4_小桥涵水文计算

无流量观测资料时推算设计流量
当无流量观测资料时，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。 主要有几类方法
（1）根据调查历史洪水位推算设计流量 基本原理是：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， 推算历史洪峰流量。
第四章 小桥涵水文计算
第四章 小桥涵水文计算
第一节 第二节 小桥涵水文计算概要 暴雨推理法
第三节
第四节 第五节 第六节
径流形成法
形态调查法 直接类比法 特殊情况水文计算及各方法比较、核对
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第四章 小桥涵水文计算
第一节 第二节 小桥涵水文计算概要 暴雨推理法
第三节
第四节 第五节 第六节
径流形成法
形态调查法 直接类比法 特殊情况水文计算及各方法比较、核对
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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。
韩国华，公路小桥涵位置的设置与形式的选择，山西建筑，2009，35（7）
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小流域水文特征
由于汇水面积小，小流域汇水具有如下水文特征：
1. 洪水暴涨暴落，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
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小流域水文特征
洪水暴涨暴落，破坏性较大
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有关水文的基本术语
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径流形成法
在降雨的蓄渗阶段，水量全水泵于植物截留、地表坑洼蓄 渗及地表土壤吸收中，地面无径流
h 0 H k z
其中： h ——地面径流厚度（mm）
H k z
——累计降雨量（mm） ——土壤吸收厚度（mm） ——地面坑洼蓄渗、植物截留及土壤吸收的厚度
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径流形成法
随着降雨历时的增加，土壤吸水逐渐饱和，吸水能力也随之减 弱，部分雨水开始存留在地面起伏不平的坑洼中。 径流厚度等于这段时间内的降雨量与这段时间的雨量损失之差
h H k z
为计算方便，我国暴雨分区的径流厚度表按z=0编制，即
h H k
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径流形成法
曲线OCA表示降雨过程曲线既H=f(T)函数曲线； O’CB表示土壤吸水曲线。 两曲线的切点C表示单位时间内降雨强度和单位时间内下渗强 度相等的点。这时地面径流开始形成。 C点以上，降雨强度大于下渗强度，地面径流不断增加。 到A点后，达到最大值。 从地面径流形成，到径流厚度达到最大值的时间叫汇流时间， 用t表示。 C’B’曲线为与CB曲线间隔为z的平行线。 交点C’表示草木充分湿润、坑洼填满、径流开始下泄的时间。 为简化计算，通常假定降雨过程是等强度的，则OCA曲线变 为直线。
其中：Q p ——规定频率为P时的洪峰流量（m3/s）
S p ——频率为P时的雨力（mm/h）
——损失参数（mm/h） n ——暴雨递减指数
——汇流时间（h）
A ——汇水面积（km2）
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损失参数
北方多采用： 南方多采用：
K1S p 1
K2 S p 2 A

其中：参数 K1 , K 2 ,
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三、径流形成法计算公式
1. 经验公式：根据实践经验建立径流流量与径流因素函
数关系的公式
2. 成因推理公式：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
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。
径流形成法计算公式主要适用于汇水面积A≤30km2的小流 域
9. 雨量：在一段时间内从大气降落到地面的液态降水量， 通常用雨量计或通过观测测定。 10. 设计流量：与设计洪水频率相应的流量。
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水文计算方法
1. 根据流量观测资料推算设计流量
适用于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。
2. 无流量观测资料时推算设计流量
适用于无实测的流量观测资料时，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。
（4）根据理论频率曲线求算设计流量。
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根据流量观测资料推算设计流量
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：
Qp K p Q
其中： Q p ——设计流量
Q ——洪峰流量均值
K p ——设计频率的模比系数
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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。
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4-2 暴雨推理法
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。 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（如植物滞留、洼地蓄水、土 壤蒸发、入渗、汇水区的大小、形状、坡度）等。 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。
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4-1 小桥涵水文计算概要
一、小流域水文特征
小桥涵水文计算的任务，主要是计算并确定小桥涵 的设计流量，设计流量则是确定小桥涵孔径、类型 及建筑形式的主要依据。 小流域，通常是指汇水面积小于100km2的小型沟、 谷。
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4-1 小桥涵水文计算概要
根据设计流量的大小，小桥涵形式的一般选用顺序是： 圆管涵→盖板涵→拱涵→小桥。 设计流量在10 m3 / s 左右时，一般宜采用圆管涵，如路堤高 度不能满足圆管涵的要求，则宜采用盖板涵； 设计流量在20 m3/ s 左右时，若路堤能满足最小填土高度的 要求，则宜采用盖板涵； 设计流量在20 m3/ s~ 80 m3 / s，特别是当路堤较高时，更 宜采用拱涵； 流量不小于80 m3/ s~ 100 m3/ s 时，适宜采用小桥。 但由于涵洞与小桥相比具有很多优点，因此，有时流量虽大， 在泥砂、漂流物较少，不受路堤高度限制，而上游又允许积 水等情况下，可以采用多孔涵洞来代替小桥，但孔数不宜超 过3 孔~ 4 孔, 以免各孔流量不均造成涵洞淤塞、失效。
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1. 径流成因简化公式
Qs (h z ) A
其中： Qs ——设计流量（m3/s） 面积查附表1-8
3 24 5(来自3 /s) ——地貌系数，根据地形、主河沟平均纵坡、汇水
A ——汇水面积（km2） h ——暴雨径流厚度（mm），根据桥涵位置的暴雨
分区（查附表1-7）、公路等级相应的设计洪水频率（表1-6）、 汇水区土壤吸水类属（查附表1-9或1-10）和汇流时间（查附 表1-11 ）四个因素查附表1-12 n
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2. 方法和步骤
（ 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：汇水面积 A（km2），主河沟 长度L(km)，主河沟平均坡度 I (‰)； （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
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二. 计算公式
1. 交通部公路科研所推理公式
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二. 计算公式
2. 经验公式
经验公式Ⅰ 经验公式Ⅱ
Q p S p A2
m
Qp C S p A3
其中： S p ——频率为P时的雨力（mm/h）
——损失参数（mm/h） ——地貌系数，查附表1-5
m, 2 ——指数，查附表1-5
c, , 3 ——系数、指数，查附表1-6
A ——汇水面积（km2）
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暴雨推理法的资料收集
① 汇水区汇水面积测量 ② 主河沟长度及平均坡度测量
③ 土壤植被种类调查
④ 主河沟河床地质调查
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算例
P61
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4-3 径流形成法
一、径流的形成
原理：径流形成法是从分析汇水区形成和影响地面径流的因 素（如暴雨强度、汇水面积、土壤类型、地形等）着手，建 立这些因素与设计流量的函数关系，求得设计流量。 为便于研究，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。
（2）根据暴雨成因的原理推算设计流量 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。 按暴雨成因推算设计流量是公路小桥涵最常用的计算方法。
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主要的水文计算方法
1. 暴雨推理法
2. 迳流形成法
3. 形态调查法
4. 直接类比法
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4-2 暴雨推理法
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有关水文的基本术语
6. 洪水：指流量大，水位高且具有一定灾害性的大水。它 包括洪峰流量、洪水总量及洪水过程三大内容，统称洪水 三要素，是工程设计的重要依据 7. 流域面积：指流域分水线与河口断面之间所包围的平面 面积。小桥涵的汇水面积，则是指流域分水线与小桥涵处 断面之间所包围的流域面积。 8. 降雨强度：指单位时间的降水量