洺河大橋上行橋歷次洪水災(zāi)害原因分析及新橋水文設(shè)計(jì) 畢業(yè)論文

1、目 錄工作日志1設(shè)計(jì)任務(wù)書15開題報(bào)告18摘要43Abstract44第一章 緒論451.1 研究目的及研究意義451.2 研究內(nèi)容46第二章：既有大橋過洪能力分析482.1 洺河大橋簡況482.1.1 河流及河道狀況482.1.2 洺河大橋歷史沿革及現(xiàn)狀492.2 1963年特大洪水及災(zāi)后修復(fù)情況調(diào)研502.2.1 洪水概況及橋渡受災(zāi)情況502.2.2 復(fù)舊方案及復(fù)舊情況512.3 大橋設(shè)計(jì)洪水計(jì)算522.3.1 橋位處年最大流量資料統(tǒng)計(jì)522.3.2經(jīng)驗(yàn)頻率計(jì)算542.3.3 參數(shù)初值的估算562.3.4經(jīng)驗(yàn)頻率曲線及理論頻率曲線的繪制582.3.5第一次適線結(jié)果分析及統(tǒng)計(jì)參數(shù)對(duì)頻率曲線的

2、影響分析592.3.6參數(shù)調(diào)整及設(shè)計(jì)頻率，設(shè)計(jì)流量，重現(xiàn)期的確定612.4 設(shè)計(jì)水位的推求632.5 設(shè)計(jì)高程計(jì)算642.5.1 橋前壅水高度的計(jì)算642.5.2 橋下壅水高度的計(jì)算662.5.3 橋底設(shè)計(jì)高程662.6 大橋過洪能力分析67第三章：既有大橋墩臺(tái)沖刷檢算703.1 橋下一般沖刷檢算703.1.1 計(jì)算公式選擇及參數(shù)確定713.1.2 橋下一般沖刷計(jì)算過程及結(jié)果743.2 橋下局部沖刷檢算793.2.1 計(jì)算公式選擇及參數(shù)確定803.2.2 橋下局部沖刷計(jì)算過程及結(jié)果823.3大橋抗沖刷能力分析93第四章 新橋橋位選擇及設(shè)計(jì)流量的推求954.1 橋位選擇954.2 設(shè)計(jì)流速的計(jì)算

3、974.2.1 公式的選取974.2.2上游斷面平均流速的計(jì)算994.2.3 橋下斷面平均流速的確定994.2.4 值的確定994.2.5 設(shè)計(jì)流速的計(jì)算994.3 橋梁墩臺(tái)阻水面積的計(jì)算1004.3.1橋梁墩臺(tái)阻水面積的初次計(jì)算1004.3.2 設(shè)計(jì)流速的二次計(jì)算1014.3.3 橋梁墩臺(tái)阻水面積的二次計(jì)算1014.4 設(shè)計(jì)流速的確定102第五章 新橋橋梁孔徑布置與水位計(jì)算1035.1 橋梁孔徑設(shè)計(jì)的基本計(jì)算1035.1.1 利用過水面積法進(jìn)行過水面積計(jì)算1035.1.2 利用經(jīng)驗(yàn)公式進(jìn)行孔徑長度計(jì)算1055.1.3 橋孔布置方案的擬定1065.2 大橋水位檢算1075.2.1 設(shè)計(jì)流量通過

4、橋孔時(shí)的壅水高度1085.2.2 橋下最低高程確定1095.3 計(jì)算成果110第六章 新橋基礎(chǔ)埋深計(jì)算1116.1 新橋一般沖刷的計(jì)算1136.1.1 非粘性土一般沖刷計(jì)算公式的選擇1136.1.2 粘性土一般沖刷計(jì)算公式的選擇1156.1.3 橋址斷面一般沖刷的計(jì)算116對(duì)于一般沖刷過程中，各項(xiàng)參數(shù)的確定，需要根據(jù)大橋所在河段的實(shí)際情況進(jìn)行選擇：1166.2 新橋局部沖刷的計(jì)算1216.2.1局部沖刷計(jì)算公式的選擇1226.2.2 新橋局部沖刷計(jì)算1236.3 橋墩基礎(chǔ)埋深的確定130第七章 基于HEC-RAS的水力模型模擬計(jì)算1327.1 HEC-RAS V4.1軟件介紹1327.1.1

5、發(fā)展歷史1327.1.2 程式模組1327.1.3 應(yīng)用領(lǐng)域1337.1.4 其他功能1337.2 計(jì)算模型的建立1347.2.1 建立河系圖層1347.2.2 橋梁尺寸及邊界條件及計(jì)算方法確定1377.2.3 計(jì)算結(jié)果分析141參考文獻(xiàn)143致謝144附件一：英文文獻(xiàn)原文及譯文145北京交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)書設(shè)計(jì)任務(wù)書題 目： 洺河大橋上行橋歷次洪水災(zāi)害原因分析及新橋水文設(shè)計(jì) 適合專業(yè)： 橋梁工程 指導(dǎo)教師（簽名）： 提交日期： 2012 年 2月 23日學(xué)院： 土建 專業(yè)： 土木工程 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）基本內(nèi)容和要求：一、基本工作內(nèi)容及基本要求大洺河鐵路橋?yàn)樯闲?、下行?fù)線橋，設(shè)計(jì)年代

6、較久，洪水標(biāo)準(zhǔn)不詳。該橋遭遇過幾次較大洪水威脅，有安全隱患。本設(shè)計(jì)首先對(duì)既有橋（上、下行）進(jìn)行洪水安全評(píng)估計(jì)算，然后按洪水設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)P=1%進(jìn)行新橋設(shè)計(jì)。1. 大橋水毀原因評(píng)估分析1）調(diào)研既有鐵路大洺河上行橋設(shè)計(jì)狀況包括設(shè)計(jì)水文條件、大橋孔跨布置、橋墩基礎(chǔ)形式、橋墩基礎(chǔ)情況、大橋孔跨與大洺河河流斷面關(guān)系；2）調(diào)研建橋后橋梁遭遇過的洪水情況，資料匯總分析；3）對(duì)歷經(jīng)的各年大洪水進(jìn)行橋梁墩臺(tái)沖刷檢算，年份有1902、1910、1913、1917、1949、1963年；4）參照從大橋設(shè)計(jì)水文條件計(jì)算和實(shí)際工程情況進(jìn)行評(píng)價(jià)分析。2.大橋設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)洪水推求該橋設(shè)計(jì)水文計(jì)算無資料，有必要依據(jù)現(xiàn)有規(guī)范進(jìn)行大橋設(shè)

7、計(jì)洪水推求，確定達(dá)到該橋設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)能夠抵御的洪水流量。需進(jìn)行以下工作：確定大橋洪水頻率標(biāo)準(zhǔn)（百年一遇）；計(jì)算大橋河段洪水經(jīng)驗(yàn)頻率并按P-III曲線推求洪水頻率曲線；確定百年一遇和三百年一遇頻率的洪峰流量值作為大橋設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)的洪水條件。反推該大橋已遭遇洪水（1902、1910、1913、1917、1949、1963年洪水條件）的相應(yīng)重現(xiàn)期，評(píng)判既有大橋抵御洪水能力的實(shí)際標(biāo)準(zhǔn)。3. 修復(fù)后大橋百年一遇抗洪能力檢算1）調(diào)研1964年大橋修復(fù)防護(hù)情況，包括工程措施、修復(fù)設(shè)計(jì)、修復(fù)后過流斷面形式圖；2）計(jì)算百年一遇洪水的過流斷面、水深、流速、水位；3）計(jì)算壅水最大高度，根據(jù)橋梁凈空要求檢驗(yàn)其過洪能力；4）計(jì)

8、算橋下一般沖刷和關(guān)鍵橋墩的局部沖刷；5）計(jì)算安全埋深和檢驗(yàn)修復(fù)后大橋抗沖刷能力。4. 百年一遇洪水設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)大橋水文設(shè)計(jì)1）擬定3種橋式，包括孔跨布置、橋墩形式及尺寸、墩基礎(chǔ)形式及尺寸、橋臺(tái)形式，進(jìn)行水文計(jì)算。2）進(jìn)行各橋式的壅水計(jì)算、橋下一般沖刷計(jì)算、橋墩局部沖刷計(jì)算、橋臺(tái)沖刷計(jì)算。計(jì)算結(jié)果需滿足規(guī)范要求。二、基本資料1. 已知既有大橋設(shè)計(jì)孔徑、孔跨、橋墩及基礎(chǔ)形式，與河流橫斷面相關(guān)布置，見書面資料；2. 大橋河段近30年水文資料，見書面資料。三、依據(jù)計(jì)參考文獻(xiàn)1. 鐵路工程水文勘測(cè)設(shè)計(jì)規(guī)范，1999年，鐵道出版社。2. 公路工程水文勘測(cè)設(shè)計(jì)規(guī)范，2002年，交通出版社。3. 其他有關(guān)橋梁設(shè)計(jì)

9、規(guī)范。4. 鐵道部第三設(shè)計(jì)院，橋渡水文（鐵路工程設(shè)計(jì)技術(shù)手冊(cè)），1993年，鐵道出版社。5. 水文及橋渡設(shè)計(jì)其他參考書。畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）重點(diǎn)研究的問題：1. 既有橋水毀原因分析根據(jù)水力學(xué)、河流動(dòng)力學(xué)、河床泥沙沖刷特點(diǎn)等分析，包括必要的理論計(jì)算。2. 設(shè)計(jì)洪水頻率推求根據(jù)水文統(tǒng)計(jì)原理進(jìn)行，也可建議其他推求原理及方法。畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）應(yīng)完成的工作：設(shè)計(jì)工作需要在充分了解題目意義、熟悉目前國內(nèi)外研究方法的基礎(chǔ)上進(jìn)行，因此需要按以下幾個(gè)階段進(jìn)行：（1）文獻(xiàn)綜述階段：圍繞設(shè)計(jì)題目相關(guān)內(nèi)容，查閱國內(nèi)外文獻(xiàn)，研讀了解本題目相關(guān)工程意義、已有的工程實(shí)例及其解決方法，重點(diǎn)翻譯1篇外文文獻(xiàn)。（2）寫開題報(bào)告階段：

10、包括選題意義、國內(nèi)外研究現(xiàn)狀、本題目內(nèi)容、技術(shù)路線和方法、達(dá)到的目標(biāo)、計(jì)劃進(jìn)度安排。（3）設(shè)計(jì)計(jì)算階段：對(duì)涉及內(nèi)容深入了解，理清思路，對(duì)各部分內(nèi)容按規(guī)范要求計(jì)算。（4）論文寫作階段：按照論文格式進(jìn)行，用確切、簡練的文字、輔以恰當(dāng)?shù)膱D表對(duì)設(shè)計(jì)工作內(nèi)容及成果進(jìn)行表述。（5）答辯階段：準(zhǔn)備答辯即是對(duì)論文工作回顧和檢驗(yàn)，再用簡練的語言進(jìn)行口頭表述，PPT演示文件將是很好的輔助手段。要求：（1）閱讀國內(nèi)外刊物發(fā)表的文獻(xiàn)不少于6篇、圖書及報(bào)告不少于6篇； （2）必要的設(shè)計(jì)圖紙 不少于4張（格式要規(guī)范）； （3）計(jì)算源程序結(jié)構(gòu)流程清楚，使用簡捷。 （4）會(huì)使用HEC-18軟件。參考資料推薦：1. 鐵路工程水

11、文勘測(cè)設(shè)計(jì)規(guī)范，1999年，鐵道出版社。2. 公路工程水文勘測(cè)設(shè)計(jì)規(guī)范，2002年，交通出版社。3. 其他有關(guān)橋梁設(shè)計(jì)規(guī)范。4. 鐵道部第三設(shè)計(jì)院，橋渡水文（鐵路工程設(shè)計(jì)技術(shù)手冊(cè)），1993年，鐵道出版社。5. 水文及橋渡設(shè)計(jì)其他參考書。6. 學(xué)術(shù)期刊相關(guān)文獻(xiàn)其他要說明的問題： 無北京交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）開題報(bào)告開題報(bào)告題目： 洺河大橋上行橋歷次洪水災(zāi)害原因分析及新橋水文設(shè)計(jì)學(xué)院： 土建學(xué)院 專業(yè)： 土木工程 學(xué)生姓名： 王談 學(xué)號(hào)：08231263文獻(xiàn)綜述：一 水文學(xué)的發(fā)展水文學(xué)科本質(zhì)上是有關(guān)信息的學(xué)科，是以提供多種與水有關(guān)的信息服務(wù)于人類社會(huì)，包括水文信息的收集、處理、存儲(chǔ)、傳輸、分發(fā)

12、以及深加工的分析、計(jì)算、預(yù)測(cè)、預(yù)報(bào)，為社會(huì)經(jīng)濟(jì)各個(gè)有關(guān)方面提供規(guī)劃、設(shè)計(jì)、管理的決策依據(jù)的學(xué)科。其發(fā)展經(jīng)歷為以下四個(gè)階段1：奠基時(shí)期（1400-1900）：1732年發(fā)明Piton tube，1738年提出Bernoulli equation，1775年提出Chezy公式，1802年提出Dalton定理，1856年提出Darcy定律，1871年提出Saint Venant原理。1889年提出曼寧公式，1899年提出Stokes公式。以上這些水力學(xué)的定律定理和公式為水文科學(xué)奠定了理論基礎(chǔ)。末期，應(yīng)用水文學(xué)興起，最著名的水文科學(xué)大事有：1850年法國人Baer Grundy首創(chuàng)相應(yīng)水位法作洪水預(yù)報(bào)

13、，這被稱為世界水文預(yù)報(bào)之先聲；1851年愛爾蘭人T·J·莫萬尼提出合理化公式Q=CiA，計(jì)算小流域和城市排水流量，這是世界上第一個(gè)水文定量公式，也是確定性水文數(shù)學(xué)模型之開端。1862年P(guān)otter Moore的水文教程為世界上在大學(xué)第一次開水文課。這一時(shí)期，中國水文科學(xué)進(jìn)展緩慢，。成長時(shí)期（1900-1950）：這一時(shí)期國外水文要素的較深入研究，對(duì)水文分析計(jì)算和水文預(yù)報(bào)的不斷改進(jìn)，取得了新成就。著名的水文科學(xué)大事有：1900年美國Seddon 定律(洪水波速公式)，Hazen（1913）提出水文頻率計(jì)算2，而Horton(1933)提出降雨產(chǎn)流的入滲理論，Sherman(1

14、932)提出流域響應(yīng)的單位線方法，這兩項(xiàng)成果的結(jié)合構(gòu)成了完整的流域水文過程的推理和計(jì)算體系，開始了對(duì)陸面通量從經(jīng)驗(yàn)向推理的過渡，并且在很長時(shí)期主導(dǎo)著水文學(xué)的發(fā)展3。此外，馬斯京根洪水演算方法4 (McCarthy，1939)，單位線推理方法5 (Clark，1945)，以及流域地貌與徑流過程關(guān)系的Horton河流定律 (Morton，1945)，均是這個(gè)時(shí)期提出的。在這一時(shí)期中國，由于社會(huì)政治經(jīng)濟(jì)等原因，水文科學(xué)進(jìn)展甚少，但個(gè)別水利水文學(xué)家也有見樹和貢獻(xiàn)，例如：1928年顧世楫主持制定中國第一個(gè)水文測(cè)驗(yàn)規(guī)范，1933年須愷首次作淮河蚌埠洪水頻率計(jì)算，40年代程學(xué)敏提出洪水演算新方法(程學(xué)敏法)

15、，1947-1948年中央大學(xué)水利系胡廷洪撰寫“單位線之研究”畢業(yè)論文，這是中國最早引進(jìn)和應(yīng)用單位線法。現(xiàn)代化時(shí)期（1950-）： 20世紀(jì)6080年代是流域水文過程的實(shí)驗(yàn)和模擬階段。在前一時(shí)期流域水文觀測(cè)資料和計(jì)算經(jīng)驗(yàn)積累的基礎(chǔ)上，推理方法得到了改進(jìn)和完善，但在應(yīng)用中不斷暴露出矛盾，提出新問題，為此人們開展了大量流域水文過程的實(shí)驗(yàn)研究。同時(shí)，計(jì)算機(jī)的出現(xiàn)和迅速發(fā)展，為采用精細(xì)復(fù)雜計(jì)算程序提供了現(xiàn)實(shí)可能性。于是，水文過程的實(shí)驗(yàn)研究和流域水文過程的計(jì)算機(jī)模擬，成為這個(gè)時(shí)期水文的兩個(gè)主要特征。20世紀(jì)8090年代，全球水文實(shí)驗(yàn)和模擬階段。從80年代開始，特別是進(jìn)入90年代，各種環(huán)境問題，對(duì)我們?nèi)祟?/p>

16、賴以生存的地球的認(rèn)識(shí)問題，以及可持續(xù)發(fā)展問題等，也成為學(xué)界、政界的熱門話題，水文科學(xué)得到前所未有的重視，隨著水資源的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)屬性的日益增強(qiáng)，水和社會(huì)、水和經(jīng)濟(jì)也成為重要的主題。所有這一切都對(duì)水文科學(xué)提出了挑戰(zhàn)，與此同時(shí)，高新技術(shù)的涌現(xiàn)，又為水文科學(xué)的發(fā)展提供了機(jī)遇。在這挑戰(zhàn)和機(jī)遇并存之中，水文科學(xué)進(jìn)入了一個(gè)空前崛起的時(shí)期。二 研究橋涵水文的重要意義工程水文學(xué)作為水文學(xué)的重要分支，已有 100余年的歷史。20世紀(jì)50年代后期，隨著新技術(shù)新方法的引進(jìn)，水文學(xué)作為一門集合自然、技術(shù)和社會(huì)因素的綜合科學(xué)出現(xiàn)，標(biāo)志著其嶄新的發(fā)展階段。如今，隨著水文學(xué)在工程領(lǐng)域的滲透，需求的不斷深入，現(xiàn)代化技術(shù)的不斷促

17、進(jìn)，學(xué)科前沿的不斷擴(kuò)大，其在現(xiàn)代化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)施工中的比重不斷增加，已逐漸成為相關(guān)行業(yè)發(fā)展的重要突破點(diǎn)之一，在相應(yīng)的實(shí)際工程應(yīng)用中呈現(xiàn)出巨大的活力。當(dāng)前，隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，使獲取水文信息的手段和分析水文信息的方法有了長足的進(jìn)步。水文模擬方法、水文隨機(jī)分析方法、水文系統(tǒng)分析方法，使人們研究水文現(xiàn)象的能力發(fā)展到新的水平；尤其是電子計(jì)算機(jī)的應(yīng)用，使水文科學(xué)從水文觀測(cè)到基本規(guī)律的研究，由人力和機(jī)械操作，發(fā)展到以電子計(jì)算機(jī)為核心的自動(dòng)化。橋涵水文設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)作為工程水文學(xué)的重要組成部分，在現(xiàn)代交通建設(shè)中占據(jù)著十分重要的地位。建立密集的現(xiàn)代化交通網(wǎng)，發(fā)展運(yùn)輸事業(yè)，對(duì)發(fā)展國民經(jīng)濟(jì)，加強(qiáng)民族團(tuán)結(jié)，促進(jìn)文化交流和

18、鞏固國防等方面都具有舉足輕重的意義。在公、鐵路以及水利建設(shè)中，為了跨越各種障礙(如江河、溝谷和其他線路等)，必須修建各種類型的橋涵，因此橋涵是交通線中的重要組成部分。改革開放以來，國民經(jīng)濟(jì)迅速發(fā)展，社會(huì)主義工業(yè)、農(nóng)業(yè)、商業(yè)、國防和科學(xué)技術(shù)現(xiàn)代化正在逐步實(shí)現(xiàn)，全國高速公路、高速鐵路、城市交通網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)方興未艾，作為樞紐工程的橋梁建設(shè)不斷取得突破，刷新著世界橋梁的記錄。洪水水毀是世界各國橋梁共同面臨的嚴(yán)重自然災(zāi)害6。對(duì)美國19892000 年毀壞的500 座橋梁進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn)：洪災(zāi)和撞擊引起橋梁失事頻率最高，僅1993年洪水和沖刷毀壞的橋梁所占比例就高達(dá)53%7。根據(jù)美國聯(lián)邦公路管理局（FHWA）官

19、方網(wǎng)站公布數(shù)據(jù)顯示截止到2011年末, 美國橋梁建造總數(shù)為601712 座, 病害橋梁總數(shù)為122317座, 約占23%。可見橋渡水文在橋梁設(shè)計(jì)施工過程中具有重要作用。下表是20002008年美國16起橋梁倒塌案件的原因列表8：倒塌原因事故數(shù)/起百分率/%設(shè)計(jì)失誤樁基設(shè)計(jì)失誤16.25施工失誤臨時(shí)支撐不牢固112.5千斤頂失效1養(yǎng)護(hù)不足鋼材脆斷118.75鋼橋疲勞1預(yù)應(yīng)力筋腐蝕1外部誘因意外事故船舶撞擊262.5汽車撞擊2火災(zāi)2颶風(fēng)2洪水1超載超重挖掘機(jī)1可以看到，其中五起橋梁倒塌的事件與橋梁水文勘測(cè)設(shè)計(jì)有關(guān)，同樣的問題在我國同樣大面積存在。在我國，橋梁的水毀也是公、鐵路最大的自然災(zāi)害。洪水對(duì)

20、橋涵的破壞帶來的損失是巨大的，如何預(yù)防這些洪水災(zāi)害、如何將這些洪水災(zāi)害減小到最低程度，成為橋涵水文設(shè)計(jì)亟待解決的問題。除橋梁水毀之外，船舶等河流通行物不能安全通過航道，或者通航等級(jí)不能滿足通航要求的事情也是屢見不鮮，南京長江大橋就是一個(gè)例子。這些都是由于沒有充分做好橋涵水文設(shè)計(jì)工作引起的。橋梁、涵洞的水力安全即能否安全通暢地排泄暴雨洪峰流量，是沒有辦法采用限制河流的特大洪水從橋下通過來解決的。為了保證橋梁的使用安全，暴雨洪水對(duì)橋梁、涵洞的破壞問題往往比交通荷載對(duì)橋梁的破壞問題更難解決。對(duì)于這個(gè)問題，需要對(duì)河流水文進(jìn)行充分而細(xì)致的調(diào)查研究工作，同時(shí)擬定出較符合實(shí)際的橋梁涵洞孔徑、橋高與橋梁跨長來

21、加以解決。橋涵水文計(jì)算的工作精度集中體現(xiàn)了對(duì)橋梁的安全性、適用性和經(jīng)濟(jì)合理性，因而橋涵水文設(shè)計(jì)在橋梁、涵洞設(shè)計(jì)中具有不可替代的作用。三 橋涵水文設(shè)計(jì)國內(nèi)外的發(fā)展及研究現(xiàn)狀橋涵水文設(shè)計(jì)隨著水文學(xué)科的發(fā)展而發(fā)展，對(duì)于橋涵水文的設(shè)計(jì)，分為設(shè)計(jì)洪水流量及洪水位計(jì)算、橋孔設(shè)計(jì)計(jì)算、河床的沖刷深度計(jì)算等方面。橋涵水文設(shè)計(jì)的發(fā)展應(yīng)該從這幾個(gè)方面談起。1. 設(shè)計(jì)洪水流量及洪水位的計(jì)算研究發(fā)展對(duì)于有觀測(cè)資料的橋涵水文設(shè)計(jì)，是根據(jù)觀測(cè)資料推算洪水頻率、計(jì)算設(shè)計(jì)洪水位的方法9。傳統(tǒng)的頻率計(jì)算方法，用于分析某個(gè)水文量的統(tǒng)計(jì)特性，探討頻率與洪水量之間的定量關(guān)系，其存在的三個(gè)基本問題是樣本抽樣、線型選擇和統(tǒng)計(jì)參數(shù)的估計(jì)。

22、1)樣本抽樣：長期以來，水文學(xué)通常把洪水頻率分析歸結(jié)為極值統(tǒng)計(jì)，即在一年的觀測(cè)資料中只采用最大一次洪水(如最大洪峰流量、最大時(shí)段洪量作為樣本進(jìn)行分析，這種方法可供使用的洪水信息不足，即觀測(cè)資料系統(tǒng)比較短暫的情況下。迄今為止，世界上能供工程設(shè)計(jì)使用的洪水觀測(cè)系列很少超過100年，一般只有幾十年(有時(shí)甚至不足20-30年)，卻要求估計(jì)百年一遇的洪水，任務(wù)十分艱巨。因此，用大信息量一直是提高設(shè)計(jì)洪水計(jì)算精度和促進(jìn)洪水頻率分析技術(shù)的關(guān)鍵之一。我國率先將歷史洪水資料應(yīng)用于洪水頻率計(jì)算，無疑是一個(gè)重大突破10。因?yàn)闅v史洪水比一般洪水含有更多的關(guān)于偶遇洪水的信息，因而可提高設(shè)計(jì)洪水的精度，同時(shí)也豐富了洪水頻

23、率分析內(nèi)容，提高了分析水平。但是由于歷史洪水的信息量仍然有限，這就使得頻率曲線的外延部分仍有一定的不確定性。針對(duì)這一特性，我國的水文工作者在借鑒國外先進(jìn)技術(shù)的基礎(chǔ)上，利用古代洪水殘留有機(jī)物質(zhì)C14的放射強(qiáng)度，按衰變?cè)硗扑愫樗录陌l(fā)生年代，尋找一種比歷史洪水考證期年代更遠(yuǎn)的古洪水，以增加洪水系列的信息量，為洪水頻率計(jì)算提供了新的途徑。例如通過調(diào)查得到了黃河支流伊河公元223年洪水、黃河干流陜縣1843年洪水、漢江中上游1583年洪水等資料。在長江三峽以上，經(jīng)過7次野外調(diào)查和大量文獻(xiàn)資料搜集，獲得了自1153年以來的8次特大洪水的定量成果。常規(guī)的樣本抽樣方法，是在一年的觀測(cè)資料中只采用一個(gè)值，

24、而摒棄年內(nèi)發(fā)生的其它洪水，盡管它們之中一些也是大的，或比較大的。為了能在洪水頻率分析中使用所有或多次洪水資料，我國水文界在60年代初就提出了超定量抽樣法。隨著國外提出的與我國超定量抽樣法相類似的PDS(Partial Duration Series)的研究成果的大量面世，有些國家己采用PDS計(jì)算設(shè)計(jì)洪水，我國水文人員也加大了研究力度，并取得了實(shí)用成果。2)線型選擇：線型選擇是一個(gè)帶有不確定性的問題，只能在一定的假設(shè)條件下，并在實(shí)踐中做出某種折衷才能確定。事實(shí)上，洪水總體是無法得知的，不管哪一種分布，都缺乏物理依據(jù)。因此，目前頻率曲線線型的使用仍然處于曲線擬合階段。就分布線型而言，我國水文工作者

25、對(duì)古典正態(tài)、對(duì)數(shù)正態(tài)、皮爾遜型、耿貝爾分布和對(duì)數(shù)皮爾遜型等線型進(jìn)行了研究。但總的看來，皮爾遜型分布更適合我國的實(shí)際情況11，由于各地長期沿用三參數(shù)(X，Cv，Cs)皮爾遜型分布作為頻率計(jì)算依據(jù)，特別是便于加入歷史洪水，用它作擬合優(yōu)選己成慣例，同時(shí)又有一套圖表如頻率曲線的離均系數(shù)、模比系數(shù)表，便于查算。3)統(tǒng)計(jì)參數(shù)的估算：目前，統(tǒng)計(jì)參數(shù)估計(jì)方法大體上可分為兩類。一類是參數(shù)估計(jì)法，即無假定洪水總體的分布線型，然后采用統(tǒng)計(jì)學(xué)中的方法，根據(jù)樣本估計(jì)分布所含參數(shù)，如矩法、極大似然法等：另一類是適線法，它首先假定擬合頻率曲線的線型并估計(jì)樣本的頻率，然后根據(jù)樣本點(diǎn)據(jù)估計(jì)出線型的參數(shù)，使其對(duì)應(yīng)的理論頻率曲線與

26、樣本點(diǎn)據(jù)擬合最好，理論上適線法是一種最優(yōu)化方法。對(duì)于參數(shù)估計(jì)法，近年來，我國水文工作者提出和引進(jìn)了一些新的數(shù)理估計(jì)方法。如通過對(duì)洪水系列引入一個(gè)單權(quán)函數(shù)的方法，提高了皮爾遜型頻率曲線參數(shù)的計(jì)算精度；通過引入權(quán)函數(shù)和數(shù)值積分系數(shù)，這種雙權(quán)函數(shù)的方法，使頻率曲線與經(jīng)驗(yàn)點(diǎn)據(jù)擬合較好；概率權(quán)重矩法則用概率權(quán)重矩的概念與分布參數(shù)的關(guān)系，由樣本推求總體值。該法原僅適用于分布函數(shù)具有反函數(shù)形式的分布，不適用皮爾遜型分布，但我國水文學(xué)者通過數(shù)學(xué)方法成功地解決了這一問題，并和前面介紹的兩種方法一起進(jìn)入我國修訂后的水利水電工程設(shè)計(jì)洪水計(jì)算規(guī)范。對(duì)于適線法，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的迅速發(fā)展，基于優(yōu)化技術(shù)的水文頻率分析方法也

27、發(fā)展迅速，它克服了經(jīng)驗(yàn)適線法結(jié)果因人而異、任意性較大的缺點(diǎn)，給適線法引入了一定的數(shù)學(xué)準(zhǔn)則。我國水文工作者對(duì)以下適線準(zhǔn)則進(jìn)行了較為詳細(xì)的分析：離差平方和最小準(zhǔn)則(OLS)離差絕對(duì)值和最小準(zhǔn)則(ABS)，相對(duì)離差平方和最小準(zhǔn)則(WLS)等12。這些準(zhǔn)則的提出，豐富了參數(shù)估計(jì)方法的研究。對(duì)于沒有觀測(cè)資料的橋涵水文設(shè)計(jì)，則不能按照以上方式計(jì)算，而沒有設(shè)立水文站進(jìn)行觀測(cè)的河流一般最是中、小河流，其水文設(shè)計(jì)屬于中、小橋涵水文設(shè)計(jì)范圍。對(duì)于我國這樣幅員廣闊的國家來說，大小河流成千上萬，能設(shè)置水文觀測(cè)站的區(qū)域畢竟是少數(shù)，大多數(shù)河流是沒有水文觀測(cè)站的，這就給眾多中、小橋涵的水文設(shè)計(jì)增添了困難，要求提出新的方法。

28、新中國成立后，在補(bǔ)充、完善水文站增設(shè)的同時(shí)，整理匯編了舊中國遺留的水文資料，在調(diào)查考證取得大量資料的情況下，50年代出版了中國暴雨參數(shù)圖集，60年代編制了中國水文圖集和水文手冊(cè)，70、80年代完成了最大10min、1h、6h、24h、3d的點(diǎn)暴雨平均值和統(tǒng)計(jì)參數(shù)，以及24h可能最大暴雨等值線圖。這些翔實(shí)資料和豐碩成果，為水文分析計(jì)算奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。70年代以后，部分省、流域機(jī)構(gòu)和高等院校分別對(duì)濕潤、半濕潤地區(qū)和干旱、半干旱地區(qū)的降雨徑流關(guān)系進(jìn)行了分析研究，設(shè)計(jì)了一些降雨徑流實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ?，模擬水文隨機(jī)過程，形成符合我國實(shí)際的水文頻率計(jì)算方法體系，根據(jù)設(shè)計(jì)暴雨資料，應(yīng)用流域產(chǎn)匯流的概念，推求設(shè)計(jì)洪水

29、，水利科學(xué)研究院出版了小流域暴雨洪水計(jì)算專著。比如，四川已于83年底收集了中小流域雨量觀測(cè)統(tǒng)計(jì)資料1561站年，采用蓄滿產(chǎn)流模型和匯流模型，分析計(jì)算產(chǎn)流匯流模型參數(shù)，用分項(xiàng)分次圖解法、回歸分析法對(duì)模型參數(shù)作綜合歸納；由實(shí)測(cè)徑流系數(shù)所獲不同頻率的設(shè)計(jì)洪水，定量地驗(yàn)證產(chǎn)流、匯流參數(shù)地區(qū)分布，然后將暴雨徑流資料，產(chǎn)流匯流參數(shù)等制成相應(yīng)圖表以供中、小橋涵水文設(shè)計(jì)計(jì)算推求設(shè)計(jì)流量。在無資料流域進(jìn)行水文設(shè)計(jì)計(jì)算，隨著研究的深入、面積改正法、經(jīng)驗(yàn)公式法等也運(yùn)用在中小橋水文設(shè)計(jì)計(jì)算中，但這些公式都帶有一定的局限性，難以滿足中、小橋涵水文設(shè)計(jì)精度要求，這就要求我們另辟途徑，為中小橋涵水文設(shè)計(jì)找出滿足精度，簡化設(shè)

30、計(jì)計(jì)算的方法。2.橋孔的設(shè)計(jì)研究的發(fā)展橋涵孔徑設(shè)計(jì)需要滿足規(guī)定設(shè)計(jì)洪水以內(nèi)的各級(jí)洪水和泥沙的安全通過，并滿足通航、流冰、流木及其它漂浮物通過的要求。近幾十年來，我國公路部門完成了數(shù)百座橋梁孔徑調(diào)查和確定合理的橋孔凈長度方法的研究。我國公路、鐵路部門在計(jì)算橋孔長度計(jì)算時(shí)大都采用了經(jīng)驗(yàn)公式的方法，這些經(jīng)驗(yàn)公式有：經(jīng)改進(jìn)和簡化后的最新橋孔長度計(jì)算公式(1990年)、現(xiàn)今沿用的1976年和1982年使用的橋孔長度計(jì)算公式、國內(nèi)外的一些其它確定橋孔長度的方法。3.橋涵的沖刷計(jì)算研究發(fā)展總體來說橋涵水文設(shè)計(jì)都還是一個(gè)比較年輕的學(xué)科，它從20世紀(jì)30年代才發(fā)展起來。新中國成立時(shí)，修建橋梁時(shí)根本無沖刷計(jì)算，只

31、憑經(jīng)驗(yàn)確定基礎(chǔ)埋深。因此，很多大中橋基礎(chǔ)經(jīng)不起洪水沖刷，需要防洪搶險(xiǎn)。1949年后我國學(xué)習(xí)外國經(jīng)驗(yàn)，同時(shí)也用外國公式進(jìn)行計(jì)算。由于其它國家的河流特性與我國河流不同，又受這門學(xué)科當(dāng)前發(fā)展水平的限制，所以在實(shí)際生產(chǎn)中發(fā)生了許多問題。橋涵沖刷計(jì)算不僅對(duì)新橋設(shè)計(jì)必不可少，對(duì)原有橋墩的養(yǎng)護(hù)也同樣不可減少。因此20世紀(jì)50年代，我國水文工作者針對(duì)水文、橋涵沖刷這一迫切問題通過研究機(jī)構(gòu)、生產(chǎn)單位、高等院校的大力協(xié)作，展開了這方面的觀測(cè)和試驗(yàn)工作，特別是1960年以后，根據(jù)鐵道科學(xué)研究院和交通科學(xué)研究院的倡議，把全國參加觀測(cè)和試驗(yàn)研究的近百個(gè)單位，組成西北、西南、中南華東、東北華北四個(gè)橋涵水文科學(xué)研究協(xié)作片區(qū)

32、，進(jìn)入大規(guī)模的集體觀測(cè)、系統(tǒng)試驗(yàn)和群眾理論探討階段。橋涵觀測(cè)工作取得了顯著的成績，一般沖刷總共觀測(cè)了118橋/年的資料，局部沖刷總共觀測(cè)了99橋年的資料。這些為1964年5月召開的全國“橋涵沖刷計(jì)算學(xué)術(shù)會(huì)議”提供了寶貴的現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)資料，也為橋涵一般沖刷和局部沖刷公式的制定和修訂打下了良好的基礎(chǔ)。正是利用這些資料制訂了我國自己的橋涵一般沖刷公式和橋墩局部沖刷計(jì)算公式。從此全國的一些重要橋梁(如鄭州黃河大橋、三道坎黃河大橋)都設(shè)立了觀測(cè)機(jī)構(gòu)，堅(jiān)持水文、橋涵沖刷及河道演變觀測(cè)至今。我國是橋涵觀測(cè)資料最豐富的國家。 在實(shí)際生產(chǎn)中，國內(nèi)外計(jì)算沖刷的方法很多。目前，鐵路、公路部門對(duì)橋下沖刷計(jì)算的處理方法是：

33、假定一般沖刷(河流的洪水沖刷和壓縮沖刷合稱為河床的一般沖刷)和局部沖刷(因橋墩等的阻水而引起的墩周河床變形)分別進(jìn)行的，先計(jì)算出最大的一般沖刷深度，而后在這個(gè)深度上繼續(xù)計(jì)算局部沖刷，待局部沖刷充分發(fā)展，河床高程不變，沖刷就停止了，作為最大沖刷深度；同時(shí)，假定產(chǎn)生最大沖刷深度的設(shè)計(jì)流量持續(xù)時(shí)間是足夠長的。四 本題目的研究內(nèi)容及研究意義研究內(nèi)容本設(shè)計(jì)題目研究對(duì)象是京廣線洺河大橋上行線橋。該橋始建于1902年，受1913年、1917年特大洪水的影響，洺河河道發(fā)生了很大變化，原橋受1910、1913、1917、1963年洪水影響及戰(zhàn)爭(zhēng)影響分別于1910、1913、1917、1949和1964年進(jìn)行了維

34、修和擴(kuò)建，現(xiàn)用橋基本維持了1964年修復(fù)后的結(jié)構(gòu)。本題目研究共分為四個(gè)基本部分：1.大橋水毀原因評(píng)估分析：該橋始建時(shí)為2×31.5m下承板梁，全長約64m；1910年洺河洪水將大橋京端水毀，修復(fù)時(shí)向北（京端）擴(kuò)建1孔31.5m；1913年京端再次被沖毀，修復(fù)時(shí)拆除1910年擴(kuò)孔工程，改為向北延伸3孔40m梁，橋梁全長達(dá)到194m；1917年大橋京端水毀，修復(fù)時(shí)在原基礎(chǔ)上向北擴(kuò)建3孔40m梁；1949年進(jìn)行戰(zhàn)后修復(fù)時(shí)，將原6孔40m梁改為12孔20m梁（每跨間增建一橋墩）；1963年洺河遭遇特大洪水，第1、3、5、7、8、10號(hào)墩沖毀；1964年原橋修復(fù)時(shí)，重建1、3號(hào)墩，7、8、10

35、號(hào)橋墩加粗墩身。本階段內(nèi)容首先需要根據(jù)實(shí)際情況調(diào)研洺河遭遇歷次大洪水后河道的變化情況；逐年，特別是歷次洪水發(fā)生時(shí)的相應(yīng)洪水流量及水位等測(cè)量統(tǒng)計(jì)資料；大橋1902年始建以及1910、1913、1917、1949、1964年歷次修復(fù)工程中大橋孔跨的布置情況以及橋墩的基礎(chǔ)狀況。另外，根據(jù)以上調(diào)研的成果，依據(jù)現(xiàn)有鐵路橋梁水文勘測(cè)設(shè)計(jì)規(guī)范：鐵道部于1999年5月發(fā)布的鐵路工程水文勘測(cè)設(shè)計(jì)規(guī)范（中華人民共和國行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)TB10017-99）并參照交通部2002年5月發(fā)布的公路工程水文勘測(cè)設(shè)計(jì)規(guī)范（中華人民共和國行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)JTG C30-2002）對(duì)相應(yīng)時(shí)間經(jīng)歷歷次洪水（1910、1913、1917、1963）

36、的實(shí)際橋梁的分別進(jìn)行橋梁墩臺(tái)沖刷檢算。橋梁墩臺(tái)沖刷檢算，其實(shí)質(zhì)是進(jìn)行橋渡的沖刷計(jì)算，是確定橋墩基礎(chǔ)埋深的主要依據(jù), 墩臺(tái)基礎(chǔ)的埋置深度能否保證橋梁的安全, 只有找出最大的沖刷深度來決定。目前, 在決定最大沖刷深度的計(jì)算中, 是先算出橋下一般沖刷深度, 再用一般沖刷后的水流條件去計(jì)算橋墩的局部沖刷深度, 然后將這兩部份沖刷迭加起來作為橋渡的最大沖刷深度（最大沖刷線）13。所以，在進(jìn)行橋梁墩臺(tái)的檢算過程中需要進(jìn)行以下三項(xiàng)計(jì)算：1.橋下河床斷面的一般沖刷計(jì)算；2.橋墩的局部沖刷計(jì)算；3.橋臺(tái)沖刷計(jì)算。考慮到該工程建橋歷史久遠(yuǎn)，部分水文資料和數(shù)據(jù)難以獲得，故部分沖刷計(jì)算恐難以完成，需要對(duì)相關(guān)參數(shù)進(jìn)行合

37、理估計(jì)。另一方面，在實(shí)際應(yīng)用的過程中，不同公式計(jì)算結(jié)果差異較大。需要對(duì)各公式進(jìn)行比較計(jì)算，找到與本設(shè)計(jì)實(shí)際情況相接近的公式并最終確定結(jié)果。在進(jìn)行橋下河床斷面的一般沖刷計(jì)算時(shí)，鐵道部門相應(yīng)規(guī)范14，稱為64-1式，在鐵道工程領(lǐng)域得到了大范圍的應(yīng)用。但該公式中部分系數(shù)的取值范圍較大，計(jì)算結(jié)果根據(jù)取值不同有較大變化，難以取得比較準(zhǔn)確的計(jì)算數(shù)據(jù)，而我國公路部門采用的計(jì)算一般沖刷的計(jì)算公式，在相應(yīng)的工程勘測(cè)設(shè)計(jì)規(guī)范15中稱為64-2式，該公式的建立是根據(jù)輸沙平衡原理，即橋下斷面推移質(zhì)輸沙量的平衡，通過聯(lián)立水流連續(xù)方程、河床變形方程、水流運(yùn)動(dòng)方程和泥沙運(yùn)動(dòng)方程而得到。美國HEC一18式中的一般沖刷公式，同

38、樣是采用輸沙平衡原理建立，在歐美應(yīng)用較多，并不斷有應(yīng)用研究的進(jìn)展16。在進(jìn)行橋墩局部沖刷計(jì)算時(shí)，需要首先明確影響局部沖刷深度的因素，主要有橋墩型式和尺寸、泥沙粒徑、水流流速及一般沖刷后的水深17。如國內(nèi)學(xué)者建立的局部沖刷深度函數(shù)式18為：hb=f(V, B, d, K, V0', V0, K, h) (式中: V0'為始沖流速； V0為泥沙起動(dòng)流速)。對(duì)非粘性土河槽，國內(nèi)主要使用的局部沖刷公式有：65-1修正式，65-2式及65-2修正式19。不同的公式計(jì)算結(jié)果差別較大，相同的公式從不同的角度確定參數(shù)時(shí)，計(jì)算結(jié)果差別同樣存在，說明各公式中，反映有關(guān)參數(shù)的影響不完全相同，公式有一

39、定的適應(yīng)范圍，故需要根據(jù)當(dāng)?shù)鼐唧w情況進(jìn)行合理的選擇。最后，根據(jù)檢算結(jié)果對(duì)相應(yīng)時(shí)間的橋梁進(jìn)行評(píng)價(jià)分析，判斷橋梁墩臺(tái)的設(shè)計(jì)埋深是否能滿足其實(shí)際沖刷要求。2.大橋設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)洪水推求：洪水的大小及發(fā)生時(shí)間是隨機(jī)的，防洪只能達(dá)到一定的限度，即期望在不超過某特定洪水條件下安全，而不能保證在任何機(jī)制洪水條件下都安全，所以需要對(duì)歷年發(fā)生的洪水進(jìn)行統(tǒng)計(jì)計(jì)算，確定洪水發(fā)生的重現(xiàn)期作為大橋設(shè)計(jì)的參考依據(jù)，在大橋設(shè)計(jì)時(shí)根據(jù)橋梁的重要程度確定大橋的設(shè)計(jì)洪水。1902年修建的京廣線洺河鐵路大橋上行橋，因時(shí)間久遠(yuǎn)，未能找到所依據(jù)的流量資料，為了完成之后大橋百年一遇抗洪能力檢算的內(nèi)容，需要依據(jù)現(xiàn)有規(guī)范鐵路工程水文勘測(cè)設(shè)計(jì)規(guī)范（

40、中華人民共和國行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)TB10017-99）對(duì)大橋所在河段進(jìn)行設(shè)計(jì)洪水推求。設(shè)計(jì)洪水的推求途徑可以歸納為四種：（1）由流量資料推求；（2）由暴雨資料推求；（3）由地區(qū)綜合分析法推求；（4）可能最大暴雨及可能最大洪水法20，而具體選擇哪種途徑需要根據(jù)相關(guān)資料的完整程度進(jìn)行對(duì)比選取。通過對(duì)于相關(guān)資料的初步查找，大體擬定選擇由流量資料進(jìn)行相應(yīng)的設(shè)計(jì)洪水推求，具體情況根據(jù)所能查找到的文獻(xiàn)資料具體分析決定。本階段的工作主要由六部分組成：（1）對(duì)樣本資料進(jìn)行選取與資料審查；（2）對(duì)樣本不完整部分進(jìn)行插補(bǔ)與延長；（3）確定期間特大洪水的重現(xiàn)期；（4）進(jìn)行特大洪水經(jīng)驗(yàn)頻率計(jì)算；（5）進(jìn)行理論頻率（百年一遇）的

41、估算并推求洪水頻率曲線（P-型曲線）；（6）反推1910、1913、1917、1963年洪水的重現(xiàn)期，判斷既有大橋抵御洪水的實(shí)際能力。3.1964年修復(fù)后大橋百年一遇抗洪能力檢算分析：既有橋梁的抗洪能力檢算是指橋梁孔徑與沖刷檢算，其目的是為了確定洪水期既有橋梁結(jié)構(gòu)的泄洪能力，查清水害隱患，制定防災(zāi)減災(zāi)措施確保運(yùn)輸安全。橋梁抗洪能力是指橋梁抗洪孔徑在凈高、橋長和基礎(chǔ)埋深這三方面共同提供的過洪能力，并經(jīng)過合理布設(shè)，與環(huán)境協(xié)調(diào)而使橋渡從整體上具備的安全的洪水通過能力，抗洪能力習(xí)慣上是以安全通過的洪水頻率大小來表示的，該階段就是以百年一遇洪水為標(biāo)準(zhǔn)來進(jìn)行檢算，關(guān)于設(shè)橋河段百年一遇洪水大小已在第二部分進(jìn)

42、行了計(jì)算，這里采用第二階段的成果即可。抵御洪水能力檢算可以分界為兩層含義，也是該階段需要進(jìn)行的兩項(xiàng)主要工作：1.驗(yàn)算洪水通過時(shí)橋孔的高、長兩個(gè)方面提供的能力，簡稱為過洪能力檢算；2.驗(yàn)算橋下河床斷面一定過水深度條件下橋基礎(chǔ)埋深能地獄的洪水能力，簡稱為抗洪能力檢算。檢算的成果以鐵道部頒發(fā)的鐵路橋梁檢定規(guī)范和鐵路橋涵設(shè)計(jì)規(guī)范為參考。在進(jìn)行過洪能力檢算時(shí)，由于橋孔長度已知，故可以直接進(jìn)行壅水的計(jì)算，雍水的計(jì)算包括三個(gè)主要部分：1.橋前最大壅水高度z的計(jì)算；2.橋下壅水高度z'的計(jì)算；3.壅水曲線（檢算時(shí)不進(jìn)行曲線計(jì)算）。其中，在橋前最大壅水高度的計(jì)算時(shí)，由于現(xiàn)階段我國鐵路相關(guān)規(guī)范給出的公式參

43、考自前蘇聯(lián)1967年頒布的橋梁規(guī)范公式，從我國的多位科研工作者在用我國天然資料驗(yàn)證該公式的結(jié)果來看2122，其精度不理想。該公式雖然形式十分簡單, 但對(duì)公式系數(shù)的處理過于粗略。2000年，公式的作者又對(duì)其做了進(jìn)一步改進(jìn)23 , 提出計(jì)算公式z=0.1KsR-1(Vm2-V0m2)但該公式經(jīng)過我國科研人員使用壅水計(jì)算天然資料進(jìn)行驗(yàn)證的論證結(jié)果看，認(rèn)為當(dāng)實(shí)際壅水值大于016 017m時(shí)，計(jì)算結(jié)果都偏大，實(shí)際壅水值越大，偏離越多； 而當(dāng)實(shí)際壅水值小于014 015m時(shí)，計(jì)算結(jié)果總體上偏小24。所以對(duì)現(xiàn)有公式進(jìn)行對(duì)比，查閱最新研究進(jìn)展，選擇較為準(zhǔn)確的公式進(jìn)行計(jì)算，以確保驗(yàn)算的準(zhǔn)確性是該階段工作的重中之

44、重。在進(jìn)行抗洪能力檢算時(shí)，可大體依據(jù)第一階段進(jìn)行橋梁墩臺(tái)沖刷檢算的相關(guān)原理進(jìn)行計(jì)算，該部分的重點(diǎn)是對(duì)相關(guān)系數(shù)的合理選擇，以保證計(jì)算結(jié)果與實(shí)際情況相接近。4.百年一遇洪水設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)大橋水文設(shè)計(jì)根據(jù)防洪標(biāo)準(zhǔn)(GB50201-94)和鐵路工程水文勘測(cè)設(shè)計(jì)規(guī)范（TB10017-1999）規(guī)定，確定采用設(shè)計(jì)防洪標(biāo)準(zhǔn)百年一遇進(jìn)行原橋址新橋水文設(shè)計(jì)。新橋水文設(shè)計(jì)主要包括三個(gè)部分：1.設(shè)計(jì)流量的推算；2.大橋孔徑設(shè)計(jì)；3.橋梁墩臺(tái)沖刷計(jì)算。設(shè)計(jì)流量的推算部分參考第二階段（大橋設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)洪水推求）的結(jié)論即可，該階段所需要進(jìn)行的主要工作集中在第二和第三部分。具體設(shè)計(jì)依照鐵路相關(guān)規(guī)范14并參考公路相關(guān)規(guī)范15進(jìn)行設(shè)計(jì)，

45、擬定三種不同的橋式（從橋梁墩臺(tái)形式尺寸，橋孔布置方式著手）進(jìn)行壅水計(jì)算，橋下一般沖刷和局部沖刷計(jì)算以及橋臺(tái)沖刷計(jì)算，具體計(jì)算方法與之前階段使用方法大體類似，在此不再贅述。研究意義：造成橋梁水毀的原因主要有四種：橋位選址不當(dāng)、基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)形式選擇不當(dāng)、人為因素、施工質(zhì)量問題25。進(jìn)行洛河大橋上行橋洪水災(zāi)害原因分析可以明確該橋?qū)儆谝陨虾畏N水毀原因，為該橋的加固、維修、重建工作提供理論依據(jù)，便于相關(guān)工作人員進(jìn)行設(shè)計(jì)和施工工作。本次設(shè)計(jì)旨在通過對(duì)實(shí)際工程案例的分析和設(shè)計(jì)計(jì)算，掌握水文設(shè)計(jì)的一般流程和方法，通過對(duì)洺河大橋上行橋歷次洪水災(zāi)害原因分析，歸納出影響橋涵穩(wěn)定性的關(guān)鍵因素并在之后的設(shè)計(jì)中予以重點(diǎn)考慮，

46、通過對(duì)設(shè)計(jì)過程中的不同設(shè)計(jì)方案、不同相關(guān)參數(shù)的計(jì)算比選，同實(shí)際工程進(jìn)行比較，確定各方案及各計(jì)算公式及參數(shù)的適用性，對(duì)于今后從事相關(guān)領(lǐng)域的實(shí)際設(shè)計(jì)具有重要的意義。主要參考文獻(xiàn)：1 賴佩英.現(xiàn)代水文學(xué)進(jìn)展概述J.江淮水利科技，2006(3): 3-4.2 Hazen·Floodflow·Wiley. 1930.3 Sherman L K Horton R E·Rainfalljxmoff and evaporation·Bulletin of the International Association of Scientific Hrdrology,1934

47、 (20): 22-96.4 McCarthy G T·The unit hydrograph and flood routing·Unpublished paper,the Conference of the North Atlantic，Division of US Corps ofEngineers，Rhode Island. 1938(6)5 Clark C O·Storage and the unit hyarograph·Amer soe Civ Engin. 19456 Bruce B. Analyzing bridge failuresJ

48、. Materials Performance,2008, 47(6): 9595.7 Wardhana K, Hadipriono F C. Analysis of recent bridge failures in the United StatesJ. Journal of Performance of Constructed Facilities, 2003, 17(3): 144150.8 孫莉 劉釗.2000-2008年美國橋梁倒塌案例分析與啟示J.世界橋梁，2009(3)：46-49.9 王麗榮.水力學(xué)與橋涵水文M.北京：人民交通出版社，2007.10 李靜 周紹飛 張春陽.水文

49、頻計(jì)算中歷史洪水的處理問題J.水利天地，2003(10)：39-39.11 李松仕.幾種頻率分布線型對(duì)我國洪水資料實(shí)用性研究J水文，1984，4(1)：1712 王善序 陳劍池.論適線法在洪水頻率分析中的應(yīng)用J.水文，1992(6)：3-10.13 成都鐵路局工務(wù)處橋梁檢定隊(duì).橋梁墩臺(tái)基礎(chǔ)埋深檢算J.鐵道建筑，1986(3)；16-1914 鐵道部標(biāo)準(zhǔn).鐵路工程水文勘測(cè)設(shè)計(jì)規(guī)范（TB10017-1999）S.北京：中國鐵道出版社，199915 交通部標(biāo)準(zhǔn).公路工程水文勘測(cè)設(shè)計(jì)規(guī)范（JTG C302002）S. 北京：人民交通出版社，2002.16 馬先華,齊梅蘭,孫慶楠等.常用橋墩沖刷計(jì)算公式

50、的分析比較C.第三屆全國水力學(xué)與水利信息學(xué)大會(huì)論文匯編，2007:453-459. 17 張佰戰(zhàn)，李付軍橋墩局部沖刷計(jì)算研究J.中國鐵道科學(xué)，2004，25(2)：485118 鐵道科學(xué)研究院鐵道建筑研究所.橋墩局部沖刷計(jì)算 R.北京: 鐵道科學(xué)研究院, 1984.19 高冬光編著.橋涵水文M.北京：人民交通出版社，200320 齊梅蘭.工程水文學(xué)M.北京：北京交通大學(xué)出版社，200821 王仁寬.山區(qū)斜交橋渡壅水和孔徑計(jì)算R.天津: 鐵道部第三勘測(cè)設(shè)計(jì)院研究報(bào)告, 1982.22 中國災(zāi)害防御協(xié)會(huì)鐵道分會(huì).中國鐵路自然災(zāi)害及其防治M.北京: 中國鐵道出版社, 2002.23 曹瑞章.壅水公式

51、修正報(bào)告 R.北京: 鐵道部科學(xué)研究院, 2000.24 李付軍 張佰戰(zhàn).橋渡壅水計(jì)算J. 鐵道標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì). 2005(05) 25 孫秀云.山區(qū)橋梁淺基礎(chǔ)水毀分析與防治J.工程建設(shè)與設(shè)計(jì)，2009(3)：89-91.研究方案：1.大橋水毀原因評(píng)估分析理論基礎(chǔ)：橋梁墩臺(tái)沖刷（一般沖刷、局部沖刷）計(jì)算理論 研究方法：調(diào)研、理論計(jì)算研究思路：通過調(diào)研洺河鐵路大橋上行橋所在位置歷次洪水情況，獲取沖刷計(jì)算所需要的數(shù)據(jù)，根據(jù)這些數(shù)據(jù)帶入非粘性土河床一般沖刷計(jì)算公式中，求解橋下一般沖刷后的最大水深hP。根據(jù)計(jì)算出的一般沖刷的最大水深進(jìn)一步計(jì)算橋墩局部沖刷，并將結(jié)果與鐵路工程水文勘測(cè)設(shè)計(jì)規(guī)范（TB10017-

52、1999）進(jìn)行對(duì)比，做沖刷檢算，通過檢算結(jié)果大致判斷橋梁設(shè)計(jì)能否滿足規(guī)范要求。研究步驟：1.調(diào)研既有鐵路大洺河上行橋設(shè)計(jì)狀況；2.調(diào)研建橋后橋梁遭遇過的洪水情況，資料匯總分析；3.對(duì)各年大洪水進(jìn)行橋梁墩臺(tái)沖刷檢算，包括1913、1917、1963年。4.對(duì)檢算結(jié)果進(jìn)行分析，判斷大橋水毀原因是否為設(shè)計(jì)不滿足規(guī)范所致。預(yù)期成果內(nèi)容：分析各年沖刷檢算結(jié)果與現(xiàn)行規(guī)范的對(duì)比數(shù)據(jù)，對(duì)大橋水毀原因作出初步判斷。預(yù)期成果形式：1.計(jì)算說明書第一部分；2.橋梁所在位置橫斷面圖一張2.大橋設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)洪水推求理論基礎(chǔ)：設(shè)計(jì)流量統(tǒng)計(jì)理論研究方法：理論計(jì)算研究步驟：1. 確定大橋洪水頻率標(biāo)準(zhǔn)為百年一遇；2. 計(jì)算大橋河段

53、洪水經(jīng)驗(yàn)頻率并按P -III曲線推求洪水頻率曲線；3. 反推該大橋已遭遇洪水（1902、1910、1913、1917、1949、1963年洪水條件）的相應(yīng)重現(xiàn)期；4. 評(píng)判既有大橋抵御洪水能力的實(shí)際標(biāo)準(zhǔn)。預(yù)期成果：通過理論計(jì)算、分析論證得出大橋的實(shí)際抗洪能力。3.修復(fù)后大橋百年一遇抗洪能力檢算理論基礎(chǔ)：橋涵水文學(xué)理論研究方法：調(diào)研、理論計(jì)算研究步驟：1. 調(diào)研1964年大橋修復(fù)防護(hù)情況，包括工程措施、修復(fù)設(shè)計(jì)、修復(fù)后過流斷面形式圖；2. 計(jì)算百年一遇洪水的過流斷面、水深、流速、水位；3. 計(jì)算壅水最大高度，根據(jù)橋梁凈空要求檢驗(yàn)其過洪能力；4. 計(jì)算橋下一般沖刷和關(guān)鍵橋墩的局部沖刷；5計(jì)算安全埋

54、深和檢驗(yàn)修復(fù)后大橋抗沖刷能力。預(yù)期成果：能判斷修復(fù)后的大橋按現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)是否滿足百年一遇洪水設(shè)計(jì)要求。4.百年一遇洪水設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)大橋水文設(shè)計(jì)理論基礎(chǔ)：橋涵水文學(xué)理論研究方法：理論計(jì)算、方案對(duì)比研究步驟：1. 擬定3種橋式進(jìn)行水文計(jì)算；2. 按照現(xiàn)行規(guī)范進(jìn)行各橋式的壅水計(jì)算、橋下一般沖刷計(jì)算、橋墩局部沖刷計(jì)算、橋臺(tái)沖刷計(jì)算。3. 方案對(duì)比，選擇最優(yōu)方案預(yù)期成果：方案對(duì)比，給出合理方案。畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）進(jìn)度安排：序號(hào)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）各階段內(nèi)容時(shí)間安排備注01資料收集、閱讀相關(guān)文獻(xiàn)第一、二周02文獻(xiàn)翻譯第三周03完成文獻(xiàn)綜述和開題報(bào)告第四周04完成研究方案第一部分第五、六周05完成研究方案第二部分第七八周

55、06完成研究方案第三部分第九十一周07完成研究方案第四部分第十二十四周08完成相關(guān)論文（設(shè)計(jì)書）的整理工作第十五周09打印裝訂指導(dǎo)教師意見：指導(dǎo)教師簽名： 審核日期： 年 月 日北京交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）摘要橋梁泄洪能力不足和基礎(chǔ)埋深過淺是造成橋梁水毀的重要原因。本文根據(jù)現(xiàn)有京廣鐵路洺河大橋相關(guān)資料對(duì)因歷年大洪水造成的大橋水毀原因進(jìn)行分析，從過洪能力和抗沖刷能力兩方面衡量大橋是否在設(shè)計(jì)上滿足相關(guān)規(guī)范的要求。通過計(jì)算，認(rèn)為該橋橋下高程嚴(yán)重不足，大洪水時(shí)過流面積過低，設(shè)計(jì)洪水無法正常通過該橋，無法滿足抵御百年一遇洪水的要求，部分橋梁基礎(chǔ)埋深過淺，洪水時(shí)易造成沖刷深度超過基礎(chǔ)底面深度，從而使大橋的

56、整體性受到破壞，并降低其他墩臺(tái)以及橋面結(jié)構(gòu)的承載能力，致使大橋水毀。本文根據(jù)檢算結(jié)果進(jìn)行了新橋的水文設(shè)計(jì)，水文設(shè)計(jì)的主要工作包括大橋洪水頻率曲線及設(shè)計(jì)洪水的推求、橋址選擇、橋梁高程確定、孔跨布置和橋梁基礎(chǔ)埋深確定等相關(guān)設(shè)計(jì)計(jì)算，為新橋的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和施工提供理論參考。另外本文嘗試使用HEC-RAS水文計(jì)算軟件對(duì)相關(guān)斷面進(jìn)行了模擬計(jì)算，將結(jié)果與之前計(jì)算結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，取得了較好的一致性。關(guān)鍵詞：橋涵水文；設(shè)計(jì)洪水；洪水頻率；過洪能力；沖刷。AbstractThe main reasons for the destroyed of a bridge are inadequate ability of bridge to releace floodwater and The ability to resist erosion. This paper is divided into two parts. The first part is based on the existing date to analyze th