桥涵水文1河流概论.ppt

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1、桥涵水文学,河流概论,桥梁与结构教研室:李 林,教学目的和任务,1）了解河流流域的有关概念；2）了解流域特征及其对径流形成的影响；3）了解山区河流与平原河流各自的特点；4）掌握径流形成过程的基本概念；5）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。,水力学与桥涵水文,+,水力学,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。,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。,桥涵水文的特点：桥涵水文属工程河川水文学范畴并具专业性应用特点。主要依靠数理统计分析方法，分析实地调查

2、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。,水文学研究内容：自然界各种水体（大气水、地表水、地下 水）的存在、分布及循环变化规律的学科。,桥涵水文的研究意义：,1）桥涵规划设计阶段 根据桥涵工程在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，从而确定桥涵工程的位置、规模和基本尺寸，为整个桥涵工程的技术设计当好先行。,2）桥涵施工阶段 为保障桥涵施工的安全性与经济性，估算施工期设计洪水。,3）桥涵运营阶段 根据实际的河流水情编制相应的桥涵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，确定是否需要对桥涵 工程进行相应的维

3、修与改造，河床是否需要整治等。,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,河道中调治构筑物的设计,桥与水？,桥梁与水,成温三渡水大桥垮塌专家勘测结论：排除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。其他看法：交通局认为是过度采砂。

4、河道管理部门认为河流缺乏疏浚。,东南杂木大桥发生坍塌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。,桥梁与水,桥梁与水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,主要内容：,河流和流域,河川径流的形成,水文测验,水文资料的搜集与整理,第二章 河川径流,河流及流域,河流的形成和分段,1）定义：受重力作用沿河床流动的水流。,2）河流的分段特性,河源：河流的起点。（泉水、冰川、湖泊、沼泽、溪涧）,上游：紧接

5、河源或奔流于山谷中的河流上段。（落差大、水流急、冲蚀力强、两岸陡峻、河谷呈“V”形。）,中游：上游以下的中间河段。（比降缓和、冲淤平衡、河面逐渐开阔、河谷呈“U”形。）,下游：紧接中游的下段。（河床底坡小、水流缓慢、泥 沙多淤积、河道蜿蜒曲折、断面呈复式断面。）,河口：河流的终点。（河口处断面扩大、水流速度骤减、大量泥沙淤积形成三角洲。）,沼泽,冰川,瀑布,山涧,长江中游,淮河下游段,黄河河口,1.河流,1.河流,河川径流：受重力作用沿河床流动的水流。,1）河流的形成和分段,2.水文现象的特点,基本概念,4）水文现象：降水、入渗、径流、蒸发等现象的统称。,2）径流：降水在重力作用下沿一定路径流

6、动的水流。,3）河川径流：在河槽内流动的水流。,1）降水：地球上的雨、雪、冰、雹等现象。,2.水文现象的特点,水文现象的特点,1）随机性：水文现象发生的数值大小及发生的时间都具有一 定的偶然性，难以运用演绎方法确定其必然性的 因果关系。,2）周期性：水文现象的重现性只存在长期的平均关系只能表 示出相对的重现可能性大小，难以确定肯定的重 现规律。,3）地区性：同一地理特性的地区，河川径流特性相似，同一 水文现象的变化规律亦因地而异。,3.桥涵水文的研究方法,1）成因分析法：根据水文现象的成因规律，由其影响因素预报、预测水文情 势。如降雨径流预报法、河流洪水演算法预报等。2）数理统计法：把水文现象

7、当作随机变量，用概率论和数理统计的方法解决 水文问题。是目前广泛应用的基本方法之一。3）地理综合法：水文现象主要受气候因素的影响，而气候因素在地理分布上 是有规律的，因此可分析综合出某一地区水文现象的地区规 律，找出经验公式或画出等值线图，用于解决无资料流域的 水文计算问题。,河流及流域,1.河流的基本特征,河流的基本特征,1）河长L：自河源至河口的长度长，可从地形图上量出；,2）弯曲系数：河道全长与河源到河口的直线长度之比。,3）河流横断面：即过水断面，指垂直于主流方向，横切河 道，河底线与水面线之间所包围的平面。,河床：河谷底部（谷底）有水流的部分。主槽：河流在低水位时水流通过的部分。边滩

8、：由可移动的泥沙淤积而成。河槽：河流宣泄洪水及输送泥沙的主要通道，洪水期间河槽床面上有推 移质运动，植物不易生长。河滩：高洪水位时的水流通道，通常长有杂草、灌木或耕植有农作物，在洪水期无明显的底沙运动。,5）河流纵断面：沿河流中泓面的剖面。,1.河流的基本特征,深泓线：河流中沿水流方向各横断面最大水深点的连线。,河道纵比降：任意河段两端（水面或水底）的高差h称为落差，单位河长的落差。（包括水面比降、河底比降）,2.河流的流域,流域的边界线就是四周地面山脊线或分水线。,河流某断面以上的集水区域，称为该断面以上河段的流域或汇水区。,2.河流的流域,流域面积F：指地面分水线所包围的水平面积，可在地形

9、图上用 求积仪量出。以km计。,1）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。,2）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。,3）流域面积的计算方法,2.河流的流域,方格法：在大比例尺地形图按桥位所在断面勾绘出流域边线；定出方格的面积，再按照流域图形中具有的方格数计算流域面积，所定方格越小，计算越准确，但工作量则比较大。,求积仪法：在大比例尺地形图按桥位所在断面勾绘出流域边线，用量测图形面积的专用仪

10、器(求积仪),在图上直接量算面积。,3.河段分类,按地形特点分类：,山区河流,1）平面上多急弯，宽窄相间，河床稳固；2）河流纵断面多呈凸形，比降陡缓相间；3）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；4）峡谷河段：河床狭窄，河岸陡峭，中、枯水位河槽无明显区别。,3.河段分类,平原河流,1）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；2）中泓线与河道中线一般不重合；3）河谷开阔，有时河槽高出地面，靠两侧堤防束水；4）冲积层厚，枯水期河槽中露出泥沙堆积体；5）

11、由于河流多河弯，浅滩连续分布，故河床纵断面亦深浅相间。,河川径流,1.河川径流形成过程及影响因素,1）降水过程 降雨量的大小起决定性的作用。2）流入渗过程 降雨开始时，部分雨水被地面植物截流，部分渗入地表土中，部分被蓄留在坑洼中。3）坡面漫流过程 流域蓄渗完成后，剩余雨水沿坡面形成坡面漫流。4）河槽集流过程 汇入河沟的水，由小沟到支流，由支流到干流，最后达到流域 出口断面。,河川径流形成过程,1.河川径流形成过程及影响因素,河川径流影响因素,1）降水-强度越大，历时愈短，径流量越大。,2）蒸发-蒸发强度大，降雨前土壤含水量小，径流量越小。,3）下垫面因素 自然地理因素地形、土壤、地质、植被、湖

12、泊 人 类 活 动修建水库、水土保持,2.河川径流的表示方法,1）流量（Q）：单位时间内通过河流某一断面的水量（m/s）。,洪峰流量：洪水期的瞬时最大流量。,2）径流总量（W）：时段T内通过河流某一断面的径流体积（m）。,3）径流深度（Y）：径流总量折算成全流域面积的平均水深（mm）。,4）径流系数（）：某一时段的径流深度与降水量之比。,3.我国河流水量的补给类型,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；夏天雨季 来临，流量增大；入秋后雨季结束，流量逐渐下降。2）雨雪源类 华北、东北、西北地区 河流每年有两次汛期，年流量过程线成双峰形

13、。3）冰雪源类 西北地区新疆、青海等地的河流 河流水量补给以融雪为主，年流量过程线成单峰形。,河川水文资料的收集与整理方法,1.水位（水面高程）观测,水尺（水准尺）水位=水尺零点（相对）高程+水尺读数 观测：通常每日三次（7、12、19h）；水位涨落变化很大时：每小时测一次；水位涨落变化不大时：每日8h测一次；,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。,2.流量观测,断面测量,1）定义：计算流量所依据的河流横断面，称为水文（形态）断面。,2）选择原则：应选在近似于均匀流的河段上；应尽量靠近调查的历史洪水位；数量应根据实际需要而定，一般可在桥位上

14、下游各选一个；必须垂直于洪水流向。,3）方法：,测水位；（水准仪）沿水面宽度取若干点测水深，得河底高程；测深工具：测深杆、测深锤、回声测深仪。连接各测深点，绘出过水断面图。,2.流量观测,流速测量,1）浮标法,选择顺直河段，布设基本测流断面；在上游断面投放浮标，在基线D处记录浮标经上下游断 面的时间t，河段长度L，得流速；如上法在上浮标断面沿水面宽度每隔一定距离投放浮标，得沿过水断面宽度的流速分布；,vm(i-1)、vmi-相邻浮标流速 v1、vn-两岸近岸区流速-流速系数 斜坡岸边=0.7、陡岸、死水区=0.6。,2.流量观测,流速测量,2）流速仪法,仪器：旋杯式流速仪、旋浆式流速仪,方法 先测过水断面，计算过水断面面积；。沿水面宽度布设测速垂线，确定沿垂线的测点数及测点位置。测出每一条垂线上各测点流速。计算各垂线平均流速。计算全断面的流量及平均流速。,旋杯式流速仪,旋浆式流速仪,3.水位流量关系曲线的延长与应用,水位流量关系曲线的高水位延长,The End,