公路小桥涵第四章(05)

二、有关水文的基本术语 1.径流：陆地上的降水汇流到河流、湖库、沼泽、 海洋、含水层或沙漠的水流的通称。 2.水位：自由水面相对于某一基面的高程。 3.流速：水的质点在单位时间沿流程移动的距离， 通常用m/s计量。 4.流量：单位时间内通过河渠或管道某一过水断 面的水体体积，通常用m3/s计量。 5.暴雨：降雨强度和降雨量均相当大的雨。1h雨 量等于大于16mm或24h内雨量等于或大于 50mm的雨。 6.洪水：流量大、水位高且具有一定灾害的大水。 包括洪峰流量，洪水总量及洪水过程，通称洪 水三要素。
Q p = 0 .2 7 8 × ( n − µ ) × A τ （1）查雨力图4-3（p58）的Sp=45mm/h。 （2）汇流时间τ值的计算 北方多采用：τ =K ( L )α
1
Sp
3
Iz
查附表1-4得：丘陵区K3=0.62,a1=0.71: τ=2.03h 3）确定暴雨递减指数n值 先查图4-5，知石沟属于中部干旱黄土山区 即III类分区；或查附表1-1当τ=2.03h应取值， n=0.65。
暴雨推理法把汇水区上的产、汇流条件概括简 化，并引入一些假定，从而建立起主要因素和 洪峰流量之间的推理关系或经验关系，通过统 计分析，定量其参数，最后得到实用计算公式。 在采用暴雨资料推求设计流量时，通常都假 定暴雨与其形成的洪峰流量是同一频率的。形 成洪峰流量的暴雨量，是该次暴雨强度过程的 核心部分，如图4-1中的阴影部分。 交通部公路科研所在经过单站分析和地区综 合平衡的基础上，进行了全国汇总、拼图和协 调，提出了雨力SP全国等值线图，图4-5和附表 3-1；提出了计算洪峰流量的推理公式和经验公 式以及各省不同分区的参数值。
二、影响径流流量的因素 1.暴雨特径，降雨强度，降雨历时，降雨范围， 降雨的均匀性。 2.汇水区特径： 汇水区面积的大小及形状 汇水区地表情况：土壤类别、植物覆盖 汇水区地形：主河沟的纵坡、横坡、沟形明显 与否、地表坑洼和平滑状况等。 其它因素：汇水区内的湖泊、沼泽、苔草、森 林具有调洪的能力。
三、径流形成法计算公式 计算公式分两大类：一是根据实践经验建 立径流流量与径流因素函数关系的公式， 叫经验公式；二是根据径流形成的因素和 条件，通过分析、推理而建立的径流流量 与径流因素函数关系的公式，叫成因推理 公式。径流成因推理公式计算繁杂、实用 性差，生产上一般多用径流成因简化公式 和经验公式。下面介绍的径流形成法公式 主要适用于汇水面积小于等于30km2的小流 域。
2.步骤 ① 根据桥涵位置所处不同地区查雨力等值曲 线，确定频率为P的雨力Sp； ② 确定汇水区几何参数； ③ 计算损失参数M和汇流时间τ； ④ 按公式计算设计流量Qp。 二、计算公式 1.交通部公路科研所推理公式：
Q p = 0.278 × (
Sp
τ
n
− µ)× A
损失参数µ按下式计算： β 北方多采用：µ = k1 S p β 南方多采用： = k2 S p 2 A− λ µ 汇流时间τ按下式计算： 北方多采用： τ =K3 ( L )α
4）根据理论频率曲线求算设计流量。 本方法基于对已观测资料进行频率分析和 水文计算，必须有稳定可靠的水文观测资 料，一般要求实测年份在20年以上。 计算的基本公式为：Q p = K p Q 2．无流量观测资料推算设计流量 可利用调查的反映或影响洪峰流量的各种 因素，建立计算公式，推算设计流量，主 要有以下几类方法： 1）根据调查历史洪水位推算设计流量
解：因汇水面积A=12km2 >10 km2且A<30km2,采用 径流成因简化公式计算。 1）确定计算参数 根据公路技术等级查《公路工程技术标准》确 定设计洪水频率为P=1/25；依据A=12km2、 I=20‰条件，查附表3-8（p227) 求得地貌系数ψ=0.07. 根据A，查附表3-11（p230)，得知汇流时间 τ=45min。 根据土壤为粘土，查附表3-9（p227）确定吸水 类属为II类。 由设计洪水频率p=1/25、t=45min、II类土，暴雨 分区为12，查附表3-12（P232）的径流厚度 h=48mm。
2、形态调查法计算公式 ① 形态断面处的洪峰流量Qx 同一流速时 Q x = ω ⋅υ 不同流速时 Q x = ∑ ω ⋅υ = ω1 ⋅υ1 + ω2 ⋅υ2 + ⋯ ②形态断面处流速确定 1）均匀流公式：υ = C Ri 1 （满宁公式） C = mR 6
υ = mR i （谢才—满宁公式）
2 1 3 2
第二节 暴雨推理法 一、原理及步骤 1.原理 运用成因分析与经验推断相结合的方法，从实 测的暴雨资料入手，应用地区综合分析方法来分 析暴雨资料和地区特征关系，从而间接地推求设 计流量。它是一种半理论半经验的计算方法。 一次暴雨降雨量在满足了植物滞留、洼地蓄水 和表土储存后，当后续降雨强度超过入渗能力时， 超渗的雨量将沿着坡面汇流进入河网。而决定小 流域洪峰流量大小的主要因素一般有降雨量、降 雨强度、降雨的时空分布和下垫面等。
3) 按经验公式II推算 C=0.025;β=1.4;λ3=0.95 Qp=2%= =0.025×451.4×890.95=367m3/s
第三节 径流形成法 一、径流的形成 径流形成法是从分析汇水形成和影响地面径 流的因素着手，建立这些因素与设计流量的函 数关系，求得设计流量的方法。 通常将降雨过程分为流域蓄渗、坡面漫流、 河槽集流、及消退四个阶段。在一次降雨过程 中，并非全部降雨都流入桥涵，而有一部分水 流消耗于植物截留、填洼、土壤入渗及蒸发等， 这部分消耗的雨量称为损失，损失后剩余的雨 量称为净雨。净雨在流域内形成的地表水流称 为地面径流，地面径流的大小用径流厚度 （mm）表示，它与降雨强度的量纲相同。吸 入土壤中的水流，遇到不透水的地层，可形成 地下径流。
原理：实地调查历史上发生过的洪水位痕 迹，并通过河道地形、纵、横断面、洪痕 高程及位置等形态资料调查，再按水力学 方法推算历史洪峰流量。 基本公式： ω ⋅V0 Q= 公路小桥涵运用这一原理推算设计流量有 形态调查法和直接类比法。 2）根据暴雨成因的原理推算设计流量 暴雨是形成小汇水区域洪峰流量的根本因 素，根据暴雨的大小和影响洪峰流量的因 素分析，建立流量公式计算设计流量，通 常有两种方法：暴雨推理法和径流形成法。
云南交通职业技术学院公路分院 赵 强
第一节 小流域水文计算概要 一、小流域水文特征 小流域通常是指汇水面积小于100km2的小 型沟、谷的范围，由于汇水面积小，小流 域汇水区具有以下水文特征: 1.洪水暴涨暴露，破坏性较大； 2.缺乏水文观测资料； 3.流量小，洪水历时短暂； 4.暴雨是形成洪峰流量的根本原因。
（4）损失参数µ值计算 β 北方多采用： = k1 S p = 2% µ 查附表1-3III类土：K1=0.75;=0.84 µ=0.75×450.84=18.36mm/h （5）Qp=2%=248.44m3/s 2)按经验公式I推算
1
Q p = ϕ (S p − µ ) ⋅ F
m
λ2
查附表1-5得：φ=0.14；m=1.08;λ2=0.96 前已经求得：Sp=2%=45mm/h; µ=18.36mm/h Qp=2%=361m3/s
又由附表3-13（P234），查得山地水稻田 z=10mm。 湖泊折减系数δ，按下式计算： δ=1-（1-K).f/A (因无资料，K取0.7） =1-（1-0.7)×8.2 ÷12 =0.8
第四节 形态调查法 1、 原理及步骤 ① 原理 用调查河槽形态与历史洪水位的手段， 取得河槽某一过水断面在该洪水位下的过水面 积，平均流速及洪水频率资料，据以推算桥涵 处设计流量的方法。 ② 步骤 1、设置形态断面 2、形态断面调查 3、形态断面处流量Qx计算 4、频率换算。将形态断面的流量Qx换算为设计频 率的流量Qxs 5、桥（涵）址换算.将形态断面的设计流量Qxs换 算为桥址断面的设计流量Qs
7.流域面积：流域分水线与河口断面之间所包 围的平面面积。 8.降雨强度：单位时间的降水量，mm/h或 mm/d计量。 9.雨量：一定时段内，从大气降落到地面的液 态降水量，mm计量。 10.设计流量：与设计洪水频率相应的流量 （m3/s）
三、水文计算方法简介 1．根据流量观测资料推算设计流量 当有实测的流量观测资料时，一般按水文 统计的频率分析方法来确定设计流量。其 基本原理和一般步骤是： 1）分析整理观测的水文资料，绘制经验频率 曲线。 2）计算水文参数：流量均值（Q）、变差系 数（Cv）、偏差系数（Cs）的初值。 3）用适线法选定水文参数，作理论频率曲线 和经验频率曲线，相比较后，反复调整参 数值（主要是Cs值），直到两曲线吻合为止。
1.径流成因简化公式 4 3 公路科研所： s = ψ ( h − z ) 2 ⋅ A 5 Q 此式原由原苏联鲍尔达可夫：
Q s = ψ( h − z ) m × F n
考虑洪峰传播，降雨不均匀，水库湖泊影响：
Q s = ψ (h − z ) ⋅ A ⋅ β ⋅ γ ⋅ δ
f 其中 δ = 1 − (1 − K ) × A 当汇水面积较小（平原A＜1.0km2 ，山岭A ＜0.5km2）时：
1
1
Iz
L α2 −β3 南方多采用：τ =K4 ( ) Sp Iz
2.经验公式 经验公式I：
Q p = ϕ (S p − µ ) ⋅ F
m
λ2Βιβλιοθήκη β 经验公式II: Q p = C S p A λ 3.算例
3
已知条件：甘肃省某公路上的石沟桥，石 沟属黄河流域关川河支流，汇水面积 A=89km2,主河沟长L=21.32km，主河沟平均 坡度Iz=16‰;河床为砂砾夹卵石，两岸为粉 质垩粘土，地表为黄土层，划为III类土； 地处丘陵区；该小桥工程点无实测流量资 料，现用暴雨推理公式和经验公式分别推 求Qp=2%=? 解：1）用推理公式计算[式(4-3)]
3 2 4 5
Q s = 0.56h ⋅ A