河道堤防冲刷深度计算(新规范)

河道堤防冲刷深度计算(新计算)

参考资料
《城市防洪工程设计规范》（CJJ50-92）《防洪标准》（GB50201-94）
《堤防工程设计规范》（GB50286-98）1、护岸冲刷深度计算
依据《堤防工程设计规范》（GB50286—98）①顺坝及平顺护岸冲刷深度计算：
式中：h S
H p —冲刷处的水深（ｍ）；
U cp —近岸垂线平均流速（ｍ／ｓ）；
U C —泥沙的启动流速（ｍ／ｓ）；粘性与沙质河床采用张瑞瑾公式计算，卵石
ｎ—与防护岸坡在平面上的形状有关，一般取ｎ＝1/4-1/6.河床采用长江科学院公式计算；
d
50—河床的中值粒径（ｍ）；H 0—行进水流水深（ｍ）；
r s ,r分别为泥沙与水的重度（KN/m 3),g为重力加速度（m/s 2).U cp 的计算应符合下列规定：
式中：
U—行近流速（ｍ／ｓ）；
η—水流流速分配不均匀系数，根据水流流向与岸坡交角α角查表采用。

② 结论:防洪堤基础冲刷深度平顺段及凸岸段设计值取1.5m,凹岸斜冲段设计值取2m.
白龙江杜坝段河道冲刷深度计算书。

河堤岸冲刷深度计算

二.顺坝及平顺护岸冲刷深度计算
1.水流平行于岸坡产生的冲刷深度计算计算公式
式中：
h B -局部冲刷深度（m)，从水面算起;
h p -冲刷处的水深（m)，以近似设计水位最大深度代替;V cp -平均流速（m/s);
V 允-河床面上允许不冲流速（m/s);
n-与防护岸坡在平面上的形状有关，一般取n=1/4;
2.水流斜冲防护岸坡长生的冲刷深度计算公式
式中：
Δh p
-从河底算起的局部冲深（m);α-水流流向与岸坡交角（度);m-防护建筑物迎水面边坡系数;
d-坡脚处土壤计算粒径（cm）。

对非粘性土，取大于15%（按重量计）的筛孔直径；对粘性土，取表D.22-1的当量V j -水流的局部冲刷流速（m/s);
V j 的计算
计算公式
式中：
B 1-河滩宽度（m)，从河槽边缘至坡脚距离;Q 1-通过河滩部分的设计流量（m 3/s);H 1-河滩水深(m);
堤岸冲刷深度计算
η-水流流速分配不均匀系数，根据α角查表D.2.2-2;
计算公式
式中：
Q-设计流量（m 3/s);
W -原河道过水断面面积（m 2);W p -河道缩窄部分的断面面积(m 2);
土，取表D.22-1的当量粒径值;
V jαd△H P
（m/S）（º）（m）（m）
平直堤
段1.7642679950.50.0060.105278455
转湾堤
段1.76426799100.50.0060.391646627
桩号m 要求堤基埋深（m）。

天然河道冲刷深度计算

天然河道冲刷深度计算天然河道是经过长时间自然作用形成的自然河道，由于其形成过程中的一些特殊条件和因素，其河床深度和宽度非常复杂，难以准确测算。

而冲刷深度是天然河道中河床变化最为显著的指标之一，也是衡量河道演变过程中重要参数之一。

下面将介绍天然河道冲刷深度的计算方法。

一、冲刷深度的定义和意义冲刷深度指的是河床因为水流冲刷而发生变化的深度。

天然河道冲刷深度是河道演变过程中基本参数之一，可以反映河道演变史、河床勾配、河流水力环境等。

通过计算天然河道的冲刷深度，可以准确分析河道的演变趋势和演变速率，为河道治理和保护提供依据。

二、天然河道冲刷深度的计算方法天然河道的冲刷深度可以通过实地的测量数据和数学模型计算得出。

1. 实地测量数据法实地测量数据法指的是使用测量仪器直接在河床上进行测量。

常用的测量仪器有测线仪、测深仪和高差仪等。

根据测量数据，计算出两个时间点之间的河床平均高度差，即为河道冲刷深度。

这种方法具有准确性高，实时性好的特点，但是需要在实地进行测量，费时费力。

2. 数学模型法数学模型法通过建立数学模型计算河道冲刷深度，其中最为常用的数学模型是算法模型。

算法模型是一种基于特定算法的数学模型，可以通过对过去一段时间河道演变状态的分析，将河道冲刷深度与河道环境因素联系起来，并得到相应的计算公式。

通过输入不同的河道环境数据，就可以得到相应的冲刷深度计算结果。

算法模型是一种快速高效的计算方法，适用于大规模的河道冲刷深度计算，但是其准确性依赖于河道参数的选取以及模型的精度。

三、总结天然河道冲刷深度是反映河道演变过程的重要指标之一，准确求算天然河道冲刷深度对于河道治理和保护具有重要意义。

通过实地测量数据法和数学模型法两种方法，可以得到较为准确的冲刷深度计算结果。

对于不同的河道环境和需求，应选择适合的方法进行计算，以取得最优的结果。

堤岸冲刷深度计算

3#渣场1、基础数据（m）水流流向与岸坡夹角α（°）n 冲刷处水深H9.3090.000.25水容重γ（kN/m3)床沙的中值粒径d50（m）重力加速度g（m/s2)9.800.069.802、计算中间数据水流不均匀系数η近岸垂线平均流速U cp（m/s)泥沙起动流速U c（m/s)3.00 2.75 1.823、计算结果冲刷深度h（m） 1.01s1#渣场1、基础数据冲刷处水深H（m）水流流向与岸坡夹角α（°）n16.3090.000.25水容重γ（kN/m3)床沙的中值粒径d50（m）重力加速度g（m/s2)9.800.069.802、计算中间数据水流不均匀系数η近岸垂线平均流速U cp（m/s)泥沙起动流速U c（m/s)3.00 1.40 1.973、计算结果（m）-1.34冲刷深度hs3#渣场1、基础数据（m）水流流向与岸坡夹角α（°）n 冲刷处水深H19.0090.000.25水容重γ（kN/m3)床沙的中值粒径d50（m）重力加速度g（m/s2)9.800.069.802、计算中间数据水流不均匀系数η近岸垂线平均流速U cp（m/s)泥沙起动流速U c（m/s)3.00 1.40 2.023、计算结果（m）-1.65冲刷深度hs泥沙容重γ（kN/m3)河床类型河床宽度（m）体积系数s21.00卵石10.000.67行进流速U（m/s)流量（m3/s）河床深度（m）行洪面积1.831830.00 5.001000.00 U c（m/s)（kN/m3)河床类型河床宽度（m）体积系数泥沙容重γs21.00卵石10.000.67行进流速U（m/s)流量（m3/s）河床深度（m）行洪面积0.931400.00 5.001500.00 U c（m/s)（kN/m3)河床类型河床宽度（m）体积系数泥沙容重γs21.00卵石10.000.67行进流速U（m/s)流量（m3/s）河床深度（m）行洪面积0.931400.00 5.001500.00 U c（m/s)。

[重点]冲刷深度

4.4.4 护岸冲刷深度计算蹦河河床多为砂砾石，建堤后，改变了原河槽流态，其流速超过了河床的允许流速，将对堤脚产生冲刷。

需设置护脚防止堤冲刷破坏。

护脚埋深的计算，选择不同的代表断面，计算10年一遇冲刷深度。

采用《水力计算手册》所列公式计算。

⑴水流平行于岸坡产生的冲刷可按下式计算：h B=h P×[（V cp/V允）n－1]式中：h B ——局部冲刷深度（m）；h P ——冲刷处的水深（m），以近似设计水位最大深度代替；V cp——平均流速（m/s）V=Q/A=2.25 m/s；V允——河床面上允许不冲流速（m/s），按地质条件确定V允=1.05；n ——与防护岸坡在平面上的形状有关，一般取n=1/4；计算结果h B=0.11m。

t ——护脚在冲刷线以下超深t=0.5m。

（2）水流斜冲防护岸坡生产的冲刷按下式计算：△h p={(23tan(α/2)V j2)/(1+m2)0.5*g}-30d式中：△h p——从河底算起的局部刷深度（m）；α——水流流向与岸坡交角，α=60°；m——护岸迎水坡边坡系数；d——坡脚处土壤计算粒径，取d=3cm；V j——水流偏斜时，水流局部冲刷流速，V j=Q1/B1H1*[ (2β/(1+β) ]。

Q1——通过河滩部分的设计流量；B1——河滩宽度，从河槽边缘至坡脚距离；B1=70mH1——河滩水深；取H1=6mβ——水流流速分配不均匀系数，与α有关，通过查表查得。

通过计算右岸顺坝的冲刷深度△h p=0.8m，t=0.5m见表4-2。

表4-2 护脚冲刷深度计算表（单位：米）为解决冻胀问题，根据已确定的水利坡度和计算的冲刷深度确定：浆砌石坝基础埋深1.5米，0+000断面～0+800断面总坝高为2.5m，地面以上1.0 m，地面以下1.5m。

通过计算和现场踏勘，确定在桩号0+200～0+500段浆砌石坝脚设置石笼水平铺盖，长300米，宽4米，深0.6米。

新堤防规范的冲刷公式

5.1 设计计算
5.1.1 防冲计算
5.1.1.1 计算公式
墙基冲刷有纵向冲刷和斜向冲刷两种情况，根据《堤防工程设计规范》(GB50286—2013)，平顺护岸冲刷深度公式如下：
0[()1]cp n s c
U h H U =⨯- 21cp U U ηη
=+
050()c H U d = 其中：
h s —局部冲刷深度(m)；
H 0—冲刷处的水深(m)；
U cp —近岸垂直平均流速(m/s)；
U —行近流速(m/s)，根据水文计算成果，取最大流速1.20m/s
n —与防护岸坡在平面上的形状有关，取n=1/4。

η—水流流速不均匀系数，根据水流流向与岸坡交角α 查表D.2.2 采用。

； d 50—床沙的中值粒径(m);
γs ，—泥沙的容重(kN/m 3)
γ—水的容重(kN/m 3)
5.1.1.2 计算结果
经计算，
顺向冲刷深度为0.6～1.0m，故顺向冲刷埋深取1.0m；
斜向冲刷深度30°以内，冲刷深度为0.9～1.18m，故30°以内的斜冲基础埋深取1.2m；
斜向冲刷深度30°以上，冲刷深度为1.2～1.46m，30°以上的斜冲基础埋深取1.5m。

表5.6.1防冲计算结果表。

河岸冲刷深度计算

河岸冲刷深度计算
1、水流平行于岸坡产
计算公式
hB
hp
[( V cp V允
）n
1]
式中： hB-局部冲刷深hp-度冲（刷m处)，的水Vc深p-平（均m流)，速V允（-河m床/p
V允
n
hp
3.9333862 0.6
0.25
3.5
2、水流斜冲防护岸坡
21.07
4 8 10
3、Vj的计算 ⑴.滩地河床，计算公式
Vj Q1 • 2 B1 • H1 1
2
2
8
3
10
6
式中： B1-河滩宽度（Q1m-通)，过从河河滩部H1分-河的滩设水计深
(ηm-水); 流流速分配不均匀
Q1
B1
H1
496
42
3.5
η
Vj
1.5
4.0489796
α
≤15°
土性质不密实的
表B.2.2 粘性土的当量粒径值
空隙比 0.9～1.2
干容重（kN/m3）
11.76
粘性土当量粒径（cm）
粘土及重粘壤土
轻粘壤土
黄土
1
0.5
0.5
中等密实的 0.6～0.9 密实的 0.3～0.6
很密实的 0.2～0.3
11.76～ 151.56.868～ 191.96.060～
20°
η
1
1.25
表B.2.3 水流流速不均匀系数
30°
40°
50°
60°
70°
80°
1.5
1.75
2
2.25
2.5
2.75
⑵.无滩地河

堤防工程基础冲刷深度计算问题

大片防护林带。讨赖河市区段防洪堤
工程河道治理长度３５ｋ河道平均．ｍ，
面起算：如从冲刷处滩面算起，ｈ＝则Ｂ
平时水小。床长期在造床流量作用河下易使河相发生变化。河流曲状蜿
比降ｌ‰ ，１防洪标准为５０年一遇，相
２１．２中国水利０２１
表１堤防平顺段冲刷深度计算表（０年一遇洪水）５
（堤防工程设计规范》《附录Ｄ公式）断面
ＨＤ０５ＨＤ０６ＨＤＯ７ＨＤ０８ＨＤ０９ＨＤ１ＯＨＤ１１ＨＤ１２ＨＤ１３ＨＤ１４ＨＤ１５ＨＤ１６ＨＤ１７ＨＤ１８
２０１２Ｏ１
２Ｏ１
１３－３１１．４
１３．４
３６．５３９Ｏ
．
２４．６２７．４２－７３２６．２２５１
．
３６１
．
ＨＤ１５ＨＤ１４ＨＤ１３ＨＤｌ２ＨＤ１ｌＨＤ１ＯＨＤ０９８８４
深度计算。
水流平行于岸坡产生的和中小河流治理” 。近年，地中小各河流治理特别是以防洪堤和河道治理项目为主的工程建设蔚然成风。笔
者主持或参与了多个区内此类项目
《防工程设计规范》（Ｏ８ — 堤ＧＢ５２６
１９）录Ｄ中公式（２２１进行计９８附Ｄ． — ）．

河床冲刷深度计算

河跨河段新寨跨河段黑石头冲跨河段冲刷处水深 hp 3 2.9 4.2 2.3 平均流速 vcp 2.8 4.8 2.5 2.7
vcp v允
n ） 1]
管道跨河段冲刷深度计算
允许流速形状系数 v允 n 1.8 0.25 1.4 0.25 1.6 1.5 0.25 0.25
8#跨河段 9#跨河段 10#跨河段 11#跨河段 12#跨河段
14.2 33.2 14.9 13.8 23.6
657.20 648.63 649.06 649.95 649.95
5.1 9.6 4.2 3.1 8.5
2.78 3.46 3.55 4.45 2.78
设计规范
《河道整治设计规范》（GB50707-2011）《堤防工程设计规范》（GB50286-98）《水力计算手册》（第二版）
河沟河沟河沟河沟河沟
011） 8）
P39 P47
黑石头冲跨河段小卵石 15～25 2.3 1.5
流速计算
允许不冲流速 v允（m/s） 2.0 1.5 1.6 1.3 1.3 1.8 1.5 1.5 1.6 1.3 1.0 1.2 备注冲沟冲沟冲沟河沟河沟河沟河沟河沟河沟河沟河沟河沟地面线 847.83 686.47 668.39 647.91 647.23 608.38 601.14 656.1 647.03 647.86 649.05 648.85 洪水位 848.53 687.07 669.09 649.11 648.43 609.78 602.24 657.2 648.63 649.06 649.95 649.95
跨河段设计流速计算
跨河河段 1#跨河段 2#跨河段 3#跨河段 4#跨河段 5#跨河段 6#跨河段 7#跨河段设计洪水流量设计洪水位过水断面设计流速 m m/s m3/s(5%) m2 15.2 848.53 3.9 3.90 14.1 687.07 4.2 3.36 13.7 669.09 3.8 3.61 16.8 649.11 4.1 4.10 17.3 648.43 4.3 4.02 25.3 609.78 5.6 4.52 15.5 602.24 3.5 4.43

河道一般冲刷深度分析计算-孙双元要求

说明：本摘抄来自水规总院的孙双元，目的在于将冲刷计算用于水调工程的设计之中。

本摘抄共有两部分关于冲刷计算的内容第一部分6．河道一般冲刷深度分析计算6．1 冲刷深度计算方法在天然河道上修建建筑物后，由于缩窄了河道宽度，增加了单宽流量和过水断面流速，从而引起的河床冲刷和变形可称为一般冲刷。

根据水利部长江水利委员会<南水北调中线工程渠道倒虹吸土建部分初步设计大纲》中的要求，一般冲刷按《铁路桥渡勘测设计规范》TBJl7—86(铁道鄯1987年7月)规定的方法进行计算。

经对青沙菏南、北两汊过水断面形态和河床质分析，应按“规范”中规定的非粘性土河床及单—河槽计算。

非粘性土河床的河槽一般冲刷公式如下：含沙量(kg／m3) <1．O 1～10 >10E O．46 O．66 O．866．2 交叉断面附近河床质及平均粒径应用上述公式计算河道一般冲刷时，需分析确定交叉断面河床质的平均粒径。

根据我院地勘队提供资料，南沙河与总干渠交叉河段南槽倒虹吸长1200m，有一个地质纵剖面(沿建筑物轴线地质纵剖面和三个地质横剖面)，布孔17个，孔深20～62．2m，孔距24～150m。

河床岩性为粗、细粒双层结构，分属第二工程地质单元和第三工程地质单元。

第二工程地质单元分布亍河床0～18m，其上部为砂卵石含漂石，卵石磨圆度较好，大部分砂较纯净；下部砂卵石、中卵石含量偏低，一般无漂石，砂中含土质较多。

经筛分平均粒径d50=52．9mm。

北槽倒虹吸全长800m，共布有19个钻孔，组成建筑物轴线纵剖面和四条横剖面、孔距25～150m，孔深20～40m，自地表至lom深度内属第二工程地质单元，河床质由砂卵石组成，砂卵石中含漂石，卵石含量约60～70％，次磨圆度。

经筛分平均粒径d50=84．3mm。

6．3 计算成果根据上述南沙河南、北槽河床质平均粒径等数据和一般冲刷公式，对南北槽不同方案、不同标准洪水进行冲刷分析计算，成果见表6一l在计算中，对亍南沙河南槽倒虹吸的设计方案和补充方案1，考虑不同标准洪水的主槽流量约占河槽总过流量的85％～95％左右，为了工程安全，忽略滩地行洪，总过流量全部计入主槽内，推算河槽部分的冲刷深度。

冲刷深度

4.4.4 护岸冲刷深度计算蹦河河床多为砂砾石，建堤后，改变了原河槽流态，其流速超过了河床的允许流速，将对堤脚产生冲刷。

需设置护脚防止堤冲刷破坏。

护脚埋深的计算，选择不同的代表断面，计算10年一遇冲刷深度。

采用《水力计算手册》所列公式计算。

⑴水流平行于岸坡产生的冲刷可按下式计算：h B=h P×[（V cp/V允）n－1]式中：h B ——局部冲刷深度（m）；h P ——冲刷处的水深（m），以近似设计水位最大深度代替；V cp——平均流速（m/s）V=Q/A=2.25 m/s；V允——河床面上允许不冲流速（m/s），按地质条件确定V允=1.05；n ——与防护岸坡在平面上的形状有关，一般取n=1/4；计算结果h B=0.11m。

t ——护脚在冲刷线以下超深t=0.5m。

（2）水流斜冲防护岸坡生产的冲刷按下式计算：△h p={(23tan(α/2)V j2)/(1+m2)0.5*g}-30d式中：△h p——从河底算起的局部刷深度（m）；α——水流流向与岸坡交角，α=60°；m——护岸迎水坡边坡系数；d——坡脚处土壤计算粒径，取d=3cm；V j——水流偏斜时，水流局部冲刷流速，V j=Q1/B1H1*[ (2β/(1+β) ]。

Q1——通过河滩部分的设计流量；B1——河滩宽度，从河槽边缘至坡脚距离；B1=70mH1——河滩水深；取H1=6mβ——水流流速分配不均匀系数，与α有关，通过查表查得。

通过计算右岸顺坝的冲刷深度△h p=0.8m，t=0.5m见表4-2。

表4-2 护脚冲刷深度计算表（单位：米）为解决冻胀问题，根据已确定的水利坡度和计算的冲刷深度确定：浆砌石坝基础埋深1.5米，0+000断面～0+800断面总坝高为2.5 m，地面以上1.0 m，地面以下1.5m。

通过计算和现场踏勘，确定在桩号0+200～0+500段浆砌石坝脚设置石笼水平铺盖，长300米，宽4米，深0.6米。

新堤防规范的冲刷公式

5.1 设计计算
5.1.1 防冲计算
5.1.1.1 计算公式
墙基冲刷有纵向冲刷和斜向冲刷两种情况，根据《堤防工程设计规范》(GB50286—2013)，平顺护岸冲刷深度公式如下：
0[()1]cp n s c
U h H U =⨯- 21cp U U ηη
=+
050()c H U d = 其中：
h s —局部冲刷深度(m)；
H 0—冲刷处的水深(m)；
U cp —近岸垂直平均流速(m/s)；
U —行近流速(m/s)，根据水文计算成果，取最大流速1.20m/s
n —与防护岸坡在平面上的形状有关，取n=1/4。

η—水流流速不均匀系数，根据水流流向与岸坡交角α 查表D.2.2 采用。

； d 50—床沙的中值粒径(m);
γs ，—泥沙的容重(kN/m 3)
γ—水的容重(kN/m 3)
5.1.1.2 计算结果
经计算，
顺向冲刷深度为0.6～1.0m，故顺向冲刷埋深取1.0m；
斜向冲刷深度30°以内，冲刷深度为0.9～1.18m，故30°以内的斜冲基础埋深取1.2m；
斜向冲刷深度30°以上，冲刷深度为1.2～1.46m，30°以上的斜冲基础埋深取1.5m。

表5.6.1防冲计算结果表。

河堤岸冲刷深度计算

河堤岸冲刷深度计算
二.顺坝及平顺护岸冲刷深度计算
1.水流平行于岸坡产生的冲刷深度计算计算公式
式中：
h B -局部冲刷深度（m)，从水面算起;
h p -冲刷处的水深（m)，以近似设计水位最大深度代替;V cp -平均流速（m/s);
V 允-河床面上允许不冲流速（m/s);
n-与防护岸坡在平面上的形状有关，一般取n=1/4;
2.水流斜冲防护岸坡长生的冲刷深度计算公式
式中：
Δh p
-从河底算起的局部冲深（m);α-水流流向与岸坡交角（度);m-防护建筑物迎水面边坡系数;
d-坡脚处土壤计算粒径（cm）。

对非粘性土，取大于15%（按重量计）的筛孔直径；对粘性土，取表D.22-1的当量V j -水流的局部冲刷流速（m/s);
V j 的计算
计算公式
式中：
B 1-河滩宽度（m)，从河槽边缘至坡脚距离;Q 1-通过河滩部分的设计流量（m 3/s);H 1-河滩水深(m);
堤岸冲刷深度计算
η-水流流速分配不均匀系数，根据α角查表D.2.2-2;
计算公式
式中：
Q-设计流量（m 3/s);
W -原河道过水断面面积（m 2);W p -河道缩窄部分的断面面积(m 2);
土，取表D.22-1的当量粒径值;
V jαd△H P
（m/S）（o）（m）（m）
平直堤
段1.7642679950.50.0060.105278455 转湾堤
段1.76426799100.50.0060.391646627 桩号m 要求堤基埋深（m）。

新提防规范冲刷深度计算

泥沙或卵石容重（KN/m3) 水的容重（KN /m3) rs r 19.11 9.8 修正系数
m
U c 0.75 L D 0.08 ) ( ) H0 gH 0
0.029724066 0.022182139
k 1 =(
θ 0.246 ) 90
0.181428202
长江科学研究起动公式（适用卵石河床）
U
H0
Ucp
取值
3.4
5.4
h s = H 0 [(
公式
U cp n ) - 1] Uc
计算结果
0.896053483
1.122219787
河床主要为粘性与砂质河床
砂卵石河床
守护段平面形态 k2 过渡段或顺直段 1
坡率 m 0.05
坝头最大流速（m/s) Um 14.65714286
行近水流水深（m） H0 3.4
天然密度砂卵石（g/cm3) 195 水 1k 3 =e
0.07 m
U m = (1.0 + 4.8
LD )U B
1.003506132
14.65714286
行近流速（m/s) U
5.4
c
= 1 . 08
gd
rs - r
50
r
（
H d
1 0 50
）7
1.725451531
与护岸在平面形状有关，取n=1/4～1/6
水流不均匀系数
n
η
查表D2.2
0.25
1
1
U cp = U
2η 1 +η
1.725
5.4
行近流速（m/s) U 5.4
丁坝的有效长度 LD 5