橋涵水文第一章 緒論

橋涵水文

水文學與橋涵水文根本概念水文學定義：研究地球上水體存在、循環(huán)、分布和它在地面、地下運行變化規(guī)律的科學。水文學分類橋涵水文學屬于工程水文學一類。?工程水文學?是一門闡述和運用水文規(guī)律、開發(fā)和發(fā)揮工程效益、為國民經(jīng)濟效勞的學科。水文學分類廣義水文學水文氣象學水文地質學地表水文學研究大氣中水汽的運動規(guī)律研究地下水的運動規(guī)律陸地水文學與海洋水文學陸地水文學分類按照研究對象分河流水文學湖泊水文學冰川水文學沼澤水文學按照研究目的和方法分水文測驗學普通水文學水文地理學工程水文學

橋涵水文學根本概念橋涵水文學屬于工程水文學一類。?工程水文學?是一門闡述和運用水文規(guī)律、開發(fā)和發(fā)揮工程效益、為國民經(jīng)濟建設效勞的學科。?橋涵水文學?那么是效勞于橋涵工程的規(guī)劃、設計、施工、養(yǎng)護，主要表達水循環(huán)從降水到徑流這一過程中，關于地面徑流(特別是河流中的洪峰流量)的形成、觀測和以設計洪峰流量為主的分析計算、水位、沖刷深度計算等內容。在橋涵(或線路)的規(guī)劃設計階段，需要合理地確定工程的規(guī)模?？紤]到橋涵是泄水建筑物，其規(guī)模決定于通過洪水的大小。因而水文計算的主要任務是預估某橋涵工程所在河段未來整個使用期間的水文情況。知識點鏈接1、水文方面2、地質方面3、結構受力方面4、施工方面優(yōu)點上承式吊橋具有結構性能好、施工事故風險小、可降低造價等優(yōu)點．在一定的地形、地質條件下是一種可供選擇的橋型在主索采用混臺錨、后張拉自錨索調整主梁應力及施工控制、結構抗震性能方面具有探索意義。缺點拉索與梁體為爪式聯(lián)接，受力復雜，傳力路徑不明確。拉索最小傾角為：13.3度，與現(xiàn)在斜拉橋標準所要求的23度相去甚遠。葉脈性的拉索計算和施工都存在問題，三股索的索力在計算和施工中存在很多需要解決的問題。

本橋梁實際施工經(jīng)歷施工單位為丙級的建筑工程公司，無任何橋梁建造經(jīng)歷。主梁預制的精度太差。現(xiàn)場無監(jiān)控措施，無有效的測力手段。局部構件砼強度不合格，鋼筋有漏安裝現(xiàn)象。節(jié)段標高和主梁線性失控。

此橋結局1987年四川達縣施工中倒塌施工承包方蘭州鐵道學院負全部責任,賠款375萬;上至院長,下至系主任,根本上因此事下課;復核計算沒有發(fā)現(xiàn)設計問題，平安系數(shù)為7左右但設計者唐老師的教授沒有方法評了,寫好的宣傳材料作廢了;

后來唐老師調走了。

此橋后續(xù)勛陽漢江公路大橋思考：橋與水聯(lián)系？三峽大壩泄洪場景橋梁事故案例一塌陷局部已全部掉入河中

橋面留下一個近一米寬的大縫

專家勘測結論排除了橋梁質量問題引發(fā)塌陷的可能。專家分析，該橋一共有15個橋孔，只有5個橋孔排水，加之金馬河連續(xù)洪水，在洪水集中連續(xù)沖刷下，兩個承重橋墩的根底被淘蝕，加之重力作用，所以出現(xiàn)了塌陷。因為新橋橋墩處于上游，橋墩根底先于舊橋受到洪水沖刷，淘蝕嚴重，因而首先出現(xiàn)塌陷。而舊橋處于下游，洪水到達時力量已減緩，因而受到淘蝕的情況不嚴重，所以在新橋出現(xiàn)險情后數(shù)小時才垮塌。其他看法交通局認為是過度采砂河道管理部門認為河流缺乏疏浚民間認為：任何橋梁設計均可能存在問題

案例二遼寧渾河上游蘇子河段的連接撫順和清源之間的東南雜木大橋發(fā)生坍塌〔一〕遼寧渾河上游蘇子河段的連接撫順和清源之間的東南雜木大橋發(fā)生坍塌〔二〕遼寧渾河上游蘇子河段的連接撫順和清源之間的東南雜木大橋發(fā)生坍塌〔三〕初步分析中間有一處橋墩被大水沖毀，隨之有兩跨上部結構掉入水中。

水的流速大，造成橋梁下部根底被沖毀，是沖刷深度大于根底〔擴大根底〕的埋深所致，糾其原因應該是橋梁設計時未考慮這么大的水，橋跨布置過小，河床段面壓縮過大所致。

連接徐州市區(qū)主干道淮海路上的一座重要橋梁——弘濟橋〔原名濟眾橋〕西端橋頭堡突然坍塌，約5平方米面積的橋頭堡從根部起與主橋斷裂有近一米的縫隙。

一位目擊者告訴記者，他聽說弘濟橋將于明天剪彩，所以今天一早就來到弘濟橋，想看看新重建的大橋到底是什么模樣。上午9時45分，施工部門開閘放水準備驗證弘濟橋的防洪能力。從11時40分起，大橋西端橋頭堡受到水的沖擊后，慢慢開裂、傾斜；12時左右，弘濟橋西端橋頭堡突然坍塌，造成1米左右的縫隙斷裂，露出里面紅色的泥土和一些沒有取出的木頭。

弘濟橋位于故黃河市區(qū)段，是連接徐州市區(qū)主要干道淮海路上的一座重要橋梁，此前由于橋面過窄、交通不便，加之阻水嚴重，影響汛期行洪，徐州市決定撤除重建。根據(jù)設計，重建后的橋面寬42米，除人行道外，還有8條快車道，完全可以滿足交通需要；就防洪能力而言，弘濟橋的每孔平面寬度為20米，其過水流量每秒鐘到達150立方米，完全能到達百年一遇的防洪標準。而弘濟橋重建工程是在網(wǎng)上進行了公開招標后，由有關建筑部門接標承建的。

據(jù)徐州市水利局副局長兼弘濟橋改建工程處處長朱開蒙介紹，該工程為徐州市重點工程，設計6月底通車，目前橋梁主體工程已經(jīng)完工。27日早晨5點多開始撤除攔河主壩〔上游壩頭〕，中午1點左右發(fā)現(xiàn)翼墻出現(xiàn)開裂、坍塌。經(jīng)專家初步論證，翼墻開裂、坍塌主要是因為水位落差高達1米之多造成水流過急形成渦流所致。案例三橋與水1墩臺埋置深度－泥沙沖刷2橋孔長度－泄洪〔設計流量〕3橋面標高－設計水位其它：橋面排水

橋涵水文學根本內容〔一〕水文計算的任務是預估未來的水文情祝。主要是洪峰流量及其相應的水位。采用概率預估，預估未來某種出現(xiàn)時機的洪水的數(shù)值大小?！八挠嬎阒械臄?shù)理統(tǒng)計法〔第二章〕、“(大中河流)設計洪峰流量及設計水位的推求〔第三章〕〞、“小流域暴雨設計洪峰流量計算〔第三章〕〞等內容。

橋涵水文學根本內容〔二〕橋孔長度確實定〔第四章〕預估橋梁全壽命期可能的水流沖刷深度和河床變形〔第六章〕小橋涵水文水力計算〔第八章〕橋位勘測根本知識〔第九章〕本課程的主要任務1設計水位——確定橋面標高2設計流量——初步確定橋涵孔徑大小〔第三章〕3河床變形及沖刷深度——墩臺埋置深度〔第六章〕4熟悉橋涵水文根本知識和處理方法內蒙某橋梁建設欣賞第一章河川徑流自然界的水循環(huán)地球外表的各種水體，在太陽幅射熱的作用下，不斷蒸發(fā)成水汽，上升至空中，隨氣流的運動散布到各處，并在適當條件下凝結，以降水(雨、雪、霄、雹等)的形式降落到地面，到達地面的水分，除局部被植物截留和蒸發(fā)外，其余的一局部沿地表流動匯入江河，另一局部滲入地下，隨含水層流動并以泉水的形式匯入江河，匯入江河的水，大局部流入大海。然后又重新蒸發(fā)，繼續(xù)輸移、凝結形成降水，運轉流動，往復不已。這種過程，稱為自然界的水循環(huán)。第一節(jié)河流和流域一河流第一節(jié)河流和流域河流是一種天然水體，它由一定區(qū)域內的地面水和地下水所補給，并經(jīng)?；蜷g歇地沿著由其自身所造成的連續(xù)延伸凹地流動。流域把地面水和地下水補給河流的區(qū)域，即河流的地面集水區(qū)和地下集水區(qū)，合稱為流域。第一節(jié)河流和流域河流的形成和分段河系流域里大大小小的水流路線，構成脈絡相通的系統(tǒng)，稱為河系，又稱水系或河網(wǎng)。河系由干流及其支流組成。一般把直接流入海洋或內陸湖泊的河流稱為干流，匯入干流的稱為一級支流、匯入一級支流的稱為二級支流，其它類推。第一節(jié)河流和流域水系形狀

扇形河系如手指狀分布。羽形河系支流從左右兩岸相間匯入于流，如羽毛平行河系幾條支流平行排列，至下游或河口附近始行會合。樹枝狀河系干、支流的分布呈樹枝狀。大多數(shù)河流屬此類型。一般較大河流，難以用一種類型概括，而是由兩種或兩種以上水系類型組成。水系類型直接影響洪水水情變化。如扇形河系和平行河系，支流洪水幾乎同時匯入干流，易造成干流出現(xiàn)較大洪水，而羽形河系因支流洪水是先后匯入干流，洪水對干流威脅較小。第一節(jié)河流和流域河流的分段一條河流從河源到河口通?？煞譃樯嫌?、中游、下游三局部。河源是指河流的發(fā)源地，可以是溪澗、泉水、冰川、沼澤或湖泊等。河口是河流流入海洋、湖泊或干流的地方。第一節(jié)河流和流域第一節(jié)河流和流域河流的根本特征一般用河流斷面、河流長度及河流比降來表示.〔一〕河流斷面有橫斷面和縱斷面。

垂直于水流方向的斷面稱為河流橫斷面。

橫斷面內，自由水面高出某一水準基面的高程，稱為水位。

第一節(jié)河流和流域河流的縱斷面是指河流最大水深點的連線的斷面。河流縱斷面的坡度一般從上游往下游逐漸變緩。第一節(jié)河流和流域〔二〕河流比降任意河段兩端的高程差與其長度之比稱為該河段的縱比降，即

式中i為河道縱比降，通常以千分率表示。(三〕河流長度從河源到河口的距離。第一節(jié)河流和流域二流域第一節(jié)河流和流域流域的特征流域是河流的集水域。有時我們稱河流某一過水斷面的流域，是指該斷面以上的集水區(qū)域，即此集水區(qū)域的地面水和地下水，聚集到河流以后，通過該斷面流出本區(qū)域。流域的周界稱為分水線。分水線就是流域四周最高點的連線，在山區(qū)是流域四周的山脈脊線;平原地區(qū)是四周地面最高點的連線。如秦嶺是黃河和長江的分水線，而黃河和淮河的分水線那么是黃河南岸大堤?！驳厣虾印车谝还?jié)河流和流域流域的特征幾何特征主要是流域面積和流域形狀河流集水區(qū)域的面積大小，稱為流域面積或匯水面積。如某水文測站的流域面積是指該水文站斷面以上的集水區(qū)域面積。流域面積是河流水量的主要影響因素之一。

思考題：流域面積和流域形狀是如何影響徑流的？第一節(jié)河流和流域流域的幾何特征流域面積和流域形狀是如何影響徑流的？〔P3〕在相同地理條件下，流域面積A越大，徑流量Q越大，流域對徑流變化的調節(jié)作用也越大，因而洪水漲落平緩；流域面積A越小，Q越小，但洪水漲落較為急劇。流域形狀影響徑流聚集時間的長短和徑流形成過程。假設流域形狀狹長為羽毛形，那么出口斷面流量就小，徑流過程的變化較小而歷時較長。相反，扇形出口斷面流量大，徑流過程的歷時較短。第一節(jié)河流和流域流域的自然地理特征

主要是流域的地理位置和地形

流域的地形一般以流域平均高程和流域平均坡度來表示。前者影響降雨和蒸發(fā)，后者是確定徑流匯流時間的重要因素。第一節(jié)河流和流域三山區(qū)河流和平原河流第一節(jié)河流和流域斷面形狀徑流特點河床穩(wěn)定性山區(qū)河流匯流時間短。暴漲暴落。水位流量變幅大。持續(xù)時間短。河床穩(wěn)定。容易受地震、山崩、滑坡、泥石流影響。平原河流匯流時間長。漲落平緩。水位流量變幅小。持續(xù)時間長。河床穩(wěn)定性差。河床演變劇烈。第一節(jié)河流和流域山區(qū)河流匯流時間短。暴漲暴落。水位流量變幅大。持續(xù)時間短。河床穩(wěn)定。容易受地震、山崩、滑坡、泥石流影響。第一節(jié)河流和流域平原區(qū)河流的平面形態(tài)極為復雜，急彎、卡口比比是，兩岸和河心常有巨石突出，岸線極不規(guī)那么，河寬變化很大。平原河道的平面形態(tài)，根據(jù)河床的穩(wěn)定性情況可分為四種類型：順直型彎曲性分汊型散亂型第二節(jié)徑流形成第二節(jié)徑流形成降落在流域外表的雨水，除去損耗外，剩余的局部從地面和地下匯入河槽中而形成河川徑流。其中來自地面的局部稱為地面徑流，來自地下的局部稱為地下徑流.第二節(jié)徑流形成

一徑流形成過程第二節(jié)徑流形成(一)產(chǎn)流過程(蓄滲過程)降雨植物截留向洼地蓄水(填注)向土地下滲和少量蒸發(fā)超滲雨開始沿坡面漫流地面徑流下滲自降雨開始，至超滲雨水全部注入河槽才結束。第二節(jié)徑流形成〔二〕匯流過程坡面漫流過程流域蓄滲過程完成后,剩余雨水沿著坡面流動,稱為坡面漫流。河槽集流過程坡面漫流的雨水匯入河槽后，順著河道由小溝到支流，由支流到干流，最后到達流域出口斷面的過程。第二節(jié)徑流形成流量和水位流量過程線水位過程線第二節(jié)徑流形成二影響徑流的主要因素第二節(jié)徑流形成氣候因素和下墊面因素氣候因素：降雨蒸發(fā)下墊面因素：流域的地形、土壤、地質、植被、湖泊等。第二節(jié)徑流形成三我國河流的水量補給第二節(jié)徑流形成流入海洋的河流，稱為外河流；流入內陸湖泊或消失于沙漠之中的河流，稱為內流河。第二節(jié)徑流形成水量補給的根本來源：雨源類、雨雪源類、雪源類第二節(jié)徑流形成雨源類地區(qū)分布：秦嶺、淮河以南直到臺灣、海南島、云南等地區(qū)。

特點：一年內徑流量的變化與降雨變化完全一致。水量充分。西部和北部地區(qū)的河流以秋汛為主，東南沿海地區(qū)常因臺風影響而發(fā)生大洪水，多出現(xiàn)夏汛。年流量過程線：雙峰或多峰肥胖型第二節(jié)徑流形成第二節(jié)徑流形成雪源類

西北地區(qū)新疆、青海等地年流量過程線：單峰型第二節(jié)徑流形成第二節(jié)徑流形成雨雪源類華北、東北地區(qū)年流量過程線：雙峰型〔夏汛、秋汛〕

第二節(jié)徑流形成第二節(jié)徑流形成我國幅員遼闊，江河眾多，各地區(qū)的自然條件相差很大，因而各地區(qū)的河流也具有不同特性。第三節(jié)水文測驗第三節(jié)水文測驗1水位觀測某一時刻該水文站測流斷面的水面高程叫水位

。水位觀測必須連續(xù)進行,以便掌握水位變化的規(guī)律。第三節(jié)水文測驗第三節(jié)水文測驗第三節(jié)水文測驗2流速測驗流速儀測流浮標測流

第三節(jié)水文測驗第三節(jié)水文測驗3流量計算Q=AV假設斷面分切多個小塊，全斷面流量為各局部面積流量的總和。

全斷面平均流速為：第三節(jié)水文測驗第四節(jié)水文資料的搜集和整理水文資料的來源：水文站觀測資料、洪水調查資料、文獻考證資料。第四節(jié)水文資料的搜集和整理水文站觀測資料一般搜集歷年最大洪峰流量〔同一洪水成因〕及其相應的洪峰水位、洪水比降、粗糙系數(shù)、流速、河段變化等。第四節(jié)水文資料的搜集和整理洪水調查資料

目的1在橋位上下游調查歷史上各大洪水水位，確定洪水比降，推算相應的歷史洪水流量。

2調查橋位附近河道的沖淤變形及河床演變，作為確定歷史洪水計算斷面和橋梁墩臺天熱沖刷深度的依據(jù)。

第四節(jié)水文資料的搜集和整理洪水調查資料

由洪水調查水位推算洪水流量步驟1選擇形態(tài)斷面(計算流量的斷面,要求順直穩(wěn)定無分汊)

第四節(jié)水文資料的搜集和整理2計算形態(tài)斷面的流速和流量水力半徑R：對于寬淺河流,當水面寬度大于斷面平均水深的十倍時,濕周可近似地用水面寬度，此時R約等于斷面平均水深。那么有：

第四節(jié)水文資料的搜集和整理3確定洪水比降可以根據(jù)水文站觀測資料確定，也可根據(jù)洪水調查資料推算。

第四節(jié)水文資料的搜集和整理第四節(jié)水文資料的搜集和整理例題1-4-1由實測形態(tài)斷面數(shù)據(jù)推測洪水流量.第