桥涵水文复习题问题详解

桥涵水文复习题

1.桥梁环境概念，P3人类活动对桥梁环境有哪些影响？P4-5

桥梁环境分为自然环境和社会环境。

影响：1河床采砂导致桥梁破坏及河床的抗洪能力下降；2山岭隧道的弃渣和生活区改河对自然环境的影响；3山区的纵向桥或高架桥对山区急流河槽水流的影响

2.河流、流域概念，及其相互关系P17

河流：地面径流长期侵蚀地面，冲成沟壑，形成溪流，最后汇集而成河流；

流域：降落到地面的水，被高地、山岭分隔而汇集到不同的河流中，这些汇集水流的区域，称为，某河流的流域。

相互关系：流域是河水补给的源地，流域的特征直接影响河床径流的形成和变化过程；

3.河段如何划分？P16各有什么特点？P16

一般的天然河流，从到河口可以按照河段的不同特性，划分为上游、中游和下游三个部分。

特点：上游是河流的最上段，紧接，多处于深山峡谷中，坡陡流急，河谷下切强烈，流量小而水位变化大，常有急滩和瀑布，河底纵断面多呈梯形。中游是河流的中间段，两岸多为丘陵，河床比降较平缓，两岸常有滩地，冲淤变化不明显，河床较稳定。下游是河流的最下段，一般多处于平原区，河槽宽阔，流量较大，；流速和底坡都较小，淤积作用明显，浅滩和河湾较多。

4.河流基本特征包括哪些，熟悉河流断面形状及组成部分。P16

基本特征：河流断面、河流长度及河流比降断面形状（横断面和纵断面）由于水流和河床的相互作用，断面形状将时刻不停的发展变化着。

组成部分：河滩、河槽（主槽和边滩）。

5.流域有哪些特征？各个特征对径流形成有什么影响？P17

特征:几何特征，主要是流域面积和流域形状。流域面积的大小，直接影响汇集的水量多少和径流的形成过程。流域形状主要影响流域径流汇集的时间长短，也影响径流的形成过程。

自然特征，主要指流域的地理位置和地形。一切水文特征都与地理位置有密切联系，流域的地形一般以流域平均高程和流域平均坡度来表示,流域平均高程对降雨和蒸发都有影响，流域平均坡度是确定径流汇流速度和汇流时间的重要因素，坡度陡则汇流快，土壤入渗减少，使径流量增大。另外，流域的地质、土壤、森林植被、湖泊等，也都是流域的自然地理特征，与径流的形成过程有密切关系。6.总结山区河流和平原河流地形，河床形态，水文特点的区别，考虑建在山区河流和平原河流上的桥梁，处理上应有哪些不同？（需要加上桥墩的问题，结合P124等来考虑；参考P217的容）P18

地形：山区河流流经地势高峻、地形复杂的山区；平原河流流经地势平坦的平原地区。

河床形态：山区河流河床多为基岩、乱石或卵石组成，冲刷变形缓慢，河床比较稳定；平原河流由于水流和河床的相互作用常形成一系列泥沙冲积体，并在水流的作用下不断变化，因而整个河床处于不断发展变化中。

水文特点：前者坡面陡峻，岩石裸露，汇流时间短，降雨强度大，洪水暴涨暴落，水位和流量的变幅极大，但洪水持续的时间不长，且比降和流速都较大；后者具有广阔的河滩，洪水时河滩被淹没，中、枯水季节时则露在水面以上，靠近河槽处形成地势较高的自然堤，在远离河槽的滩地上形成洼地、湖泊而且河滩具有明显的横比降。

7.掌握径流形成过程P20-21，熟悉影响径流的主要因素p22-23

流域，自然水开始到水量流过出口断面为止的整个物理过程，成为径流的形成过程。可分为四个阶段：降雨过程、流域的蓄渗过程、剖面漫流过程和河槽集流过程。

影响因素1气候因素（降雨和蒸发）2下垫面因素3人类活动因素

8.熟悉我国河流补给类型。P23

雨源类、雨雪源类和冰雪源类。

9.水文现象的特点？P37

1周期性 2地区性 3 不重复性（偶然性）

10.成因分析法P38

研究水文现象的物理成因和水文现象同其他自然现象有关因素之间的相互关系，建立计算关系式，并力求推理分析清楚，物理概念明确。对于小流域径流常采用推理公式、经验公式进行计算。

11.考证期与重现期有何区别P42,P74？确定历史洪水调查的考证期及的重现期。（计算）P74-75(例题) 把文献考证的最远年限至实际调查时的年限，成为考证期；重现期T=1/P(P为年频率)

12.中值、众值、均值P44-47

均值是系列中随机变量的算术平均数；系列中的随机变量为等权时，按大小递减次序排列，位置居于正中间的那个变量，称为中值；系列中出现次数最多的那个变量，就称为众值。

13.统计参数与密度曲线、频率曲线之间的关系。P48-49

均值反映密度曲线的位置变化；变差系数Cv反映密度曲线的高矮情况；偏差系数Cs反映密度曲线的偏斜程度。

均值反映频率曲线的位置高低，值越大曲线越高；变差系数反映频率曲线的陡坦程度，值越大曲线越陡；偏差系数反映频率曲线的曲率大小，值大于0时，头陡尾缓；值小于0时，头平尾陡。

14. 曲线绘制中如何建立坐标体系？P54

先计算各个指定频率的流量值，根据各个频率值以及对应的流量值，在海森几率格纸上绘出一条圆滑的曲线就是理论频率曲线（Pearson Ⅲ）。

15.什么抽样误差？P55如何减少？P56

利用样本推算总体的参数值所引起的误差即抽样误差；抽样误差是统计方法本身造成的，只能以延长观测年限、增大样本容量、增强样本代表性等措施来逐步减少。

16.在我国桥梁水文分析中，习惯认为相关系数绝对值大于0.8就可使用相关分析进行资料数据的插补和延长。如何进行插补及延长？（计算）相关分析

17.设计洪水频率？P42-43设计流量？P70

根据国家技术标准规定的某一设计洪水频率，推算该频率相应的洪水的洪峰流量，称为设计洪水流量，简称设计流量。为了经济合理的确定工程的设计流量规定的桥涵设计洪水频率。

18.适线法确定设计洪水流量的步骤？P71

1将已知的随机变量系列，按大小递减次序排列，计算各项变量的经验频率，并在几率格纸上绘出经验

频率点群，必要时也可以目估绘出经验频率曲线；2应用矩形公式计算Q和变差系数Cv，并假定Cs=m*Cv。在绘有经验频率点群的同一几率格纸上绘出理论频率曲线；3观察理论频率曲线和经验频率曲线的符合程度，反复调整统计参数，知道两者附和最好为止，即可确定统计参数Q、Cv和Cs的采用值及采用的

理论频率曲线。

19.什么是特大值的处理？P73为什么要进行特大值处理？P74

在统计计算中，就不能把这些特大值与其他数值同等对待，而需要进行适当的处理和调整，即所谓特大值的处理。通过特大值的处理，考虑了特大洪水的影响，可以起到延长系列的作用，能增强系列代表性，减少各参数值的抽样误差，提高计算结果的稳定性和可靠性。因而要进行特大值的处理。

20.试分析桥位河段水流图示。P121-122

桥位河段的水流图示，反映了建桥后水流和泥沙运动的变化，并表现了桥孔长度、桥前壅水和桥下冲刷三者之间的关系，应作为桥孔计算和分析依据。

21.何谓冲刷系数？P131冲刷系数法计算桥下过水面积的假设是什么？

冲刷后与冲刷前的过水面积之比，即p=A冲后/A冲前，称为冲刷系数；假设条件：桥下过水面积扩大到使桥下流速等于天然河槽流速时，桥下冲刷即停止。冲刷系数法适应于细颗粒、均匀的沙质河床、平原稳定性河床。

22.桥面高程如何确定？P134-138不通航和通航的桥面高程计算式？P142

桥面高程是指桥面中心线上最低点的高程，必须满足桥下通过设计洪水、流冰、流木和通航的要求，并且应该考虑壅水、波浪、水拱、河湾凹岸水面超高以及河床淤积等各种因素引起的桥下水位升高。 1不通航河段 ⑴按设计洪水位计算桥面高程 Hmim=Hs+∑?h+?j h +?D h

⑵按流冰水位计算桥面高程 Hmim=HsB+?D h +?j h

2通航河段 Hmin=Htn+Hm+ ?D h

23.桥梁墩台冲刷三部分？P148

自然（演变）冲刷、一般冲刷和局部冲刷。

24.悬移质，推移质，床沙概念P148-149

在一定的水利条件下，泥沙处于运动状态，颗粒较细的泥沙被水流中的紊流漩涡带起，悬浮于水中向下游运动，这种泥沙称为悬移质；颗粒稍大的泥沙，则在床面上滚动、滑动或跳跃着间歇性向下游移动，前进的速度远小于水流的速度，这种泥沙称为推移质；比推移质颗粒更大的泥沙则下沉到河床面静止不动，称为床沙。

25对桥梁冲刷起作用的颗粒类型？P149

其主要作用的是推移质和床沙；颗粒很细的悬移质泥沙，对长江段的河床演变才起到主要作用。

25.起冲流速；P163 起动流速V 0概念P150，起动流速计算公式所表达的意义P151，起动流速与粒径之

间的关系。P151

当桥墩迎水面二侧的流速达到床沙起动流速时，床沙开始向下游移动，桥墩开始冲刷，此时上游的行进流速称为桥墩的起冲速度；起动流速就是床面泥沙颗粒在各种外力作用下，失去平衡，泥沙开始运动时的水流垂线平均流速；公式前一项反映重力对起动的抗拒，第二项反映黏结力对起动的抗拒；此外还有将床面流速或1m 深处流速化为垂线平均流速的系数。但水深为1m 时绘制的V0和粒径d 的关系曲线，二条曲线的基本形状相同在d=0.15mm 附近，起动流速有个最小值。该值右侧，起动流速以克服重力为主，起动流速随粒径的增大而增大；该值左侧，起动流速以克服粘结力为主，起动流速随粒径增大而减小。

26.什么是副流，其分类，作用？与主流有何区别？P153-156

由于过水断面形状的改变或河湾的影响，伴随着主流，在水流部形成一种尺度较大的旋转流动，这种从属主流而存在的旋转流动即为副流；分类：立轴副流（回流）、平轴副流（滚流）、顺轴副流（螺旋流）；副流的存在是河床冲淤变形的直接原因。

27.影响河床演变的主要自然因素？P156

1上游来水条件，即流量的大小和变化；2上游来沙条件，即上游来沙量及其粒径组成；3河床地质、土质条件、河床比降为河床演变提供了边界条件。

28.输沙平衡原理，动床冲刷 ，清水冲刷P158

河槽中床面泥沙处于运动之中，桥墩局部冲刷停止的条件为单位时间上游冲入落入冲刷坑的泥沙量与漩涡卷走的泥沙量相等，即输沙平衡；习惯上，河槽中墩台的冲刷为动床冲刷，河滩中墩台的冲刷为清水冲刷。

29.冲止流速原理P159

桥下一般冲刷停止时的垂线平均流速称为冲止流速，桥下断面任意在一般冲刷过程中垂线平均流速降低到该垂线的冲止流速时，冲刷即停止，此时达到最大一般冲刷垂线水深。

30.掌握局部冲刷机理，P163冲刷深度与行进流速之间的关系。P164

冲刷深度和行进流速的关系呈现下端（清水冲刷）较陡，上端（动床冲刷）较缓的一条连续的下凹曲线，在清水冲刷和动床冲刷的分界点并无明显变化。

31.掌握桥台绕流的水流结构。P172-174

桥台附近的水流由主流区（A）、下游回流区（B）和上游滞流区（C）组成。

32.桥墩最低冲刷线

桥梁设计时，计算的桥墩、桥台全部冲刷完成后的床面位置，有最低冲刷线高程来表示。

33.调治构造物包括哪些设施？有什么作用？P182

主要包括各种形式的导流堤、丁坝及其他桥头防护工程；调治构造物用以调节水流，引导水流均匀、顺畅的流过桥孔，防止桥下端面和上下游附近的河床、河岸发生不利变形，确保桥梁安全。

34.小桥按照下游天然水深的分类？P192

自由式出流和淹没式出流

35.大中桥与小桥孔径计算不同点?P193

大中桥允许河流发生一定的冲刷，一般采用天然河槽平均流速作为设计流速；小桥涵一般不允许河底发生冲刷，可以根据河床加固铺砌的类型，选择适当的容许流速作为设计流速。

36.掌握涵洞分类，特点及应用P204

根据涵洞洞身的构造形式不同，涵洞可分为圆管涵（受力情况良好，圬工数量少，造价低）、拱涵（超载潜力大，砌筑技术易掌握，养护费用低，便于就地取材）、盖板涵（适于低路基地段使用）和箱涵（适用于软土地基，高速公路的通道多采用）、倒虹吸管（在路基填土不高、路线二侧水深高于路基高度或在浅路堑处使用）等。

37.熟悉涵洞洞口形式选择，常见的八字翼墙、一字翼墙等。P204-205

常用的：八字翼墙式、锥形护坡式、一字墙护坡、跌水井式及流线型洞口等

38.桥位勘测包括容？P214-216

桥位勘测阶段，进行桥位资料的搜集，通过现场勘测、测量、钻探等手段获得实地地形、地貌、水文、地质等自然环境资料，并现场选定桥位方案。

39.熟悉桥位方案选择P216-219

40.定床模型，动床模型适用P222

桥梁墩台、导流堤及丁坝等建筑物冲刷的研究，建桥后河床、海床变形的研究等都要用动床模型试验；凡是以研究水流为主，河床、海床变形不大且对研究的问题无显著影响是一般用定床模型。

41. 模型和原型之间服从哪些相似？P223

几何相似、运动相似和动力相似

第二章河川径流

一、概念：

桥涵水文学：水文学的分支之一，主要研究与道路桥梁有关的水文现象的科学。

地面径流：降落到到地面上的水，除掉损失一部分外，在重力作用下沿一定方向和路径流动，这种水流称为地面径流河谷：河水流经的谷地。河床：河谷底部有水流的部分。

河川径流：受重力作用沿河床流动的水流

河流：地面径流长期侵蚀地面，冲成沟壑，形成溪流，最后汇集而成河流。

河(水)系：脉络相通的大小河流所构成的系统，称为河系。

干流：水系中直接流入海洋、湖泊的河流

支流：流入干流的河流

标准基面：我国统一采用附近黄海海平面作为标准基面。

一般的天然河流，从到河口可以按照河段的不同特性，划分为上游、中游和下游三个部分。

上游是河流的最上端紧接，多处于深山峡谷中，坡度流急，河谷下切强烈,流量小而水位变化大，常有急滩或瀑布，河底纵断面多呈阶梯形。

中游是河流的中间段，两岸多为丘陵，河床比降较平缓，两岸常有滩地，冲淤变化不明显，河床较稳定。

下游是河流的最下端，一般多处于平原区，下游河槽宽阔，流量较大，流速和底坡都较小，淤积作用明显，浅滩和河湾较多。

河流的基本特征一般用河流断面、河流长度及河流比降来表示.

一）河流断面有横断面和纵断面。垂直于水流方向的断面称为河流横断面。横断面，自由水面高出某一水准基面的高程，称为水位。河流的纵断面是指河流最大水深点的连线（深泓线）的断面。河流纵断面能表示河床的沿程变化。二）河流比降：任意河段两端的高程差与其长度之比称为该河段的纵比降。

三）河流长度从到河口的距离。

流域：降落到地面上的水，被高地、山岭分隔而汇集到不同的河流中，这些汇集水流的区域，称为某河流的流域。

1)分水岭：划分相邻水系的山岭或河间高地。

2)分水线：分水岭最高点的连线（山脊线）。

流域的特征

几何特征：主要是流域面积和流域形状。

自然地理特征：主要指流域的地理位置和地形

根据流域的地形特征分为山区河流和平原河流。

山区河流：流域坡面陡峻，岩石裸露，汇流时间段，降雨强度大，以致洪水暴涨暴落，河流比降大，流速大，水流流态紊乱，存在回流、漩涡、跌水、水跃。

平原河流：形成时主要表现为水流的堆积作用，形成深厚的冲积层。有广阔的河滩，洪水时河滩被淹没，中枯水时则裸露处水面。平原河流按平面形状和演变过程，分为四种类型的河段：顺直微弯型、弯曲型、分叉型、散乱型。

流域自降水开始到雨水流过出口断面的整个物理过程称为径流形成过程。

一般将这一过程分为四个阶段：降雨过程—流域蓄渗过程—坡面漫流过程—河槽集流过程。影响径流的主要因素：气候因素和下垫面因素。

气候因素：降雨蒸发。下垫面因素：流域的地形、土壤、地质、植被、湖泊等。

水量补给的基本来源：雨源类、雨雪源类（华北东北西北）、冰雪源类（西北）。

水文测验：步骤

1、水位观测

2、流速测验

3、流量计算

水文资料的来源主要有三方面：1）水文站观测资料2）洪水调查资料3）文献考证资料

二、简要叙述：

1、山区河流与平原河流的主要区别？山区河流与平原河流的主要区别？

答：山区河流汇流时间短，水位和流量变幅极大，比降大，河谷断面为发育不完全的“V”字形或“U”字形。平原河流汇流时间长，水位变化小，比降小，河流形成主要表现为水流的堆积作用，形成冲击层，河谷多为发育完全的形态。

2、描述河川径流的主要过程。影响径流的主要因素？

答：主要过程分为四个步骤：

（1）降雨过程：降雨是形成地面径流的主要因素，降雨的变化过程直接决定径流过程的趋势，降雨过程是径流形成过程的重要环节。

（2）流域渗蓄过程：植物截留、入渗和填洼的整个过程称为流域渗蓄过程，对降雨径流而言，称为损失。

（3）坡面漫流过程：波域渗蓄过程完成以后，剩余雨水沿着坡面流动，称为坡面漫流，最终会形成全流域的坡面漫流。

（4）河槽集流过程：坡面漫流的雨水汇入河槽后，顺着河道由小沟到支流，由支流到干流，最后到达流域出口断面，这个过程称为河槽集流。以上四个步骤是同时交错进行的。

主要因素（了解）：①气候因素：降雨，蒸发②下垫面因素③人类活动因素。

3、选择河道断面时应该注意哪些问题？选择河道断面时应该注意哪些问题？

答：形态断面应选在近似于均匀流的河段上，一般要求河道顺直、河流通畅、河床稳定、河滩较小、河滩与河槽的洪水流向一致，无河湾、河汊、沙洲等现象。

4、请绘出一个典型的河流断面。请绘出一个典型的河流断面。答：P16 图 2-1-2

第三章水文统计的基本原理

一、概念：

水文现象的特性：周期性、地区性、不重复性(随机性)。

水文现象的分析方法：1）成因分析法 2）地区归纳法 3）数理统计法。

频率与几率不同：几率是随机事件在客观上出现的可能程度，理论值。频率是利用有限的试验结果推算得到的。试验次数无限多时，频率趋向于几率。

经验频率曲线：根据水文统计样本的实测水文资料系列，计算各项随机变量的经验频率，点绘经验频率与其对应的随

机变量大小的曲线。

水文统计中常用的统计参数有三个：均值 X 、变差系数 Cv、偏差系数 Cs。

二、简述

1、河流水文现象有哪些特性？相应的应该用什么研究方法？河流水文现象有哪些特性？相应的应该用什么研究方法？

答：河流水文现象的特性有：周期性、地区性、不重复性（随机性）。水文现象的研究方法有：成因分析法：通过水文现象的物理成因以及同其他自然现象有关的因素之间的关系，分析水文现象的规律。地区归纳法：结合地区特点，利用实测水文资料进行综合归纳分析，寻找水文现象、水文要素区域性分布规律，建立地区性水文因素计算公式、图表或等值线图，供生产使用。数理统计法（水文统计法）：对实测水文资料进行数理统计分析，寻求其统计规律。

2、什么是经验频率曲线？如何绘制？

答：根据水文统计样本的实测水文资料系列，计算各项随机变量的经验频率，点绘经验频率与其对应的随机变量大小的曲线，称为该样本的经验频率曲线。以经验频率为横坐标，水文观测值 x 为纵坐标，根据系列的各个变量及其对应的经验频率，在坐标纸上绘出经验频率点，再依点群的趋势，目估描绘成一条光滑曲线，这条曲线就称为经验频率曲线

维泊尔公式： P=

4、相关分析法的注意事项、使用条件是什么？相关分析法的注意事项、使用条件是什么？答：根据某些主要影响因素，找出其变量之间的近似关系或平均关系，然后，进行分析计算，在数理统计中，把这种变量之间近似的或平均的关系，就成为相关，把研究这种关系的方法称为相关分析。使用条件及注意事项：（1）前提，二者在成因上要有联系。（2）样本容量尽量大。（3）相关系数要有一定的围取值。

1、利用流量观测资料推算设计流量

第四章设计洪水流量三种方法： 2、应用地区经验公式推算

3、推理公式和经验公式

一、概念：

设计洪水流量：采用规定的某一洪水设计频率，推算设计洪水频率相应洪水的洪峰流量。

设计水位：桥位计算断面上通过设计流量时相应的水位(m)

设计流速：设计流量通过时桥位断面的河槽平均流速(m/s)

二、简要叙述：

1、请叙述利用流量观测资料推算设计流量的主要步骤。

答：1、三性审查（可靠性、一致性、代表性） 2、资料的插补与延长 3、特大洪水的调查与考证 4、特大值处理 5、

做经验频率曲线 6、做理论频率曲线 7、适线 8、求设计洪水 9、成果的合理性分析（地区性规律分析、与其他方法的计算结果相互检验）

2、什么是适线法？试述其一般步骤。

答：适线法：以经验点距为基础，在一定适线准则下，求解与经验点据拟合最佳的频率曲线参数。一般步骤：将已知的随机变量系列，按大小递减次序排列，计算各项变量的经验频率，并在几率格纸上绘出经验频率点，必要时也可以目估绘出经验频率曲线。应用距法公式计算均值 Q 和变差系数 C V ,并假设 C S = m ? C V ，在我国一般取 m=2~4，在同一机率格纸上，会出理论频率曲线。观察理论频率曲线和经验频率曲线的符合程度，反复调整统计参数，直到两者符合得最好为止，即可确定统计参数 Q 、 C V 和 C S 的取值及采用的理论频率曲线。

3、什么是特大值处理？为什么要进行特大值处理？

答：特大值是指比多年平均值三倍以上的值。在统计计算中，不能把这些特大值与其他数值同等对待，而需要进行适当地处理或调整，即所谓的特大值处理。理由：通过特大值的处理，考虑了特大洪水的影响，可以起到延长系列的作用，能增强系列的代表性，减少各参数值的抽样误差，提高计算结果的稳定性和可靠性。

第六章大中桥孔径计算

一、概念：

大中桥的孔径计算，主要是根据桥位断面的设计流量和设计水位，推算桥孔的最小长度和桥面中心最低标高，为确定桥孔设计方案，提供设计依据。

桥位河段水流图示：用图示定性表示建桥前后桥位河段水流和泥沙的变化，用来帮助指导计算桥梁孔径和桥面标高。别列柳伯斯基假设：该假设认为桥下流速达到天然河槽平均流速时，桥下冲刷即停止，而且同一垂线处，冲刷后的水深与冲刷前的水深成正比，适用于稳定性河段的河槽。

桥孔净长：设计水位以上两桥台之间的水面宽度称为桥孔长度，以 L 表示。扣除全部桥墩宽度后称为桥孔净长。

我国桥孔长度的计算方法有冲刷系数法和经验公式法。

二、简要叙述：

1、大中桥孔径计算的两种方法是什么？

答：冲刷系数法：基于别氏假设，分析建桥前后冲刷变化，引用桥位断面的设计流量和设计水位，依据水流连续性原理，引入冲刷系数法，推到出计算孔径公式。

桥孔净长度经验公式法：工作人员根据地区性特点，根据工作经验，以一定的理论依据，应用数理统计法，得到简化公式。

2、简述冲刷系数法的基本思路。

答：利用桥位断面的设计流量 Qs 和设计水位 Hs，根据水力学的连续性原理，求出桥下顺利宣泄设计洪水时所需要的最小过水面积，用以确定桥空的最小长度。冲刷后的桥下过水面积，是冲刷前的 P 倍，P 即冲刷系数。公式推导见P131——132。

3、大中桥面标高由哪几部分组成？都如何确定？大中桥面标高由哪几部分组成？都如何确定？

4、桥孔的布置原则：1、选稳定河段 2、建桥前后尽量保持与天然河流流量的分配不变 3、与其他水工建筑物的相互影响因素 4 、与其他水利设施的相互配合 5 、标准跨位 6、地理条件好的河段 7 、进行径流技术分析

5、确定大中桥面最低标高时，应考虑哪些因素（区分通航河段和不通航河段）

答：不通航河道上

通航河道上

第七章桥墩和桥台的冲刷

1、桥墩和桥台冲刷一般包括三部分:河床自然（演变）冲刷、桥下河床全断面发生的一般冲刷、桥墩周围水流结构发生急剧变化而引起的河床局部冲刷。

2、泥沙分类：按河槽运动形式和性质不同，分为悬移质和推移质两类。

3.悬移质：在一定的水流条件下，泥沙处于运动状态、颗粒较细的泥沙被水流中的漩涡带起，悬浮于水中向下游运动，这种泥沙称为悬移质。

4.推移质：颗粒稍大的泥沙.则在河床表面上滚动、滑动或跳跃着向下游移动，前进的速度远远小于水流的流速，这种泥沙称为推移质。

5.床沙：比推移质颖粒更大的泥沙，则下沉到河床上静止不动，称为床沙。

6. 悬移质，推移质和床沙之间颗粒大小的分界是相对的，随水流的流速大小而变化，并且三者之间还有在着相互交换的现象。

7.泥沙主要特性

（1）几何特性：一般用直径（粒径）、粒径级配曲线、平均粒径、中值粒径来表示

（2）重力特性：泥沙重力特性采用颗粒实体的单位体积的重力表示，称为容重（或干容重表示）

（3）水力特性：由泥沙。颗粒在静止的清水中均匀下沉的速度来表示，称为沉速，符号用ω表示，单位为 cm/s。

8.泥沙的起动：河床上的泥沙在水流作用下.由静止状态转变为运动状态，这种现象称为泥沙的起动。泥沙起动是泥沙运动和河床演变开始的临界状态。

9.起动流速：就是床面泥沙颗粒在各种外力作用下，失去平衡，泥沙开始运动时的水流垂线平均流速。

10.沙波运动是推移质运动的主要形式，而推移质输沙率大小反映推移质运动的剧烈程度。 11.推移质输沙率：是单位时间，在过水断面中单位河槽宽度上通过的推移质质量。

12.含沙量：单位体积的水流所含悬移质的数量，称为含沙量单位为 kg/m3

13.水流的挟抄能力：在一定的水力条件和边界条件下，单位体积的水流，能够挟带的最大数量（质量），包括悬移质和推移质的全部泥沙数量，称为水流的挟沙能力。

14、河床演变：在天然状况下或人类活动的干扰后，河床形态逐渐的变化，称为河床演变。15.主流：河道中的水流，由于槽壁的限制而决定了总的流动趋势，按总的流动趋势运动的水流称为主流。

16.副流：由于过水断面形状的改变或河湾的影响，伴随着主流，在水流部形成一种规摸较大的旋转运动，这种旋转运动的水流从属于主流而存在，称为副流。

1、立轴副流（回流）

2、平轴副流（滚流）

3、顺轴副流（螺旋流）

18.引起河床演变的最根本的原因是输沙的不平衡

19.影响河床演变的因素很多，主要有下列三个方面：

1 上游来沙条件，及流域的产沙数量及其组成，

2 上游来水条件（流量的大小变化）

3 河床的地质、土质和比降为何床沿边提供了边界条件。

冲积河床：

河相关系：处于动力平衡状态的河流河床形态特征与流域来水来沙条件和河床组成之间的定量关系。

一般冲刷计算三个原理：1）按输沙平衡原理建立的公式原理：若上游天然河槽断面输移来的泥沙量(来沙量) 较少，不足以补偿桥下河流断面被水流冲走的泥沙量(排沙量) ，则桥下河流断面的来沙呈小于水流挟沙能力，桥下断面发生冲刷

2）按冲止流速建立的公式原理：桥下一般冲刷停止时的垂线平均流速，称为不冲刷流速，工程界常称之为冲止流速。按此概念假定当桥下河槽断面任一垂线的平均流速达到冲止流速时，此垂线处冲刷停止，至此，一般冲刷深度达到最大，此时的最大水深即为所求一般冲刷深度。P160

3）根据别氏假定建立的公式

桥墩局部冲刷：流向桥墩的水流受到墩身的阻挡，桥墩周围的水流结构发生急剧变化，水流的绕流使流线急剧弯曲，床面附近形成漩涡，剧烈掏刷桥墩迎水端和周围的泥沙，形成局部冲刷坑

一、简要叙述：

1、河床演变是如何形成的？

答：水流输沙不平衡引起河床演变，上游来沙量大于河段水流挟沙能力，床面淤积；反之，上游来沙量小于河段水流挟沙能力，床面冲刷。水流和床面相互作用，形成河床演变。

2、以大中桥为例，说明建桥后河床演变的发展如何？

答：建桥后，桥墩桥台占据了原有的过水面积，使过水断面减小，产生断面收缩，流速增大，水流挟沙能力增强，对河床产生了冲刷，水流通过桥位断面后，在桥下游过水断面突然增大，流速降低，挟沙能力减弱，泥沙淤积，冲刷一段时间以后又使河床断面加大，从而流速降低，挟沙能力降低，渐渐达到了水流输沙的相对平衡。

3、桥下河床的冲刷过程如何？可分为哪几个阶段？它们形成的原因是什么？

答：自然冲刷：河流在无桥梁涵洞的天然状态下的冲刷

一般冲刷：桥孔稍下游处收缩断面，使进入桥下河槽断面泥沙小于桥下断面急速水冲走的泥沙数量。

局部冲刷：桥墩桥台周围形成涡流对桥墩桥台的冲刷。

4、用示意图画出大中桥的水流图示。用示意图画出大中桥的水流图示。答：见教材 P122。

5、在确定桥下最低冲刷线时，需要计算哪些冲刷深度？

答：需要计算设计水位、一般冲刷后的最大水深、桥台局部冲刷深度、桥台所在位置的平均水深、桥台冲刷深度。6、冲刷有哪些类型？各是由什么原因产生的？

答：冲刷的类型有：自然冲刷、一般冲刷、局部冲刷。自然冲刷是由河流演变引起的，一般冲刷是由于断面收缩造成的，局部冲刷是由于局部的涡流引起的，三者互不干扰。

第八章调治构造物

一、概念：

调治构造物：调治构造物是桥梁工程的重要组成部分，主要包括各种形式的导流堤、丁坝及其他桥头防洪工程，用以调节水流，引导水流均匀、顺畅地流过桥孔，防止桥下断面和上下游附近的河床、河岸发生不利变形，确保桥梁安全。

2.导流堤的作用：使桥下水流变得顺直均匀，局部冲刷也有所减少，同时增大了发生冲刷的面积并导流堤的平面线形

3. 导流堤的平面线形：椭圆堤、圆曲线组合

4.丁坝常设置于桥头引道的一侧或河岸边上，其作用在于将水流挑离桥头引道或河岸，束河归槽，并使泥沙在丁坝后部淤积，形成新的水边线，以达到改变水流流向，改善流态，保护路基或河岸的目的。适用于较宽的河段，根据设计洪水位和相对坝高的关系可分为漫水丁坝和不漫水丁坝两类。

二、简要叙述：

1、调治构造物主要有哪些？和有什么作用？调治构造物主要有哪些？和有什么作用？

答：调治构造物主要包括各种形式的导流堤、丁坝及其他桥头防洪工程。导流堤：设置导流堤后，桥下水流变得顺直均匀，局部冲刷也有所减少，同时增大了发生冲刷的面积导流堤并降低了冲刷速度，使桥下河床的冲刷分布趋于均匀，避免桥下和桥头出现集中冲刷。丁坝：作用在于将水流挑离桥头引道或河岸，使坝下游的河岸或路堤免受冲刷，形成有利的水流结构丁坝和河床变形。不透水丁坝的长度最大不应超过河槽宽度的 15%，桩排架等组成的透水丁坝，透水性达到 80%时，丁坝长度不得超过河槽宽度的 35%，山区河流桥头及沿河路堤的丁坝长度不超过 10m。

第九章小桥和涵洞孔径计算

1.小桥、涵洞孔径大小应根据设计流量、河床特征及河床进出口加固类型所允许的平均流速等来确定。

2.小桥涵勘测设计任务包括外业勘测和业设计两部分。⑴勘测前的准备工作：地形资料、地质资料、水文资料、气象资料、其他资料。⑵位置的选择：应以服从路线走向，保证排水顺畅和路基稳定，降低工程招架为原则。⑶小桥和涵洞的测量。⑷小桥和涵洞的类型选择

3.水流通过小桥的可能图式，按下游水深的大小可分为自由式出流与淹没式出流两种。

自由式出流，下游的天然水深 ht＜=l.3hk。

淹没式出流，下游的天然水深 ht>l.3hk。

4.大中桥允许桥下河床发生一定的冲刷，一般采用天然河槽平均流速作为设计流速。小桥涵一般不允许河底发生冲刷，可以根据河床加固铺砌的类型，选择适当的容许流速作为设计流速。

5. 桥头路基最低标高＝河床最低点标高+H+△

桥面最低点标高＝河床最低点标高+H+J+D

6.涵洞和小桥相比，特点是孔径小、孔道长，河底往往具有较大的纵坡，涵前水深可以高于涵洞高度

7.水流通过涵洞的水力图式根据涵洞出水口是否被下游水面淹没，可分为自由式出流与淹没式出流两类。按涵洞进水口建筑形式不同与涵前水头高低，水流通过涵洞可分为无压力式、半压力式、压力式三种水力计算图式。

8.水流流经全涵洞均保持自由水面，称为无压力式水流状态。收缩断面以后在整个涵洞都具有自由水面，称为半压力式水流状态。整个涵洞的断面都充满水流，称为压力式水流状态。

9.涵洞处的路基最低高程应高出涵前水深以上至少50cm。为避免涵洞进口路基浸水和进出口流速计冲刷过大，一般不采用压力式涵洞。

10.涵洞由洞身、洞口、基础三个部分组成。

11.根据涵洞洞身的构造形式不同，涵洞可分为圆管涵、拱涵、盖板涵和箱涵等。

12.涵洞洞口建筑形式必须根据涵洞类型、河床及洞口附近的地形和地质条件、水流特征等合理选择。常见的建筑形式：八字翼墙式、锥形护坡式、一字墙护坡、跌水井式及流线型洞口、斜交涵洞洞口等

13.涵洞进出口沟床的处理：进水洞口沟床加固处理、沟床加固防护

1.影响水文循环因素：气候因素，下垫面因素，人类活动因素

2.河川水文现象的特点：a.水文现象在时间变化上存在着准周期性和随机性 b.水文现象在空间分布上存在着地带性和特殊性c.水文现象在时间变化和空间分布上存在着关联性和相似性。

3.桥涵水文的研究方法：a.水文信息、数学方法与水文物理相结合的方法b.水文数理统计法c.水文成因分析法d.从定性到定量综合集成的方法

4.河流的分段：a.b.上游c.中游d.下游e.河口/外流河.流河.陆河

5.中泓线.溪线：河流中沿水流方向各断面最大水深点的连线。

6.分水岭：划分相邻水系（或河流）的山岭或河间高地称为分水岭。分水岭最高点的连线称为分水线。

7.流域长度即流域的轴长，通常用L表示，流域长度经常用河流的干流长度代替

8.河流泾流的影响因素：气候因素.流域的下垫面因素.人类活动因素

9.侵蚀模数：每平方公里流域地面上，每年侵蚀下来并汇入河流的泥沙吨数。

10.水文资料的测验方法：水位观测.断面流量..流速测量.流量测量

11.水文经验累积频率曲线的绘制步骤：a.将实测水文样本系列按大小递减顺序重新排列（不论其记录

年序）。为了简便，该系列仍记为x1>x2>x3....>xn b.计各实测值x

i 的频数f

i

及累计频数= f

i

c.

按数学期望公式计算各实测值的累积频率P

m =P(X>=x

m

)= .当各实测值x

i

的频数f

i

均为1时，

P m =m/(n+1) d.将经验频率点据集｛（P

m

,x

m

)|m=1.2.3.....n｝点绘制于平面坐标系中，通过这些点群

的分布中心绘制一条光滑的曲线，即得该实测水文样本系列的经验积累频率曲线。 E.若实测系列的样本容量n>100,也可根据工程设计要求选取的设计频率p作为横坐标值，在上述经验累积频率曲线上查得对应的纵坐标值，作为所求的设计值x

p

12.水文频率计算适线法计算步骤：a.收集水文资料系列x

1.x

2

.x

3

(x)

n

,并进行可靠性、一致性、代表

性和独立性审查。若资料系列较短，应该通过相关分析方法进行插补延长。 B.按照从大到小的顺序对

系列排序，按照公式p

m =m/(n+i) (m=1.2.3..n)计算对应于xm的经验频率，以经验频率p

m

为横坐标值，

排序后的变量值x

m

为纵坐标值，在频率格纸上绘制经验频率点据。 C.一般选用皮尔逊III型频率曲线

作为理论水文频率曲线。假定一组参数x,C

v 和C

s

,查表或用式 x

pi

=x+xC

v

(C

s,

P

i

) 根据点据（P

i

,x

pi

)

可得到理论水文频率曲线，将此曲线绘制在有经验频率点据的图上，看与经验频率点据（pm,xm)的配合情况，若不理想，则修改参数x,Cv,Cs(主要是调整Cs,有时也可调整Cv和x再次计算理论水文频率曲线、并与经验频率点据比较。 D.最后根据理论水文频率曲线与经验频率点据的配合情况，从中选择一条与经验频率点据配合较好的曲线作为采用曲线，该曲线的参数x，Cv,Cs作为总体参数的估计值。 E.求指定设计频率P的水文变量设计值xp=x+xCv (Cs,P)以及xp的抽样误差

F. 以xp+_k 作为设计结果值，并对此结果进行合理性分析。其中k为安全系数。

13.设计洪水三要素:洪峰流量、不同时段设计洪水总量及设计洪水过程线。

14.推求设计洪水的方法：a.根据流量观测资料推求设计洪水 b.由洪水调查资料推求设计洪水 c.由暴雨资料推求设计洪水

15.计算特大洪水与一般洪水经验频率的方法：独立样本法和统一样本法

16.成果合理性分析：a.从洪峰及其统计参数随时间变化关系上分析 b.从洪峰及其统计参数的地区分布规律分析 c.设计洪峰流量与国外或地区最大洪水记录对比分析 d.与暴雨计算成果比较

17.设计洪峰流量的推求：a.直接选配频率曲线法 b.洪峰流量的地区综合频率曲线法 c.历史洪水加成法

18.暴雨资料推求设计洪水分为4步：a.暴雨资料选样：资料需要满足可靠性、一致性、代表性审查。 B.t 推求设计暴雨：根据选样利用频率分析法求不同历时指定频率的设计余量及暴雨过程 c.推求设计净雨：设计暴雨扣除损失就是设计净雨，即所谓的产流计算过程。d.推求设计洪水：应用单位线等对设计净雨进行汇流的计算，即得流域出口断面的设计洪水。

19.桥孔长度：相应于设计洪水位时两桥台前缘之间的水面宽度，常以L表示

桥孔净长：桥孔长度扣除全部桥墩宽度后的长度（冲刷系数法和经验公式法）

20.桥梁墩台冲刷计算：分解为自然演变冲刷，桥下一般冲刷、墩台局部冲刷。

21.河床的自然演变冲刷：a.河流发育成长过程中河床纵断面的变形。 B.河流横向移动引起的变形 c.河段深泓线摆动引起的冲刷变形 d.在一个水文周期，河槽随水位、流量变化而发生的周期性的变形。

22.桥下河槽的一般冲刷：建桥后压缩水流在桥下河床断面发生的冲刷

23.一般冲刷深度：桥下河床在一般冲刷完成后从设计水位算起的某一垂线深度。

桥梁修建前后，桥位河段和水流图式会发生什么变化?

.建桥前：由于桥位一般选在顺直河段，可以看成是均匀流(各个断面的比降、流速均相等)，任意一个

断面的输沙存在一个动态平衡状态。；.建桥后(1)桥位上游：在①-②之间形成了一个雍水区，水面逐渐升高△z，水面呈a1型曲线，随着水深的增加，水面坡度i和流速v逐渐减小，水流挟沙能力减弱，不能继续全部输移上游到来的泥沙，因而在①-②之间逐渐沉积下来。当有导流堤时，雍水区长度较大2)桥位上端—溢流区：②-③之间，过水断面逐渐减小(水面逐渐被压缩呈漏斗状)，水面坡度i及流速也相应增大，挟沙能力也逐渐增大，水中的来沙逐渐小于去沙，从而产生冲刷。溢流区长度为L~LB，LB 为导流堤在桥位上游的长度。(3)桥位下端—压缩区③-③’之间，水深继续降低，由于有桥墩的阻水，水流速度继续增大，继续造成冲刷。(4)桥位下游—扩散区：水流逐渐扩散至天然河宽，流速逐渐变小直至恢复天然河道流速，水流的携沙能力由大变小，在河床上从冲刷变小到出现淤积，又从淤积逐渐减小到恢复天然河道河流状态。

试述桥孔布置的主要原则与要求：1.桥孔设计应在保证桥梁安全运营的情况下，顺畅宣泄包括设计洪水在的各级洪水的水流和泥沙，避免河床产生不利变形，保证墩台具有足够的稳定性，并做到经济合理。

2.桥孔设计应满足通航、流冰、流木及其他漂流物顺畅通过桥下的要求。

3.桥孔设计不宜过分压缩河道、改变水流的天然状态。建桥后引起的流势变化、河床变形和桥前雍水高度，应在两岸农田、村镇和堤防安全的允许围之。

4.桥孔设计应考虑桥址上下游已建成或拟建的水利工程、航道、码头和管线等引起的河床演变对桥孔的影响。

5..桥孔布设应于天然河流断面流量分配相适应。

6.在通航和筏运的河段上，应充分考虑河床演变所引起的航道变化，将通航孔布设在稳定的航道上，必要时可预留通航孔。

7.在主流深泓线上不宜布设桥墩，在断层、溶洞等不良地段也不宜布设墩台。

8.桥孔设计时，对跨径在50m以下的桥孔，应尽量采用标准跨径。

9.考虑施工条件和经济效益及生态环境效益，作全面的技术经济比较，选择合理的桥孔设计方案。

24.

25.

26.

27.1. 利用流量观测资料推算设计流量时，需要做哪些工作？

28.答：1）取样—年最大法；2）资料审查—可靠性、一致性、代表性审查；3）资料的插补和延长；4）特大值的调查与处理；5）点绘经验频率曲线；6）选用合适的理论频率曲线—通常是P三型曲线；7）进行参数估计：分有无特大值两种情况。1. 利用流量观测资料推算设计流量时，需要做哪些工作？8）根据估计的参数初值，做理论频率曲线；9）适线；

10）根据适线后的参数，推算设计洪峰流量；11）对成果进行合理性分析。

2. 为什么要进行特大值处理？

答：1）通常情况下样本容量小，而要推算的设计流量的频率则是小概率事件，抽样误差大2）增加特大值后，可加强样本的代表性；3）加入特大值后，必须在参数估计时有所考虑4）经过上述步骤后，推算结果的可靠性会增加。

3. 有缺乏流量观测资料时，为什么经常用到经验公式或推理公式？

答：1）缺测流量资料是中小流域的设计洪水推算中常遇问题；2）经验公式或推理公式利用了水文现象的地区性规律；3）两公式虽不是理论公式，但也以理论为基础；

4. 为什么要用暴雨资料推算设计洪水？主要步骤有哪些？

答：1）与流量观测资料比，暴雨资料更容易获得；2）首先要推算设计暴雨—与设计洪水的频率相同；3）设计暴雨的推算过程—与流量资料充足时推算设计洪水的过程相同；4）已知设计暴雨，经产、汇流计算，得设计洪水过程。

桥孔长度的确定应考虑哪些因素?桥孔长度的确定，应满足排洪和输沙的要求，保证设计洪水及其所携带泥沙从桥下顺利通过；应满足桥下天然或人工漂浮物的通过，保证冰凌或竹排从桥下顺利通过；还应满足桥下水面通航的要求，保证船舶或编组的驳船船队从桥下顺利通过，因此，应综合考虑桥孔长度、桥前壅水和桥下冲刷的相互影响。

1）点绘经验频率曲线。将经过审核的实测水文变量由大到小排列，然后按计算其经验频率，并在概率格纸上点绘经验频率点据。

（2）求统计参数的初估值。按式

计算水文变量总体均值和离势系数的初估值。用无偏估计式估算偏态系数抽样误差很大，故一般取的若干倍作为的初估值。

（3）点绘理论频率曲线。选定理论频率曲线的线型（我国一般采用皮尔逊Ⅲ型曲线），按照统计参数的初值，应用皮尔逊Ⅲ型曲线的离均系数表（或模比系数表）求得不同频率的水文变量（或模比系数）值，绘制初定的理论频率曲线。（4）配线。根据理论频率曲线与经验频率点据的配合情况，对统计参数进行调整，求得与经验频率点据配合最好的理论频率曲线，用以表示水文变量的概率分布。