桥涵水文1.docx

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桥涵水文1

桥涵水文课程论文

专业土木工程年级2011级

班次土木一班

姓名徐智兴

学号0029

指导教师云霞

成绩

西南大学工程技术学院

一、河流简介

滹沱河，发源于省繁峙县，流经、两省，共有256条河流前后汇入，全长513.3公里，流域面积46000平方公里。

滹沱河属海河流域子牙河水系，东穿太行山脉流入市平山，在平山县城北有支流冶河汇入，横穿市北郊，在市境全长206.6km。

流经代县、原平县及忻定盆地，自东治镇以下转入太行坡，在盂县活川口下游进入省平山县，经岗南、黄壁庄水库，在市穿京广铁路、107国道、京深高速，经正定。

无极、晋县、深泽、安平，在饶阳县大齐村进入泛区，至献县枢纽与滏阳河及滏阳新河汇流入子牙河。

干流总长588km，总流域面积24774km2，其区面积23491km2，平原面积1283km2。

鹿泉、藁城、新乐、晋州、无极、深泽等都处于其出山口的冲击扇的扇面之上。

再向东于深泽县出市域，于献县臧家桥与滏阳河汇流，后称于牙河，再入渤海。

滹沱河岔河段子牙河水系

1、滹沱河的地理环境和作用

（l）滹沱河是海河的三大支流之一，承担海河水系水源保护功能，并在海河水系水资源供求和水污染防治中占有举足轻重的地位。

（2）是地下水的主要采集点。

（3）曾经是阻挡北方沙尘的屏障。

2、滹沱河的地貌以及地质条件

滹沱河市区段河谷宽阔，河曲发育，多浅滩。

主要分以下几段：

黄壁庄水库坝下至邵同河段河谷宽度740～3600m，高程90～115m，河床宽度150～1100m，纵向坡度15%～6％。

，堆积物主要为近代堆积含砾中粗砂及中细砂，上部一般为全新统、上更新统，下部一般为中更新统、一厂更新统。

邵同村至正定大桥河段河谷宽度2000～4000m，高程70～90m，河床宽度150～750m。

3、水文断面的选择：

本次调查区段为邵同村至正定大桥河段，即市正定区河段，当地称该区段水流为岔河。

叉河河流下部岩性以全新统新近堆积粉细沙为主，局部夹有中粗沙，主体结构松散，孔隙比一般在0.78～1.04围。

水文断面选择临近滹沱河大桥的地段，该水文断面河流顺直，断面宽阔、规则，有平顺的人工堤防，河底平顺。

对照天然河道洪水粗糙系数表，粗糙系数取1/n=55，根据小觉水文站相关水文资料确定洪水比降为8.6%。

2、水文资料搜集

本次分析计算收集到1985年至2005年共20年实测洪水系列资料。

该资料为水文局分局小觉水文站观测资料。

据调查，该区段曾在1996年、2002年发生特大洪水，为稳定河段。

该期间，实测最大洪峰流量为：

2750m3/s（1996年），20年平均洪峰流量为1308m3/s。

下表为搜集到的小觉水文站20年的年最大流量观测资料：

按年份顺序排列

按流量从大到小排列

经验频率

年份

洪峰流量（m³∕s）

序号

年份

洪峰流量（m³∕s）

1985

1540

1

1996

2750

4.5

1986

980

2

2002

2390

9.1

1987

1090

3

1989

1860

13.6

1988

1050

4

1998

1740

18.2

1989

1860

5

1985

1540

22.7

1990

1140

6

2003

1520

27.3

1991

790

7

1992

1270

31.8

1992

1270

8

2000

1260

36.4

1993

762

9

1995

1210

40.9

1994

1050

10

1997

1200

45.5

1995

1210

11

1990

1140

50.0

1996

2750

12

1987

1090

54.5

1997

1200

13

1988

1050

59.1

1998

1740

14

1994

1050

63.6

1999

883

15

1986

980

68.2

2000

1260

16

1999

883

72.7

2001

408

17

2005

794

77.3

2002

2390

18

1991

790

81.8

2003

1520

19

1993

762

86.4

2004

483

20

2004

483

90.9

2005

794

21

2001

408

95.5

总计

26170

-

-

26170

-

三、水文统计和相关计算

1、经验频率曲线：

根据维泊尔公式

计算得到统计系列中第m项随机变量的经验频率，如上表。

并以经验频率为横坐标、水文观测值年最大洪峰力量为纵坐标绘制经验频率曲线如下：

2、统计参数

模比系数：

其中

为统计系列中的任一年最大流值，n为流量观测的总年数：

计算得

=1308.5m³∕s，

如下表所示

按年份顺序排列

按流量从大到小排列

模比系数

经验频率

年份

洪峰流量（m³∕s）

序号

年份

洪峰流量（m³∕s）

1985

1540

1

1996

2750

2.21

1.457

1.77

4.5

1986

980

2

2002

2390

1.92

0.843

0.77

9.1

1987

1090

3

1989

1860

1.49

0.243

0.24

13.6

1988

1050

4

1998

1740

1.40

0.157

0.064

18.2

1989

1860

5

1985

1540

1.24

0.056

0.013

22.7

1990

1140

6

2003

1520

1.22

0.048

0.011

27.3

1991

790

7

1992

1270

1.02

0.000

0.000

31.8

1992

1270

8

2000

1260

1.01

0.000

0.000

36.4

1993

762

9

1995

1210

0.97

0.001

0.000

40.9

1994

1050

10

1997

1200

0.96

0.001

0.000

45.5

1995

1210

11

1990

1140

0.91

0.007

0.000

50.0

1996

2750

12

1987

1090

0.87

0.016

0.000

54.5

1997

1200

13

1988

1050

0.84

0.025

0.000

59.1

1998

1740

14

1994

1050

0.84

0.025

0.000

63.6

1999

883

15

1986

980

0.79

0.046

0.000

68.2

2000

1260

16

1999

883

0.71

0.085

-0.024

72.7

2001

408

17

2005

794

0.64

0.132

-0.047

77.3

2002

2390

18

1991

790

0.63

0.134

-0.051

81.8

2003

1520

19

1993

762

0.61

0.151

-0.059

86.4

2004

483

20

2004

483

0.39

0.375

-0.227

90.9

2005

794

21

2001

408

0.33

0.452

-0.301

95.5

总计

26170

26170

21.00

4.253

0.216

--

变差系数：

偏差系数：

3、理论频率曲线：

频率曲线分布函数：

年最大流量：

离均系数：

P=5%Φ=1.89;P=10%Φ=1.34;

P=20%Φ=0.74;P=50%Φ=﹣0.18;

P=75%Φ=﹣0.74;P=90%Φ=﹣1.10;

P=95%Φ=﹣1.28

（1.89×0.224+1）×1308.5=1862.47（m³∕s）

=（1.34×0.224+1）×1308.5=1701.26（m³∕s）

（0.74×0.224+1）×1308.5=1525.40（m³∕s）

（﹣0.18×0.224+1）×1308.5=1255.74（m³∕s）

（﹣0.74×0.224+1）×1308.5=1091.60（m³∕s）

（﹣1.10×0.224+1）×1308.5=986.86（m³∕s）

（﹣1.28×0.224+1）×1308.5=933.33（m³∕s）

从频率曲线图中可以看出:

经验点据整体上基本连续,未出现异常,处于难以区分的同一个点带之中,并大体上符合P-Ⅲ型分布。

因此,适当修正处理后,计算结果可以满足要求。

4、设计洪水流量

1、根据流量观测资料推算设计流量：

1）上面已经应用矩法公式算得：

=1308.5m³∕s，

接着分别取不同的m值，用适线法确定统计参数

频率P（%）

第一次配线

第二次配线

第三次配线

Q=1308.5

Q=1308.5

Q=1308.5

Cv=0.25

Cv=0.25

Cv=0.25

Cs=2Cv=0.5

Cs=2.8Cv=0.7

Cs=4Cv=1

Q

Φ

Kp

Qp

Φ

Kp

Qp

Φ

Kp

Qp

5

1862.47

1.77

1.443

1888

1.82

1.455

1904

1.88

1.47

1923

10

1701.26

1.32

1.330

1740

1.33

1.3325

1744

1.34

1.34

1747

20

1525.4

0.81

1.203

1573

0.79

1.1975

1567

0.76

1.19

1557

50

1255.74

-0.08

0.980

1282

-0.12

0.97

1269

-0.16

0.96

1256

75

1091.6

-0.71

0.823

1076

-0.72

0.82

1073

-0.73

0.82

1070

90

986.86

-1.22

0.695

909

-1.18

0.705

922

-1.13

0.72

939

95

933.33

-1.49

0.628

821

-1.42

0.645

844

-1.32

0.67

877

2）由表4-2-2和4-4-3，分别查得Cv、Cs/Cv的值，如下表，算得Kp、Qp值，表格如下：

不同频率洪峰流量表（单位：

m³∕s）

特征参数

均值

Cv

Cs/Cv

1308.5

0.92

3

洪峰频率

Φ

Kp

Qp

1%

3.970

4.652

6088

2%

3.110

3.861

5052

5%

2.010

2.849

3728

10%

1.210

2.113

2765

20%

0.460

1.423

1862

50%

-0.380

0.650

851

75%

-0.640

0.411

538

90%

-0.702

0.354

463

95%

-0.710

0.347

454

99%

-0.714

0.343

449

用Exel表格得到PearsonⅢ曲线图如下

根据PearsonⅢ曲线图可以读取任何频率P（%）时的流量Qp值。

3）设计洪峰频率和相应的设计流量：

断面洪水流量（单位：

m³∕s）

特征参数

均值

Cv

Cs/Cv

1308.5

0.92

3

设计洪水频率Sp（%）

Φ

Kp

Qp

2%

3.110

3.861

5052

5%

2.010

2.849

3728

10%

1.210

2.113

2765

20%

0.460

1.423

1862

4）设计水位计算：

水文断面平均流速：

资料表明滹沱河在正定铁路桥区段的水深在8~20米围，宽度最宽可达415.5，过水断面的平均水深为23.6m，宽度为187.4m，属于宽浅河流段水面宽度大于10倍断面平均水深，故取

=R=187.4m

根据才--满宁公式有：

计算得

=2.5（m/s）

计算得到设计水位，整理如下表：

岔河段各设计频率洪水水位计算表

断面

设计水位

备注

p=2%

p=5%

p=10%

p=20%

正定滹沱河大桥西

101.01

100.82

100.55

100.34

岔河东

滹沱河大桥西设计洪峰流量计算成果表

频率P（%）

p=2%

p=5%

p=10%

p=20%

水位m

101.01

100.82

100.55

100.34

流量m/s

5052

3728

2765

1862

表中高程为假定高程

五、桥孔径计算

1、最小桥孔净长度：

设计洪水频率为2%，

对于无明显河槽的河段：

将各个数据代入上式计算得：

10.45m

2、桥面高程计算：

其中，

=0.5*[（23.6²+16*0.175²）

]-0.5*187.4=0.65mm

Hs=101.01m

=2.4m；

0.5m

故，

=101.01+0.00065+0.5+2.4=103.911m

6、桥墩和桥台冲刷计算

1、桥孔上部结构采用四孔预应力钢筋混凝土箱型梁，双柱式桥墩，钢筋混凝土灌注桩桩基础，桩径1.4m，墩柱直径1.6m。

2、桥下断面一般冲刷深度计算：

其中，当桥下河槽能够扩宽至去安桥孔时，

=

=3728m³∕s，

=

=2750m³∕s，B=10.0m，H=23.6m，μ=1.23*50

=13.592带入上式，求得

=12.43m,

3、桥墩局部冲刷线深度：

行进水流

12.43m；v=2.5m/s，启动流速

m/s，起冲流速

0.2m/s

查墩形系数表，

1.0，计算墩宽

1.6m

1.0*0.44*

*

*

=3.3m

4、桥墩最低冲刷线高程：

=101.01-12.43-1.32=87.26m

5、桥太冲刷深度：

14.16m

6、桥台最低冲刷线高程：

101.01-3.3-14.16=83.55m

7、最小埋置深度：

Z=3.0m