橋涵水文-5教材

第五章內河橋設計流量

的確定第五章內河橋設計流量的確定學習目標及要求：掌握有流量觀測資料的設計流量推算方法；掌握缺乏實測資料時設計流量推算的方法；理解短系列資料插補延長的意義；理解橋位斷面處設計流量、設計水位的推算方法。通過對本章的學習，使學生具有由實測長系列資料推求設計流量的能力、缺乏實測資料時設計流量的推求能力。本章重點：有流量觀測資料和缺乏實測資料時設計流量推算方法。本章難點：缺乏實測資料時設計流量的推算方法。

第五章主要內容

第一節(jié)洪水頻率與橋涵的設計洪水頻率

第二節(jié)有水文觀測資料時設計流量的推算

第二節(jié)洪水實測資料的插補與延長

第四節(jié)

缺乏水文觀測資料時設計流量的推算

第一節(jié)洪水頻率與橋涵的設計洪水頻率等于或大于某一數(shù)值的隨機變量在序列里重復出現(xiàn)的平均年距。

二、橋涵設計洪水頻率構造物名稱公路等級高速公路一二三四特大橋1/3001/3001/1001/1001/100大、中橋1/1001/1001/1001/501/50小橋1/1001/1001/501/251/25涵洞1/1001/1001/501/25不作規(guī)定公路橋涵設計洪水頻率(JTGC30-2002)

技術標準規(guī)定的設計洪水頻率對應的洪峰流量，稱為設計洪水流量或設計流量，其相應的水位稱為設計水位。技術標準規(guī)定的設計洪水頻率越小，橋涵遭遇洪水破壞的可能性越小，結構越越安全，但工程造價越高。

第二節(jié)有水文觀測資料時設計流量

的推算自然界中河流流量在幾百年內是穩(wěn)定的，有規(guī)律可循的。本節(jié)方法需要20年以上資料

常用的坐標格紙普通坐標格紙在這種坐標格紙中，經驗累計頻率曲線兩端曲率變化很大，呈“S”形，這對曲線的延長增加了難度。2.海森(A.Hazon)機率格紙

縱坐標均勻分格，橫坐標的分格按所示數(shù)據(jù)：

P(%)xP(%)x0.013.72051.6450.053.290101.2820.13.090200.8420.52.576300.52412.326400.25322.053500.000第二節(jié)經驗頻率曲線與理論頻率曲線海森機率格紙中間格密而兩邊漸疏，把正態(tài)分布的頻率曲線在坐標格紙中呈現(xiàn)為一條直線。普通坐標格紙中，經驗頻率曲線呈S形，曲線兩端陡峭，外延時任意性較大。橋位附近有水文站時，應充分利用水文站的觀測資料，經審查和插補延長后，如能獲得足夠多的年最大流量資料（不宜少于20年），則可采用水文統(tǒng)計法推算設計流量。為了提高計算結果的精度，還應該通過洪水調查和文獻考證，盡量搜集歷史洪水資料，以補充和延長實測流量資料系列。一、經驗頻率的計算二、繪制經驗頻率曲線三、繪制理論頻率曲線

理論頻率曲線統(tǒng)計參數(shù)可采用求矩適線法或三點適線法等方法計算三個統(tǒng)計參數(shù)的初始值，點繪理論頻率曲線（P—Ⅲ型），與實測流量經驗頻率曲線相比較，如吻合不理想，可調整,值，使二者基本吻合。1、皮三曲線2.各參數(shù)對頻率分布曲線的影響自然界中存在規(guī)律：值與流域形狀大小有關。一般在0.2至1.5之間。用左半部分適線法步驟將已知的隨機變量系列，按大小遞減次序排列，并按公式維泊爾公式求各項的經驗頻率，并在幾率格紙上繪出經驗頻率曲線；求統(tǒng)計參數(shù)，并假定繪制理論頻率曲線，在我國一般取m=2~4。在繪有經驗頻率點群的同一幾率格紙上，繪出理論頻率曲線。觀察理論頻率曲線與經驗頻率曲線的符合程度，反復調整，使兩曲線符合最好。求指定頻率的水文變量設計值。注意事項照顧的重點在上端、中部經驗點；先調整，再調整，調整的依據(jù)為統(tǒng)計參數(shù)對機率密度曲線、頻率曲線的影響；調整幅度應在抽樣誤差范圍內。5、三點適線法

在經驗頻率曲線上任選三個點，利用該三點處的流量值和相應的頻率，推求三個統(tǒng)計參數(shù)的初試值，再通過適線確定三個統(tǒng)計參數(shù)的采用值，稱為三點適線法。相對于求矩適線法，三點適線法推算統(tǒng)計參數(shù)的計算量大大減小，適用于值較小的情況。1.利用已知的三個流量和相應的頻率，列出三個方程：2.聯(lián)立可求解可得：

S也是頻率P和偏差系數(shù)Cs的函數(shù)，若已知S、P，則可以求得Cs。為方便可以編制S和Cs關系表。3.以求出的三個統(tǒng)計參數(shù)繪制理論頻率曲線檢查與經驗點據(jù)的配合好壞以決定是否再作進一步調整；4.根據(jù)符合最好的理論頻率曲線求取設計流量。注意：在經驗頻率曲線上選取的三個點，應盡量使其間距大一些，但也不宜超過實測范圍過多。一般可根據(jù)實測范圍，選用6、模比系數(shù)法流量模比系數(shù)：

§5-3洪水資料的的插補與延長

采用水文統(tǒng)計法推算設計流量時，如果橋位附近水文站流量觀測資料的觀測年限較短或有缺測年份，則應盡量利用上下游或鄰近流域內的水文站觀測資料，進行插補和延長。對于流量資料的插補和延長，有以下幾種方法:1、直線相關法2、流域面積比擬法3、水位流量關系曲線法：4、過程線疊加法插補和延長年數(shù)不宜超過實測洪水流量的年數(shù)，并應結合氣象和地理條件作合理性分析。一、抽樣誤差分析抽樣誤差相對均方誤差二、相關分析相關關系相關分析位于同一河流上、下游的兩個水文站，若兩站之間無較大支流匯入，而且兩站已有的流量觀測中，相同年份的年最大洪峰流量大致成比例關系相關分析:簡單相關和復雜相關兩組變量之間的關系（簡單相關）直線相關曲線相關兩組變量之間的關系：在數(shù)理統(tǒng)計法中，一般采用相關系數(shù)r來描述和判別兩變量之間的相關程度。相關系數(shù)0≤|r|≤1，r絕對值為±1：完全相關

r=0零相關；

r絕對值介于1和0間統(tǒng)計相關

r越大，相關程度越高。在進行相關分析時，要求≮0.8。相關系數(shù)的最大誤差4Er1、直線相關法圖解法解析法資料的插補與延長1、圖解法2、解析法配合最佳的直線方程：分別求各項參數(shù)，但有前提條件就是2、流域面積比擬法a、如果同一條河流上，水文站測流斷面或形態(tài)斷面距離橋位斷面很近，流域面積相差不超過5%時，則推算的設計流量可以不必換算，而直接作為橋位斷面的設計流量。

2、流域面積比擬法b、如果同一條河流上，先后兩個水文站所控流域面積相差不超過10%時，且無分洪與滯洪現(xiàn)象，可直接利用參考站的流量資料插補分析站的流量資料。

2、流域面積比擬法c、如果同一條河流上，測站上下游不遠處均有觀測資料，可按流域面積內插

3、水位流量曲線法4、過程線疊加法至今人們對特大洪水還沒有一個明確的量的定義。一般指相當大的洪水。在概率格紙上，它的頻率點與一般洪水的頻率點有明顯的脫節(jié)、不連續(xù)現(xiàn)象。在歷史洪水中、在實測洪水中都有可能出現(xiàn)特大洪水，需提出作單獨處理。四、特大洪水及其在在流量計算中的應用連續(xù)系列由實測和插補延長資料組成的系列中，如果沒有特大洪水值需要提出單獨處理，各項洪水值直接按其大小順序統(tǒng)一排位，序號不間斷，這一樣本稱為連續(xù)系列。不連續(xù)系列當有特大洪水值，需在更長的時期內進行排位，序號不連續(xù)，這種樣本的系列稱為不連續(xù)系列。特大洪水(巨大的破壞性和不連續(xù)性)特大洪水的處理四、特大洪水及其在在流量計算中的應用四、特大洪水及其在在流量計算中的應用在水文站觀測年份內，如果河流發(fā)生特大洪水，相應地就會出現(xiàn)特大值。通過洪水調查和文獻考證，往往也會獲得特大值。這些特大值與其它數(shù)值之間有顯著的脫節(jié)現(xiàn)象，顯然是不連續(xù)的。在統(tǒng)計計算中，不能把這些特大值與其它數(shù)值等同看待，需要進行適當處理，即所謂特大值的處理。特大洪水可以延長系列，增強系列的代表性，減少樣本引起的參數(shù)的抽樣誤差，提高結果的可靠性與穩(wěn)定性四、特大洪水及其在在流量計算中的應用水文資料（年最大流量資料）從時間上分期：考證期調查期實測期實測期：把水文站觀測資料的年限稱為實測期（包括由參證站實測資料相關分析插補延長的資料）。調查期：調查洪水的最遠年份到實測完畢的年限。（包括實測期）考證期：文獻考證到的最遠年份到實測完畢的年限（包括調查期）第一種：分為幾個連續(xù)系列計算將一不連續(xù)系列(樣本)看作為一個連續(xù)系列和另一個連續(xù)系列各自從總體中獨立抽樣而得。在這兩個系列中分別排隊，采用維泊爾公式計算其經驗頻率。

當其中某一項可同時在兩個系列中排位時，則其經驗頻率應取其中抽樣誤差較小者?！纠磕痴咀?930年至1978年有49個年頭的連續(xù)實測資料，另外還調查到1903年和1921年兩個歷史洪水資料，另知三個歷史洪水流量的排序實測期考證期（調查期）解：(1)取1903年到1978年N=76年作為一個系列。根據(jù)調查考證，認為在此期間不會遺漏大于等于1903年的洪水流量。那么在76年為首的三項的頻率為：(2)另取1930年-1978年n=49年作為一個系列，按大小排隊，各項頻率為：

對于兩個系列中都有的1949年流量，一般來說選取時期較長的系列所推算的經驗頻率。第二種：統(tǒng)一排位調查期N1年內，調查到為首的大洪水a1個，其中l(wèi)1個發(fā)生在實測期內。考證期N2年內考證到大洪水a2個，其中l(wèi)2個發(fā)生在N1年內；實測期n年。則不連續(xù)系列經驗頻率計算公式為：1）考證期考證到的l2項大洪水對應頻率：（序號M2)2)調查期內除去為首的l2項，排序號第M1位的洪水頻率：3)實測期內除去為首的l1項，排序號第m位的洪水頻率：

解：(1)在實測系列n=49中有1個特大洪水

在實測期以外，又調查得到兩個歷史洪水所以：在N=76年中的序位是M=1，2，3有：(2)而在實測資料的49年中，因抽出1949年的流量后，尚余48項，各項的經驗頻率為：兩種方法的比較：第一種顯得方便，但沒有堅強的理論基礎，有時會出現(xiàn)經驗頻率分布重疊的不合理現(xiàn)象。(年限長，資料代表性好)第二種方法理論基礎強，但所要求調查的特大洪水個數(shù)要準確可靠，而這一點在有些情況下是不易做到的。（資料可靠）2不連續(xù)系列的統(tǒng)計參數(shù)計算方法在調查期或考證期N年內，特大洪水a個，其中l(wèi)個發(fā)生在實測期n年內，則用下式計算均值和變差系數(shù)：利用年最大流量系列推算設計流量步驟1選取樣本盡可能長。包括實測、插補、調查、考證資料。2

計算經驗頻率，繪制經驗頻率曲線3

確定統(tǒng)計參數(shù)，繪制理論頻率曲線（用適線法）4計算設計流量：利用選定的統(tǒng)計參數(shù)計算5審查計算結果可以參照地區(qū)經驗值審查。根據(jù)流量觀測資料推算設計流量四、成果合理性檢查對水文計算的結果，可按下述的途徑進行合理性檢查：1.利用洪水統(tǒng)計參數(shù)和特征值具有一定的地區(qū)分布規(guī)律來檢查所得成果的合理性。2.可將河流上下游水文站的洪水頻率曲線繪在一起，進行綜合比較，檢查曲線間的關系是否合理。3.將稀遇的設計洪水流量與本地區(qū)最大洪水記錄進行對比，如前者超出后者較多，應分析其原因。第三節(jié)有觀測資料的設計洪水流量推算方法基本要求：可靠性：一致性：代表性：獨立性：資料可靠程度的檢查相當重要，檢查它是否有矛盾或寫錯與偽造之處。數(shù)理統(tǒng)計法要求所有的資料屬于同一類型，并且是在同一成因條件下產生的，不能選取不同成因性質的資料。設計流量的計算結果的誤差主要取決于樣本系列的代表性，尤其是系列較短的樣本，資料的代表性就顯得更為重要。一般要求系列中應包含豐水年和枯水年的流量資料，且系列至少為20~30年方具有一定的代表性。在資料不足的情況下，應盡量插補延長。不能將彼此關聯(lián)的水文資料放在一起分析計算。第五節(jié)缺乏流量觀測資料時推算設計流量

公路沿線跨越的河流，一般以中小河流