桥涵水文设计洪水流量.ppt

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1、第三章 设计洪水流量,武汉理工大学,hydraulic radius partial pressure culvertvolume of runoffnet rainfallquantity of rainfall water-producing area storm duration,intensity of rainstormsurface flowWatershedunderground water level,第二章 回 顾,1 水文现象的特性和分析方法2 几率和频率3 频率分布 重现期与频率的换算4 经验频率曲线5 统计参数 三个统计参数对频率曲线的影响6 理论频率曲线 皮尔逊理论频

2、率曲线的推求7 相关分析,第三章 设计洪水流量,设计流量：是指相应于设计洪水频率的洪峰流量（m3/s）。设计水位：桥位计算断面上通过设计流量相应的水位，称为设计水位（m）。设计流速：设计流量通过时桥位断面的河槽平均流速（m/s）。,第三章 设计洪水流量,新规范关于设计洪水频率的另外两条：二级公路的特大桥以及三级、四级公路的大桥，在水势猛急、河床易千冲刷的情况下，可提高一级设计洪水频率验算基础冲刷深度。沿河纵向高架桥和桥头引道的设计洪水频率应符合本标准中路基设计洪水频率的规定。,第三章 设计洪水流量,推求设计流量的方法汇总：一 水文统计法 适用于大中河流，具有一定长度的实测资料，最好还有调查到的

3、特大洪水资料；,第三章 设计洪水流量,推求设计流量的方法汇总：一 水文统计法二 地区性公式、暴雨径流的推理公式 适用于中小河流，难于搜集到实测洪水资料，但可以搜集到降雨资料或地区性水文资料情况；,第三章 设计洪水流量,推求设计流量的方法汇总：一 水文统计法 二 地区性公式、暴雨径流的推理公式三 相关分析 延长水文资料 适用于桥位附近资料较少，但相邻地区或河段有较多资料情况。,第三章 设计洪水流量,推求设计流量的方法汇总：一 水文统计法 二 地区性公式、暴雨径流的推理公式三 相关分析 应通过多种途径、采用不同方法，尽量搜集可能搜集到的一切水文资料，应用不同的方法分析推求设计洪水流量。采用不同方法

4、得到的同一桥梁的设计流量大小可能不同，可经对比分析论证后，选用一个合理数值。,第一节 根据流量观测资料推算设计流量,概述 具有足够的流量观测资料系列时采用水文统计法。基本思路 流量系列从大到小排序。点绘经验频率曲线。用适线法给经验频率曲线配适合的理论方程参数。由此可以计算任何频率的流量及设计流量。,一 有实测年最大流量资料时设计流量的推求 当具有较长实测资料(例如20年以上资料)时设计流量的计算可分为下述四个步骤。1 审查资料2 插补和延长系列资料3 推求频率曲线计算（采用皮尔逊型曲线）。4 成果合理性分析：主要是检查多年平均流量、最大流量离差系数Cv，和偏差系数Cs三个参数是否合理。,第一节

5、 根据流量观测资料推算设计流量,资料的审查内容（一）(1)资料的可靠性:即鉴定资料的可靠程度。应从资料来源、资料的测验和整编方法有无问题、刊印是否有误进行检查，可以通过上下游或干、支流水量平衡，流域年降水量等检查数据是否合理。（2）资料的一致性:资料的一致性主要分析流域内下垫面条件是否稳定。例如设计断面上游修建了大型引水工程后，使设计断面资料一致性遭到破坏，必须对资料修正后方可进行计算。,第一节 根据流量观测资料推算设计流量,资料的审查内容（二）,（3）资料的代表性:是指资料是否包括了丰水年、平水年和枯水年。若代表性差，就不能很好地反映总体的规律，统计计算结果的实际误差就大。为了提高资料的代表

6、性，应尽可能展延径流系列的长度。（4）资料的独立性 系列中的变量必须相互独立。,资料的插补和延长 具有短期实测资料时设计年流量的计算，应首先利用各种可能途径尽量展延径流系列，然后再进行频率曲线的计算。1.利用桥位邻近的水文站和邻近河流年流量资料展延 对设计流域的上、下游水文站，当两站的流域面积之差不超过10，两站之间无分洪或滞洪现象时可直接采用参证站的资料。也可以用经验公式近似计算：,第一节 根据流量观测资料推算设计流量,资料的插补和延长,2 同一河流上、下游的两个水文站或邻近流域的测站有长期实测年最大流量资料，并且与设计流域的气候和下垫面条件相似时，可以选作参证站，用相关分析法展延设计站的年

7、最大流量系列。3 两支流上水文站的流量对下游桥位可以叠加计算。,求矩适线法步骤：1）绘出经验频率曲线；2）按照定义式初步计算二个统计参数：均值，变差系数；3）假定偏差系数Cs的大小。由p，Cs/Cv查表得到Kp,按照皮尔逊型曲线计算公式列表，并点绘理论频率曲线。4）目估检查所绘理论频率曲线与经验频率曲线的符合程度，根据各参数对频率曲线位置的影响，反复调整统计参数值，直到两者符合得最好为止。最后得到三个统计参数的最终采用值，即得到最符合实测资料的理论频率计算公式。,第一节 根据流量观测资料推算设计流量,求矩适线法桥位设计计算系统电算步骤：1）窗口选择“皮尔逊 型曲线”；2）点击：“水文资料输入”

8、，输入年最大流量系列；3）选择“流量连续性系列”，点击计算，Cv。4）点击“频率曲线图”，出现皮尔逊 型频率曲线和经验点群窗口。目估检查所绘理论频率曲线与经验频率曲线的符合程度，选定一个Cs与Cv的比值m大小，在提示框选用m值，根据各参数对频率曲线位置的影响，反复调整统计参数值，直到两者符合得最好为止。,第一节 根据流量观测资料推算设计流量,第一节 根据流量观测资料推算设计流量,算例 311,第一节 根据流量观测资料推算设计流量,算例 312,二 资料中特大值的处理 至今人们对特大洪水还没有一个明确的量的定义。一般指相当大的洪水。在概率格纸上，它的频率点与一般洪水的频率点有明显的脱节、不连续现

9、象。在历史洪水中、在实测洪水中都有可能出现特大洪水，需提出作单独处理。,第一节 根据流量观测资料推算设计流量,二 资料中特大值的处理 1 在实测系列以外；2 在实测系列以内；3 兼而有之。,第一节 根据流量观测资料推算设计流量,第一节 根据流量观测资料推算设计流量,黄河某水文站，到1954年共有不连续的20年实测洪水资料，其中最大实测洪峰流量为3700m3/s。在1958年推算设计洪水时，虽然已调查到四次历史洪水资料，但因为有人对它们定量的可靠性有怀疑，只用了实测的二十年资料进行推算，得到百年一遇（p为1）的洪水流量为7500m3/s。（Cv=0.8）,第一节 根据流量观测资料推算设计流量,两

10、年后，1956年该站实测到特大洪水为13100m3/s。若以此资料加入系列，即有22年资料，推算出Q（p1）为25900m3/s。再经过调查和历史文献考证，根据河床断面冲淤，修正历史洪水流量:1794年Q=25000，s，1853年18000，1917年Q=13,500 1935年Q=8300.如果1954年就采用调查到的四次历史洪水资料，其中1794年按160年350年以来的首位计算，得C=1.7;Q（p1）为30,000m3/s。,后来，在1963年又测得特大洪水为12000m3/s。在1964年用全部资料进行计算，结果是Q（p1）为31，000m3/s。75002590030000310

11、00可见计算结果已趋于稳定。当增大样本容量、即考虑历史洪水时，可以提高计算成果的可靠性。,为什么要进行特大值的处理？通过特大值处理，可以延长系列资料，增强系列的代表性，减少各参数值的抽样误差，从而提高计算成果的稳定性和可靠性。一般同时采用三种来源的资料：水文站观测资料、参证站插补和延长资料、调查洪水和文献考证资料。,第一节 根据流量观测资料推算设计流量,实测期：把水文站观测资料的年限称为实测期（包括由参证站实测资料相关分析插补延长的资料）。调查期：调查洪水的最远年份到实测完毕的年限。（包括实测期）考证期：文献考证到的最远年份到实测完毕的年限。（包括调查期）,第一节 根据流量观测资料推算设计流量

12、,连续系列：由实测和插补延长资料组成的系列中，如果没有特大洪水值需要提出单独处理，各项洪水值直接按其大小顺序统一排位，序号不间断，这一样本称为连续系列。不连序系列：当有特大洪水值，需在更长的时期内进行排位，序号不连续，这种样本的系列称为不连续系列。,1 不连续系列的经验频率的计算方法方法 一 将不连续系列划分为几个连续系列，作为从总体中抽取的几个独立样本，分别进行排位，对于每一个独立样本就可以按连续系列处理。若某项洪水可以同时在两个连续系列中排位时，其经验频率取其中抽样误差较小的（计算年限较长的系列推算的频率）。采用维泊尔公式计算经验频率。,第一节 根据流量观测资料推算设计流量,1 不连续系列

13、的经验频率的计算方法方法二 将实测系列与特大值系列共同组成一个不连续系列作为代表总体的样本，系列中各项在调查期N年内统一排位，按照不连续系列计算经验频率。,第一节 根据流量观测资料推算设计流量,调查期N1年内，调查到为首的大洪水a1个，其中l1个发生在实测期内。考证期N2年内考证到大洪水a2个，其中l2个发生在N1年内；实测期n年。则不连续系列经验频率计算公式为：1）考证期考证到的l2项大洪水对应频率：（序号M2)2)调查期内除去为首的l2项，排序号第M1位的洪水频率：3)实测期内除去为首的l1项，排序号第m位的洪水频率：,第一节 根据流量观测资料推算设计流量,1 不连续系列的经验频率的计算方

14、法方法 一 方法二以上两种估算频率的方法已为水利电力工程设计洪水计算规范SD 122-79所采用。一般认为:方法一虽使用简便，但出现洪水频率重叠或脱节现象;而方法二可以进免重叠与脱节现象，在理论上也较严谨合理，但当有特大洪水遗漏时，将导致错误的计算结果。因此使用时需要慎重。,第一节 根据流量观测资料推算设计流量,2 不连续系列的统计参数计算方法在调查期或考证期内，特大洪水a个，其中l个发生在实测期n年内，则用下式计算均值和变差系数：,第一节 根据流量观测资料推算设计流量,利用年最大流量系列推算设计流量步骤1 选取样本 尽可能长。包括实测、插补、调查、考证资料。2 计算经验频率，绘制经验频率曲线

15、3 确定统计参数，绘制理论频率曲线（用适线法）4 计算设计流量：利用选定的统计参数计算5 审查计算结果 可以参照地区经验值审查。,第一节 根据流量观测资料推算设计流量,第一节 根据流量观测资料推算设计流量,例313,五 利用年最大流量系列推算设计流量 课堂习题金沙江某站，有1939-1978年44年的实测资料。并且自1860年以来历史文献对洪早灾害记载详细，通过多次调查和考证，认定1860年以来特大洪水年有(按大小顺序排列)1924年、1860年、1892年、1905年、1928年、1966年(实测系列中提出1966年作为特大洪水处理)共6年，其中1924年，1860年洪痕有刻字，其余年份洪痕

16、高程有记载，通过再三调查考证确认1860年以来120年内不会漏掉象1966年的洪水。并且考证认为1924、1860年洪水可以延长到1644年以来的洪水进行考证。所以这两年洪水的重现期给予336-120年的范围。推求一级公路大桥对应的设计流量。,第一节 根据流量观测资料推算设计流量,第一节 根据流量观测资料推算设计流量,本节课到此结束！,第二节 根据地区经验公式推算设计流量,当设计流域及设计断面上下游无实测流量资料时，设计洪峰流量值的计算，可利用调查历史洪水资料和其它间接的、或经验性的资料来算。,第二节 根据地区经验公式推算设计流量,这类方法很多，概括起来可分为三种:根据调查历史洪水资料.配合地

17、区经验确定P一III型曲线三参数再推求流量.根据地区经验公式直接求算设计流量;用水文比拟法求算。为了避免大的误差出现一般均采用多种方法推算进行分析比较，特别要与历史洪水资料相比较后再用其中可靠者。,一 大中河流的流量计算方法 根据调查历史洪水资料推算设计洪峰流量(一)若调查到若干个历史洪水资料并能确定它们的重现期，则可采用在海森概率格纸上点绘经验频率曲线将曲线外延即可粗略读出设计洪峰流量值。,第二节 根据地区经验公式推算设计流量,一 大中河流的流量计算方法 根据调查历史洪水资料推算设计洪峰流量(二)若调查到的历史洪水资料数量较少，不能点绘经验频率曲线。在历史洪水的重现期较准确时可按下法估算三个

18、参数。,第二节 根据地区经验公式推算设计流量,均值：1）有十年以上的观测资料，一般就可以直接采用。2）若调查到的历史洪水平均水位，可以用形态法计算平均流量。3）若无所有资料，可以利用平均流量的经验公式直接计算或按照地区性手册或资料选用。,第二节 根据地区经验公式推算设计流量,变差系数：1）有十年以上的观测资料，一般就可以直接采用Cv计算结果，但Cs的不能采用。2）可以参照采用邻近河流的相应值。3）若无所有资料，可以利用平均流量的经验公式直接计算或按照地区性手册或资料选用。,第二节 根据地区经验公式推算设计流量,地区性经验公式 各地区一般都有自己的水文手册。全国水文分111分区。每个水文分区的C

19、v值和Cs/Cv经验关系都有表格可以查。利用该表可以:1)在缺乏资料的情况下获得地区性的Q2和Q1 2）在缺乏资料的情况下获得三个统计参数,第二节 根据地区经验公式推算设计流量,一 全国水文分区流量计算参数表 表中给出了 1）C和n值及误差范围 2）频率p为2的流量 Q2%KFn 表中给出了K，n及误差范围 3）Q1%/Q2%,根据此值，可由Q2%算出Q1%。,第二节 根据地区经验公式推算设计流量,二 全国水文分区Cv值表 表中给出了111个分区流域面积从100km2到50000km2的Cv值。一般面积越大，Cv值越小。,第二节 根据地区经验公式推算设计流量,三 全国水文分区Cs/Cv经验关系

20、表 可查出Cs/Cv值。,第二节 根据地区经验公式推算设计流量,第二节 根据地区经验公式推算设计流量,四 各表的用法1）直接由经验公式推求p为1和2的设计流量 Q2%KFn Q1%/Q2%2）计算理论频率曲线的三个统计参数，用皮尔逊型曲线推求对应于设计流量。,第二节 根据地区经验公式推算设计流量,四 各表的用法,五 使用范围和步骤 一般适用于流域面积F小于50000km2的中等流域的桥位。首先在地图上勾绘出桥位以上的流域面积F，确定其分区，就可以按照上述方法确定设计流量。,第二节 根据地区经验公式推算设计流量,第二节 根据地区经验公式推算设计流量,例321,本节课到此结束！,第三节 推理公式和

21、经验公式,成因分析法由暴雨资料推求设计流量一 推理公式的基本形式式中：频率为 的流量;单位换算系数0.278，取 为平均雨强 为流域面积（km2）；频率为 的平均净雨强度；,第三节 推理公式和经验公式,一 推理公式 1958年水利科学研究院的推理公式：式中各参数可以由各地区的水文手册确定。,第三节 推理公式和经验公式,一 推理公式80年代初，交通部公路科学研究所和各省交通设计院共同指定的小流域暴雨径流的推理公式：,第三节 推理公式和经验公式,一 推理公式 式中，系数Sp为设计频率对应的雨力。可以查各地水文手册雨力等值线或图表资料，或者全国雨力等值线图。U为降雨损失参数（mm/h）其余各参数均可

22、以查表求得,第三节 推理公式和经验公式,二 经验公式 式中，系数Sp为设计频率对应的雨力。可以查各地水文手册雨力等值线或图表资料，或者全国雨力等值线图。U为降雨损失参数（mm/h）为地貌系数，可以查表求得 m、为指数，查表求得。,第三节 推理公式和经验公式,二 经验公式,经验公式法桥位设计计算系统电算 甘肃省西部丘陵地区求设计流量步骤：1）窗口选择“全国水文分区经验公式”“公路科研所推理公式”，选择土壤分类，计算u2）选择省份“甘肃”输入流域面积 确认雨力3）“汇流时间分区”点击：“丘陵区”。输入主河沟长度L,坡度I,显示汇流时间，选定“暴雨递减指数分区”，显示计算结果；同样选择“公路科研所经验公式”可以计算设计流量,第三节 推理公式和经验公式,1 根据流量观测资料推算设计流量2 根据地区经验公式推算设计流量3 推理公式和经验公式,第三章 小 结,本节课到此结束！,