第6章 水文学在土木工程中的应用
第6章 水文学在土木工程中的应用
公路桥涵是跨越河渠，宣泄，沟通两侧灌溉水路及保证道路运行安全的泄水建筑物。桥涵水文主要依靠数理统计分析方法，分析实地调查勘测
的河川水文资料，预示桥涵工程可能遭遇到未来水文情势，为桥涵设计提供必不可少的设计依据。
水文现象的数值变化及其变化过程受到许多复杂因素的影响，难以获得其物理关系的简单数学模型，也不可能从水文现象的实测记录中
找到确定的物理关系，只能从实测记录中透过现象看本质，寻找其发生的统计规律，并用概率大小来预示各类水文现象的再现可能性，
以预估建造桥涵后可能遭遇的水文情势。所以桥涵水文必须做实地调查，收集长期实测资料，寻找水文现象的统计规律，为桥涵设计提供
决策依据。
6.1
桥涵设计流量的推算，应按《公路工程水文勘测设计规范》（JTG C30-2002) 的要求，根据所掌握的资料情况，选择适当的方法。
按规定频率标准的洪水，称为设计洪水；按规定频率标准确定洪水总量，称为设计洪水总量；按规定频率标准确定洪峰流量，称为设计
洪峰流量；按规定频率标准确定的洪水过程线，称为设计洪水过程线；
对于交通土建及市政建设工程，例如：桥，涵，堤防，一级泵房及城市，厂矿排洪工程等，他们所面临的洪水威胁因不存在调蓄功能, 故工程破坏的主要因素是设计洪峰流量，即所谓以“峰”控制。对于设计洪峰流有关设计频率标准实际上是一种容许破坏率，例如; [P]=1%，即容许破坏率为1%。设计洪峰流量简称设计流量，他是确定桥涵孔径的基本依据. 。
设计洪峰流量是桥涵孔径及桥梁墩台冲刷计算的基本依据，设计洪水位则是桥面标高，桥头路堤堤顶标高等的设计依据。当有实测资料时
及水位的推算方法可按水文统计的频率分析方法确定设计洪峰流量及设计洪水位。其选样方法有年最大值法和超大值法。
其频率分析方法有错适线法及三点适线法。
6.1．1 有实测资料时的推算
I ）资料的准备
（1）资料的来源
水文资料主要从三个方面获得：一是水文站的观测资料，它主要包括水文站实测断面的年洪峰流量和H-A-v-Q 关系曲线；
二是形态资料调查，即实地考察历史上发生过的洪水位痕迹，并通过河道地形，纵，横断面，洪痕高程及位置等形态资
料的测量，再按水力学推算出历史洪峰流量。三是历史文献考证资料，包括地方志，档案或碑文中有关洪水灾害的记载，
洪水位和淹没范围，以及有关的规划设计中所收集的水文资料。
（2）累计频率与重现期的确定
在桥涵堰闸等工程设计中，国家按各类工程的重要性，给定了各种等级建筑物的容许破坏率和安全率。工程设计只是通过对大量水文资料进行频率及累积频率的计算，从中选用符合国家规定容许破坏率或满足安全率要求时的水位或流量作为设计水位或流量，此种方法也称为频率分析法。所为设计水位和设计流量，
即符合规律标准的水位或流量。
频率只能预示单个水文特征值未来出现的可能性，而累积频率则可更有概括性地预示桥涵工程在运用中的可能破坏率或安全率，关于设计频率标准，《公路工程技术标准》（JTG B01-2003)中规定如下，见表5-1
表5.1 桥涵设计洪水频率
一般情况下，容许破坏率越小，则所选的水位或流量值越大：容许破坏率越大，则设计水位越低，桥的高度也越低，其工程投资可减少，但运用中遭破坏的风险越大。
（3）选样方法
对于设计洪峰流量或水位，可有年最大值法和超大值法两种选样方法。 ①年最大值法——即每年选取一个瞬时最大值组成样本系列。此法独立性好，但要求有长期的实测记录。由此所得的累积频率
为年频率，其重现期单位为年，即 m
P =— ×100%
n
1
T =— (5-1) P
且 T≥1 年
式中 P---累积频率
m—等量或超量值得累积频数
n---系列总容量
T---重现期
②超大值法---此法将n 年实测洪水位或洪峰流量按大到小排列，并从大到小顺序取S 个实测系列组成样本。一般取S=（3-5）n 。若平均每年得a 个样本，则S=a*n 。由此所得累积频率为次频率，其重现期的单位为次，即
m
P ‵= —
S
1
T ‵= — (5-2)
P
此重现期与年重现期可按下式计算
n
T=— T‵ (5-3) S
超大值法选样每年取了多个样本，独立性较差，多用于资料不足情况
例5-1 年最大值选样，设累积频率P （Q>Q1)=5%,求重现期T(Q≥Q)
【解】 按公式有
1 1
T(Q≥Q ′)=— =
P
此即20年一遇 — =20 (T>1) 0.05