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)算的基本步驟：- 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QNK N F n1（）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；K1% 60.1 綜合參數(shù)法：QmNCNFH 3N2）（其中： QmN 某頻率的洪峰流量（米3/ 秒） .N 設(shè)

2、計(jì)重現(xiàn)期（年）.F流域形狀系數(shù)，L2.L.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、分區(qū)綜合經(jīng)驗(yàn)參數(shù)指數(shù).式中參數(shù)的確定：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：C4.35、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 0.278SPF3（）n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)

3、實(shí) 用水文手冊中查得：S1%140mm由表二查得： K10.65， 10.98u K1SP11.3 300.8382.44mm/ h由表三查得： K 2 0.334，0.160.16K 2L0.334Ljj.全國水文分區(qū)經(jīng)驗(yàn)公式：公式的基本形式：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 ，Q1%1.18Q2%采用全國水文分區(qū)經(jīng)驗(yàn)公式Q 0CF n ， Q1%Q0 (1Cv K1% ) （）根據(jù)分區(qū)表查 90 區(qū)的對應(yīng)值。查得 C6.1，n0.65 則 Q06.1F 0.65 ，Cv 1.55C s / C v =3.5 ，查得 K1

4、%=8.16 ， Q1 %13.648Q0流量計(jì)算結(jié)果序匯水面積 F河溝長 L公式公式公式公式采用值斷面位置河名及橋名河溝縱坡 j號(hào)(Km 2)（ Km ）(m 3/s)(m 3/s)(m 3/s)(m 3/s)(m 3/s)K51+6001.0* 大橋18.28.50.0189432.2237.2499.4131.5499.42K51+860* 大橋20.128.80.0189462.7252.3548.8141.4548.8.0K52+0603* 大橋20.128.80.0189462.7252.3548.8141.4548.8.02. 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)

5、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)規(guī)范規(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%=548.8m3/s ；河槽以黃土沙石為主，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 橋梁基本信息橋梁類型大設(shè)計(jì)洪水頻率 (%)1橋梁中心樁號(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 基本資料河流名稱*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)

6、71左灘粗糙度 m113河槽粗糙度 m240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).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)過多次幾何方法計(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)算河床各部分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 1=0( ).河槽過水面積 2=87.092( )右

7、灘過水面積 3=0( )全斷面過水面積 s= 1+ 2+ 3=87.092( )左灘水面寬度B1=0(m)河槽水面寬度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= /B式中：為過水面積 ()B 為水面寬度 (m)河槽水力半徑R2= 2/B2=87.092/71=1.227(m)3.4 計(jì)算流速計(jì)算公式按照公路工程水文勘測設(shè)計(jì)規(guī)程(JTG C30-2002)V = m R 2/3 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 為河床比降河槽流速V2 = m2 R2 2/3 I1/2=40×1.227 2/3×(18

8、.9/1000)1/2= 6.301(m/s)3.5計(jì)算流量.計(jì)算公式Q =×V式中：為過水面積 ()V 為流速 (m/s)河槽 流量Q2=2 ×V2=87.092 ×6.301=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 /s = 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/s)6.301斷面設(shè)計(jì)流量 (m3/s)548.7994.2 河槽數(shù)據(jù)河槽設(shè)計(jì)流速

9、(m/s)6.301河槽設(shè)計(jì)流量 (m3/s)548.799河槽平均水深 (m)1.227河槽最大水深 (m)5.264河槽水面寬度 (m)71河槽過水面積 ()87.0925 河流斷面圖.3 ）.橋長計(jì)算河槽寬度計(jì)算公式n 3L j KQpBcQc式中：設(shè)計(jì)流量 Q p =548.8 (m 3/s)設(shè)計(jì)洪水河槽流量Qc =548.8 (m3/s)河槽寬度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, n3 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

10、水頻率的泄洪要求，水文不控制跨徑布置。4）. 沖刷計(jì)算河槽一般沖刷由于公式 64-1 修整式對大顆粒土質(zhì)計(jì)算值偏大，對穩(wěn)定性河槽計(jì)算值偏大，而本河流屬于河槽穩(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)算河槽一般沖刷：0 .900.66hp 1.04 A Q2BchmaxQc(1 )B2式中：Q1 計(jì)算斷面的天然河槽流量Q2 橋下河槽部分通過的設(shè)計(jì)流量。根據(jù)調(diào)查資料以及兩岸河灘情況判斷，橋下河槽不可能擴(kuò)寬到全橋，所以Q2QcQsQcQt "Qs 設(shè)計(jì)流量；根據(jù)計(jì)算，Q s =548.8 (m 3/s)Qc 天然河槽流量：根據(jù)計(jì)算，Qc =548.8 (m 3/s

11、)Qt " 天然狀態(tài)下河灘部分流量，Qt " =0所以， Q2QcQ s =548.8(m 3/s)Qt "QcBc 計(jì)算斷面天然河槽寬度，B=28.1mB2 橋下斷面天然河槽寬度，B=28.1mhmax 計(jì)算斷面橋下河槽最大水深，hmax=5.3.0.15A 單寬流量集中系數(shù)：AB1.05H設(shè)計(jì)水位下，橋墩阻水總面積與橋下過水面積的比值；對于天然寬線河槽，近似用一個(gè)墩寬中心距離之比；1.4200.07橋梁壓縮系數(shù)：=0.88所以0 .90Bc0.66hp1.04 AQ2hmaxQc(1 )B2=6.24m即 hp=6.24m ， 扣 除 原 來 水 深5.3m

12、， 實(shí) 際 沖 刷 深 度 為h p hm ax0.94m 。橋墩的局部沖刷計(jì)算用 65-2 修正式計(jì)算河槽中橋墩的局部沖刷：n0.600 .15VV0 'hbKK 2B1hpV0式中：hb 橋墩局部沖刷深度，從一般沖刷后床面算起；K 墩型系數(shù)；查表 6-3-1得：K =1K 2河床粒徑影響系數(shù)；K 20.00230 .242. 20.375d0.37dB1 橋墩計(jì)算寬度；查表6-3-1得： B1 =1.4 mhp 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 1mm.v 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

13、前行進(jìn)流速 v 采用下式計(jì)算：Ad0.1Q20.10.34hmax2/3Bcvc5.24m / svQc(1 )Bcghc1.04=4.12 m / sv0 床沙啟動(dòng)速度； v00.28(d 0.7) 0.50.37m / sv0 ' 墩前泥沙啟動(dòng)速度；v '0.12(d 0.7)0 .550.15m / s0n 指數(shù)當(dāng) vv0 時(shí)， n=1v00.230. 19 lg dn當(dāng) vvv0 時(shí)，所以：nhb KK2 B10. 60hp0.15VV0 '2.80mV0用 65-1 修正式計(jì)算河槽中橋墩的局部沖刷：清水沖刷vv0 ：hbK K 1 B1 0.60 VV0 &#

14、39;動(dòng)床沖刷 vv0 ：nhbKK 1B10.60 V0 V0'VV0 'V0V0 '式中：hb、KB、 v 、v0、v0'意義同 65-2。、 1河床泥沙啟動(dòng)速度 v0：.0.1410hpv00.0246hpd332d0.72d1.95m/ s0.06墩前起沖流速 v0' 0.462 dv0 0.26m / sB1河床粒徑影響系數(shù) K：K0.8111.60.450.15dd指數(shù) n ：0. 190.25dv0nv因?yàn)?vv0 ，所以屬動(dòng)床沖刷：應(yīng)采用公式：nhb K K 1 B10.60 V0 V0 'VV0 'V0V0 '進(jìn)

15、行計(jì)算：nhb K K 1 B10.60 V0 V0 'VV0 'V0V0 '3.37m由上述兩種方法確定最大的橋墩局部沖刷深度hb3.37m ，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)流量計(jì)算洪峰流量匯水面積相關(guān)法公式QNK N F n1（）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；K1% 60.1 綜合參數(shù)法：QmNCNFH 3N2）（其中： QmN 某頻率的洪峰流量（米3/ 秒）

16、 .N 設(shè)計(jì)重現(xiàn)期（年）.F流域形狀系數(shù)，L2L.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、分區(qū)綜合經(jīng)驗(yàn)參數(shù)指數(shù).式中參數(shù)的確定：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：C4.35、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 0.278SPF3（）n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

17、榆林地區(qū)實(shí) 用水文手冊中查得：S1%140mm由表二查得： K10.65， 10.98u K1S 11.3 300.8382.44mm/ hP由表三查得： K 2 0.334，0.160.16K 2L0.334Ljj全國水文分區(qū)經(jīng)驗(yàn)公式：公式的基本形式：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 ，Q1%1.18Q2%采用全國水文分區(qū)經(jīng)驗(yàn)公式Q 0 CF n ， Q1% Q0 (1 Cv K1% ) （）根據(jù)分區(qū)表查 90 區(qū)的對應(yīng)值。查得 C6.1，n0.65 則 Q0 6.1F 0.65 ，Cv 1.55C s / C v =3.

18、5 ，查得 K1%=8.16 ， Q1 %13.648Q0流量計(jì)算結(jié)果中心匯水面積 F河溝長 L公式公式公式公式采用值河名及橋名河溝縱坡 j樁號(hào)(Km 2)（Km ）(m 3/s)(m 3/s)(m 3/s)(m 3/s)(m 3/s)K80+120* 大橋8.354.20.0156254.5277.3254.175.1277.3.0.2. 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)規(guī)范規(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%=277.3m3/s ；河槽以黃土沙石為主，

19、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 橋梁基本信息橋梁類型大通航標(biāo)準(zhǔn)II設(shè)計(jì)洪水頻率 (%)1橋梁中心樁號(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 基本資料河流名稱蔡家溝設(shè)計(jì)洪水流量 (m 3 /s)277.3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 m113河槽粗糙度 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)087724871358663886544869618

20、78748833 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)過多次幾何方法計(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)算河床各部分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 1=0( )河槽過水面積 2=64.87( )右灘過水面積 3=0( )全斷面過水面積 s= 1+ 2+ 3=64.87( )左灘水面寬度B1=0(m)河槽水面寬度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= /B式中：為過水面積 ()B 為水面寬度 (m)河槽水力半徑R2= 2/B2

21、=64.87/74=0.877(m)3.4 計(jì)算流速計(jì)算公式按照公路工程水文勘測設(shè)計(jì)規(guī)程(JTG C30-2002)V = m R 2/3 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 為河床比降河槽流速 V2 = m2 R22/3I1/2=33×0.877 2/3×(20/1000) 1/2= 4.275(m/s).3.5 計(jì)算流量計(jì)算公式Q =×V式中：為過水面積 ()V 為流速 (m/s)左灘流量 Q1=1 ×V1 =0 ×0 = 0(m3/s)河槽流量Q2=2×V2 =64.87 ×4

22、.275 = 277.299(m3 /s)右灘流量Q3=3 ×V3 =0 ×0 = 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 /s = 277.299 / 64.87 = 4.275(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/s)4.275斷面設(shè)計(jì)流量 (m 3 /s)277.2994.2 河槽數(shù)據(jù)河槽設(shè)計(jì)流速 (m/s)4.275河槽設(shè)計(jì)流量 (m 3 /s)277.299河槽平均水深 (m)0.877河槽最大水深 (m)5.125河槽

23、水面寬度 (m)74.河槽過水面積 ()64.875 河流斷面圖3 ）.橋長計(jì)算河槽寬度計(jì)算公式Qpn 3L j KBcQc式中：設(shè)計(jì)流量 Q p =277.3 (m 3/s)設(shè)計(jì)洪水河槽流量Qc =277.3 (m3/s)河槽寬度Bc =24.2m系數(shù) K 和指數(shù) n3 ，該河段屬于穩(wěn)定河段，K0.84, n30.9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、 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，水文不控制跨徑布置。4）. 沖刷計(jì)算河槽一般沖刷由于公式 64-1 修整式對大顆粒土質(zhì)計(jì)算值偏大，對穩(wěn)定性河槽計(jì)

24、算值偏大，而本河流屬于河槽穩(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)算河槽一般沖刷：0 .900.66hp 1.04 A Q2BchmaxQc(1 )B2式中：Q1 計(jì)算斷面的天然河槽流量Q2 橋下河槽部分通過的設(shè)計(jì)流量。根據(jù)調(diào)查資料以及兩岸河灘情況判斷，橋下河槽不可能擴(kuò)寬到全橋，所以Q2QcQsQcQt "Qs 設(shè)計(jì)流量；根據(jù)計(jì)算，Q s =277.3 (m 3/s)Qc 天然河槽流量：根據(jù)計(jì)算，Qc =277.3 (m 3/s)Qt " 天然狀態(tài)下河灘部分流量，Qt " =0所以， Q2QcQ s =277.3 (m 3/s)Qt &

25、quot;QcBc 計(jì)算斷面天然河槽寬度，B=24.2mB2 橋下斷面天然河槽寬度，B=24.2mhmax 計(jì)算斷面橋下河槽最大水深，h max =3.3.0.15A 單寬流量集中系數(shù)：AB1.07H設(shè)計(jì)水位下，橋墩阻水總面積與橋下過水面積的比值；對于天然寬線河槽，近似用一個(gè)墩寬中心距離之比；1.4200.07橋梁壓縮系數(shù)：=0.93所以0 .90Bc0.66hp1.04 AQ2hmaxQc(1 )B2=4.03m即 hp=4.03m ， 扣 除 原 來 水 深3.3m ， 實(shí) 際 沖 刷 深 度 為hp hmax0.73m 。橋墩的局部沖刷計(jì)算用 65-2 修正式計(jì)算河槽中橋墩的局部沖刷：n0.600 .15VV0 'hbKK 2B1hpV0式中：hb 橋墩局部沖刷深度，從一般沖刷后床面算起；K 墩型系數(shù)；查表 6-3-1得：K =1K 2河床粒徑影響系數(shù)；0.00230.24K 22 .20.375d0.33dB1 橋墩計(jì)算寬度；查表6-3-1得： B1 =1.4 mhp 墩前行近水流深度，以一般沖刷后水深hp 代入； hp 4.03md 沖刷層內(nèi)泥沙平均粒徑，d 0.5mm.v 墩前行近流速；由于一