文分区经验公式：

公式的基本形式：

。

…………………………（4）

根据分区表查90区的对应值：

值按取0.72，值取13.8，

采用全国水文分区经验公式

，………………………………（５）

根据分区表查90区的对应值。

查得，则，/=3.5，查得K1%=8.16，

流量计算结果

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

2河流资料

2.1基本资料

2.2断面桩号及标高数据列表

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（m3/s）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ω1=0（㎡）

河槽过水面积ω2=64.87（㎡）

右滩过水面积ω3=0（㎡）

全断面过水面积ωs=ω1+ω2+ω3=64.87（㎡）

左滩水面宽度B1=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=ω/B

式中：

ω为过水面积（㎡）

B为水面宽度（m）

河槽水力半径R2=ω2/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）

EQV=mR\s\up4（2/3）I\s\up4（1/2）（5.3.1-3）

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EQV2=m2R2\s\up4（2/3）I\s\up4（1/2）=EQ33×0.877\s\up4（2/3）×（20/1000）\s\up4（1/2）=4.275（m/s）

3.5计算流量

计算公式

Q=ω×V

式中：

ω为过水面积（㎡）

V为流速（m/s）

左滩流量Q1=ω1×V1=0×0=0（m3/s）

河槽流量Q2=ω2×V2=64.87×4.275=277.299（m3/s）

右滩流量Q3=ω3×V3=0×0=0（m3/s）

全断面流量Qs=Q1+Q2+Q3=0+277.299+0=277.299（m3/s）

3.6计算全断面流速

Vs=Qs/ωs=277.299/64.87=4.275（m/s）

4计算结果列表

4.1全断面数据

4.2河槽数据

5河流断面图

3）.桥长计算

河槽宽度计算公式

式中：

设计流量=277.3（m³/s）

设计洪水河槽流量=277.3（m³/s）

河槽宽度=24.2m

系数和指数，该河段属于稳定河段，

可求得

L=20.3m。

本桥跨径设置主要受地形影响，采用跨径18×20m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：

—计算断面的天然河槽流量

—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

—设计流量；根据计算，=277.3（m³/s）

—天然河槽流量：

根据计算，=277.3（m³/s）

—天然状态下河滩部分流量，=0

所以，=277.3（m³/s）

—计算断面天然河槽宽度，B=24.2m

—桥下断面天然河槽宽度，B=24.2m

—计算断面桥下河槽最大水深，hmax=3.3

—单宽流量集中系数：

—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；

—桥梁压缩系数：

μ=0.93

所以

=4.03m

即=4.03m，扣除原来水深3.3m，实际冲刷深度为。

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：

—桥墩局部冲刷深度，从一般冲刷后床面算起；

—墩型系数；查表6-3-1得：

=1

—河床粒径影响系数；

—桥墩计算宽度；查表6-3-1得：

=1.4

—墩前行近水流深度，以一般冲刷后水深代入；

—冲刷层内泥沙平均粒径，

—墩前行近流速；

由于一般冲刷采用64-2简化公式进行计算，因此，墩前行进流速采用下式计算：

=4.03

—床沙启动速度；

—墩前泥沙启动速度；

—指数

当时，=1

当时，

所以：

用65-1修正式计算河槽中桥墩的局部冲刷：

清水冲刷：

动床冲刷：

式中：

、、、、、意义同65-2。

河床泥沙启动速度：

墩前起冲流速

河床粒径影响系数：

指数：

因为，所以属动床冲刷：

应采用公式：

进行计算：

由上述两种方法确定最大的桥墩局部冲刷深度，在计算最低冲刷线标高时采用此值。

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。