水文计算算例.docx

1、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Qn KnF 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）7 8）中查得：n 0.61; K1% 60.12综合参数法：QmN CN 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， L

2、2L.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（7 9）中查得：C 4.35、 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：sQp 0.278 -P F 3）（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

3、% 140mm4全国水文分区经验公式：公式的基本形式：Q2% KF n。 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Cv1.55 Cs/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(Km 2)河沟长L(Km )河沟纵坡j公式(m 3/s)公式(m 3/s)公式(m 3/s)公式(m 3/s)采用值(m 3/s)1K51+600.0*大桥18.28.50.0189432.2237.2499.4131.5499.42K51+860.0*大桥20.128.8

4、0.0189462.7252.3548.8141.4548.83K52+060.0*大桥20.128.80.0189462.7252.3548.8141.4548.82.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%=548.8m 3/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

5、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(m 3/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ml13河槽粗糙度m240右滩粗糙度m3132.2断面桩号及标高数据列表桩号(m)标高(m)010161210101710081810062010002199823996.4427996.44339984010004810026410107110163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(m 3对应的设

6、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3 2=87.092( m)右滩过水面积3 3=0( m)全断面过水面积3 s= 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(JTG C30-2002)V =

7、m R 2/3 I1/2 (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 = m2 R2 2/3 11/2=40 X1.2272/3 x(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(m河槽流量 Q2 = 3 2 XV2 =87.092 X6.301548.799(m 3全断面流量Qs = Q1 + Q2 + Q3 =0548.799+0 = 548.799(m 33.6计算全断面流速Vs = Qs / 3S = 548.799 / 87.092 = 6.301(m/s)4计算

8、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(m 3/s)548.7994.2河槽数据河槽设计流速(m/s)6.301河槽设计流量(m 3/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)87.0925河流断面图系数K和指数n3，该河段属于稳定河段，K 0.84, n3 0.9可求得L=23.6m 。本桥跨径设置主要受地形影响，采用跨径 35 X20m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).冲刷计算河槽一般冲刷 由于公式64-1修整式对大颗

9、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 Q2 Qc QsQc QtQs 设计流量；根据计算，Qs =548.8 (m 3/s)Qc 天然河槽流量：根据计算，Qc =548.8 (m 3Qt天然状态下河滩部分流量，Qt =0所以，Q2 QcQs=548.8(m 3/s)Qc Qt Bc 计算断面天然河槽宽度， B=28.1mB2 桥下断面天然河槽宽度， B=28.1m

10、hmax 计算断面桥下河槽最大水深， hmax=5.3_ 0.15A 单宽流量集中系数： A B 1.05H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;1 40.0720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:nhbVoK K 2 B10.60hp0.15 V V。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 =1K 2河床粒径影响系数； K 2 嗔23 0.375d 0.37dBi桥墩计算宽度；查表6-3-1得：Bi=1.4 mhp 墩前行近水流深度，以一般冲刷后

11、水深 hp代入；hp 6.24md 冲刷层内泥沙平均粒径， d 1mmV 墩前行近流速;速v采用下式计算:=4.12 m/sn 指数当v V0时，0.23 0.19lgdV0V所以: 用65-1修正式计算河槽中桥墩的局部冲刷:清水冲刷v V0 :hb K K 1B1060 V V0动床冲刷V V0 :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.19o.25dVo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Qn KnF 1）（式中：Qn某频率洪峰流量（米3/秒）.n、Kn 为重现期为N的

12、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）7 8）中查得：n 0.61; Q% 60.12综合参数法：QmN CN 匸 H3N 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，fL2L.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）7 9）中查得：C 4.35、 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：Qp 0.278 SP F 3）（Sp 某一频率雨力即最大1小

13、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% 140mm4全国水文分区经验公式:公式的基本形式：Q2% KF n。 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 1.55 Cs/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(Km 2)河沟长L(Km)河沟纵坡j公式(m 3/s)公式(m

14、 3/s)公式(m 3/s)公式(m 3/s)采用值(m 3/s)K80+120.0*大桥8.354.20.0156254.5277.3254.175.1277.32.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%=277.3m 3/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I

15、I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+2502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ml13河槽粗糙度m233右滩粗糙度m3132.2断面桩号及标高数据列表桩号(m)标高(m)08772487135866388654486961878748833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彳对应的设计洪水位为870.125(m)，即H=870.125(m)3.2计算河床

16、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3 2=64.87( m)右滩过水面积3 3=0( m)全断面过水面积3 s= 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= 3 2/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(JTG C30-2002)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 = m2 R2 2/

17、3 11/2=33 X0.8772/3 x(20/1000) 1/2 = 4.275(m3.5计算流量计算公式Q = wXV式中：3为过水面积(川)V为流速(m左滩流量 Q1 = si XV1 =0 X0 = 0(m 3河槽流量 Q2 = s 2 XV2 =64.87 X4.275 = 277.299(m 3右滩流量 Q3 = s3 XV3 =0 X0 = 0(m 3/s)全断面流量 Qs = Qi + Q2 + Q3 =0 + 277.299+0 =277.299(m 3/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

18、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)277.2994.2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)64.875河流断面图式中: 设计流量 Qp=277.3 (m 3/s)设计洪水河槽流量Qc=277.3 (m 3/s)河槽宽度Bc=24.2m系数K和指数n3，该河段属于稳定河段，K 0.84, n3 0.9可求得L=20.3m 。本桥跨径设置主要受地形影响，采用跨径 18 x20m组合箱梁, 综合考虑角度、桥墩布置等因素，桥跨

19、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 Q2 FQsQc QtQs 设计流量；根据计算，Qs =277.3 (m 3/s)Qc 天然河槽流量：根据计算，Qc =277.3 (m 3Qt天然状态下河滩部分流量，Qt =0所以，Q2 Qc Qs=277.3 (m 3

20、/s)Qc QtBc 计算断面天然河槽宽度， B=24.2mB2 桥下断面天然河槽宽度， B=24.2mhmax 计算断面桥下河槽最大水深， hmax =3.3_ 0.15A 单宽流量集中系数： A B 1.07H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;1 40.0720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 =1K 2 河床粒径影响系数； K 2 。豐3 0.375界4 0.33dBi桥墩计算宽度；查表6-3-1得：

21、Bi=1.4 mhp 墩前行近水流深度，以一般冲刷后水深 hp代入；hp 4.03md 冲刷层内泥沙平均粒径， d 0.5mmV 墩前行近流速;速v采用下式计算:=4.03 m/sn 指数当 V V。时，n =1所以:0.23 0.19lgdV0V 用65-1修正式计算河槽中桥墩的局部冲刷:清水冲刷V V0 :hb K K 1B1060 V V0动床冲刷V V0 :式中:hb、K、B1、v、Vo、Vo意义同 65-2。河床泥沙启动速度Vo:0.14hp v0 0.0246 pd0.45m/ s河床粒径影响系数K指数n:一 0.190.25dVo因为v Vo，所以属动床冲刷：应采用公式:nV VoVo Vo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 hb 3.36m，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3Qp 3Lj K p Bcj Qc c式中：设计流量 Qp=548.8 (m 3/s)设计洪水河槽流量Qc=548.8 (m 3/s)河槽宽度Bc=28.1m