橋涵水文課件2河川徑流

《水力學(xué)與橋涵水文》+研究液體處于靜止和運(yùn)動(dòng)狀態(tài)下的力學(xué)規(guī)律，并運(yùn)用這些規(guī)律解決工程實(shí)際問題的一門科學(xué)。研究關(guān)于地球上水的起源、存在、分布、循環(huán)、運(yùn)動(dòng)等變化規(guī)律，以及運(yùn)用這些規(guī)律為人類服務(wù)的知識(shí)體系。水力學(xué)水文學(xué)思考橋與水？橋梁事故案例一塌陷部分已全部掉入河中

橋面留下一個(gè)近一米寬的大縫

專家勘測(cè)結(jié)論排除了橋梁質(zhì)量問題引發(fā)塌陷的可能。該橋一共有15個(gè)橋孔，只有5個(gè)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(gè)承重橋墩的基礎(chǔ)被淘蝕，加之重力作用，所以出現(xiàn)了塌陷。因?yàn)樾聵驑蚨仗幱谏嫌?，橋墩基礎(chǔ)先于舊橋受到洪水沖刷，淘蝕嚴(yán)重，因而首先出現(xiàn)塌陷。而舊橋處于下游，洪水到達(dá)時(shí)力量已減緩，因而受到淘蝕的情況不嚴(yán)重，所以在新橋出現(xiàn)險(xiǎn)情后數(shù)小時(shí)才垮塌。其他看法交通局認(rèn)為是過度采砂。河道管理部門認(rèn)為河流缺乏疏浚。民間認(rèn)為：任何橋梁設(shè)計(jì)均可能存在問題。

案例二：遼寧渾河上游蘇子河段東南雜木大橋發(fā)生坍塌（一）東南雜木大橋發(fā)生坍塌（二）初步分析中間有一處橋墩被大水沖毀，隨之有兩跨上部結(jié)構(gòu)掉入水中。水的流速大，造成橋梁下部基礎(chǔ)被沖毀，是沖刷深度大于基礎(chǔ)（擴(kuò)大基礎(chǔ)）的埋深所致，糾其原因應(yīng)該是橋梁設(shè)計(jì)時(shí)未考慮這么大的水，橋跨布置過小，河床段面壓縮過大所致。

橋與水1墩臺(tái)埋置深度－泥沙沖刷2橋孔長(zhǎng)度－泄洪（設(shè)計(jì)流量）3橋面標(biāo)高－設(shè)計(jì)水位其它：橋面排水涵洞水毀塌方課程的特點(diǎn)《橋涵水文》屬于工程河川水文學(xué)范疇并獨(dú)具專業(yè)性應(yīng)用特點(diǎn)。主要依靠數(shù)理統(tǒng)計(jì)分析方法，分析實(shí)地調(diào)查勘測(cè)的河川水文資料，預(yù)示橋涵水文工程可能遭遇的未來水文趨勢(shì)、為橋涵設(shè)計(jì)提供必不可少的設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)。橋位河段特征直接影響著跨河構(gòu)筑物的布設(shè)與設(shè)計(jì)跨河構(gòu)筑物的建設(shè)反過來引起河段特征的變化研究意義1、在橋涵規(guī)劃設(shè)計(jì)階段根據(jù)使用年限內(nèi)河流可能發(fā)生的流量、水位和流速進(jìn)行分析和計(jì)算，從而確定工程的位置、規(guī)模和基本尺寸，為整個(gè)工程的技術(shù)設(shè)計(jì)當(dāng)好先行。2、在橋涵施工階段保障施工的安全性與經(jīng)濟(jì)性，估算施工期設(shè)計(jì)洪水。3、在橋涵運(yùn)營(yíng)階段根據(jù)實(shí)際的河流水情編制相應(yīng)的日常管理計(jì)劃和制度，復(fù)核和修建規(guī)劃設(shè)計(jì)階段的水文分析結(jié)果，確定是否需要對(duì)工程進(jìn)行相應(yīng)的維修與改造，河床是否需要整治等。課程的主要內(nèi)容跨河構(gòu)筑物過河點(diǎn)的選擇與確定設(shè)計(jì)流量的確定跨河構(gòu)筑物孔徑的確定跨河構(gòu)筑物基礎(chǔ)埋深河道中調(diào)制構(gòu)筑物的設(shè)計(jì)課后自學(xué)第一章橋梁與環(huán)境第二章河川徑流第一節(jié)河流和流域第二節(jié)河川徑流的形成第三節(jié)水文測(cè)驗(yàn)第四節(jié)水文資料的搜集和助理本章重點(diǎn)了解河流流域的有關(guān)概念；了解流域特征及其對(duì)徑流形成的影響；了解山區(qū)河流與平原河流各自的特點(diǎn)；掌握徑流形成過程的基本概念；掌握水文資料的收集與整理。特別是：洪水調(diào)查、形態(tài)斷面的流速和流量計(jì)算。溪澗

第一節(jié)河流和流域一、河流二、流域三、山區(qū)河流和平原河流一、河流河川徑流：受重力作用沿河床流動(dòng)的水流§1-1河流與流域一、河流分段河谷形態(tài)河床物質(zhì)比降／流速侵蝕／堆積流量水位變化上游V基巖礫石大／大下切小大中游寬U中粗砂中／中側(cè)蝕中中下游寬淺U細(xì)砂淤泥?。《逊e大小黃河上游特點(diǎn)：河道坡度大，水流急，流量小，水情變化大，河谷窄、多急灘瀑布，河槽以沖刷下切占優(yōu)勢(shì)。黃河中游特點(diǎn)：河道坡度變緩，流速減小，流量加大，沖淤不嚴(yán)重，河床比較穩(wěn)定，但側(cè)蝕力量增強(qiáng)，河糟逐漸拓寬和曲折，兩岸出現(xiàn)灘地。黃河下游特點(diǎn)：河道坡度更緩，流速更小，流量更大，淤積作用顯著，多淺灘或沙洲，河曲發(fā)育。河流的基本特征——橫斷面河流的橫比降橫比降——河流沿橫斷面方向的水面坡度產(chǎn)生的原因：1、彎曲河段中的慣性離心力作用2、地球自轉(zhuǎn)偏向力的影響3、流速分布不均勻的影響河彎斷面水流示意圖

a）平面圖

b）橫斷面圖河流的基本特征——縱斷面深泓線：河流中沿水流方向各橫斷面最大水深點(diǎn)的連線。河流縱斷面：沿深泓線的斷面?？v向比河流比降：任意河段兩端（水面或河底）的高差稱為落差，深泓線上單位長(zhǎng)度內(nèi)的平均落差稱為比降。某一河段的比降（1-1-1）河流的平均比降

(1-1-2)

二、流域（河盆）§1-1河流與流域河盆系統(tǒng)流域的基本概念與特征◆分水嶺：指劃分相鄰水系或河流的山嶺或河間高地；◆分水線（分水界）：分水嶺最高點(diǎn)的連線；地表分水線受地形影響，地下分水線則受地質(zhì)構(gòu)造和巖性控制；◆流域（河盆）：指分水線所包圍的區(qū)域；◆流域特征：包括流域面積、流域形狀、流域高度、流域坡度、干流流向等。流域的幾何特征——流域面積定義：流域地面積水區(qū)的水平投影面積。常用F表示。流域的大小，直接影響匯集的水量多少和徑流的形成。流域面積大，水量大，洪水歷時(shí)長(zhǎng)。亞馬孫流域山區(qū)匯水面積勾繪法在地形圖上尋找河流周邊的分水脊線，并將其連接起來，直至將橋位點(diǎn)的上游河流（含全部支流）全部包括在內(nèi)，其閉合圈的范圍就是所調(diào)查橋位的匯水區(qū)。平原區(qū)匯水面積勾繪法平原區(qū)地形圖上等高線稀疏，分水界線不易劃分，因此，通常可根據(jù)村莊地勢(shì)高于周圍田地的特點(diǎn)，勾繪出匯水區(qū)。流域面積的計(jì)算方法1、方格法：所定方格越小，計(jì)算越準(zhǔn)確，但工作量則比較大。2、求積儀法：量算速度快，操作簡(jiǎn)便，適用于各種不同幾何圖形的面積量算，而且能保持一定的精度。流域的幾何特征——流域的形狀主要影響徑流匯集的時(shí)間長(zhǎng)短及形成過程。(a)出口斷面流量小，徑流過程的變化小，歷時(shí)較長(zhǎng)(b)出口斷面流量大，徑流過程的變化大，歷時(shí)較短流域形狀呈圓形，洪水集中且洪峰流量大剛果河流域的自然地理特征地理位置用流域圖形形心所在的經(jīng)緯度表示。地形條件除用地形圖描述外，還可用流域的平均高程和平均坡度表示。三、山區(qū)河流和平原河流

山區(qū)河流平原河流§1-1河流與流域山區(qū)河流的平面形態(tài)特征平面上多急彎，寬窄相間，河床穩(wěn)固；縱斷面多呈凸形，必降陡緩相間；開闊河段，河面較寬，有邊灘，有時(shí)也有不大的河漫灘和明顯階地，有的地方也會(huì)出現(xiàn)河心灘和沙洲，必降較緩，河床泥砂較細(xì)；峽谷河段，河床狹窄，河岸陡峭，中、枯水位河槽無明顯區(qū)別。急灘平原區(qū)河流的平面形態(tài)特征河床橫斷面多呈寬淺矩形，通常灘槽分明，河彎處呈斜角形，凹岸側(cè)窄深，凸岸側(cè)為寬而高的邊灘，過渡段有淺灘、沙洲；中泓線與河道中線一般不重合；河谷開闊，有時(shí)河槽高出地面，靠?jī)蓚?cè)堤防束水沖積層厚，枯水期河槽中露出泥沙堆積體；由于河流多河彎，淺灘連續(xù)分布，因此，河床縱斷面亦深淺相間。河段分類按地區(qū)劃分河段分類：按河床演變劃分山區(qū)河段平原河段峽谷性河段穩(wěn)定性河段次穩(wěn)定性河段變遷性河段游蕩性河段寬淺性河段沖擊漫流性河段第二節(jié)徑流形成一、徑流形成過程二、影響徑流的主要因素三、我國(guó)河流的水量補(bǔ)給一、徑流形成過程1、降雨過程

2、流域蓄滲過程

3、坡面漫流過程

4、河槽集流過程§1-2徑流形成洪水三要素：

歷時(shí)、峰值（流量、水位）、徑流量QmQt基流W漲水過程退水過程洪水過程線降雨與洪水時(shí)距最大雨量洪峰流量時(shí)間（小時(shí)）洪水總量基本徑流二、影響徑流的主要因素1、氣候因素

降雨蒸發(fā)2、下墊面因素自然地理因素—地形、土壤、地質(zhì)、植被、湖泊人類活動(dòng)§1-2徑流形成三、我國(guó)河流的水量補(bǔ)給1、雨源類2、雨雪源類

3、冰雪源類

§1-2徑流形成1、雨源類

秦嶺、淮河以南到臺(tái)灣、海南島、云南廣大地區(qū)

特點(diǎn)：一年內(nèi)徑流量的變化與降水變化完全一致

2、雨雪源類

華北、東北、西北地區(qū)的河流，每年有兩次汛期，年流量過程線成雙峰形。黃河解凍（凌汛）

3、冰雪源類

西北地區(qū)新疆、青海等地的河流，年流量過程線成單峰形。金沙江虎跳峽，平水期虎跳石，平水期金沙江虎跳峽，汛期虎跳石被淹沒，汛期第三節(jié)水文測(cè)驗(yàn)1、水位觀測(cè)2、流速測(cè)驗(yàn)3、斷面的測(cè)量4、流量計(jì)算5、相應(yīng)水位的計(jì)算6、繪制水位流量關(guān)系曲線（補(bǔ)充）7、水位—流量關(guān)系曲線的應(yīng)用（補(bǔ)充）§1-3水文測(cè)驗(yàn)直立水尺水位=水尺零點(diǎn)高程+水尺讀數(shù)1、水位觀測(cè)（1）水尺§1-3水文測(cè)驗(yàn)斜坡式優(yōu)點(diǎn)：構(gòu)造簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)、使用方便缺點(diǎn)：觀測(cè)條件差，工作量大，數(shù)據(jù)測(cè)量與相關(guān)曲線由人工完成。1、水位觀測(cè)（2）自記水位計(jì)能自動(dòng)記錄水位的連續(xù)變化過程，畫在記錄紙上，或直接輸進(jìn)計(jì)算機(jī)內(nèi)貯存或計(jì)算。§1-3水文測(cè)驗(yàn)2、流速測(cè)驗(yàn)（1）浮標(biāo)法測(cè)得水面流速。乘以0.8~0.9，為平均流速§1-3水文測(cè)驗(yàn)（2）流速儀法能測(cè)得水面下任何距離處的流速。流速測(cè)點(diǎn)布置規(guī)定主槽寬度（m）主槽內(nèi)最小垂線數(shù)（條）100以內(nèi)5100~3007300~6009600~1000111000以上14（但不少于每200m一條）測(cè)速垂線上測(cè)點(diǎn)的布置注：△為流速儀凈空，視工作方法、鉛錘及河底電接觸器的尺寸而定。垂線上的水深h（m）垂線上的施測(cè)的點(diǎn)數(shù)各測(cè)點(diǎn)的位置（從水面算起的深度）＞105水面、0.2h、0.6h、0.8h、h-⊿3~1030.2h,0.6h,0.8h1.5~320.2h,0.8h＜1.510.6h平均流速計(jì)算公式（1-3-1）3、斷面的測(cè)量1、測(cè)量水深測(cè)深桿、測(cè)深錘、回聲測(cè)深儀等2、測(cè)深點(diǎn)到斷面起點(diǎn)的距離直接丈量、光電測(cè)距儀直接測(cè)距、經(jīng)緯儀視距、交會(huì)法等3、測(cè)深期間的水位水準(zhǔn)儀§1-3水文測(cè)驗(yàn)定義：計(jì)算流量所依據(jù)的河流橫斷面，稱為水文斷面，又稱形態(tài)斷面。4、流量計(jì)算§1-3水文測(cè)驗(yàn)流速儀測(cè)流4、流量計(jì)算流速儀測(cè)流時(shí)，計(jì)算步驟：1）以測(cè)速垂線將測(cè)流斷面劃分為若干部分，計(jì)算各部分的過水面積。2）計(jì)算各測(cè)速垂線的垂線平均流速。3）計(jì)算各個(gè)部分?jǐn)嗝婷娣e的斷面平均流速。岸邊或死水邊的平均流速4）計(jì)算各個(gè)部分面積的流量。5）計(jì)算全斷面的流量。5、相應(yīng)水位的計(jì)算1）算術(shù)平均值

由水位變化而引起的過水?dāng)嗝婷娣e的變化，不超過5%~10%（平均水深大于1m時(shí)）或10%~20%（平均水深小于1m時(shí)），可取測(cè)流開始和終止時(shí)的算術(shù)平均值。2）加權(quán)平均值§1-3水文測(cè)驗(yàn)（1-3-7）6、繪制水位流量關(guān)系曲線水位為縱坐標(biāo)，流量為橫坐標(biāo)為相互校核，可將Q=f(H),A=f1(H),Q=f2(H),三條曲線繪制在同一坐標(biāo)紙上。同一水位時(shí)，圖中流量應(yīng)等于過水面積與流速的乘積。§1-3水文測(cè)驗(yàn)水位與流量、過水面積和流速關(guān)系曲線7、水位—流量關(guān)系曲線的應(yīng)用（1）查找水位或流量對(duì)于一個(gè)特定的河流橫斷面，可利用水位流量關(guān)系曲線推求某一水位相應(yīng)的流量或某一流量相應(yīng)的水位?！?-3水文測(cè)驗(yàn)（2）推求流量過程線流量測(cè)算工作量很大，欲得流量過程線則更為困難。但實(shí)測(cè)水位過程線卻十分簡(jiǎn)單。第四節(jié)水文資料的搜集和整理水文資料的來源：1）水文站觀測(cè)資料2）洪水調(diào)查資料3）文獻(xiàn)考證資料§1-4水文資料的搜集和整理收集水文資料的要求一致性即應(yīng)收集同類型、同條件下的資料。代表性即能反映設(shè)計(jì)水文情勢(shì)的特性?？煽啃约促Y料數(shù)據(jù)應(yīng)可靠。獨(dú)立性水文統(tǒng)計(jì)分析中把水文現(xiàn)象看成隨機(jī)事件。彼此有關(guān)聯(lián)的資料不能收入同一系列。一、水文站觀測(cè)資料1990年以前可查閱《水文年鑒》1990年以后向水文資源局查詢?cè)谑褂觅Y料時(shí)，一般應(yīng)重點(diǎn)復(fù)核水位和流量資料。§1-4水文資料的搜集和整理二、洪水調(diào)查資料主要在橋位上下游調(diào)查歷史上各次較大洪水的水位，確定洪水比降，推算相應(yīng)的歷史洪水流量，作為水文分析和計(jì)算的依據(jù)調(diào)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(jì)算斷面和橋梁墩臺(tái)天然沖刷深度的依據(jù)?！?-4水文資料的搜集和整理二、洪水調(diào)查資料1、水文斷面的選擇2、水文斷面的流速和流量的計(jì)算3、洪水比降的確定4、河床粗糙系數(shù)的選擇

1、水文斷面的選擇選擇原則：應(yīng)選在近似于均勻流的河段上；應(yīng)盡量靠近調(diào)查的歷史洪水位；數(shù)量應(yīng)根據(jù)實(shí)際需要而定，一般可在橋位上下游各選一個(gè)；必須垂直于洪水流向。2、水文斷面的流速和流量的計(jì)算謝才—滿寧公式寬淺河流，當(dāng)水面寬度大于斷面平均水深的十倍以上時(shí)，濕周可近似用水面寬度代替，則水力半徑等于斷面平均水深。2、水文斷面的流速和流量的計(jì)算復(fù)式斷面，河槽與河灘應(yīng)分別計(jì)算流速和流量3、洪水比降的確定定義：河流中出現(xiàn)洪峰時(shí)的水面比降確定：1）根據(jù)水文站觀測(cè)資料確定2）根據(jù)洪水調(diào)查資料推算3）若無資料，在順直河段上，可采用河底比降代替。1）根據(jù)水文站觀測(cè)資料確定洪水比降2）根據(jù)調(diào)查資料推算洪水比降4、河床粗糙系數(shù)的選擇反映水流所受河床阻力的大小，直接影響流速和流量最好