桥涵水力水文———设计计算说明书一、设计基本资料南方地区某二级公路上，拟修建一座跨越一条跨河流的钢筋混凝土简支梁中桥（标准跨径及净跨径自己定），梁高1.5m （包括桥面铺装在内），下部为单排双柱式钻孔桩墩，墩径为1.2m ；采用U 型桥台，台长为6m ，桥前浪程为1.2KM ，沿浪程平均水深为3.0m ，无水拱和河床淤积影响，桥前最大壅高不超过,ll0.6m 。
桥位河段基本顺直，桥面纵坡为+2%，桥下为六级航道，汛期沿浪程向为七级风力，推算设计洪水位为65.00m ，推算设计流量为3400 m 3/s ，桥下设计流量为河床平坦，两岸较为整齐，无坍塌现象。
桥位处河流横断面桩号K0＋622.60为河槽与河滩的分界桩。
经调查，桥位河段历年汛期平均含沙量ρ约为3kg/m 3，据分析桥下河槽能扩宽至全桥，但自然演变冲刷为0m 。
粗糙系数为：河槽m c ＝40，河滩m t ＝30，γ=1/6；洪水比降为0.3‰，历史洪水位水痕标高为79.30mm ，河沟纵坡I 与洪水比降基本相同。
另据钻探资料，河槽部分在河底以下8m 内均为砂砾层，平均粒径d ＝2mm ，50d ＝2.5mm ，030.0n c =；河滩部分在地面以下6m 内为中砂，表层疏松为耕地,025.0n t =。
桥位断面以上集雨面积为566km 2，桥位上游附近有一个水文站(乙站)，集雨面积为537km 2，具有1955年至1982年期间22年断续的年最大流量资料；通过洪水调查和文献考证，该河历史上曾在1784年、1880年，1920年、1948年发生过几次较大洪水，其中1784年洪水量级大于1880年,特大洪水值认为是大于3500 m 3/s 。
在邻近流域的河流上，也有一个水文站(甲站)，可以搜集到1951年至 1982年连续32年的年最大流量资料。
两流域的特征基本相似，气候和自然地理条件基本相同，且两河流上都没有水工建筑物。
二、用相关分析法插补延长乙站流量资料1、比较甲、乙两站均有实测资料并分别求出其平均流量。
（下面甲站的x Q ，乙站的y Q 计）x Q ===∑=2248230n /n1i i Q 2192.27s /m 2y Q ===∑=2237410n /n1i i Q 1700.45s /m 22、列表计算x k ，y k ，2x k ，2y k ，y x k k •。
3、计算相关系数r 及机误4Er. ∑∑∑===---•=n 1i 122xi y i n1i xi)n k nk kr ni yi n k ）（（=965.022846.242258.2422616.24=---））（（4Er 039.01698.22±=-±≈nr039.04965.0==Er r则，甲、乙两站流量为直线相关。
4、计算期望值x σ，y σ。
x σ==--•∑=1x 12n nk ni xi 412.768212258.2427.2192=-⨯y σ==--•∑=1y 12n nkni yi1700.45×2122846.24-=625.9965、列表回归方程)(996.625412.768965.0y y x x -⨯=-)(18.1y y x x -=-6、利用回归方程插补乙站流量即可。
1951年 ）（45.170018.127.2192964-=-y 得，660=y s /m 3 1952年 ）（45.170018.127.21922299-=-y 得，1791=y s /m 3 1953年 ）（45.170018.127.21921645-=-y 得，1237=y s /m 3 1954年 ）（45.170018.127.21921938-=-y 得，1485=y s /m 3 1960年 ）（45.170018.127.21924093-=-y 得，3311=y s /m 3 1967年 ）（45.170018.127.21924440-=-y 得，3605=y s /m 3 1968年 ）（45.170018.127.21922702-=-y 得，2132=y s /m 3 1973年 ）（45.170018.127.21921060-=-y 得，740=y s /m 3 1974年 ）（45.170018.127.21923710-=-y 得，2987=y s /m 3 1978年 ）（45.170018.127.21924920-=-y 得，4012=y s /m 3三、运用适线法推求该桥设计流量 1、计算经验频率（1）按不连续系列第一种方法（单独连续系列处理）首先依流量从大到小顺序排列如表1-2第4第5栏。
实测数n=22，计算的经验频率如表第7栏。
实测期N=32（1951-1982年），包括此范围内的实测和调查资料，计算频率如表第9栏。
调查期N=103（1880-1982年），考虑到本期后续调查流量的可能遗漏，频率计算排到1954年为止。
考证期N=199（1784-1982年），考虑到本期后续调查流量的可能遗漏，频率计算排到1880年为止。
经验频率的选用的方法是：按资料期长的（右列）向资料期短的（左列），每一流量逐列选取频率值。
但若以实测期计算频率来控制经验曲线后半支，往往显得由于经验频率曲线偏小而引起误差较大。
为了较好地控制整条经验频率曲线，可以在同一流量下，取实测期和实测数两系列中计算频率较大者作为选用值。
经验频率选用列于表第14栏。
（2）按不连续系列第二种方法计算，将计算的计算频率值填入表第16栏。
取第一种方法和第二种方法计算的计算频率值的较大值为最终选用值，点绘出一条经验频率曲线（图1-1）。
用米格纸附后洪峰流量资料 表1-2用桥涵水力水文书p92页式（8-5）计算Q (列表1-3为辅助计算用）Q =⎥⎦⎤⎢⎣⎡--+=∑∑=+=a i j n i i j Q n a N Q N 111193.1829551035365199193171991=⎥⎦⎤⎢⎣⎡⨯--+s /m 3用桥涵水力水文书p92页式（8-6）计算V CV C =⎥⎦⎤⎢⎣⎡---+--∑∑=+=n j n i ij Q Q l n a N Q Q N Q11122)()(111 =⎥⎦⎤⎢⎣⎡---+--∑∑=+=n j n i ij K l n a N K N 11122)1()1(11 =⎥⎦⎤⎢⎣⎡⨯--+-24.5536519924.611991=0.443、适线并推算规定频率流量以1830=Q s /m 3，V C =0.44，假定S C =0.8作为理论频率曲线第一次假定的三参数。
为了便于适线过程中对比，列表1-4.表中φ值查桥涵水力水文书p75页表7-4得。
根据第一次假定理论频率曲线计算各Q 值，与经验频率曲线各Q 值对比可见，整条曲线成下凹型严重，应减小理论频率曲线的S C 值。
根据第二次假定依旧出现同样的问题，因此处理方法同上。
最后第四次假定的理论频率曲线与经验频率曲线符合的较好，因此选定三参数为1830=Q s /m 3，V C =0.44，S C =0.5。
根据确定的三参数，推算%2=P Q 和%5=P Q 的频率流量。
%2=P Q =（1+2.31×0.44）×1830=3690s /m 3%5=P Q =（1+1.77×0.44）×1830=3255s /m 3 四、形态断面法推求桥位断面处的设计流量天然河流的形状本不规则，过水断面沿流程变化，实属非均匀流。
但是按水文断面要求而选着的断面，则近似均匀流，故可按曼宁公式计算。
1、点绘水文断面（图1-2）用米格纸附后2、列表计算水力三要素（表1-5）表1-53、流速、流量计算 河槽部分：==c X A R c c 070.1108.10735.1185=m ==2132c cn 1I R V C 87.20003.0070.110.03012132=⨯⨯m/s95.340135.118587.2=⨯=•=C C C A V Q s /m 3左滩： ==tz tz X A R tz m 85.353.1176.452= ==2132tz tzn 1I R V tz 702.10003.085.30.02512132=⨯⨯m/s 33.7706.452702.1=⨯=•=tz tz tz A V Q s /m 3右滩： ==tyty X A R ty m 59.072.2306.14= ==2132ty tyn 1I R V ty 487.00003.059.00.02512132=⨯⨯m/s85.606.14478.0=⨯=•=ty ty ty A V Q s /m 3全断面设计流量 Q P =3401.95+770.33+6.85=4179.13s /m 3%8.2%10013.417913.41794300=⨯-可见两值比较接近。
五、计算桥孔长度本设计为钢筋混凝土简支梁中桥，则选用标准跨径为30m ，因为墩径为1.2m ，则静跨径L 0=28.8m 。
河段基本顺直，以桥涵水力水文书p133页（10-1）计算最小桥孔净长，已知设计流量Q P =4179s /m 3，天然河槽流量95.3401=C Q s /m 3，河槽宽度B c =725-622.60=102.4m 查桥涵水力水文书p134表10-1，可得：k=0.84 n=0.90m 51.1034.1023402417984.090.0j =⨯⨯=）（L 套用标准跨径，采用4孔方案，即两桥台前缘之间距离m 8.11832.148.28d =⨯+⨯=L 桥梁两端桥台台尾间的距离（即全桥长）m 8.130628.118d =⨯+=，L 具体桥孔布设见图（1-3）用米格纸附后 七、确定桥面标高1、列表（表1-6）表示各桥台桩号和水深2、壅水高度计算结合表1-5可计算出左滩被阻挡的过水面积：8.17245.326.301.2662.12920.1376.21tz ⨯+++++='）（A =414.53㎡右滩被阻挡的过水面积：01.407.027.168.189.3ty =⨯++='）（A ㎡河滩路堤阻挡流量：ty ty tztz t A V A V Q '•+'•='=1.702×414.53+0.487×4.01=707.48s /m 3 天然状态下桥下通过流量：65.347148.70713.4179=-='-=t P OM Q Q Q s /m 3 桥墩过水面积：47.122201.401.1641=-=OM A ㎡天然状态下桥下平均流速：84.247.122265.3471===OM OM A Q VoM m/s 桥下阻水面积：2m 44.442.1)7.1243.139.10(=⨯++='DA 桥下提供净过水面积：03.117844.4447.1222=-='-=DOM j A A A ㎡ 55.303.117813.4179==='j P A Q M V m/s 由桥涵水力水文书p141式（10-17）计算壅水高度：24.3)187.255.3(5.25.0155.3)1(5.0125.025.050=-⨯+=-'+'=--c V M V d M V VM m/s=-=12OMN V VMK 33.5184.224.32=-=-=1.05.0gVMK Y 53.01.08.924.35.0=-m/s 桥前最大壅水高度：)84.224.3(8.9253.033.5)(2222-⨯⨯=-•=∆OM Y N V VM g K K Z =0.35m<0.6m桥下壅水高度取0.5Z ∆ 则 35.05.0⨯='∆Z =0.175m 3、波浪高度计算由桥涵水力水文书p143式（10-23）和（10-24）计算波浪高度，差表10-10，当7级风时风速s m W V /5.15=。