桥涵水文课件2河川径流

金沙江虎跳峡，平水期
虎跳石，平水期
金沙江虎跳峡，汛期
虎跳石被淹没，汛期
§1-3 水文测验
第三节 水文测验
• • • • • • • 1、水位观测 2、流速测验 3、断面的测量 4、流量计算 5、相应水位的计算 6、绘制水位流量关系曲线（补充） 7、水位—流量关系曲线的应用（补充）
§1-3 水文测验
河段分类
河段分类：

按地区划分

山区河段 平原河段 峡谷性河段 稳定性河段 次稳定性河段 变迁性河段 游荡性河段 宽浅性河段
按河床演变划分

冲击漫流性河段
第二节 径流形成
• 一、径流形成过程 • 二、影响径流的主要因素 • 三、我国河流的水量补给
§1-2 径流形成
一、径流形成过程
1、降雨过程 2、流域蓄渗过程 3、坡面漫流过程 4、河槽集流过程
1、雨源类 2、雨雪源类 3、冰雪源类
1、雨源类
秦岭、淮河以南到台湾、海南岛、云南广大地区 特点：一年内径流量的变化与降水变化完全一致
2、雨雪源类
华北、东北、西北地区的河流，每年有两次汛期， 年流量过程线成双峰形。
黄河解冻（凌汛）
3、冰雪源类
西北地区新疆、青海等地的河流，年流量过程线成 单峰形。
其他看法
• 交通局认为是过度采砂。 • 河道管理部门认为河流缺乏疏浚。 • 民间认为：任何桥梁设计均可能存在问题。
案例二 ：辽宁浑河上游苏子河段东南杂木大桥 发生坍塌 （一）
东南杂木大桥发生坍塌 （二）
初步分析
• 中间有一处桥墩被大水冲毁，随之有两跨 上部结构掉入水中。 • 水的流速大，造成桥梁下部基础被冲毁， 是冲刷深度大于基础（扩大基础）的埋深 所致，纠其原因应该是桥梁设计时未考虑 这么大的水，桥跨布置过小，河床段面压 缩过大所致。
§1-1 河流与流域
三、山区河流和平原河流
山区河流
平原河流
山区河流的平面形态特征
• 平面上多急弯，宽窄相间，河床稳固； • 纵断面多呈凸形，必降陡缓相间； • 开阔河段，河面较宽，有边滩，有时也有不大的 河漫滩和明显阶地，有的地方也会出现河心滩和 沙洲，必降较缓，河床泥砂较细； • 峡谷河段，河床狭窄，河岸陡峭，中、枯水位河 槽无明显区别。
专家勘测结论
• 排除了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，洪水到达时力量已减缓，因而受到淘蚀的 情况不严重，所以在新桥出现险情后数小时才垮塌。
+
《水力学与桥涵水文》
水力学
• 研究液体处于静止和 运动状态下的力学规 律，并运用这些规律 解决工程实际问题的 一门科学。
水文学
• 研究关于地球上水的 起源、存在、分布、 循环、运动等变化规 律，以及运用这些规 律为人类服务的知识 体系。
思 考
桥与水？
桥梁事故案例一
塌陷部分已全部掉入河中•源自桥面留下一个近一米宽的大缝
§1-4 水文资料的搜集和整理
第四节 水文资料的搜集和整理
水文资料的来源： 1）水文站观测资料 2）洪水调查资料 3）文献考证资料
收集水文资料的要求
• 一致性 即应收集同类型、同条件下的资料。 • 代表性 即能反映设计水文情势的特性。 • 可靠性 即资料数据应可靠。 • 独立性 水文统计分析中把水文现象看成随机事件。彼此有 关联的资料不能收入同一系列。
课程的主要内容
• • • • • 跨河构筑物过河点的选择与确定 设计流量的确定 跨河构筑物孔径的确定 跨河构筑物基础埋深 河道中调制构筑物的设计
课 后自 学 第一章 桥梁与环境
第二章 河川径流
• • • • 第一节 河流和流域 第二节 河川径流的形成 第三节 水文测验 第四节 水文资料的搜集和助理
流域的几何特征
——流域的形状
主要影响径流汇集的时间长短及形成过程。 (a)出口断面流量小，径流过程的变化小，历时较长 (b)出口断面流量大，径流过程的变化大，历时较短
刚 果 河
流域形状呈圆形，洪 水集中且洪峰流量大
流域的自然地理特征
• 地理位置
用流域图形形心所在的经纬度表示。
• 地形条件
除用地形图描述外，还可用流域的平均高 程和平均坡度表示。
流域的几何特征
•
•
——流域面积
定义：流域地面积水区的水平投影面积。 常用F表示。 流域的大小，直接影响汇集的水量多少和 径流的形成。
流域面积大，水量 大，洪水历时长。
亚马孙流域
山区汇水面积勾绘法
• 在地形图上寻找河流周 边的分水脊线，并将其 连接起来，直至将桥位 点的上游河流（含全部 支流）全部包括在内， 其闭合圈的范围就是所 调查桥位的汇水区。
水位与流量、过水面 积和流速关系曲线
§1-3 水文测验
7、水位—流量关系曲线的应用
（1）查找水位或流量 对于一个特定的河流横断面，可利用水位流量关 系曲线推求某一水位相应的流量或某一流量相 应的水位。 （2）推求流量过程线 流量测算工作量很 大，欲得流量过程线则更 为困难。但实测水位过程 线却十分简单。
平原区汇水面积勾绘法
• 平原区地形图上等高 线稀疏，分水界线不 易划分，因此，通常 可根据村庄地势高于 周围田地的特点，勾 绘出汇水区。
流域面积的计算方法
1、方格法：
所定方格越小，计算越准确， 但工作量则比较大。
2、求积仪法：
量算速度快，操作简便，适用 于各种不同几何图形的面积量算， 而且能保持一定的精度。
Q
洪水三要素： 历时、峰值（流量、水位）、径流量
Qm
W
基
流
t
洪 水 过 程 线
时距 最大雨量
降雨与洪水
洪峰流量
洪水总量
基本径流
时间（小时）
§1-2 径流形成
二、影响径流的主要因素
1、气候因素 降雨 蒸发 2、下垫面因素 自然地理因素—地形、土壤、地质、植被、湖泊 人类活动
§1-2 径流形成
三、我国河流的水量补给
垂线上的水 垂线上的施 深h（m） 测的点数 各测点的位置 （从水面算起的深度） 水面、0.2h、0.6h、0.8h、h-⊿ 0.2h,0.6h,0.8h 0.2h, 0.8h 0.6h
＞10
3~10 1.5~3 ＜1.5
5
3 2 1
注：△为流速仪净空，视工作方法、铅锤及河底电接触器的 尺寸而定。
平均流速计算公式
桥位河段特征直接影响着跨河构筑物的 布设与设计 跨河构筑物的建设反过来引起河段特征 的变化
研究意义
1、在桥涵规划设计阶段 根据使用年限内河流可能发生的流量、水位和流速进 行分析和计算，从而确定工程的位置、规模和基本尺寸， 为整个工程的技术设计当好先行。 2、在桥涵施工阶段 保障施工的安全性与经济性，估算施工期设计洪水。 3、在桥涵运营阶段 根据实际的河流水情编制相应的日常管理计划和制度， 复核和修建规划设计阶段的水文分析结果，确定是否需要 对工程进行相应的维修与改造，河床是否需要整治等。
急滩
平原区河流的平面形态特征
• 河床横断面多呈宽浅矩形，通常滩槽分明，河弯 处呈斜角形，凹岸侧窄深，凸岸侧为宽而高的边 滩，过渡段有浅滩、沙洲； • 中泓线与河道中线一般不重合； • 河谷开阔，有时河槽高出地面，靠两侧堤防束水 • 冲积层厚，枯水期河槽中露出泥沙堆积体； • 由于河流多河弯，浅滩连续分布，因此，河床纵 断面亦深浅相间。
• 河流的平均比降
(1-1-2)
§1-1 河流与流域
二、流域（河盆）
河 盆 系 统
流域的基本概念与特征
◆分水岭：指划分相邻水系或河流的山岭或 河间高地； ◆分水线（分水界）：分水岭最高点的连线； 地表分水线受地形影响，地下分水线则受地 质构造和岩性控制； ◆流域（河盆）：指分水线所包围的区域； ◆流域特征：包括流域面积、流域形状、流 域高度、流域坡度、干流流向等。
河弯断面水流示意图 a）平面图 b）横断面图
河流的基本特征——纵断面
• 深泓线：河流中沿水流方向各横断面最大 水深点的连线。 • 河流纵断面：沿深泓线的断面。
纵向比
• 河流比降：任意河段两端（水面或河底）的高差 称为落差，深泓线上单位长度内的平均落差称为 比降。 • 某一河段的比降 （1-1-1）
黄河中游
特点：河道坡度变缓，流速减小，流量加 大，冲淤不严重，河床比较稳定，但侧蚀 力量增强，河糟逐渐拓宽和曲折，两岸出 现滩地。
特点：河道坡度更缓，流速
黄河下游
更小，流量更大，淤积作用显 著，多浅滩或沙洲，河曲发育。
河流的基本特征——横断面
河流的横比降
• 横比降——河流沿横断面方向的水面坡度 • 产生的原因： 1、弯曲河段中的惯性离心力作用 2、地球自转偏向力的影响 3、流速分布不均匀的影响
1、水位观测
（1）水尺
直立水尺
水位 = 水尺零点高程 + 水尺读数
优点：构造简单、经济、使用方便 缺点：观测条件差，工作 量大，数据测 量与相关曲线由人工完成。
斜坡式
§1-3 水文测验
1、水位观测
（2）自记水位计 能自动记录水位的连续变化过程，画在记录 纸上，或直接输进计算机内贮存或计算。
§1-3 水文测验
（1-3-1）
§1-3 水文测验
3、断面的测量
•定义：计算流量所依据的河流横断面，称为水文 断面，又称形态断面。 1、测量水深 测深杆、测深锤、回声测深仪等 2、测深点到断面起点的距离 直接丈量、光电测距仪直接测距、经纬仪视距、 交会法等 3、测深期间的水位 水准仪
§1-3 水文测验
4、流量计算
本章重点
• • • • • 了解河流流域的有关概念； 了解流域特征及其对径流形成的影响； 了解山区河流与平原河流各自的特点； 掌握径流形成过程的基本概念； 掌握水文资料的收集与整理。特别是：洪 水调查、形态断面的流速和流量计算。
溪涧
第一节 河流和流域
一、河流 二、流域 三、山区河流和平原河流
§1-1 河流与流域
桥与水
• 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 其它：桥面排水
涵洞水毁塌方
课程的特点
• 《桥涵水文》属于工程河川水文学范畴并 独具专业性应用特点。 • 主要依靠数理统计分析方法，分析实地调 查勘测的河川水文资料，预示桥涵水文工 程可能遭遇的未来水文趋势、为桥涵设计 提供必不可少的设计数据。
一、河流
• 河川径流：受重力作用沿河床流动的水流
一、河流
分段
河谷 形态 V 宽U 河床 物质
比降／ 流速
侵蚀 ／堆 积 下切 侧蚀
流量
水位 变化 大 中
上游 中游
基岩砾石 大／大 中粗砂 中／中
小 中
下游
宽浅U 细砂淤泥 小／小
堆积
大
小
黄河上游
特点：河道坡度大，水流急，流量小，
水情变化大，河谷窄、多急滩瀑布，河 槽以冲刷下切占优势。
Q AV
流 速 仪 测 流
4、流量计算
流速仪测流时，计算步骤： 1）以测速垂线将测流断面划分为若干部分，计算各 部分的过水面积。 2）计算各测速垂线的垂线平均流速。 3）计算各个部分断面面积的断面平均流速。
岸边或死水边的平均流速 4）计算各个部分面积的流量。 5）计算全断面的流量。
§1-3 水文测验
5、相应水位的计算
1）算术平均值 由水位变化而引起的过水断面面积的变化，不超 过5%~10%（平均水深大于1m时）或10%~20% （平均水深小于1m时），可取测流开始和终止时 的算术平均值。 2）加权平均值
（1-3-7）
§1-3 水文测验
6、绘制水位流量关系曲线
• 水位为纵坐标，流量为横坐标 • 为相互校核，可将Q=f(H), A=f1(H), Q=f2(H),三条曲 线绘制在同一坐标纸上。同一水位时，图中流量 应等于过水面积与流速的乘积。
2、流速测验
（1）浮标法 测得水面流速。乘以 0.8~0.9，为平均流速
（2）流速仪法 能测得水面下任何距 离处的流速。
流速测点布置规定
主槽宽度（m）
100以内 100~300 300~600 600~1000 1000以上
主槽内最小垂线数（条）
5 7 9 11 14（但不少于每200m一条）
测速垂线上测点的布置
§1-4 水文资料的搜集和整理
一、水文站观测资料
• 1990年以前可查阅《水文年鉴》 • 1990年以后向水文资源局查询在使用资料 时，一般应重点复核水位和流量资料。
§1-4 水文资料的搜集和整理
二、洪水调查资料
• 主要在桥位上下游调查历史上各次较大洪 水的水位，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 • 调查桥位附近河道的冲淤变形及河床演变， 作为确定历史洪水计算断面和桥梁墩台天 然冲刷深度的依据。