水文计算算例.docx
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水文计算算例
(1)全线典型大中桥水文计算分析
水文计算的基本步骤:
-对有水文资料的河流收集水文资料
-确定桥位在地形图上的位置
-确定主流-勾绘汇水面积(五万分之一地形图)
-计算流量
-各水文参数计算
***大桥水文计算
(1).设计流量计算
1 洪峰流量汇水面积相关法公式
…………………………………
(1)
式中:
QN——某频率洪峰流量(米3/秒).
n、KN——为重现期为N的经验参数
F——流域面积(平方公里).
2 综合参数法:
………………………………………
(2)
其中:
QmN——某频率的洪峰流量(米3/秒).
N——设计重现期(年).
——流域形状系数,
L.——主沟长度
H3N——设计重现期为N的3小时面雨量(毫米).
C、α、β、γ、η——分区综合经验参数指数.
式中参数的确定:
3 原交通部公路科学研究所推理公式法:
…………………………………(3)
式中:
Qp——某频率洪峰流量(米3/秒).
SP——某一频率雨力即最大1小时暴雨强度(毫米/小时).
τ——流域汇流时间(小时).
μ——损失参数(毫米/小时).
F——流域面积(平方公里).
n——暴雨递减指数.
0.278:
单位换算系数.
4 全国水文分区经验公式:
公式的基本形式:
。
…………………………(4)
根据分区表查90区的对应值:
值按取0.72,
值取13.8,
5 采用全国水文分区经验公式
,
………………………………(5)
根据分区表查90区的对应值。
查得
,
则
,
/
=3.5,查得K1%=8.16,
流量计算结果
序号
断面位置
河名及桥名
汇水面积F
(Km²)
河沟长L
(Km)
河沟纵坡j
公式①
(m³/s)
公式②
(m³/s)
公式③
(m³/s)
公式④
(m³/s)
采用值
(m³/s)
1
K51+600.0
***大桥
18.2
8.5
0.0189
432.2
237.2
499.4
131.5
499.4
2
K51+860.0
***大桥
20.12
8.8
0.0189
462.7
252.3
548.8
141.4
548.8
3
K52+060.0
***大桥
20.12
8.8
0.0189
462.7
252.3
548.8
141.4
548.8
2.计算设计水位以及设计流速
计算采用桥位设计信息软件系统2.0版本,河床断面形态、河流比降根据现场测量数据输入软件,糙率结合现场实测情况,根据规规定进行选取。
根据前文的流量计算,确定百年一遇的设计流量Q1%=548.8m³/s;河槽以黄土沙石为主,并根据从当地水利部门搜集的资料,确定糙率取1/n=45;根据现场实测以及相关资料,确定河床比降J=0.015,利用计算软件可以求得:
1桥梁基本信息
桥梁类型
大
设计洪水频率(%)
1
桥梁中心桩号
凌汛要求
无
水流与桥轴线的夹角
0
跨河位置
河湾
2河流资料
2.1基本资料
河流名称
***
设计洪水流量(m³/s)
548.8
计算断面名称
51860
河床比降(‰)
18.9
左分界桩号(m)
0
右分界桩号(m)
71
左滩粗糙度m1
13
河槽粗糙度m2
40
右滩粗糙度m3
13
2.2断面桩号及标高数据列表
桩号(m)
标高(m)
0
1016
12
1010
17
1008
18
1006
20
1000
21
998
23
996.44
27
996.44
33
998
40
1000
48
1002
64
1010
71
1016
3计算过程
3.1计算设计水位
根据几何方法计算得:
经过多次几何方法计算,确定设计洪水流量Qs=548.8(m³/s)对应的设计洪水位为1001.704(m),即
H=1001.704(m)
3.2计算河床各部分的过水面积和水面宽度
根据几何方法计算得:
左滩过水面积ω1=0(㎡)
河槽过水面积ω2=87.092(㎡)
右滩过水面积ω3=0(㎡)
全断面过水面积ωs=ω1+ω2+ω3=87.092(㎡)
左滩水面宽度B1=0(m)
河槽水面宽度B2=71(m)
右滩水面宽度B3=0(m)
3.3计算水力半径
计算公式
R=ω/B
式中:
ω为过水面积(㎡)
B为水面宽度(m)
河槽水力半径R2=ω2/B2=87.092/71=1.227(m)
3.4计算流速
计算公式
按照《公路工程水文勘测设计规程》(JTGC30-2002)
(5.3.1-3)
式中:
R为水力半径(m)
m为河床粗糙系数
I为河床比降
河槽流速
=
=6.301(m/s)
3.5计算流量
计算公式
Q=ω×V
式中:
ω为过水面积(㎡)
V为流速(m/s)
河槽流量Q2=ω2×V2=87.092×6.301=548.799(m³/s)
全断面流量Qs=Q1+Q2+Q3=0+548.799+0=548.799(m³/s)
3.6计算全断面流速
Vs=Qs/ωs=548.799/87.092=6.301(m/s)
4计算结果列表
4.1全断面数据
断面平均流速(m/s)
6.301
断面设计流量(m³/s)
548.799
4.2河槽数据
河槽设计流速(m/s)
6.301
河槽设计流量(m³/s)
548.799
河槽平均水深(m)
1.227
河槽最大水深(m)
5.264
河槽水面宽度(m)
71
河槽过水面积(㎡)
87.092
5河流断面图
3).桥长计算
河槽宽度计算公式
式中:
设计流量
=548.8(m³/s)
设计洪水河槽流量
=548.8(m³/s)
河槽宽度
=28.1m
系数
和指数
,该河段属于稳定河段,
可求得
L=23.6m。
本桥跨径设置主要受地形影响,采用跨径35×20m组合箱梁,综合考虑角度、桥墩布置等因素,桥跨布置满足设计洪水频率的泄洪要求,水文不控制跨径布置。
4).冲刷计算
⑴河槽一般冲刷
由于公式64-1修整式对大颗粒土质计算值偏大,对稳定性河槽计算值偏大,而本河流属于河槽稳定,河床土质主要为粒径较小的沙砾,因此采用64-2简化公式计算河槽一般冲刷:
式中:
—计算断面的天然河槽流量
—桥下河槽部分通过的设计流量。
根据调查资料以及两岸河滩情况判断,桥下河槽不可能扩宽到全桥,所以
—设计流量;根据计算,
=548.8(m³/s)
—天然河槽流量:
根据计算,
=548.8(m³/s)
—天然状态下河滩部分流量,
=0
所以,
=548.8(m³/s)
—计算断面天然河槽宽度,B=28.1m
—桥下断面天然河槽宽度,B=28.1m
—计算断面桥下河槽最大水深,hmax=5.3
—单宽流量集中系数:
—设计水位下,桥墩阻水总面积与桥下过水面积的比值;对于天然宽线河槽,近似用一个墩宽中心距离之比;
—桥梁压缩系数:
μ=0.88
所以
=6.24m
即
=6.24m,扣除原来水深5.3m,实际冲刷深度为
。
2桥墩的局部冲刷计算
1用65-2修正式计算河槽中桥墩的局部冲刷:
式中:
—桥墩局部冲刷深度,从一般冲刷后床面算起;
—墩型系数;查表6-3-1得:
=1
—河床粒径影响系数;
—桥墩计算宽度;查表6-3-1得:
=1.4
—墩前行近水流深度,以一般冲刷后水深
代入;
—冲刷层泥沙平均粒径,
—墩前行近流速;
由于一般冲刷采用64-2简化公式进行计算,因此,墩前行进流速
采用下式计算:
=4.12
—床沙启动速度;
—墩前泥沙启动速度;
—指数
当
时,
=1
当
时,
所以:
2用65-1修正式计算河槽中桥墩的局部冲刷:
清水冲刷
:
动床冲刷
:
式中:
、
、
、
、
、
意义同65-2。
河床泥沙启动速度
:
墩前起冲流速
河床粒径影响系数
:
指数
:
因为
,所以属动床冲刷:
应采用公式:
进行计算:
由上述两种方法确定最大的桥墩局部冲刷深度
,在计算最低冲刷线标高时采用此值。
K80+120***大桥水文计算
(1).设计流量计算
1 洪峰流量汇水面积相关法公式
…………………………………
(1)
式中:
QN——某频率洪峰流量(米3/秒).
n、KN——为重现期为N的经验参数
F——流域面积(平方公里).
2 综合参数法:
………………………………………
(2)
其中:
QmN——某频率的洪峰流量(米3/秒).
N——设计重现期(年).
——流域形状系数,
L.——主沟长度
H3N——设计重现期为N的3小时面雨量(毫米).
C、α、β、γ、η——分区综合经验参数指数.
式中参数的确定:
3 原交通部公路科学研究所推理公式法:
…………………………………(3)
式中:
Qp——某频率洪峰流量(米3/秒).
SP——某一频率雨力即最大1小时暴雨强度(毫米/小时).
τ——流域汇流时间(小时).
μ——损失参数(毫米/小时).
F——流域面积(平方公里).
n——暴雨递减指数.
0.278:
单位换算系数.
4 全国水文分区经验公式:
公式的基本形式:
。
…………………………(4)
根据分区表查90区的对应值:
值按取0.72,
值取13.8,
5 采用全国水文分区经验公式
,
………………………………(5)
根据分区表查90区的对应值。
查得
,
则
,
/
=3.5,查得K1%=8.16,
流量计算结果
中心桩号
河名及桥名
汇水面积F
(Km²)
河沟长L
(Km)
河沟纵坡j
公式①
(m³/s)
公式②
(m³/s)
公式③
(m³/s)
公式④
(m³/s)
采用值
(m³/s)
K80+120.0
***大桥
8.35
4.2
0.0156
254.5
277.3
254.1
75.1
277.3
2.计算设计水位以及设计流速
计算采用桥位设计信息软件系统2.0版本,河床断面形态、河流比降根据现场测量数据输入软件,糙率结合现场实测情况,根据规规定进行选取。
根据前文的流量计算,确定百年一遇的设计流量Q1%=277.3m³/s;河槽以黄土沙石为主,并根据从当地水利部门搜集的资料,确定糙率取1/n=35;根据现场实测以及相关资料,确定河床比降J=0.0156,利用计算软件可以求得:
1桥梁基本信息
桥梁类型
大
通航标准
II
设计洪水频率(%)
1
桥梁中心桩号
凌汛要求
无
水流与桥轴线的夹角
0
跨河位置
K80+250
2河流资料
2.1基本资料
河流名称
蔡家沟
设计洪水流量(m3/s
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- 水文 算算