流量影响线法及其在中小流域桥梁水文中的应用

论文摘要

桥梁作为交通运输网的重要组成部分,一旦发生水毁,不但会给铁路、公路等运输部门带来相当严重的损失,而且影响灾区救援工作开展,威胁人民生命财产安全。我国位于中小流域的桥梁众多,水文工作面广量大,结合中小流域水文现状及流域自身的特点,寻找一种能够在工程实际中简单实用并行之有效的水文计算方法具有重要意义。考虑到洪水发生的随机性、复杂性和不确定性,水文模型最好依据流域上历史洪水资料建立。本文融合瞬时单位线法和结构力学中的影响线法,提出了一种基于流域历史洪水水痕标定的中小流域水文计算方法——流量影响线法,用以解决中小流域桥梁水文计算问题。本论文取得了如下主要研究成果：(1)对瞬时单位线法基本理论和简支梁应力影响线计算截面应力的基本理论进行融合创新,提出流量影响线法,将流量计算转化为时段雨量在流量影响线三角形模型上加载的过程。(2)提出流量影响线模型参数涨水历时t1的经验计算公式：t1=0.278L/V,其中,L为主河道长度(km),V为平均流速(m/s),无实测资料时可以采用平滩水位流速。已知实测洪峰延迟时间或多场较大洪水水位和雨量系列资料时,涨水历时也可通过直接推求得到。(3)通过对瞬时单位线和广东省综合单位线简化分析,结合中小流域的水文特性,并以广西壮族自治区区流域实测资料作参照,制定了中小流域流量影响线法涨、退水历时之比t1：t2的选取标准：一般可取t1：t2=1：2；山区陡峭、流速快、植被差的小流域,取t1：t2=1：3；平原区坡度较缓、流速较慢、植被较好的较大流域,取t1：t2=1：1.6。(4)提出流量影响线峰值的确定方法——依据最不利雨量荷载位置加载时的流量与水痕对应流量相等的思想标定流量影响线峰值。选用近期发生的较大洪水水痕资料标定流量影响线的峰值,隐含了桥梁所在流域水文、地形、植被等因素对流域汇流的影响,理论上更符合实际。(5)对7座铁路桥梁和8座公路桥梁进行了流量影响线法试验验证分析,计算结果与实测值相差很小,说明流量影响线法计算结果可靠。(6)对糙率系数、涨水历时、退水历时、标定洪水量级、雨量系列时段大小、雨量损失等参数的影响进行了敏感性分析,并得出一些有益的结论,对流量影响线法理论进行了进一步论证与完善。(7)以宝成线青白江949号桥、包白线19号桥、广东省梅州解放桥、京广线大倌桥和广东省阳东交通监理桥5座桥梁为例,利用流量影响线法对其进行了水文设计、抗洪能力检算及水害实时预警预报应用。表明流量影响线法使用方便,计算精度满足工程实际要求,较传统中小流域水文计算方法具有明显优势。特别是在水害实时预警预报方面,流量影响线法可随降雨过程的继续给出洪峰流量、洪峰水位、峰现时间、高水位行洪时间等洪水特征值的实时预报结果,预估洪水灾变可能性及其危险程度。这对做好水害及时预警、合理安排防洪救灾工作具有重要意义。基于历史洪水水痕标定的流量影响线法理论明确,使用方便,结果可靠,优势明显,解决了中小流域桥梁水文计算的关键问题,可以为中小流域桥梁,特别是无资料地区的中小流域桥梁的水文设计、抗洪能力检算、水害实时预警预报等工作提供科学的依据。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 中小流域桥梁水文研究意义
• 1.2 桥梁水毁成因
• 1.3 国内外中小流域水文计算研究现状及趋势
• 1.3.1 流域水文模型发展概况及趋势
• 1.3.2 中小流域桥梁工程水文计算方法研究
• 1.3.3 洪水预警预报系统研究现状及建设成果
• 1.3.4 中小流域桥梁水文计算方法存在的问题
• 1.4 需要解决的主要问题及本文主要研究内容
• 1.4.1 需要解决的主要问题
• 1.4.2 主要研究内容
• 第2章 现行中小流域桥梁水文计算方法
• 2.1 现行中小流域桥梁水文计算方法
• 2.1.1 数理统计法
• 2.1.2 推理公式法
• 2.1.3 经验公式法
• 2.1.4 铁路部门暴雨径流计算法
• 2.1.5 单位线法
• 2.2 现行中小流域桥梁水文计算方法存在的问题
• 2.3 本章小结
• 第3章 流量影响线法理论
• 3.1 流量影响线法基本原理
• 3.1.1 瞬时单位线法
• 3.1.2 简支梁应力影响线
• 3.1.3 瞬时单位线与应力影响线计算公式对比
• 3.1.4 瞬时单位线与应力影响线形状对比
• 3.1.5 流量影响线的提出
• 3.1.6 流量影响线法与流量单位线法的根本区别
• 3.2 流量影响线模型参数确定
• 3.2.1 涨水历时
• 3.2.2 退水历时
• 3.2.3 流量影响线峰值
• 3.3 流量影响线法计算步骤
• 3.4 流量影响线法的优势
• 3.5 本章小结
• 第4章 流量影响线法主要资料来源及其可靠性
• 4.1 历史洪水水痕
• 4.1.1 水痕成因
• 4.1.2 水痕资料可靠性
• 4.1.3 流量影响线法水痕调查河段要求
• 4.1.4 水痕高程代替洪峰水位的优势
• 4.2 雨量资料
• 4.2.1 雨量资料来源
• 4.2.2 雨量资料可靠性
• 4.2.3 实时雨量资料的时效性
• 4.2.4 雨量预报
• 4.3 本章小结
• 第5章 流量影响线法试验验证及参数敏感性分析
• 5.1 试验桥梁选取及资料收集
• 5.1.1 不同类型河流的水文特征
• 5.1.2 试验桥梁选取
• 5.2 流量影响线法试验验证
• 5.2.1 铁路桥梁
• 5.2.2 公路桥梁
• 5.3 参数敏感性分析
• 5.3.1 参数分析范围选取说明
• 5.3.2 参数敏感性分析结果
• 5.4 本章小结
• 第6章 流量影响线法在中小流域桥梁水文中的应用
• 6.1 流量影响线法桥梁水文设计/抗洪能力检算
• 6.1.1 新建桥梁水文设计
• 6.1.2 既有桥梁抗洪能力检算
• 6.1.3 流量影响线法水文设计和抗洪能力检算思路
• 6.2 流量影响线法桥梁水害实时预警预报
• 6.3 工程实例分析
• 6.3.1 水文设计/水文检算
• 6.3.2 水害实时预警预报
• 6.4 本章小结
• 第7章 结论与展望
• 7.1 全文总结
• 7.1.1 主要研究成果
• 7.1.2 流量影响线法的优势
• 7.1.3 本文创新点
• 7.2 有待进一步研究的问题
• 参考文献
• 致谢
• 攻读学位期间的主要研究成果