水文計(jì)算算例

1、一全線典型大中橋水文計(jì)算分析水文計(jì)算的根本步驟：- 對有水文資料的河流收集水文資料- 確定橋位在地形圖上的位置- 確定主流-勾繪匯水面積五萬分之一地形圖- 計(jì)算流量- 各水文參數(shù)計(jì)算1. *大橋水文計(jì)算1.設(shè)計(jì)流量計(jì)算洪峰流量匯水面積相關(guān)法公式Qn =KNFn 1式中：Qn某頻率洪峰流量米3/秒.n、Kn 為重現(xiàn)期為N的經(jīng)驗(yàn)參數(shù)F流域面積平方公里.由?延安地區(qū)實(shí)用水文手冊?和?榆林地區(qū)實(shí)用水文手冊? 附表7-8中查得：n = 0.61; Ki% = 60.1綜合參數(shù)法：QmN=CN"F即'h3N 2其中：QmN 某頻率的洪峰流量米3/秒.N設(shè)計(jì)重現(xiàn)期年.1流域形狀系數(shù),一 F

2、2L2L. 主溝長度H3N設(shè)計(jì)重現(xiàn)期為N的3小時(shí)面雨量毫米.C、%、3、丫、刀一一分區(qū)綜合經(jīng)驗(yàn)參數(shù)指數(shù)式中參數(shù)確實(shí)定：由?延安地區(qū)實(shí)用水文 手冊?和?榆林地區(qū)實(shí) 用水文手冊? 附表一9中查得：C=4.35、二=0.15、： =0.58、 =0.11、=0.49；原交通部公路科學(xué)研究所推理公式法：Qp 三0.278,-/ 3式中：Qp某頻率洪峰流量米3/秒.Sp某一頻率雨力即最大1小時(shí)暴雨強(qiáng)度毫米/小時(shí)流域匯流時(shí)間小時(shí).損失參數(shù)毫米/小時(shí).F流域面積平方公里.n暴雨遞減指數(shù).0.278 :單位換算系數(shù).由?延安地區(qū)實(shí)用水文 手冊?和?榆林地區(qū)實(shí) 用水文手冊? 中查得：S1% = 140mm由表二

3、查得： &=0.65, 1=0.98 u = K1spi = 1.3 300.83 = 82.44mm/h 由表三查得：K2 = 0.334, =0.16 全國水文分區(qū)經(jīng)驗(yàn)公式：公式的根本形式：Q2% = KF n. (4)根據(jù)分區(qū)表查90區(qū)的對應(yīng)值：n值按取0.72, K值取13.8,Qi% = I.I8Q2% 采用全國水文分區(qū)經(jīng)驗(yàn)公式Qo=CFn, Qi% =Qo(1+CvKi%) (5)根據(jù)分區(qū)表查90區(qū)的對應(yīng)值.查得C =6.1 , n = 0.65那么Qo =6.1F0.65 ,Cv =1.55 Cs/Cv=3.5,查得 K1%=8.16 , Q1% =13.648Q0流量計(jì)

4、算結(jié)果序號(hào)斷面位置河名及橋名匯水面積F(Km 2)河溝長L(Km )河溝縱坡j公式(m3/s)公式(m 3/s)公式(m3/s)公式(m 3/s)采用值(m 3/s)1K51+600.0*大橋18.28.50.0189432.2237.2499.4131.5499.42K51+860.0*大橋20.128.80.0189462.7252.3548.8141.4548.83K52+060.0*大橋20.128.80.0189462.7252.3548.8141.4548.82.計(jì)算設(shè)計(jì)水位以及設(shè)計(jì)流速計(jì)算采用橋位設(shè)計(jì)信息軟件系統(tǒng) 2.0版本,河床斷面形態(tài)、河流 比降根據(jù)現(xiàn)場測量數(shù)據(jù)輸入軟件,糙率

5、結(jié)合現(xiàn)場實(shí)測情況,根據(jù)標(biāo)準(zhǔn) 規(guī)定進(jìn)行選取.根據(jù)前文的流量計(jì)算,確定百年一遇的設(shè)計(jì)流量 Q1%=548.8m 3 /s;河梢以黃土沙石為主,并根據(jù)從當(dāng)?shù)厮块T搜集的資料,確定 糙率取1/n=45 ;根據(jù)現(xiàn)場實(shí)測以及相關(guān)資料,確定河床比降J=0.015,利用計(jì)算軟件可以求得:1橋梁根本信息橋梁類型大設(shè)計(jì)洪水頻率()1橋梁中央樁號(hào)凌汛要求無水流與橋軸線的夾角0跨河位置河灣2河流資料2.1 根本資料河流名稱*設(shè)計(jì)洪水流量(m3/s)548.8計(jì)算斷面名稱51860河床比降(.)18.9左分界樁號(hào)(m)0右分界樁號(hào)(m)71左灘粗糙度ml13河梢粗糙度m240右灘粗糙度m3132.2斷面樁號(hào)及標(biāo)高數(shù)據(jù)

6、列表樁號(hào)(m)標(biāo)高(m)010161210101710081810062010002199823996.4427996.44339984010004810026410107110163計(jì)算過程3.1 計(jì)算設(shè)計(jì)水位根據(jù)幾何方法計(jì)算得：經(jīng)過屢次幾何方法計(jì)算,確定設(shè)計(jì)洪水流量Qs=548.8(m 3/s)對應(yīng)的設(shè)計(jì)洪水位為1001.704(m),即H=1001.704(m)3.2 計(jì)算河床各局部的過水面積和水面寬度根據(jù)幾何方法計(jì)算得：左灘過水面積3 1=0( m2)河梢過水面積3 2=87.092( m2)右灘過水面積3 3=0( m2)全斷面過水面積3 s= 31+32+3=87.092( m2)

7、左灘水面寬度B1=0(m)河梢水面寬度B2=71(m)右灘水面寬度B3=0(m)3.3 計(jì)算水力半徑計(jì)算公式R= gj/B式中：3為過水面積(ttf)B為水面寬度(m)河梢水力半徑 R2= w2/B2=87.092/71 = 1.227(m)3.4 計(jì)算流速計(jì)算公式根據(jù)?公路工程水文勘測設(shè)計(jì)規(guī)程?(JTG C30-2002)V = m R2/3 I1/2(5.3.1-3)式中：R為水力半徑(m)m為河床粗糙系數(shù) I為河床比降河 梢 流 速 V2 = m2 R2 2/3 I1/2 =40 X1.2272,3 X18.9/1000) 1/2 = 6.301(m/s) 3.5計(jì)算流量計(jì)算公式Q =

8、3M式中：3為過水面積(ttf)V為流速(m/s)河 梢流量 Q2 = 32 XV2 =87.092 X6.301 =548.799(m 3/s)全斷面流量 Qs = Q1 + Q2 + Q3 =0 + 548.799+0=548.799(m 3/s)3.6計(jì)算全斷面流速Vs = Qs / 3s = 548.799 / 87.092 = 6.301(m/s)4計(jì)算結(jié)果列表4.1全斷面數(shù)據(jù)斷面平均流速m/s6.301斷面設(shè)計(jì)流量m3/s548.7994.2河梢數(shù)據(jù)河梢設(shè)計(jì)流速m/s6.301河梢設(shè)計(jì)流量m3/s548.799河梢平均水深m1.227河梢最大水深m5.264河梢水面寬度m71河梢過

9、水面積m287.0925河流斷面圖3) .橋長計(jì)算河梢寬度計(jì)算公式Qp n3Lj = K p BQc式中:設(shè)計(jì)流量 Qp =548.8 (m 3/s)設(shè)計(jì)洪水河梢流量Qc=548.8 (m 3/s)河梢寬度Bc=28.1m系數(shù)K和指數(shù)n3 ,該河段屬于穩(wěn)定河段,K = 0.84,% = 0.9可求得L=23.6m.本橋跨徑設(shè)置主要受地形影響,采用跨徑35>20m組合箱梁,綜 合考慮角度、橋墩布置等因素,橋跨布置滿足設(shè)計(jì)洪水頻率的泄洪要 求,水文不限制跨徑布置.4) .沖刷計(jì)算河梢一般沖刷由于公式64-1修整式對大顆粒土質(zhì)計(jì)算值偏大,對穩(wěn)定性河梢 計(jì)算值偏大,而本河流屬于河梢穩(wěn)定,河床土質(zhì)

10、主要為粒徑較小的沙礫,因此采用64-2簡化公式計(jì)算河梢一般沖刷:hp090q2 = 1.04 AQLQ Qc 0.66Bc1 九跖2 Jhmax式中:Q1 一計(jì)算斷面的天然河梢流量Q2 一橋下河梢局部通過的設(shè)計(jì)流量.根據(jù)調(diào)查資料以及兩岸河灘情況判斷,橋下河梢不可能擴(kuò)寬到全橋,所以Q2=QsQc Qt"Qs 一設(shè)計(jì)流量；根據(jù)計(jì)算,Qs=548.8 (m 3/s)Qc 天然河梢流量：根據(jù)計(jì)算,Qc =548.8 (m 3/s)Qt天然狀態(tài)下河灘局部流量,Qt" =0所以,Q2 = Qc Qs=548.8(m 3/s) Qc Qt"Bc 一計(jì)算斷面天然河梢寬度,B=28

11、.1mB2 一橋下斷面天然河梢寬度,B=28.1mh3 一計(jì)算斷面橋下河梢最大水深,hmax=5.30.15A一單寬流量集中系數(shù)：A =1.05九一設(shè)計(jì)水位下,橋墩阻水總面積與橋下過水面積的比值；對于 天然寬線河梢,近似用一個(gè)墩寬中央距離之比;1.4 =0.0720卜一橋梁壓縮系數(shù)：底0.88所以0.66Bc?-K電/hmax0.90q2、hp =1.04 A p< QcJ=6.24m即hp =6.24m ,扣除原來水深5.3m ,實(shí)際沖刷深度為hp -hmax = 0.94m.橋墩的局部沖刷計(jì)算 用65-2修正式計(jì)算河梢中橋墩的局部沖刷：,n,/., 0.60 1 0.15 IV V.

12、'hb =KxkxBi hp-< V0 ；式中：hb一橋墩局部沖刷深度,從一般沖刷后床面算起；一墩型系數(shù)；查表6-3-1得：«=1Ke河床粒徑影響系數(shù)；K嚏=空等+0.375d0.24=0.37dB1一橋墩計(jì)算寬度；查表6-3-1得：B1=1.4mhp一墩前行近水流深度,以一般沖刷后水深hp代入；hp=6.24md -沖刷層內(nèi)泥沙平均粒徑,d =1mmv 一墩前行近流速;由于一般沖刷采用64-2簡化公式進(jìn)行計(jì)算,因此,墩前行進(jìn)流速v采用下式計(jì)算:0.1'Q2 ) Bc0.341.04 1Qc第1 一兒Bcgkaxhc2/3Vc = 5.24m/s=4.12 m/

13、sV0 一床沙啟動(dòng)速度；V0 =0.28(d+0.7).5 = 0.37m/sv0一墩前泥沙啟動(dòng)速度；V0' = 0.12(d + 0.7)0.55 = 0.15m/ sn一指數(shù)當(dāng)VWV0時(shí),n =10.23 0.19 lgd當(dāng)V“.時(shí),n=v0v所以：n.nhb = K H Kr2 MBi°.60hp0.15 = 2.80m一p < V0 J 用65-1修正式計(jì)算河梢中橋墩的局部沖刷:清水沖刷v：hb = K K 6060 V -V0'動(dòng)床沖刷V -V0 ：產(chǎn)-.n,_ 0.60 八, .,.J V -Vq'hb =K"qB1 (V.-Vo

14、:<Vo -Vo' J式中：hb、K 4 B1、v、 v.、v.'意義同 65-2.河床泥沙啟動(dòng)速度v.：0.14hp10 hpv.=0.0246 d-.332d 彳.72=1.95m/ sd 0"6墩刖起/中流速 V0=0.462.dV0 - 0.26m/sBi河床粒徑影響系數(shù)Kn：指數(shù)n :由于V'V0,所以屬動(dòng)床沖刷：應(yīng)采用公式:進(jìn)行計(jì)算:hb = K KiBi0.60 V0 -V0'=3.37m由上述兩種方法確定最大的橋墩局部沖刷深度hb = 3.37 m,在計(jì)算最低沖刷線標(biāo)高時(shí)采用此值2. K80+120*大橋水文計(jì)算(1) .設(shè)計(jì)流量

15、計(jì)算洪峰流量匯水面積相關(guān)法公式Qn =K/n式中：Qn某頻率洪峰流量米3/秒.n、Kn為重現(xiàn)期為N的經(jīng)驗(yàn)參數(shù)F流域面積平方公里.由?延安地區(qū)實(shí)用水文手冊?和?榆林地區(qū)實(shí)用水文手冊? 附表7-8中查得：n = 0.61; Ki% = 60.1綜合參數(shù)法：QmN=CN*M 'H3N 2其中：QmN 某頻率的洪峰流量米3/秒.N設(shè)計(jì)重現(xiàn)期年.1流域形狀系數(shù),一F2L2L.主溝長度H3N設(shè)計(jì)重現(xiàn)期為N的3小時(shí)面雨量毫米.C、%、3、丫、刀一一分區(qū)綜合經(jīng)驗(yàn)參數(shù)指數(shù)式中參數(shù)確實(shí)定：由?延安地區(qū)實(shí)用水文 手冊?和?榆林地區(qū)實(shí) 用水文手冊?附表7-9中查得：C=4.35、二=0.15、： =0.58、

16、 =0.11、=0.49；原交通部公路科學(xué)研究所推理公式法：Qp 三0.278隹-4 3【七 J式中：Qp某頻率洪峰流量米3/秒.Sp某一頻率雨力即最大1小時(shí)暴雨強(qiáng)度毫米/小時(shí).流域匯流時(shí)間(小時(shí)).損失參數(shù)(毫米/小時(shí)).F流域面積(平方公里).n暴雨遞減指數(shù).0.278 :單位換算系數(shù).由?延安地區(qū)實(shí)用水文 手冊?和?榆林地區(qū)實(shí) 用水文手冊? 中查得：S1% = 140mm由表二查得：Ki=0.65, 1=0.98 u = K1 SP 1 = 1.3 300.83 = 82.44mm/h 由表三查得：K2 = 0.334, 1 =0.16 全國水文分區(qū)經(jīng)驗(yàn)公式：公式的根本形式：Q2% =

17、KF n. (4)根據(jù)分區(qū)表查90區(qū)的對應(yīng)值：n值按取0.72, K值取13.8,Qi% =1.18Q2% 采用全國水文分區(qū)經(jīng)驗(yàn)公式Q.=CFn, Qi% =Q0(1 +CvKi%) ( 5 )根據(jù)分區(qū)表查90區(qū)的對應(yīng)值.查得C =6.1 , n = 0.65那么Q0 =6.1F0.65 ,Cv =1.55 Cs/Cv=3.5,查得 K1%=8.16 , Qi% =13.648Qo流量計(jì)算結(jié)果中央樁號(hào)河名及橋名匯水面積F(Km2)河溝長L(Km)河溝縱坡j公式(m 3/s)公式(m3/s)公式(m 3/s)公式(m3/s)采用值(m3/s)K80+120.0*大橋8.354.20.015625

18、4.5277.3254.175.1277.32.計(jì)算設(shè)計(jì)水位以及設(shè)計(jì)流速計(jì)算采用橋位設(shè)計(jì)信息軟件系統(tǒng) 2.0版本,河床斷面形態(tài)、河流 比降根據(jù)現(xiàn)場測量數(shù)據(jù)輸入軟件,糙率結(jié)合現(xiàn)場實(shí)測情況,根據(jù)標(biāo)準(zhǔn) 規(guī)定進(jìn)行選取.根據(jù)前文的流量計(jì)算,確定百年一遇的設(shè)計(jì)流量 Q1%=277.3m 3 /s;河梢以黃土沙石為主,并根據(jù)從當(dāng)?shù)厮块T搜集的資料,確定 糙率取1/n=35 ;根據(jù)現(xiàn)場實(shí)測以及相關(guān)資料,確定河床比降 J=0.0156 ,利用計(jì)算軟件可以求得：1橋梁根本信息橋梁類型大通航標(biāo)準(zhǔn)II設(shè)計(jì)洪水頻率1橋梁中央樁號(hào)凌汛要求無水流與橋軸線的夾角0跨河位置K80+2502河流資料2.1根本資料河流名稱蔡家溝

19、設(shè)計(jì)洪水流量m3/s277.3計(jì)算斷面名稱80270河床比降(.)15.6左分界樁號(hào)(m)0右分界樁號(hào)(m)74左灘粗糙度ml13河梢粗糙度m233右灘粗糙度m3132.2斷面樁號(hào)及標(biāo)高數(shù)據(jù)列表樁號(hào)(m)標(biāo)高(m)08772487135866388654486961878748833計(jì)算過程3.1 計(jì)算設(shè)計(jì)水位根據(jù)幾何方法計(jì)算得:經(jīng)過屢次幾何方法計(jì)算,確定設(shè)計(jì)洪水流量Qs=277.3(m 3/s)對應(yīng)的設(shè)計(jì)洪水位為870.125(m),即H=870.125(m)3.2 計(jì)算河床各局部的過水面積和水面寬度根據(jù)幾何方法計(jì)算得：左灘過水面積3 1=0( m2)河梢過水面積3 2=64.87( m2)

20、右灘過水面積3 3=0( m2)全斷面過水面積3 s= 31+32+3=64.87( m2)左灘水面寬度B1=0(m)河梢水面寬度B2=74(m)右灘水面寬度B3=0(m)3.3 計(jì)算水力半徑計(jì)算公式R= gj/B式中：3為過水面積(ttf)B為水面寬度(m)河梢水力半徑 R2= w2/B2=64.87/74=0.877(m)3.4 計(jì)算流速計(jì)算公式根據(jù)?公路工程水文勘測設(shè)計(jì)規(guī)程?(JTG C30-2002)V = m R2/3 I1/2(5.3.1-3)式中：R為水力半徑(m)m為河床粗糙系數(shù)I為河床比降河梢流速 V2 = m2 R2 2/3 I1/2=33 >0.8772/3 >

21、;<20/1000) 1/2 = 4.275(m/s)3.5 計(jì)算流量計(jì)算公式Q = 3M式中：3為過水面積(ttf)V為流速(m/s)左灘流量 Q1 = w1 W1 =0 X0 = 0(m 3/s)河梢流量 Q2 = 口2 皮2 =64.87 >4.275 = 277.299(m 3/s)右灘流量Q3 =川3皮3 =0 X0 = 0(m3/s)全斷面流量 Qs = Q1 + Q2 + Q3 =0 + 277.299+0 =277.299(m 3/s)3.6計(jì)算全斷面流速Vs = Qs / 3s = 277.299 / 64.87 = 4.275(m/s)4計(jì)算結(jié)果列表4.1全斷面

22、數(shù)據(jù)斷面平均流速m/s4.275斷面設(shè)計(jì)流量m3/s277.2994.2河梢數(shù)據(jù)河梢設(shè)計(jì)流速m/s4.275河梢設(shè)計(jì)流量m3/s277.299河梢平均水深m0.877河梢最大水深m5.125河梢水面寬度m74河梢過水面積ttf64.875河流斷面圖3.橋長計(jì)算河梢寬度計(jì)算公式Lj =K<Qc Jn3Bc式中:設(shè)計(jì)流量 Qp =277.3 (m 3/s)設(shè)計(jì)洪水河梢流量Qc=277.3 m 3/s河梢寬度Bc=24.2m系數(shù)K和指數(shù)n3 ,該河段屬于穩(wěn)定河段,K -0.84,n3 =0.9可求得L=20.3m.本橋跨徑設(shè)置主要受地形影響,采用跨徑18>20m組合箱梁,綜 合考慮角度、

23、橋墩布置等因素,橋跨布置滿足設(shè)計(jì)洪水頻率的泄洪要 求,水文不限制跨徑布置.4).沖刷計(jì)算河梢一般沖刷由于公式64-1修整式對大顆粒土質(zhì)計(jì)算值偏大,對穩(wěn)定性河梢 計(jì)算值偏大,而本河流屬于河梢穩(wěn)定,河床土質(zhì)主要為粒徑較小的沙 礫,因此采用64-2簡化公式計(jì)算河梢一般沖刷:0.66Bc<(1- >-)限,hmax0.90h =1.04 A% p I Qc J式中:Q1 一計(jì)算斷面的天然河梢流量Q2 一橋下河梢局部通過的設(shè)計(jì)流量.根據(jù)調(diào)查資料以及兩岸河灘情況判斷,橋下河梢不可能擴(kuò)寬到全橋,所以Q2=-QQsQc Qt"Qs 一設(shè)計(jì)流量；根據(jù)計(jì)算,Qs=277.3 (m 3/s)Q

24、c 天然河梢流量：根據(jù)計(jì)算,Qc =277.3 (m 3/s)Qt天然狀態(tài)下河灘局部流量,Qt" =0所以,Q2 = QcQs=277.3 (m 3/s)Qc Qt"Bc 一計(jì)算斷面天然河梢寬度,B=24.2mB2 一橋下斷面天然河梢寬度,B=24.2mhmax 一計(jì)算斷面橋下河梢最大水深,hmax =3.30.15A一單寬流量集中系數(shù)： A = 1.07九一設(shè)計(jì)水位下,橋墩阻水總面積與橋下過水面積的比值;對于天然寬線河梢,近似用一個(gè)墩寬中央距離之比;1.4 一0.0720卜一橋梁壓縮系數(shù)：=0.93所以hp =1.04 Ap0.90Q2Bc« - 2阻0.66h"max=4.03m即 hp =4.03m ,扣除原來水深3.3m ,實(shí)際沖刷深度為hp -hmax =0.73m. 橋墩的局部沖刷計(jì)算 用65-2修正式計(jì)算河梢中橋墩的局部沖刷：.,0.60. 0.15 IV -V0' ：hb=K-B1 hp 1V0 1式中：hb一橋墩局部沖刷深度,從一般沖刷后床面算起；.一墩型系數(shù)；查表6-3-1得：.=1Kn2河床粒徑影響系數(shù)；K噎=00浮+ 0.375d0.24 =0.33d=4.03mbi一橋墩計(jì)算寬度；查表6-3-1得：Bi=1.4m hp一墩前行近水流深度,以一般沖刷后水深hp代入；hpd 一沖刷