桥涵水文分析与计算一、概述桥涵水文分析与计算，包括河流水文资料的调查搜集整理与计算，推求出我们桥涵所需要的设计水位和流量，拟定出桥长孔径、桥高和基础埋设深度。
由于桥位所处的地理位置不同以及其它复杂因素，包括天然的和人为因素如潮汐、泥石流、修水库、开挖渠道等。
我们调查搜集洪水流量的计算方法各有不同。
水文计算从大的方面来分：有水文（雨量）观测资料和无水文观测资料的水文计算。
从各河段特殊情况的不同又可分为，有水库的水文计算，倒灌河流的水文计算，平原或者山丘区的水文计算，还有潮汐河段、岩溶河段、泥石流河段等。
不同情况的河流我们要有针对性的调查，搜集有关资料调查搜集资料很辛苦，跑路多收效有时还很小，但工作必需要做，要有耐心。
需要调查搜集的资料综合起来有：水系图，县志和水利志、地形图、形态断面、水文站（气象站）资料水库资料，倒灌资料、河道演度、河床淤积、雨力资料、洪水调查及比降的测量，原有桥涵的调查等，通过调查为下步洪水设计流量提供有关参数。
另外还要进行地质地貌调查，有些设计流量的计算参数也和土的颗粒组成、土壤的分类、密实度吸水率熔洞泥石流等有关，有的与设计流量无关，但与桥的安全性有关如土体稳定性、山体滑坡、湿陷性黄土软土地基等，一般野外采用看挖钻的方法，下面介绍一下土壤分类的一般常识，分为三类：1.粘性土：塑性指数p I >1 亚砂土或轻亚粘土1<p I ≤7； 亚粘土 7<I ≤17； 粘土 p I ≥17；塑性指数p I =l W （液限）－p W （塑限）；而粘性土壤的状态用液性指数（即稠度系数）l I 分为四级，l I =pl p o w w w w --；o W —天然含水量；l I <0为坚硬半坚硬 标贯>3.5； 0≤l I <0.5为硬塑 标贯>－3.5； 0.5≤l I <1为软塑 标贯<－7；l I ≥1 为极软 标贯<2；淤泥是极软状态的粘性土，其含水量接近或大于液限，对于孔隙比大于1的轻亚粘土或亚粘土和孔隙比大于1.5的粘土均称淤泥。
2.砂性土：塑性指数p I ≤1砾砂：粒径>20mm 的颗粒干燥时重量占全部重量25～50%； 粗砂：粒径>0.5mm 的颗粒干燥时重量占全部重量超过50%； 中砂：粒径>0.25mm 的颗粒干燥时重量占全部重量超过50%； 细砂：粒径>0.1mm 的颗粒干燥时重量占全部重量超过75%； 粉土：粒径>0.1mm 的颗粒干燥时重量占全部重量少于75%； 3.碎石卵石类土:碎石、卵石粒径大于20mm 的颗粒干燥时的重量占全部重量超过50%； 角砾、园砾粒径大于2mm 的颗粒干燥时的重量占全部重量超过50%；二 洪水流量的计算（一）1.小流域山丘区设计洪水流量的计算：首先要找水文分区图 1.1推理公式：Q p =0.278(npS τ－μ)F (m 3 /s)；S p —设计频率暴雨雨力 (mm/小时)； τ—汇流时间 (小时)； n —暴雨递减指数μ—损失系数(或损失率) (mm/小时)； S p 由汇水面积中心和设计频率查附图1频率等值线； n 由桥涵所在地及汇流时间查图2； μ=KS pβK 、β—地区特征参数，由桥涵所在地查附图3找出水文分区，然后查表1； F —汇水面积平方公里，由地形图勾绘；τ=m()JL aL —主河沟长 由地形图量取；J —主河沟比降 由地形图量取,加权平均计算‰；J=2012211102)()()(L LZ Z Z L Z Z L Z Z n n -++++++-m 、α—为地区特征参数，桥涵所在地查附图3水文分区，再查表2。
Q p =CS n F λρC 、λ、n —地区特征参数由水文分区查表4Q p =φ（S p －μ）m F nφ、m 、n —地区特征参数查表3我省07211工程，管道口—长水公路，中周峪桥地处黄河流域属水文分Ⅳ区，F=10.9Km 2，主河沟长L=1.7Km ，主河沟平均比降J=21.8%。
推理公式：μ=KS pβ其中查表1： K=0.8， β =0.51S 2%=80mm/小时 μ=0.8×800.51=7.94mm/小时 τ=m （L/α)J =0.8(2.0)10008.217.1 =1.3小时 其中：表2 m=0.8，а=0.2查图2 n=0.75Q 2%=0.278()48.73.18075.0-×10.9=174m 3/s简化公式：Q p =φ（S p -μ）m F n查表3φ=0.28 m=1.07 n=0.81Q 2%=0.28(80－7.48)1.07×10.90.81=190m 3/s经验公式：Q =CS n F λρ查表4查得 C=0.48 λ=0.95 n=0.8Q 2%= CS λρn F =0.48×800.95×10.90.8=209m 3/s2. 迳流形式法2.1公路科学研究所的简化公式：全国划分18暴雨分区： 考虑洪峰削减： Q p=ψ（h-z ）3/2F 4/5δγβ⋅⋅不考虑洪峰削减：Q p=ψ（h-z）3/2F4/5ψ—地貌系数根据F，Ｉ（比降）地形查表；n—迳流厚度（mm）按暴雨分区（河南大部分属4区），土壤吸水类属（河南一级Ⅱ、Ⅲ区，且西部黄土属Ⅳ区）汇流时间如20<F≤30为80min暴雨Ⅲ区，土壤类别Ⅲ设计频率1%查有关表n=90，查有关表；Z—被植物或坑洼滞留的迳流厚度，有表查；β—洪峰传播的流量折减系数平原山区不一样依据汇水面积中心至桥位距离查表；γ—汇水区降雨量不均匀系数依据汇水时间，汇水面积长度查表；∂—湖泊水库影响折减系数查表；2.经验公式：①Q p=KF n其中：K—迳流模量，华北华中K2%=23.4，有表查n—指数华北华中为0.75，有表查此公式适于F<10Km2②当有降雨资料时Q p=CSF2/3其中:S—为设计频率一小时降雨量；C—系数根据不同地貌查表1③当F<3Km2时Q p=CSF 符号同上(二)大流域平原区山丘区洪水流量计算1. 分区法例：洛阳洛河大桥求Q1%F=11，581平方公里属黄河流域Q2%=7.3F0.73=7.3×11，5810.73=10790m3/sQ1%=10790×1.2=12947m3/s2. 分区法：Q o=CF0.6①先由汇水面积中心查河南省C值等值线图(图7)；②再查“河南省C v等值线图（图8）根据分区C v/C s求出C s③再查皮Ⅲ曲线模比系数求得K p；则Q o=CF0.6Q p=Q o K p例息县淮河大桥F=9000Km2汇水面积中心位置东径114º12′,北纬32º14′求50年一遇Q。
①查“河南省C等值线图C=13.6Q o=CF0.6=13.6×90000.6=3207m3/s②查:河南省C v等值线图C v=0.8③查分区经验公式表C s=2.5C v查皮Ⅲ模比系数K2%=3.33④Q2%=Q o×K p=3207×3.33=10678m3/秒，如果我们按分区法计算：Q2%=145F0.48=145×90000.48=11466m3/s(三) 形态法:这是最普通又是最常用的方法1 首先选择形态断面一般1～2个，应选在人口房屋多的有洪水调查资料的河段上，要求断面上下游顺直，河岸稳定冲淤变化不大，洪水泛滥宽度小，不受壅水和死水影响，断面垂直水流，形态断面测量范围为历史最高洪水位0.5m。
2 洪水调查的方法：2.1 访问群众年岁要注意，洪痕有几个群众指点为最有效。
还要了解河道变化冲刷情况。
2.2 向水利部门、水位站了解搜集。
2.3 现场洪痕调查：寺庙老房墙上洪水痕迹，岩石河岸，水工建筑反复冲刷，青苔覆盖痕迹，其上缘一般为5年一遇，沿岸大树干上成束残余漂流物（小草、小树枝、淤泥等），附近岸缝中泥砂淤泥这些洪痕一般频率为10～20年一遇。
2.4 多年平均洪水位调查：岩石河岸受水流长期反复冲刷所遗留的条带痕迹，岩石青苔覆盖物的条带痕迹下缘，平坦河滩植物分界线或水草颜色分界线，自然岸坡涂 1：1～1：2与1：5～1：10的分界线都为平均洪水位，这些是经验，可做为参考，最好还要结合其它调查资料或计算。
3 调查洪水频率的确定：一般采用维泊尔公式：1001⨯+n m，以%计，举例：2004年去某河调查一老人，年岁70岁即1934年生，该老人19岁生儿，第二年发生大洪水，这次洪水频率多大。
1934+20=1954年这是发洪水年份2004-1954=50年，p=1001501⨯+≈2% 相当50年一遇洪水如果过4年又是洪水则是1954+4=1958年该年洪水频率为≈⨯+10015024% 相当25年一遇4 洪水比降的测绘根据调查的洪水点测出距离和标高进行洪水比降的绘制。
如果调查时无水可测河床比降，有水也可测水面比降，一般这些比降要比洪水比降为小。
5 流速的确定：5.1 一般用曼宁公式计算：V=mR 2/3Ｉ1/2，其中：m —糙率系数，Ｉ—比降，R —水力半径5.2 按沉积物粒径或土的类属特估算流速5.2.1 山区河流在形态断面附近，平时高出常水位的浅滩上，找出3～5个最大石块（应是洪水冲下，而不是山坡滚下来，河岸受冲刷坍下来的）。
V=5.5D D —最大石块的平均直径(m)6.1 一般为Q =VW w —断面积6.2 Q p =Q j K p其中：Q j —多年平均流量， K p —设计频率模比系数 6.3 如已知某一频率Q p1推求更高频设计流量Q p ， Q p =11p p p Q K K6.4 关于C v 、C s 及K p 值的确定我国有关科研单位提出F ≤30Km 2，流量按土的吸水类属确定变差系数C v 平均值，一般Ⅱ类(粘土)C v =0.56 ，Ⅲ类(亚粘土)C v =0.63。
小流域涵洞手册有表可查，有了C v 就可查得K p 。
6.5 也可用简单的换算系数推求规定的周期流量。
当然比较近似，也是缺C v 、C s 情况才使用方法：举例：已知Q 10%求Q 2%。
Q 2%=Q 10%×2.66 （四）特定情况下的水文分析与流量计算：1. 直接类比法：桥址上下游已有桥涵，对原有桥涵历史洪水泄流情况的调查来推求洪水流量。
由于桥头路堤及墩台的压束水流，使桥前产生雍水，入口处形成水面降落。
其水力图式与宽顶堰差不多，具体水力图式有二种当桥下游天然水深h t ≤1.3h k 时，水面二次降落，桥下为自由式出流。
当桥下游天然水深h t >1.3 h k 时，进桥水流推不开下游水面顶托影响，流速降低而成为自由出流。