桥涵水文 第1课
水力学与桥涵水文绪论课件
c 、粘度
1）μ是比例系数，称为动力黏度，单位“pa·s”。
动力黏度是液体黏性大小的度量，μ值越大，液体越
粘，流动性越差。
2）ν是运动粘度：粘度μ与密度ρ的比值为液体的
运动粘度ν。
单位：m2/s
d 、无黏性液体：指无粘性即μ=0的液体。
例1-1一底面积为40cm×45cm，高1cm的木块，质量 为5kg，沿着涂有润滑油的斜面等速向下运动。已知速 度v=1m/s，δ=1mm，求润滑油的动力粘度系数。
若液体的原体积为V，压强增加dP后，体积变化为 dV，则压缩系数为：
dV /V 1 dV
dP V dP
由于液体受压体积减小，dP与dV异号，以使к为正 值；其值愈大，愈容易压缩。к的单位是“1/Pa”。
根据增压前后质量无变化
dm d(V ) dV Vd 0
得
dV d V
1 d dP
施工阶段，对施工期间的水文情况有所了解。
中小桥梁及涵洞工程：因施工期限较短，一般尽量安 排在枯水期间施工；
大桥和特大桥工程：施工期限较长，在安排水中桥墩 基础及水下墩身施工时，一方面，为了确定临时性建 筑物（如围堰）的尺寸，必须预先估计整个施工期间 的天然来水情况，需要通过对多年年内水文变化过程 的分析计算来解决；另一方面，为了安排施工的日常 工作，必须了解近期内更为确切的来水情况，需要进 行水文预报。
抽象（近似），提出合理的理论模型，对其根据机械 运动的普遍规律，建立控制液体运动的闭合方程组， 将原来的具体流动问题转化为数学问题，在相应的边 界条件和初始条件下求解。 关键：提出理论模型，并能运用数学方法求出理论结 果，达到揭示液体运动规律的目的。
主要定理： （1）质量守恒定律：
（2）动量守恒定律：
桥涵水文
水位：横断面内，自由水面高出某一水准基面的高度深弘线：河流中沿水流方向各横断面最大水深点的连线河流长度：一般天然河流，从和元到河口距离河流比降含沙量是单位体积内水流中所含悬移质的质量，单位是kg/m3导治线：将各个把头的连线设计成一条平滑的曲线或直线河流流域：降落到地面上的水，被高地山岭分隔而汇集到不同河流中，这些汇集水流区域。
流域蓄渗过程：植物截留，入渗和填洼的整个过程河槽集流：坡面漫流的雨水汇入河槽后顺着河道由小沟到支流，由支流到干流，最后到达流域出口断面调治构造物主要包括：导流堤，丁坝，其它桥头防护工程调治构造物作用：调节水流，引导水流均匀顺畅地流过桥孔，防止桥下断面和上下游附近的河床河岸发生不利变形，确保桥梁安全。
推移质输沙率：单位时间内在过水断面单位河槽宽度上，通过的推移质的质量。
设计流量：根据国家技术标准规定的某一设计洪水频率，推算该频率相应洪水的洪峰流量。
平均潮面：半潮面即平均高潮和平均低潮的平均值潮高基准面：潮汐表预报潮位的起算面河床床面粗化：河床表面层的泥沙粒径逐渐增加，形成自然铺砌的现象理论深度基准面：理论计算得到的最低潮面，作为海图上标明深度的基准面三种水力计算图式：无压力式，半压力式，压力式。
海浪一般是由风引起的波浪涌浪以及涌浪传播到海岸所引起的近岸波总称流量过程线和水位过程线：河流的流量和水位都是随时间而不断变化的，流量和水位随时间而变化的关系曲线河川径流的大小和变化，通常用流量和水位表示流量计算：一、二、三、五点法降雨，蓄渗，坡面漫流和河槽集流是从降雨开始到出口断面产生径流经历的过程洪峰的最高水位一般迟于最大流量洪水调查主要是在桥位上下游调差历史上各次较大洪水水位，确定洪水比降，推算相应的历史洪水流量，作为水文分析和计算的依据河流的流量：是过水断面面积和断面平均流速的乘积在使用水文站整编资料时应进行复核，一般可重点复核水位和流量资料水文现象的特性：周期性地区性不重复性水文现象的分析研究方法：成因分析法地区归纳法数理统计法频率为2%的流量重现期为50年，表明该流量可能出现的时间间隔平均为50年桥涵设计洪水频率均值反映密度曲线的位置变化，变差系数反映密度曲线的高矮情况，偏差系数反映密度曲线的偏斜程度，均值反映频率曲线的位置高低，变差系数反映频率曲线的陡坦程度，偏差系数反映频率曲线的曲率大小。
桥涵水文1
河流的基本特征：
河 槽
next
ห้องสมุดไป่ตู้
河流中沿水流方向各断面最大水深 点的连线，称为中泓线，也叫深泓线。 ① 河流断面：垂直于水流方向断面称横 断面。河槽宣泄洪水和输送泥沙。 河槽两侧洪水漫溢的滩地称为河滩。 分为单式断面、复式断面。 ② 河流长度：从河源到河口的距离，称 为河长。河长的测定，通常在1： 50000~1：100000的地形图画出河道中 泓线，用分割规逐段量取，分规开距常 用1~2mm。
next
1-引道;2-截水坝；3-河湾桥位；4-河道演变极限 位臵；5-桥位定线时的河床位臵；6-不利的河槽 直线段桥位
next
某干线大桥桥位方案比较
next
四、桥位勘测的内容
㈠桥位勘测设计的主要工作 现场勘测前的技术准备工作： a.地形和测量资料； b.水文资料； C.气象资料； d.流冰、流木资料； e.通航资料； f.地质资料； g.其他资料。
next
一、桥位选择的一般规定
桥位选择和桥位方案比选是桥位勘测设计 的中心工作。桥位选择应从国民经济发展和 国防需要出发，在整体布局上应与铁路、水 利、航运、城建等方面相互配合；注意保护 方物、环境和军事设施；同时还要照顾群众 利益，少占良田，少拆迁有价值的建筑物。 桥位方案应从政治、经济、技术上进行多方 面比较，对于影响面大的桥位方案，尚应征 求有关部门的意见，还应遵循其他一些相关 next 法规的规定。
三、各类河段上桥位选择特点
四、桥位勘测的内容
《公路桥涵设计通用规范》（JTG D60—2004）
桥位也称桥址，是桥梁、引道路堤及调治构筑 物三者位臵的总称，是桥梁中线（桥轴线）的位 臵。桥位方案应将政治、经济、技术、环境等多 方面的因素综合起来比较选定。桥位河段是指水 流受桥梁影响的河段。桥位设计是包括桥位河段 上的桥梁、桥头引道及调治构造物等各项建筑物 作为一个整体的总体布臵和设计。
桥涵水文教学大纲
《桥涵水文》课程教学大纲（开放本科）一．课程的地位和任务《桥涵水文》是中央广播电视大学开放教育土木工程（道桥）专业本科的一门技术基础课。
通过对本课程的学习，它的任务是使学生掌握必要的桥涵水文学的基本概念、基本理论、基本计算方法，为今后学习相关专业课程、从事专业工作和科学研究工作打下一定的基础。
二．教学内容和教学要求第一章绪论第一节水文现象与桥涵水文的研究意义第二节河川水文现象的特点和桥涵水文的研究方法了解水文现象等有关概念，理解河川水文现象的特点。
第二章河流概论第一节河流与流域第二节河川径流形成第三节河川的泥沙运动第四节河床演变第五节河川水文资料的收集和整理熟悉河流和流域、河川径流的有关概念，了解水文测验和资料整理方法。
重点河川径流形成过程。
第三章水文统计基本原理与方法第一节概率统计理论基础第二节随机变量的概率分布第三节水文经验频率曲线第四节水文理论频率曲线线型与参数估计第五节抽样误差与相关分析第六节水文频率计算适线法了解随机事件、设计洪水频率、频率分布及其特性、统计参数与频率曲线的关系、皮III型曲线以及相关的概念，熟悉经验频率、统计参数、理论频率曲线的计算公式，掌握适线法在设计流量推算及相关分析在水文计算中的应用。
重点难点适线法在设计流量推算的应用。
第四章设计洪水与设计水位推算第一节根据流量观测资料推算第二节根据洪水调查资料推算第三节根据暴雨资料推算第四节水流域设洪水第五节设计洪水位的推求了解观测资料的审查、插补与延长的方法，正确理解特大洪水处理和小流域径流理论，掌握有观测资料时设计流量的推算方法、利用少量洪水资料推算大中桥设计流量和小流域计算方法。
重点有观测资料时设计流量的推算；难点特大洪水处理。
第五章大中桥孔径计算第一节桥位河段水流图式和桥孔布设原则第二节桥孔长度第三节桥面设计高程了解桥位河段水流图式和各类河段的桥孔布置原则、要求、河段分类、桥长计算的经验公式、引起桥下水位升高的因素和桥下净空的概念，掌握冲刷系数法计算桥孔长度和桥面中心最低标高的计算方法。
桥涵水文知识点总结
第一章：河川径流1..地面径流：降落到地面上的水，除掉损失的一部分以外，在重力作用下沿着一定方向和路径流动形成的水流。
（地面径流长期侵蚀地面，冲成沟壑，形成溪流最后汇聚而成河流）河谷：河流流经的谷地。
河床：河谷底部有水流的部分。
河川径流：受重力作用沿河床流动的水流。
2.河流的基本特征: 河流断面，河流长度和河流比降。
3.流域：几何特征和自然地理特征。
4.山区河流特点：坡面陡峻，岩石裸露，汇流时间短，而且降雨强度大，以致洪水暴涨暴落,但持续时间短，水位和流量的幅度变化极大。
5.径流形成过程：一，降雨过程；二，流域蓄渗过程：三，坡面漫流过程;四，河槽集流过程。
（及其直接的关系）6.影响径流的因素：一，气候因素（包括降雨和蒸发）；二，下垫面因素。
7.水量补给来源：一，雨源类（秦岭，淮河以南地区）二，雨雪源类（华北，东北和部分西北地区）三，冰雪源类（西北地区新疆、青海等地）第二章水文统计原理1.水文现象特征：周期性、地区性和偶然性。
2.水文现象研究方法：成因分析法（小型）、地区归纳法（中型）、数理统计法（大型）。
3.频率：在一系列不重复的独立重复试验中，某一时间出现的次数与试验总次数的比值。
4.几率：在一定的条件可能出现也可能不出现，若用一个具体的数值表示出现的可能性大小，该数值称为几率。
（及其频率与概率的区别，注意！）5.累积频率（P）：大于和等于某一流量值出现的次数与总次数的比值。
重现期：T（年）=1/P2%的频率表示平均50年出现一次，但不表示100年一定出现两次。
6.维泊尔公式：P=m/n+1; P——统计系列中m项随机变量的经验频率；n——统计系列的容量；m——计算随机变量的序号7.根据我国多年使用经验，认为皮尔逊Ⅲ型曲线，比较符合我国多数地区水温现象的实际情况。
8.σ（均方差）21()n i i X X n σ=-=∑模比系数i K ，i i X K =i Q X Q= 2211(K 1)1()/(1)=n i n i v i i C XX n X X n σ==-==--∑∑ （用样本推算总体） 2211(K 1)1()/=n i n i v i i C X X n X Xn σ==-==-∑∑ （按总体计算） 331(1)/(3)ns i v i C K n C ==--∑ （用样本推算总体）331(1)/n s i v i C K nC ==-∑ （按总体计算）对于年最大流量系列 (1)p v p Q C Q K Q =Φ+=9.皮尔逊曲线族都是密度曲线，密度曲线的函数成为密度函数，皮尔逊Ⅲ曲线为一段有限，一段无限的偏态曲线，正偏态时，左边有限，右端无限的偏斜铃型曲线。
桥涵水文-第1章 河流概论
桥涵水文
第一节 河川水文现象的特点与桥涵水文的研究方法
四、桥涵水文的研究方法
水文现象的数值变化及其变化过程受到许多复杂因素 的影响， 的影响 ， 难以获得物理关系的简单数学模型来用以求 解 ， 也不可能从水文现象的实测记录中找到确定的物理 关系， 关系 ， 只能从实测记录中透过现象看本质， 只能从实测记录中透过现象看本质 ， 寻找其发生 的统计规律， 的统计规律 ， 并用概率大小来预示各类水文现象的再现 可能性。 可能性。
桥涵水文
第一节 河川水文现象的特点与桥涵水文的研究方法
桥涵水文
第一节 河川水文现象的特点与桥涵水文的研究方法
影响径流的主要因素
气象气候因素
下垫面因素
降水
蒸发
地形
土壤和地质
人类活动 人类活动
农业措施 农业措施
植被和湖沼
林牧业措施 林牧业措施
流域形状 和面积
水利措施 水利措施
桥涵水文
第一节 河川水文现象的特点与桥涵水文的研究方法
第一章 河流概论
第一节 河川水文现象的特点与桥涵水文 的研究方法 第二节 第三节 第四节 河流形态与河流水情 河流的泥沙运动与河床演变 河段分类
桥涵水文
第一节 河川水文现象的特点与桥涵 水文的研究方法
桥涵水文
第一节 河川水文现象的特点与桥涵水文的研究方法
一、水的分布与循环
1.水的分布 地球总的表面积为： 地球总的表面积为：5.09亿 5.09亿km2 海洋： 3.61亿 海洋 ：3.61 亿km2 陆地： 陆地：1.48亿 1.48亿km2 地球上水的存在状态： 地面水、 地下水、 地球上水的存在状态 ：地面水 、地下水 、空中水
流域的分水线和出口断面所包围的面积， 流域的分水线和出口断面所包围的面积，称为流域面 称为流域面 积，或称为集水面积 或称为集水面积（ 集水面积（km2）
桥涵水文1河流概论
a
7
桥与水？
a
8
桥梁与水
成温三渡水大桥垮塌
专家勘测结论：
•排除桥梁质量问题引发塌陷的可能。
•该桥一共有15个桥孔，只有5个桥孔排水，加之金马河连续洪水，
在洪水集中连续冲刷下，两个承重桥墩的基础被淘蚀，加之重力
作用，所以出现了塌陷。
•因为新桥桥墩处于上游，桥墩基础先于旧桥受到洪水冲刷，淘蚀
严重，因而首先出现塌陷。而旧桥处于下游，洪水到
a
20
1.河流的基本特征
➢河流的基本特征
1） 河长L ：自河源至河口的长度长，可从地形图上量出； 2） 弯曲系数 ：河道全长与河源到河口的直线长度之比。 L l
3）河流横断面：即过水断面，指垂直于主流方向，横切河 道，河底线与水面线之间所包围的平面。
复
单式断面：只有主槽而无滩地
➢➢➢河主边床 槽 滩式断面：有：：：河河由谷流可底在移部低动（水的谷位泥底 时 沙） 水 淤积有 流而水 通成流 过。的 的高部 部水中低位分 分水水。 。位位
a
10
桥梁与水 1 墩台埋置深度－泥沙冲刷 2 桥孔长度－泄洪（设计流量） 3 桥面标高－设计水位
a
11
第二章 河川径流
主要内容：
➢河流和流域 ➢河川径流的形成 ➢水文测验 ➢水文资料的搜集与整理
a
12
河流及流域
a
13
1.河流
➢河流的形成和分段 1）定义：受重力作用沿河床流动的水流。
2）河流的分段特性
桥涵水文学
河流概论
桥梁与结构教研室: 李 林
a
1
教学目的和任务
1）了解河流流域的有关概念； 2）了解流域特征及其对径流形成的影响； 3）了解山区河流与平原河流各自的特点； 4）掌握径流形成过程的基本概念； 5）掌握水文资料的收集与整理。特别是：洪水调查、形态断面
第1章 桥涵水文的数学基础
1 - 21
第三节 水文中常用的概率模型
1 - 22
第三节 水文中常用的概率模型
1 - 23
第三节 水文中常用的概率模型
1 - 24
第三节 水文中常用的概率模型
1 - 25
第三节 水文中常用的概率模型
y y y
1 - 26
o (a) 正偏态
x o (b) 正态
x o (c) 负偏态
x
密度曲线图
1 - 14
▲频率与概率之间的关系： √概率是随机事件在客观上出现的可能程度。是事件固 有的性质，是理论值，是常数。 √频率是利用有限的试验结果推算得到的，是实测值。 √频率随试验次数不同而不同。 √试验次数无限多时，频率趋向于概率。 水文中常用频率取代概率。
第二节 概率统计基础
1 - 15
第二节 概率统计基础
第三节 水文中常用的概率模型
二、理论频率曲线
1. 正态分布
( x )2 2 2
1 - 36
1 p( x x p ) 2
式中，：均值；
xp
e
dx
：均方差。
√正态分布概率模型可用来描述混凝土的抗压强度、钢筋的抗 拉强度。
第三节 水文中常用的概率模型
二、理论频率曲线
2. 皮尔逊III型分布
x
xp
Cs
皮尔逊III型曲线的密度函数
第三节 水文中常用的概率模型
二、理论频率曲线 2. 皮尔逊III型分布
1 - 39
p( x x p ) f ( x)dx y( x, Cv , Cs , x)dx
xp xp
此公式表明，当三个统计参数 x, Cv , Cs 确定时，皮尔逊III型曲 线亦可以确定。 ●皮尔逊III型曲线的特点： √ Cs>0； √曲线左端有限，右端以横坐标为渐近线无限延长； √均值>中值>众值。
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第一章绪论
桥涵水文课程简介
公路交通的要素——道路
桥梁
交通
桥梁对政治、经济、文化的影响
洪水对桥梁的影响
桥梁损坏的主要模式——
结构稳定
材料与施工管理
自然老化
基础掏空
墩、台的不均匀沉降
横向推倒
外来破坏
工程技术人员的职责
工程要求共性——安全
适用
经济
高点要求
基本要求——保证构筑物在预定
条件下，在设计年
限内正常运行。
第一节桥涵水文在公路与铁路工程
中的地位和作用
●桥梁在公路交通中的作用及发展●研究水体规律的学科划分
水文学
河川水文学
桥涵水文
●桥涵构筑物种类及其划分
表1-1 桥梁涵洞按跨径分类表
注：(1)单孔跨径系指标准跨径而言。
(2)多孔跨径总长仅作为划分特大桥、大、中、小桥及涵洞的一个指标；梁式桥、板式桥涵为多孔标准跨径的总长；拱式桥涵为两岸桥台内起拱线间的距离；其他型式桥梁为桥面系车道长度。
(3)圆管涵及箱涵不论管径或跨径大小、孔数多少，均称为涵洞。
第二节桥位设计的基本原则
一、以地区发展为第一要素
二、处理好道路与桥梁之间的关系
三、跨河构筑物的布设应保障天然河
水的顺利渲泄并顺应预计河道的
自然演变
四、保证跨河构筑物时车辆安全稳定
的服务态势
五、最佳的综合技术经济指标
六、尽量与自然环境协调美观的桥型第三节桥涵水文学课的主要内容
一、跨河构筑物过河点的选择与确定
二、设计流量的确定
三、跨河构筑物孔径的确定
四、跨河构筑物基础埋深
五、河道中调制构筑物的设计
第三章河川水文基础知识
第一节河流
一、河流
1.分类：干流
2.河流基本特征
1）河流断面——横断面
纵断面
2） 河流长度
3） 河流比降——河底比降 河面比降 平均比降 洪水比降 1000
21⨯∆=-=l
h l h h i ‰ 2
012211102)()()(L
L
Z L Z Z L Z Z L Z Z I n n n Z -++++++=- 二、河段分类
1. 河段勘测范围的一般规定： 一般河段 弯曲河段
冲积漫流河段和平原宽滩河段 河段稳定性和变形程度
2. 河段划分的主要依据：1）形态特征
2）水文泥沙特征
3）河床演变特征
4）稳定性及变形特点5）平面外形
6）断面及地质特点
7）水文特点
3.河段划分的方法
山区峡谷河段
河流开阔河段
山前区山前变迁河段
河流冲积漫流河段按地区顺直微弯河段
划分平原区分叉河段
河流弯曲河段
宽滩河段
游荡河段
河段河口三角港河口分类三角洲河口
峡谷性河段
稳定性河段
次稳定性河段
按河床变迁性河段
演变划分游荡性河段
宽浅性河段
冲积漫流性河段
三﹑流域
1. 流域的特征
2) 自然地理特征
2. 流域面积的F确定方法
山口
候家
张口
王村
杏林庄
a)b)。