基于水位单位线法和墩台水痕的既有中小桥水文检算

论文摘要

既有中小桥的水文检算常常缺乏流量观测资料,故一般利用雨量来推算流量,常用方法为推理公式法、单位线法、各地区的经验公式法等,但他们都要用到流域面积、桥前坡度和主河道长度等参数,而这些参数的获得需要花费极大的人力物力,相应地也就加大了水文检算的难度。传统的时段单位线法是一种黑箱模型分析方法,它依据倍比和叠加两个基本假定以历史实测流量资料预测未来流量,计算过程相对简便,但是缺乏水文站的中小流域桥通常无法取得实测流量资料,这是其应用于水文检算的一个难题。既有桥梁在历年洪水作用下,水断不对墩台进行侵蚀,墩台上不可避免的保留有各次洪水的水位记录(水痕)。自桥梁建成后,桥梁墩台就无意识的收集了这些资料,并保留在墩台上。经与实测记录资料对比,说明了桥墩水痕的水位记录是可靠的。本文的水位单位线法即是基于时段单位线法的黑箱特点提出的一种以历史水位资料推求未来水位的计算方法,其历史水位资料可由桥墩水痕得到,这就避开了上文时段单位线法应用于水文检算时存在的难题。为简化推导过程,参照时段单位线法的两个基本假定,仍认为水位单位线服从倍比和叠加两个基本假定。它首先利用已有的实测水位和雨量资料通过最小二乘法求解,得到计算水位单位线。计算单位线经过修正后,结合未来的雨量资料就可预测未来桥址处洪水水位,进一步对既有中小桥进行水位标高和基础埋置深度检算。本文的水位单位线法经岚猗河裴家川水文站实例和京广线某桥实例计算,证明是可行的。研究结果表明:水位单位线法与传统方法预测的水位相对误差在6%以内,但水位单位线法不再需要确定流域面积、主河道长度、流域坡度等多个参数。进行水文检算时也不需要确切的水位记录资料,只要桥梁上留有历史水痕即可,因此这种方法能够为无资料区既有中小桥水文检算提供一种相对简便的方法。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 选题原因
• 1.1.1 桥涵水文检算的必要性及意义
• 1.1.2 提高中小桥涵水文检算技术的必要性及意义
• 1.2 常用中小流域桥涵设计（检算）流量计算方法综述
• 1.2.1 有观测流量资料的设计洪水流量推算方法
• 1.2.2 缺乏流量观测资料时设计流量的推算
• 1.3 中小流域桥涵设计流量计算方法的新进展
• 1.3.1 英国的中小流域桥涵设计流量计算方法的新进展
• 1.3.2 美国的中小流域桥涵设计流量计算方法的新进展
• 1.3.3 中国的中小流域桥涵设计流量计算方法的新进展
• 1.4 水文检算中的水位流量关系
• 1.5 本文研究目标及主要内容
• 1.5.1 本文目标
• 1.5.2 本文主要内容
• 1.6 本章小结
• 第二章 单位线法
• 2.1 时段单位线的基本概念
• 2.2 时段单位线的推求
• 2.3 瞬时单位线法基本概念
• 2.4 瞬时单位线参数n、K的确定
• 2.5 单位线的时段转换
• 2.6 单位线法存在的问题及处理方法
• 2.7 应用单位线预报洪水过程
• 2.8 本章小结
• 第三章 水位单位线法的推导
• 3.1 黑箱模型理论
• 3.2 水位单位线的原理推导
• 3.3 利用最小二乘拟合解法求解水位单位线
• 3.4 水位单位线法推求水位实例
• 3.5 本章小结
• 第四章 基于墩台水痕采用水位单位线法对既有中小桥的水文检算
• 4.1 桥梁墩台水痕形成原理
• 4.2 桥梁墩台水痕的可靠性
• 4.3 应用水位单位线法进行水位标高检算
• 4.4 既有中小桥的基础埋置深度检算
• 4.4.1 桥梁基本情况
• 4.4.2 壅水高度推求
• 4.4.3 基础冲刷计算及埋置深度检算
• 4.5 本章小结
• 第五章 结论与展望
• 5.1 本文所做的工作及主要结论
• 5.2 不足之处及未来展望
• 参考文献
• 附录 水位单位线法计算程序
• 致谢
• 攻读硕士学位期间发表论文及科研情况