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水文分析计算范文

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来源：开心麻花

作者：开心麻花

2025-09-19

水文分析计算范文（精选12篇）

水文分析计算第1篇

滦河镇大桥中心桩号AK0+401, 按正桥设计, 上部结构为4-25 m预应力连续箱梁, 下部结构为桩柱式桥台和肋板式桥台, 双柱式墩, 钻孔灌注桩基础。

京承公路滦河镇大桥百年一遇流量5 786 m3/sec, 最高水位 (考虑滦河水位倒灌) 309.78 m, 平均流速4.45 m/s, 水文计算为4孔25 m, 从路线考虑采用4孔25 m箱梁, 全桥分1联, 桥全长106.62 m。

桥面净宽为双幅12 m+2×0.5 m, 由4片小箱梁组成断面, 边梁2.55 m, 中梁2.1 m。桥梁立面图见图1。

2 截面形式及截面尺寸的拟定

每幅桥面全宽为12 m。由于采用简支转连续的施工方法, 主梁先预支再运输、吊装就位, 因此横截面布置时应考虑到施工中的吊运能力, 将每幅桥做成四个单箱单室的组合截面。其中, 预制中梁顶板宽210 cm, 底板宽100 cm;预制边梁顶板宽255 cm, 底板宽100 cm;预制主梁间采用90 cm的湿接缝, 从而减少主梁的吊装质量。边、中梁均采用斜腹板, 以减轻主梁自重。为满足顶板负弯矩钢束、普通钢筋的布置及伦载的局部作用, 箱梁顶板取等厚度15 cm。同时为防止应力集中和便于脱模, 在腹板与顶板交界处设置20 cm×10 cm的承托。

主梁横断构造如图2所示。

3 根据设计流量推算设计水位和流量

因桥位处在河岸稳定、冲淤不大, 泛滥宽度较小, 无死水和回流, 断面比较规则的顺直河段上。故取桥位处断面为水文断面。根据当地提供的水文资料, 设计流量取Qs=72 m3/s, 河床比降取1/10 000。河槽处采用谢才—满宁公式:V=R2/3i1/2/n, 试算水位和流速。河床断面为单式。糙率系数根据水文资料, 河槽取0.025, 试算结果见表1。由试算结果可知, 当水位H=8.85 m时, Q=72.267 m3/s, 与设计流量72 m3/s相近, 故取H=8.85 m为设计水位, 相应河槽设计流速Vc=0.7 m3/s。

3.1 冲刷计算

1) 一般冲刷。

河槽:该河床为粘性土, 一般冲刷计算公式采用式 (1) :

其中, Hp为桥下一般冲刷后的最大水深, m;Ad为单宽流量集中系数, 计算公式见式 (2) , 取1.0~1.2;

其中, Bz为造床流量下的河槽宽度, Bz=176 m;Hz为取平滩水位时河槽平均水深, Hz=1 071.8/176=6.09 m;Q2为桥下河槽部分通过的设计流量, Q2=83.446 3 m3/s (见表2) ;μ为桥墩水流侧向压缩系数, 按JTG C30-2002中表7.3.1-1:取0.98;Bcj为河槽部分过水净宽, Bcj=175-6×1.5=166 m;Hcm为桥下河槽最大水深, Hcm=2.63 m;Hcq为桥下河槽平均水深, Hcq=6.09 m;IL为冲刷范围内的粘性土指数, 0.73。

一般冲刷后最大水深Hp=3.157 m大于桥下河槽最大水深2.6 m。

2) 局部冲刷。

河槽部分:

因, 桥墩局部冲刷深度:

其中, Kξ为墩形系数, 按JTG C30-2002附录中选用1.0 (见表3) ;B1为桥墩计算宽度, B1=1.5 m;V为一般冲刷后墩前行近流速, m/s, 按JTG C30-2002中7.4.4中规定采用公式:

其中, IL为冲刷坑范围内粘性土液型指数, 适用范围为0.16~1.48。

3.2 桥孔长度计算

因为本桥位于无滩河段, 因此应采用JTG C30-2002中公式6.2.1-1计算:

其中, Kq, N3分别为系数和指数;Lj为桥孔最小净长度, m;Qs为设计流量, m3/s, Qs=83.138 4 m3/s;Qc为河滩流量, 83.446 3 m3/s;Bc为河槽宽度, 176 m;Lj=90.1 m, 小于两堤之间距离99.8 m。

故桥孔长度应按两岸堤顶间距控制。

4 设计体会

本设计通过水文进行分析计算, 桥梁长度控制因素可能是水量大小, 也可能是岸堤长度, 最终长度确定需要计算和现场测量情况比较, 北方实际情况比较多的是通过岸堤控制长度。

摘要：结合滦河镇大桥工程概况, 简述了桥梁截面形式及截面尺寸, 根据设计流量进行了小箱梁水文计算, 包括冲刷计算及桥孔长度计算, 从而为确定桥梁跨径是否合理提供了参考。

关键词：小箱梁,水文计算,般冲刷,局部冲刷

参考文献

[1]JTJ 021-89, 公路桥涵设计通用规范[S].

[2]姚玲森.桥梁工程[M].北京:人民交通出版社, 2002.

[3]廖元裳.钢筋混凝土桥[M].北京:中国铁道出版社, 1997.

[4]李俭.桥梁墩台与基础工程[D].石家庄:石家庄铁道学院, 1993.

[5]徐岳, 王亚君, 万振江.预应力混凝土连续梁桥设计[M].北京:人民交通出版社, 2000.

[6]JTG C30-2002, 公路工程水文勘测设计规范[S].

水文水利计算考试重点第2篇

.径流：降雨或融雪形成的，沿着流域的不同路径流入河流，湖泊和海洋的海洋的水流.重现期：某水文变量重复出现的平均周期。（频率P=90%，其对应的重现期为T=5年）.PMP(可能最大暴雨)现代气候条件下一定历时的理论最大降水量,流域降水物理上限

.露点：保持气压及水汽含量不变，降温使水汽刚达到饱和时的温度称露点温度，简称露点。(历史最大持续露点为12小时)

.代表性露点：由某一或某些地点、在特定时间的地面露点来反映代表性将水量。

.水文比拟法：就是以流域间的相似性为基础，将相似流域的水文资料移用至研究流域的一种简便方法。

.饱和水汽压：一定体积空气中能容纳的水汽量是有限度的，若空气中水汽含量达到限度，空气就呈饱和状态，即饱和空气，饱和空气的水汽压就是饱和水汽压

.相对湿度：大气中实际水汽压与当时温度下的饱和水汽压之比..水库特征水位：水库工程为完成不同时期不同任务和各种水文情况下,需控制达到或允许消落的各种库水位

.库容：水库某一水位以下或两水位之间的蓄水容积。表征水库规模的主要指标。通常均指坝前水位水平面以下的静库容。死库容：指死水位以下的水库容积。兴利库容：亦称调节库容，指正常蓄水位至死水位之间的水库容积。防洪库容：指防洪高水位至防洪限制水位之间的水库容积。调洪库容：指校核洪水位至防洪限制水位之间的水库容积。重叠库容：指正常蓄水位至防洪限制水位之间的水库容积。这部分库容既可用于防洪，也可用于兴利。防洪库容与兴利库容完全重叠时，正常蓄水位即为防洪高水位。防洪库容与兴利库容完全分开时，正常蓄水位即为防洪限制水位。总库容：校核洪水位以下的水库容积。它是划分水库等级的主要依据之一。

.设计洪水位：当发生设计洪水时,河道指定断面或水库坝前达到的最高水位

.正常洪水位（蓄水位）：水库在正常运行情况下所蓄到的最高水位

.死水位：水库在正常运用情况下，允许消落到的最低水位，称死水位，又称设计低水位.可能最大洪水(PMF)：是为保证重要水利枢纽安全的一种不采用频率概念的设计洪水。.径流调节：狭义上，通过兴建蓄水和调节工程，调节和改变径流的天然状态，解决供需矛盾，达到兴利除害的目的；广义上，人类对整个流域面上径流自然过程的一切有意识干涉.年平均流量：一年内通过河流某过水断面的流量

.年径流深：一年内通过河流上指定断面的径流总量与该断面以上的流域面积的比值.年径流总量：是一年内通过河流某一断面的总水量。

.年径流模数：是单位流域面积上单位时间所产生的径流量

.设计保证率：根据各用水部门的特征所允许的减少供水范围，定出多年期间用水部门正常工作所能得到保证的程度，以百分数计

.完全调节：能将年内全部来水量按用水要求重新分配而不发生弃水的径流调节称为完全年调节

.差积曲线：为各月入库流量与多年平均流量之差的累积值与时间的关系曲线

.频率曲线：在水文学上称横坐标表示变量X，纵坐标表示概率分布函数F(X)的几何图形为随机变量的累积频率曲线

.实测期：通常把具有洪水观测资料的年份称为实测期。

.调查期：从最早的调查洪水发生年份迄今的这一段时期内，实测以外的部分。.考证期：历史文献资料可以考证的时期。

.辗转相关:水文分析中,有时发现两变量系列之间直接计算的相关系数不够大,即相关关系

不够密切时，有时常通过第三个变量作为时间或空间的中转站来间接补延出设计站资料。这种方法叫做辗转相关法。

.不连序样本系列的经验频率计算方法：统一处理法，分别处理法

.频率曲线参数估计适线法：经验适线法、优化适线法

.入库洪水计算方法:合成流量法、马斯京根法、峰量关系法、槽蓄曲线法、水量平衡法.典型洪水过程线放大方法：同倍比放大，同频率放大

.放大实测暴雨方法:当地暴雨放大；移置暴雨放大；暴雨组合放大；暴雨时面深概化法.作物田间需水量估算方法：①经验公式法（以水面蒸发为参数的需水系数法；以气温为参数的需水系数法；以多种因素为参数的公式）；②能量平衡法

.确定设计保证率,库容和调节流量之间关系的方法：时历法、数理统计法

.水文资料三性审查:可靠性,一致,代表

.洪水资料审查分析：洪水资料可靠性审查；一致性审查（资料的还原或修正）；洪水资料系列的代表性分析

.描述设计洪水三要素：设计洪峰流量、设计洪量、及设计洪水过程线。

.年径流影响因素:气候因素,下垫面因素(地形,湖泊,流域大小),人类活动(直接作用,跨流域引水,直接减少或增加本流域的年径流量;间接作用,如修水库,塘堰等工程）

.正常蓄水位影响因素：坝址及库区的地形地质条件；库区的淹没和浸没情况；河流梯级开发方案；径流利用程度和水量损失情况；其他条件；

.年径流量影响因素：气候因素、下垫面因素、人类活动因素

.水电站水库调度图的四种调度线：防破坏线；限制供水线；防弃水线；防洪调度线.两个随机变量关系：完全相关、零相关、相关关系

.径流调节分为：兴利调节，防洪调节

.插补延长的目的：为了扩大样本容量，提高其代表性

.水库总库容=V调+V兴+V死—V结。

.与兴利有关的库容：死库容、兴利库容和结合库容。

.为方便兴利调节计算而划分的称为：水利

.设计年径流的设计频率愈大，则相应的设计年径流量就愈小要求的水库兴利库容就愈大。

.入库洪水:包括入库断面洪水，入库区间洪水。①入库断面洪水是水库回水末端附近干支流河道水文测站的测流断面，或某个计算断面以上的洪水；②入库区间洪水可分为陆面洪水和库面洪水两部分，其中陆面洪水为入库断面以下，至水库周边以上的区间陆面面积所产生的洪水，库面洪水，即库面降雨直接转为径流所产生的洪水

.入库洪水与坝址洪水的差别：①库区产流条件改变，使入库洪水的洪量增大；水库建成后，上游干支流和区间陆面流域面积的产流条件相同，而水库回水淹没区由原来的陆面变成水面，产流条件相应发生了变化;②流域汇流时间缩短，入库洪峰流量出现时间提前、洪峰增高、涨水段的洪量增大；建库前，流域汇流时间为坡面和河道的汇流时间之和，建库后，洪水由干支流的回水末端和周边入库，因而流域总的汇流时间缩短，入库洪峰流量出现的时间相应提前。

.重现期T与频率P关系：当研究洪水时,T=1/P,当研究枯水问题时,T=1/1-P；P＝90％的枯水年，重现期为10年,含义是10年中只有一年供水得不到满足,其余9年用水均可以得到保证..统计参数x、VC和SC的意义及其对频率曲线影响：①均值x表示系列的平均情况，代表

系列水平的高低。如果CV和CS一定时，增大x，频率曲线抬高变陡。②变差系数CV表示变数在均值x两边分布的离散程度。如果x和CS一定时，增大CV，则频率曲线有顺时针转动趋势。③偏态系数CS表示变数在均值x两边分布是否对称和不对称程度的参数。CS=0，为正态分布；CS>0为正偏态分布；CS<0为负偏态分布。如果x和CV一定时，增大CS，则频率曲线头部变陡，尾部变平，中部向下。

.暴雨推求设计洪水过程：①推求设计暴雨，根据实测暴雨资料，采用系统分析和典型放大法求得；②拟定产流方案，推求设计净雨根据实测暴雨设计洪水资料，利用径流形成的基本原理，通过成因分析方法求得；③拟定流域回流方案，根据实测暴雨设计洪水资料，利用回流的概念用成因分析方法求得；④推求设计洪水过程线，由求得的设计暴雨，利用产流方案推求设计净雨过程，再利用流域汇流方案由设计净雨过程求得设计洪水过程。

.典型洪水过程线放大方法优缺点：同倍比放大法，同频率放大法。同倍比放大法是用同一个倍比值遍乘典型洪水过程线纵标值，同频率放大法则用不同的倍比值分别放大峰、量，使放大的过程线峰、量都符合设计频率。同倍比放大法优点是简单且保持典型洪水过程线形状，缺点是峰、量不能同时满足设计频率。同频率放大法优点是峰、量同时满足设计频率，对工程偏于安全，缺点是工作量大，修匀带有主观任意性，不保持典型洪水过程线的形状。.缺乏实测径流资料分析计算设计年径流：当缺乏实测径流资料时，应设法确定年径流量的三个统计参数，均值和CV 可用等值线图法或水文比拟法确定，CS/CV 的值有地区规律，可查水文手册的分区值或参考邻近流域的值，也可以取 CS=2 CV。年内分配可以用相似流域的代表年推求。

.同一条河流上下游断面，哪个断面年径流量系列的均值大？哪个断面年径流量系列的CV值大？哪个断面年径流量系列的CS值大？因为是同一条河流的上、下游断面且距离较近，所以两流域属于同一地区，由于下断面流域面积大，所以年径流量系列的均值大。大流域调蓄能力强，CV值小，所以上断面流域年径流量系列的CV值大，同一地区CS/CV值相同，所以上断面流域年径流量系列的CS值大。

.怎样用适线法调CS：1）、点绘经验点据，纵坐标为变量值，横坐标为经验频率，采用期望值公式估计；2)初定一组参数，用矩法公式的估算E(X)和CV，并假定CS与CV的比值K估算CS；3）根据初定的E(X)、CV、CS，计算频率曲线，并绘在点有经验点据的图上。若与经验点据配合不理想，则修改参数再次配线，主要调整CV和CS；4）选择一条与经验点据配合最佳曲线做为采用曲线。该曲线的参数看做总体参数的估计值。

.推求设计年径流量的年内分配时，应按什么原则选择典型年？最不利原则，接近原则.由流量资料推求设计洪水，为什么要对特大洪水进行处理?处理的内容是什么?系列中加入特大洪水后，系列成为不连续系列，不能象连续系列一样进行经验频率和统计参数的计算，故必须进行处理。处理的内容是：对经验频率的计算进行处理，用统一样本法或独立样本法；对统计参数进行处理，如用三点法配线。

.设计洪水：指水文水电工程设计所依据的设计标准的洪水，包括洪峰总量，洪水总量和洪水过程线

.露点：保持气压及水汽含量不变，降温使水汽刚达到饱和时的温度称露点温度，简称露点。(历史最大持续露点为12小时)

.代表性露点：由某一或某些地点、在特定时间的地面露点来反映代表性将水量。

.水文比拟法：就是以流域间的相似性为基础，将相似流域的水文资料移用至研究流域的一种简便方法。

.设计洪水位：当发生设计洪水时,河道指定断面或水库坝前达到的最高水位

.正常洪水位（蓄水位）：水库在正常运行情况下所蓄到的最高水位

.年径流深：一年内通过河流上指定断面的径流总量与该断面以上的流域面积的比值.年径流总量：是一年内通过河流某一断面的总水量。

.年径流模数：是单位流域面积上单位时间所产生的径流量

.设计保证率：根据各用水部门的特征所允许的减少供水范围，定出多年期间用水部门正常工作所能得到保证的程度，以百分数计

.完全调节：能将年内全部来水量按用水要求重新分配而不发生弃水的径流调节称为完全年调节

.差积曲线：为各月入库流量与多年平均流量之差的累积值与时间的关系曲线

.频率曲线：在水文学上称横坐标表示变量X，纵坐标表示概率分布函数F(X)的几何图形为随机变量的累积频率曲线

.实测期：通常把具有洪水观测资料的年份称为实测期。

.调查期：从最早的调查洪水发生年份迄今的这一段时期内，实测以外的部分。

.考证期：历史文献资料可以考证的时期。

.辗转相关:水文分析中,有时发现两变量系列之间直接计算的相关系数不够大,即相关关系不够密切时，有时常通过第三个变量作为时间或空间的中转站来间接补延出设计站资料。这种方法叫做辗转相关法。

.不连序样本系列的经验频率计算方法：统一处理法，分别处理法

.频率曲线参数估计适线法：经验适线法、优化适线法

.入库洪水计算方法:合成流量法、马斯京根法、峰量关系法、槽蓄曲线法、水量平衡法.典型洪水过程线放大方法：同倍比放大，同频率放大

.确定设计保证率,库容和调节流量之间关系的方法：时历法、数理统计法

.水文资料三性审查:可靠性,一致,代表

.洪水资料审查分析：洪水资料可靠性审查；一致性审查（资料的还原或修正）；洪水资料系列的代表性分析

.描述设计洪水三要素：设计洪峰流量、设计洪量、及设计洪水过程线。

.正常蓄水位影响因素：坝址及库区的地形地质条件；库区的淹没和浸没情况；河流梯级开发方案；径流利用程度和水量损失情况；其他条件；

.年径流量影响因素：气候因素、下垫面因素、人类活动因素

.水电站水库调度图的四种调度线：防破坏线；限制供水线；防弃水线；防洪调度线.两个随机变量关系：完全相关、零相关、相关关系

.径流调节分为：兴利调节，防洪调节

.插补延长的目的：为了扩大样本容量，提高其代表性

.水库总库容=V调+V兴+V死—V结。

.与兴利有关的库容：死库容、兴利库容和结合库容。

.为方便兴利调节计算而划分的称为：水利

.设计年径流的设计频率愈大，则相应的设计年径流量就愈小要求的水库兴利库容就愈大。

.重现期T与频率P关系：当研究洪水时,T=1/P,当研究枯水问题时,T=1/1-P；P＝90％的枯水年，重现期为10年,含义是10年中只有一年供水得不到满足,其余9年用水均可以得到保证..统计参数x、VC和SC的意义及其对频率曲线影响：①均值x表示系列的平均情况，代表系列水平的高低。如果CV和CS一定时，增大x，频率曲线抬高变陡。②变差系数CV表示变数在均值x两边分布的离散程度。如果x和CS一定时，增大CV，则频率曲线有顺时针转动趋势。③偏态系数CS表示变数在均值x两边分布是否对称和不对称程度的参数。CS=0，为正态分布；CS>0为正偏态分布；CS<0为负偏态分布。如果x和CV一定时，增大CS，则频率曲线头部变陡，尾部变平，中部向下。

.暴雨推求设计洪水过程：①推求设计暴雨，根据实测暴雨资料，采用系统分析和典型放大法求得；②拟定产流方案，推求设计净雨根据实测暴雨设计洪水资料，利用径流形成的基

本原理，通过成因分析方法求得；③拟定流域回流方案，根据实测暴雨设计洪水资料，利用回流的概念用成因分析方法求得；④推求设计洪水过程线，由求得的设计暴雨，利用产流方案推求设计净雨过程，再利用流域汇流方案由设计净雨过程求得设计洪水过程。

水文分析计算第3篇

【关键词】微课课程信息化资源建设改革

【中图分类号】G42【文献标识码】A 【文章编号】2095-3089（2016）05-0251-02

1.建设工程水文与水利计算课程微课资源的必要性

《工程水文与水利计算》课程作为水利类专业的专业基础课程，应用广泛，实用性强。讲述水文学的基本知识、水文计算和水利计算的基本原理和方法，通过理论教学和实践教学，培养学生具备设计洪水计算、设计年径流计算、水库兴利与调洪计算进而设计确定水库规模的技能，为学生今后从事水利工程设计工作奠定基础[1]。但是作为工科学科，在工程水文与水利计算课程的教学中，许多高校都存在配套教学条件的不完善，尤其是实践仪器设备的缺少。此外，该课程内容由于涉及计算的数据量偏大，纯课堂理论教授，致使学生缺乏学习耐心，学习效果也欠佳。

1.1 实训环节的欠缺

工科专业课程的学习，除了扎实的理论知识外，更加注重的理实结合，在实践中印证所学知识点，而多数院校水利专业工程水文与水利计算课程的学习，大多数缺乏气象站观测（降水、蒸发等数据测定）、明渠水槽断面流速测定和河流泥沙测定的校内实训环节，只通过传统的课堂教学，不仅降低了教学效果，而且很难调动学生的学习主动性。

1.2 课程资源利用率低

传统教学资源，例如课件、教案等，是一门课程建设的主要资源，但是这些资源多是以学校规定的课时来建设，课件理论知识内容较多，而实践环节能少则少，并且大多脱离了具体的教学情境，资源更新程度低，主题和突出点也不明显，因此造成教学资源的利用率普遍偏低。

1.3 学生的学习自主性差

随着教学条件的逐步提高，传统的课堂满贯式教学方式以不能满足学生创新性学习的要求。在缺乏理实一体化教学环节的基础上，若不进行新的教学模式的改进，会大大降低学生课外自主学习的积极性。

而微课作为新形式的授课模式，以视频为主要载体，为学生提供多种学习场景的同时，也让学生体验到全新不枯燥的学习模式，因此微课逐渐成为别受欢迎的教学模式。微课主要以微视频为核心，微教案、微课件等为辅助手段，拆分重构课程内容，将理论知识融入不同的学习实践情境中。这种新型的授课方式不仅可以增强学生的学习兴趣，也很大程度上提高了学生的学习主动性[2]。

2.工程水文与水利计算课程的微课资源建设

2.1 工程水文与水利计算课程知识点的建构

目前工程水文与水利计算教学内容划分为五个学习项目：水循环与水量平衡、水文信息采集和处理与统计、设计年径流、设计洪水、水库水利调节。每个项目都可以拆分为多个不同的学习情境，但有些情境内容并不适合选作微课程资源，因此在微课程建设时，要能够对不同项目的知识点进行重构，以利于资源建设。

2.2 微课教学的重难点划分

微课因受其授课时间短、内容少、容量小等自身特点的限制，在一个微课中不应设置过多的重难点。因此制作微课时，要根据不同层次的授课对象以及授课目的，尽可能简洁明了的突出重难点，让学生能够在短短的微课程中掌握某一知识点或某一技能[3]。

2.3 微课教学内容的设计

微课的教学时间较短，因此在选择教学资料时要尽量精而短，迅速将学生带入学习情境，让学生深入理解授课内容，例如气象站（降水或蒸发等）的观测，拍摄相场操作过程，并配以音频和图示资源，让学生最直观的感受知识技能的操作。

一门课程的微课资源建设中，除了注重资料的选择，各部分微课内容之间的逻辑关系与衔接程度直接影响学生对知识点系统学习的程度。因此各部分知识内容应有一定的连贯性，图文结合，让学生已学知识基础上，轻松接受新内容。

当然，课程总结与知识点的梳理，是任何一种授课方式都必不可少的环节。微课程结束时，应及时进行知识点的归纳与总结，结合微习题来检验学生对知识点的掌握程度。

2.4 微课资源的制作

2.4.1微视频的制作。微视频的制作是整个微课资源核心内容，由于教学内容限于5-10分钟，因此制作应重点突出，语言简洁有条理，并且在微视频中尽量不出现教学资源以外的元素，以免影响学生的注意力[4]。此外，为了达到更好的效果，在制作微视频时还可以适当增加活力元素，例如提问答疑配音等，使得微视频更加的生动，有吸引力，提高学生的学习兴趣。

2.4.2其他资源制作。微课件、微讨论及微测验等是微课资源的辅助工具，在制作时应简明扼要，尤其是微课件的制作，应避免过多的课件张数和复杂的设计模板[5]。这些辅助手段的建设，一方面帮助学生深入学习，另一方面还可以检验和强化学生的学习效果。

3.微课的实践应用

作为多媒体教学模式的补充及改革，微课不仅可以其为基础进行实践应用，还可以利用学校课程互动网站，将微课资源进行推广应用及资源共享，培养学生课外自主学习的习惯，增强教学效果，进一步提高高校教育的质量。

参考文献：

[1]任树梅，李靖.工程水文与水利计算[M].北京：中国农业出版社，2005.

[2]朱显鸽. 微课在高职《土木工程施工技术》课程教学中的应用研究[J].陕西教育：高教版，2015，（03）：50+54.

[3]刘妍.浅谈高职《水利工程管理》课程的微课资源建设[J].才智，2015，（03）：221.

[4]张旭.高职院校微课开发与应用研究——基于翻转课堂教学模式微课的分析[J].天津商务职业学院学报，2015，3（4）：61-63.

[5]赵海峰，张世刚，郭燕. 微课教学模式下高职《机械设计》课程教学探究与实践[J].中国信息技术教育，2015，（21）：119-122.

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下北隅漫水桥水文计算分析第4篇

1.1 工程地理位置及地形地貌

下北隅漫水桥位于湖北省郧西县城关镇,地处于鄂西北构造侵蚀中低山区。桥址横跨天河,桥位区冲沟呈“U”型谷,宽度90 m,河水受季节影响,地表水自西向东流动,最后汇入汉江。天河河床最低高程约230.85 m,岸上最高高程238.76 m,相对高差约7.91 m。

西南岸为山体,较陡峭,东北岸为天河一级阶地,主要岩性为种植土和卵石。

桥址南岸约100 m山坡岩石裸露,岩性为绿泥钠长片岩,南岸山坡坡度约30°,岩层产状185～205°∠22～25°。

1.2 工程规模

下北隅漫水桥为接滨河大道的一座大桥,桥梁跨越天河。该桥工程范围为:K0+006.597～K0+105.717。如图1所示,桥梁全长99.120 m,桥孔长度88.720 m,桥面宽度8.0 m,净宽7.0 m。主桥上部结构采用25.48 m+40 m+25.48 m预应力混凝土变截面箱梁。下部结构采用“U”型桥台及双圆端花瓶形桥墩,基础均采用钻孔灌注桩。

1.3 气象

郧西区域属亚热带湿润季风气候,夏季酷热,降雨量集中;冬季严寒,少雨雪;春秋气候温和,四季分配冬长于夏,春秋相近,具有降水充足,雨量丰富,四季分明的特点。区域平均气温在15.6～16.0 ℃之间,年平均温差24.7 ℃。一月平均气温1.7～3.2 ℃,七月平均气温25.6～28.2 ℃,极端最高温度为38～42.7 ℃,出现在七、八月份,极端最低气温为-13.5～-9.5 ℃,均出现在一月份.根据十堰市气象局资料,近十年(1993～2002年)年降雨量522.5～1 057.2 mm,多年平均降雨量897.2 mm,年蒸发量1 426.6～1 796.5 mm,年际间降水差别较大。主导风多显偏东风,年频率为13%。春季大风最多,尤以四月为甚,平均每三年有一次大风出现。年平均风速2.1 m/s,最大风速20.0 m/s(1964年5月24日的八级大风)。无霜期250～254 d,年平均无霜期252 d。

2 水文勘测

2.1 流域情况

天河发源于陕西省境内,至郧西县境内分为天河主河道,以及五里河(陕西省境内有一部分)和安家河汇合成为二道河与天河交汇。

2.2 计算参数的确定

2.2.1 河道情况

该桥水文计算资料来源于十堰市水文水资源勘测局提供的《郧西县八座桥梁洪水分析》。根据其现场调查与实测数据,桥梁河流情况见表1。

2.2.2 桥位洪水流量分析

根据《郧西县八座桥梁洪水分析》数据,延坝站与贾家坊以上流域平均年水量(同时期)分别为909.3 mm、818.0 mm,修正系数取0.90;孤山站与贾家坊站以上流域平均年水量(同时期)分别为816.0 mm、820.4 mm,修正系数取1.01,江湾站与贾家坊站以上流域平均每年水量(同时期)分别为838.0 mm、830.8 mm,修正系数取0.99。1959到2010年实测糙率,中高水在0.040～0.050之间,取均值0.045。由此可以得到桥位处20年、50年和100年一遇洪水流量,如表2所示。

2.2.3 洪水水位分析

该次洪水水位分析由十堰市水文资源勘测局直接选用水文站提供。桥梁20年、50年、100年一遇的洪水位成果见表3。

根据以上分析知该桥桥位处河床与河岸的高差比较小,而降雨量又相对集中,年际间降水差别较大,桥位处洪水流量较大,洪水位较高,非常有必要对该桥进行水文计算,以确保桥梁设计的安全性。

3 桥孔长度计算

3.1 计算所需的相关信息

依据《郧西县人民政府关于确定县城周边市政景观桥设计最高控制水位的函》,郧西县已建和在建市政工程防洪控制水位均按照20年一遇洪水位控制,为了与县城已建市政道路控制点高程一致,要求下北隅漫水桥桥梁设计最高洪水按照20年一遇洪水位进行设计,因此该桥桥孔布跨、桥面标高确定均以20年一遇洪水设计。

3.2 计算设计流量、河床断面平均流速

1)过水面积ω及水位宽度B

桥址断面过水面积ω=353.726 m2,水位宽度B=86.29 m。

2)平均水深的计算

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3)计算平均流速

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式中,n为河槽的粗糙系数,该设计为0.045;R为水力半径,R=2.460 m;undefined。

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设计流量偏安全考虑,取值

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3.3 确定桥孔长度

依据桥位地质剖面图,假定该桥位河长为顺直型稳定性河段。桥孔布设原则是:1)桥孔不宜过多地压缩河槽;2)墩台基础可以视冲刷程度置于不同的标高上[1]。

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式中,Qs为设计流量;undefined,其中Bc=B=86.29 m;K1为系数,稳定河段为1.0,次稳定河段为0.92;Hc为河槽平均水深,Hc=H均=4.099 m。故代入得β=1.201。qc为河槽平均单宽流量,qc=Qs/B=1 310/86.29=15.181 m2/s,代入数据计算桥孔长为Lj=71.873 m,该桥桥孔长度88.72 m>Lj=71.873 m,满足设计要求。

4 确定桥面最低标高

4.1 计算桥下雍水高度

首先按经验公式计算桥前最大雍水高度ΔZ

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式中,η为系数,与水流进入桥孔的阻力有关,该桥为了保证与两侧路线的衔接,路堤基本没有压缩河床,阻水面积Wn=14.683 m2,则阻断流量Qn=WnVs=14.6833.6=52.848 m3/s,Qn/Qs=58.733/1 300=4.5%,查《水力学与桥涵水文》[1]相关表格得η=0.05。Vq为桥下断面平均流速,undefined。

则桥下雍水高度Δh=ΔZ/2=0.098/2=0.049 m

4.2 计算水位

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4.3 桥面中心最低高程

按设计水位计算桥面最低高程时[1],应按下式计算

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该设计桥面中心的高程为240.113 m>Hmin=238.379 m,满足最低高程要求。

4.4 计算各桩位处支座垫石顶面标高

0#桩位处支座垫石顶面标高H0=237.470 m;1#桩位处支座垫石顶面标高H1=237.028 m;2#桩位处支座垫石顶面标高H2=237.028 m;3#桩位处支座垫石顶面标高H3=237.470 m;综上可知,undefined,满足该次设计标高要求。

5 冲刷计算

该河段已假定为山区稳定性河段,河槽自然演变的影响不明显,该桥上部采用预应力混凝土变截面箱梁,下部结构采用两个双圆端花瓶形桥墩,两个桥墩承台中心线和主梁中心线对齐,基础均采用4ϕ1.2 m钻孔灌注桩基础,桩长12 m。两个“U”型桥台台后均设有6 m长搭板,基础均采用4ϕ1.2 m钻孔灌注桩基础,桩长12 m。

5.1 计算河床的一般冲刷

河床一般冲刷深度计算公式为

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式中,QC为计算断面的天然河槽流量,QC=QS=1 310 m3/s;Q2为桥下断面的河槽流量,undefined;A为单宽流量集中系数,undefined;河槽宽度B2=88.720 m;K为综合系数,undefined;hmax为河槽最大水深,hmax=4.404 m;undefined为平均水深,undefined均=4.099 m;undefined为河槽泥沙的平均粒径,undefined;undefined;μ为压缩系数,undefined;λ为因桥墩阻水而引起的桥下过水面积折减系数,λ=b/L=2/40=0.05;hmax/d=4.404/0.025=176.16,《水力学与桥涵水文》[1]相关表格得ml=0.23,代入数据解得hp=5.217 m。

5.2 计算河槽中桥墩的局部冲刷

对于非粘性土河床,可采用以下公式计算局部冲刷

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式中,Kξ为墩型系数,Kξ=1.0;Bn为桥墩计算宽度,B0=2 m;hp为般冲刷深度,hp=5.217 m;undefined为河槽泥沙的平均粒径,undefined为冲止流速,undefined;undefined;undefined;undefined。

所以桥墩的局部冲刷深度hb=1.108 m

5.3 确定墩台的最低冲刷线

桥位河段为稳定河段,河槽中的桥墩可以采用相同的最低冲刷标高,并以河槽中的最大水深计算冲刷深度[1],未考虑其他因素引起的冲刷,取ΔH=0,总冲刷深度hs=hp+hb=6.324 m。

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查表《公路工程水文勘测设计规范》[3]知,基底埋深安全值ΔC=2.5 m。

则基础底埋置高程Hn=Hm-ΔC=227.606 m

本设计基础底埋置高程为227.827 m>Hn,故该设计是安全的。

6 结语

下北隅漫水桥的水文计算详细地分析了实地勘测以及历史积累的河川水文地质资料,在桥型布置图初步拟定的情况下进行了详尽的计算及洪水冲刷验算,得出了桥梁在可能的洪水情况下仍能安全运行的结论。

摘要：针对下北隅漫水桥的实际情况,详细介绍了其工程概况、设计流量的计算、桥孔长度的计算以及洪水冲刷的验算等,计算结果表明该桥在可能的洪水情况下仍能安全运行。

关键词：洪水分析,设计流量,桥孔长度,最低冲刷线

参考文献

[1]叶镇国,闻德孙.水力学与桥涵水文[M].北京:人民交通出版社,1998.

[2]中华人民共和国交通部标准.公路桥位勘测设计规范(JTJ062—91)[S].北京:人民交通出版社,1998.

吕庄水库水文站水文资料与工作分析第5篇

吕庄水库水文站水文资料整理与工作分析

通过对吕庄水库上游1986-2002年径流初步还原的分析后发现,还原水文资料精度达不到规范要求,最后提出吕庄水库水文站在以后工作中应以驻测和站点结合为主,巡测、调查为辅,进行流域的水量还原.

作者：史东凯作者单位：山西省水文水资源勘测局吕庄水库水文站,山西,吕庄,043800 刊名：地下水英文刊名：GROUND WATER 年，卷(期)： 31(5) 分类号：P333.5 关键词：水文站水文资料还原计算

水文监测系统在煤矿的应用分析第6篇

【关键词】水害因素；井下涌水监测；地面遥测；排水量；涌水量

1.主要水害因素

古书院矿生产主要影响的水害因素主要有采空区积水、奥灰承压水。

1.1采空区积水

采空区积水（包含小煤窑采空区积水）。

1.2奥灰承压水

15#煤层基底奥陶纪石灰岩承压水。

2.水文监测系统的安装与使用

水文监测系统主要设备分三部分：主站、分站、井下监测仪。工作原理是：

主站设在地面，用于接收和显示各个监测分站的实时数据，并整理、打印各种报表。分站使用双CPU工作，两个CPU分别与井上计算机（主站）和井下监测仪通信，同时共享内存数据并循环显示各监测点数据，当分站接收到计算机读取数据命令，则打包内存数据并发送至主站。井下监测仪主要是通过传感器接收信号，然后连接数据采集仪通过数据转换器转换信号，将信号传输至分站，同时实地显示各监测点实时数据。

我矿根据监测目的不同分三处安装使用：

2.1地面监测

井上水文监测点设在污水处理一、二、三厂，井下排水通过管道直排污水处理厂，超声波传感器安装在直排管道上。

超声波传感器的大致工作原理是：

当超声波束在液体中传播时，液体的流动将使传播时间产生微小变化，其传播时间的变化正比于液体的流速，其关系符合下面表达式：

V=×

θ为声束与液体流动方向的夹角

M为声束在液体的直线传播次数

D为管道内经

Tup为声束在正方向上的传播时间

Tdown为声束在逆方向上的传播时间

△T=Tup-Tdown

流量公式：Q=V*T

Q为流量

V为流速

T为时间

传感器采集数据后通过数据转换器转换信号，上传信号至分站，分站再上传至主站，主站接收、显示排水量。

监测排水量主要有三个用途：

2.1.1调节排水

井下三个开采水平均有直排管道通往污水处理厂，不同的管道传输的数据，反应了各水平的排水量。井下排水管路已形成网络，当某处水量增大，排水管路不能满足要求时，可以通过阀门控制调节水量，完成排水。

2.1.2调整设备

通过对排水量监测，可以得知各排水点的排水设备（水泵、电机、排水管路）是否满足要求，或是否存在大马拉小车的情况，以便调整排水设备，使其在满足排水要求的情况下杜绝浪费。

2.1.3验证分析

通过排水量与涌水量的数据对比，结合井下排水设备实际运行状况来分析排水量监测数据的准确度。

2.2井下涌水监测

监测井下涌水量的变化是水文监测系统的主要任务之一，我们在是三个开采水平的中央水仓、各盘区水流汇总点、地面水下渗井下长期稳定的出水点安装了水文监测设备。井下水文监测设备分明渠流量监测设备和管路流量监测设备，管路流量监测与地面管路监测原理一样。

明渠流量监测的工作原理是：

整理一段明渠，明渠壁、底要求平整，然后按其尺寸加工一薄型堰板，让水流流经一个标准的几何图形（堰板），水的流量和堰板上游的液位具备下面的关系 Q=CHn，公式中的系数C和指数n因堰板的几何图形而异。对于固定的标准堰板，水的流量只跟水槽上游的液位H有关，所以我们只要测出水槽上游的液位（液位的测算通过传感器测算），就可计算出水的流量。

2.3地面遥测

主要是监测水文观测孔水位的变化，水文观测孔出水层位是奥灰岩含水层，位于15#煤层底板以下。通过监测水文观测孔可以实时掌握矿井奥灰含水层的水位，水量等实时变化情况，结合地质资料，可以划分出15#煤层的带压开采区，为矿井带压开采提供预警提示，达到对水害的早发现、早预警、早处理的效果；长期观测其水位，就能发现水位与降水的时间关系以及地下水的周期性变化等规律。当然，由于安装使用时间太短，还无法从水位的变化反映以上规律。只有通过几年甚至十几年的观测数据，才能发现其复杂的变化规律。

3.监测数据分析

3.1井下水文监测系统从2012年8月开始运行，683水平涌水量统计数据如下：

说明：683水平是最上层的开采水平，涌水量与大气降水、地表水关系最为密切。我地区每年7-9为雨季。

通过数据分析：

（1）683水平涌水量峰值滞后大气降水峰值。

（2）683水平涌水量具有周期性变化。

3#煤四盘区水仓明渠流量近期监测如下：

3#煤四盘区水仓明渠安装流量仪主要监测阎庄煤矿等小煤矿积。今年5月至7月8日之前，监测水量在45-50m3/h，7月9日水量为55m3/h水，10日水量为58-60m3/h，之后趋于稳定。

数据分析：

（1）我市7月8日之前监测水量较稳定，是因为降水没有入渗至井下，7月9日水量略有增大，说明大气降水入渗至井下。

（2）根据该处涌水量增大时间与其它直接受大气降水影响地点涌水量增大时间对比，说明各处入渗条件（地表植被的覆盖状况、地形、岩石的透水性、导水通道等）不同，决定了矿井涌水量变化时间不同。

3.2水文观测孔数据分析

水文观测孔水位变化曲线如下图：

数据显示奥陶纪石灰岩含水层水位在3月份至7月份呈下降趋势， 7月份至10月底，水位呈上升趋势，10月底至现在水位呈下降趋势。因为观测时间只有1年，不能说奥灰岩含水层水位变化稍稍之后于雨季。也不能因为二仙掌水文观测孔水位总是高于牛山水文观测孔，就武断地认为它们一定具有水力联系。因为岩溶水的分布不均一，不能通过两个观测孔就得出太多规律，要想准确掌握我矿区域岩溶水的规律，必须有足够密集的水文钻孔资料，因此，我们需结合矿区分布的水源井资料来掌握奥灰岩含水层的规律。当然，由于两个水文观测孔处在15#煤西翼及其附近，其水位仍可作为15#煤西翼划分区域带压的重要依据。

总之，水文监测系统在应用中，基本能够监测水位的变化，为启动水害预警提供依据，但其精确性、稳定性有待提高。 [科]

【参考文献】

[1]王大纯.水文地质学基础[M].徐州：中国矿业大学出版社，2009，10.

[2]毛振西.煤矿地质学[M].太原：山西人民出版社，2010，11.

水文分析计算第7篇

关键词：基坑降水,渗透系数,影响半径,单井抽水试验,迭代法,直线斜率法

0 引言

基坑降水方案设计中常用到的两个水文地质参数是渗透系数K和影响半径R,能否取得尽可能接近实际的水文地质参数直接关系到降水设计方案的可行性。不少工具书中推荐依据单井抽水试验资料采用经验公式计算影响半径,用裘布依公式和经验公式迭代法求K和R,这混淆了渗透系数K和影响半径R的关系;另外,基坑降水设计时选取参数随意性强,因此,有必要弄清楚这些参数的物理意义,对常用的单井抽水试验确定水文地质参数的方法进行分析。鉴于多数基坑降水主要针对潜水含水层,因此,本文重点讨论对象是潜水含水层中的完整井。

1 渗透系数和影响半径的物理意义

基坑降水设计一般先计算基坑总出水量,计算参数是否符合实际,关系到降水井设计的合理性和水位预测结果的可靠性。目前,国内同行在计算基坑总出水量时多采用“等代大井法”,即对块状基坑按面积相等,等代为圆形大井的方法。计算潜水含水层基坑总出水量时,通常采用潜水完整井稳定流计算公式(裘布依公式):

式中:H—含水层厚度;s—基坑中心点水位降深;K—含水层的渗透系数;R—降水井的影响半径;r0—基坑面积等代为大井的半径。如果引入:

R0=R+r0,则(1)式就可写成:

R0为基坑等代为大井的影响半径。(2)式是典型的潜水完整井裘布依公式。裘布依公式的假设条件为:(1)含水层是水平无限、均质各向同性的;(2)水流呈轴对称的径向流运动;(3)距井轴距离R以远处水位下降为零,即影响半径为常数;(4)地下水运动符合达西定律。用裘布依公式计算基坑总出水量时必须知道含水层的渗透系数和影响半径。

渗透系数K表示岩土透水性的强弱指标,岩土的渗透系数愈大,透水性越强,反之越弱。它来源于达西定律v=KJ,式中v为渗流速度,J为水力坡度。渗透系数在数值上等于地下水水力坡度为1时的渗流速度。渗透系数的大小主要取决于含水层孔隙的大小、形状和连通性,也与水的粘滞性和密度有关,通常因温度变化和水的浓度对渗透系数影响很小而忽略不计。在均质含水层中,不同地点和方向的渗透系数相同;在非均质含水层中,渗透系数与含水层各向异性相关联,同一地点水流方向不同时,具有不同的渗透系数值。

影响半径R是裘布依公式中的一个常数,其含义是指在均质无限含水层中进行定流量稳定流抽水,抽水井引起的水位降落漏斗半径为R,水位降深为零,抽水井的出水量全部来源于漏斗以外的地下水径流补给。影响半径R是含水层厚度、渗透性能、补给条件、边界条件等因素的综合反映。也可以假想为一圆形岛屿中心有一完整井进行稳定流抽水,无论抽水井中水位降深多少,岛屿四周水位始终不变,圆形岛屿的半径即是影响半径,它不随井的出水量、水位降深的大小而变化。根据其含义可以认为在这个半径之内地下水位受抽水影响而下降,在这个半径之外水位就不受影响。实际上,对均质无限含水层,影响半径可以是无限大。

1870年A·齐姆(Adolph Theim)首先提出了在实际工作中如何处理影响半径的问题,他认为从井壁起至实际观察不到水位下降的点为止,其间的水平距离即可当作影响半径而不致出现太大的误差。此后一些学者按齐姆的观点提出许多计算影响半径的公式,比较常用的经验公式有承压水的奚哈德(W.Sihardt)公式:

和潜水的库萨金(N.∏.Kycakhh)公式:

很显然,(3)和(4)式表明影响半径R与抽水井的降深sw成正比。实际抽水经验也证明抽水的影响范围总是随着涌水量的增加而扩大,故R与sw成正比似乎是合理的。

这样就有两种影响范围,一种是理论的影响范围,它扩展到含水层边界;另一种是实测影响范围,在这个范围之外尽管仍有一定量的下降,我们主观地认为水位没有下降。由于一定距离处的降深值是受抽水井的抽水量和降深控制,故实测的影响半径是降深的增函数,这一点与奚哈德公式和库萨金公式是一致的。在自然界中很难遇到能严格保持常水头的边界,而且也不会有无限延伸的含水层,随着抽水时间的推移,影响半径必然要扩展到边界。只有当井抽水量较小,水位下降较小,到一定距离以后很难用一般方法量测到降深,或在这个距离外因抽水而引起的水位下降可忽略不计,所以从理论上说,在实际含水层中不存在降深为零的R。

以降深值计算影响半径具有任意性,任意的R带入裘布依公式便可得出任意的K、sw、Q,这就失去了计算的意义。奚哈德公式和库萨金公式的R不同于裘布依公式中的R。裘布依公式中的影响半径是与sw和Q无关的常数,反映了边界对抽水井的补给条件,而经验公式中的影响半径是sw和K的函数。因此,采用经验公式与裘布依公式迭代法求解K和R没有理论基础[2]。

2 确定渗透系数和影响半径的方法

确定渗透系数和影响半径最常用和最有效的方法是进行现场抽水试验。抽水试验分为单井抽水试验和单井带观测孔抽水试验,也可根据抽水井内水位和流量是否达到稳定分为稳定流抽水试验和非稳定流抽水试验。稳定流抽水试验要求井抽水量和动水位达到相对稳定不少于数小时,没有持续上升或下降;非稳定流抽水试验延续时间应根据水位降深与时间的半对数曲线即s-lgt曲线来判定,抽水试验应延续到拐点以后曲线出现平缓段,并能推出稳定水位下降值,当曲线不出现拐点时,其直线延伸段在lgt轴上不少于两个对数周期。

当利用稳定流带观测孔抽水试验资料时,可先用s-lgr关系确定R,然后利用裘布依公式计算K,也可根据观测孔资料利用裘布依公式先计算K,再计算R;利用非稳定流抽水试验资料时,可采用双对数lgs-lgt配线法或半对数s-lgt直线斜率法计算K。当只进行单井抽水试验,缺少观测孔资料时,不能利用稳定流裘布依公式同时求出K和R两个参数,可先用单井非稳定流抽水试验直线斜率法求得K值,然后代入稳定流裘布依公式计算R。为此,进行单井稳定流抽水试验时,不仅稳定延续时间要满足要求,而且抽水过程中应按非稳定流抽水试验进行观测。由于单井抽水试验操作简单且成本较小,故在工程降水中应用较多。

由于潜水含水层抽水不同于承压含水层,其含水层厚度随距离和时间而变化,且井附近水流呈三维状态,因此,采用稳定流公式计算渗透系数时,实测井内水位降深值应扣除井本身引起的水头损失和井周水位突变引起的水头损失。为确定抽水井内水头损失,要求抽水试验不得少于3个落程。对于潜水含水层来说,任何Δh2-Q(其中Δh2=H2-hw2)关系曲线,均可用一个高次方多项式表示[3]:

将该式两边除Q得:

如果Δh2-Q关系曲线为二次抛物线时,则Δh2/Q=a1+a2Q呈直线,可直接用作图法求出a1,进而得出二维层流降深a1Q。

由泰斯公式可知,sw-lgt关系曲线直线段斜率与渗透系数K存在如下关系:

通常,不论抽水井内竖向流速造成的三维流降深多大,直线段斜率值不变,故三维流对直线斜率法计算K值无影响。如考虑紊流的影响,采用公式计算的结果将偏小。当抽水井内降深值小于0.3倍潜水含水层厚度时,抽水井附近的水头损失不大,此时可直接按承压含水层泰斯公式计算。即在定流量抽水时测量不同时刻井内水位降深,获得一系列(sw,t)数据,然后在半对数纸上绘出sw-lgt曲线图,取曲线上直线段的斜率sw/lgt,该斜率反映了井内水位降速。把sw-lgt曲线直线段斜率值代入式(5)即可求得渗透系数K。求得K值后将其代入稳定流裘布依公式即可得出影响半径R。

3 抽水试验确定参数工程实例计算分析

以西安地铁北客站基坑降水抽水试验为工程实例,分别用迭代法(联合使用库萨金公式和裘布依公式)和直线斜率法结合裘布依公式求解渗透系数K和影响半径R,最后利用观测孔资料计算结果对上述两种方法的计算结果进行比较分析。

场地地貌单元属渭河一级阶地。场地上部地层为全新统冲积黄土状土和粉质粘土,下部以中粗砂为主,35m深度附近分布有一层2m左右粉质粘土层,含水层为厚度23m的中粗砂,静止水位埋深10 m。抽水井管采用预制无砂混凝土管,外直径500 mm,内直径400 mm。观测孔采用PVC管,直径108mm。主孔抽水三次抽降的出水量分别为466 m3/d、636 m3/d、737 m3/d。抽水延续时间满足稳定流抽水试验要求,并按非稳定流试验观测水位和水量变化,抽水达到稳定后,主孔和观测孔的水位降深值见表1。

3.1 迭代法

根据实测三次主孔降深和水量绘出Δh2-Q、Δh2/Q-Q图(其中Δh2=H2-hw2),如图1、图2。

由图1可知,Δh2-Q为二次抛物线型,因此,井壁及其附近含水层中产生的三维紊流和井壁摩阻等因素影响不能忽略。Δh2/Q-Q图在纵轴截距为a1,其值为0.06。根据式

可得出三次抽降的二维层流降深分别为:

联立库萨金公式

和裘布依公式

计算渗透系数K和影响半径R。

对于第一次抽降:先任意假定一个近似的渗透系数,如设K=20m/d,代入库萨金公式,算得第一个近似的R值,即

将第一个R值代入裘布依公式算得第二个近似的k值,即

将第二个K值再代入库萨金公式,算得第二个近似的R值,即

将第二个R值再代入裘布依公式,算得第三个近似的K值,即

将第三个K值再代入库萨金公式,算得第三个近似的R值,即

由于第三对K和R值与第二对值比较接近,故可认为第三对K和R值即是计算结果,故

同样可求得第二、三次抽降的K、R值分别为:

求其平均值分别为:

3.2 直线斜率法

分别绘制三次抽降的sw-logt半对数曲线,见图3、图4和图5。

由上图可知三次抽降的直线段斜率sw/log值,从而求得三次抽降的渗透系数分别为:

因此,K=(K1+K2+K3)/3=34.3(m/d)

求得K之后,带入潜水稳定流公式求解影响半径R:

解得三次抽降的影响半径分别为:

因此,R=(R1+R2+R3)/3=162m。

3.3 观测孔法

为了验证上述两种方法的适宜性,用三次抽水试验观测孔数据求解参数K和R,由于观测孔1离主孔较近,为避免三维流引起的水头损失,依据观测孔2和观测孔3资料,采用公式(6)和(7)求解K和R[4]。

带入数据分别求得:

分别求其平均值:

3.4 计算结果分析对比

利用三次抽水试验观测孔2和观测孔3的降深采用公式⑹和⑺计算的渗透系数K和影响半径R都比较接近,说明观测孔2和观测孔3远离主孔抽水引起的三维流和紊流区,地下水呈二维层流运动状态,符合达西定律和裘布依公式的适用条件,因此,可以认为用观测孔计算的水文地质参数比较符合实际,反映了含水层的渗透特性。

利用泰斯公式直线斜率法结合裘布依公式计算的渗透系数K和影响半径R与观测孔计算结果比较接近,可见,当潜水完整井抽水降深不大时,借用承压完整井泰斯公式同样能得到比较接近实际的参数,大降深计算的渗透系数偏小,这是因为主井抽降较大时井周地下水流由层流变为紊流,偏离达西定律适用条件,产生了过大的附加降深,紊流现象越严重,附加降深越大,计算的K值越小,因此,利用单井抽水试验资料直线斜率法计算潜水含水层渗透系数时,应采用小降深抽水试验,井内降深值不应超过0.3倍的含水层厚度。

迭代法计算的K值和R值与观测孔计算结果相差较大,究其原因是经验公式中的R和裘布依公式R意义不同,前者与降深呈正比关系,后者是常数,用变量R的表达式与常数R的表达式联合求解,结果不符合实际情况。计算结果也表明,用经验公式计算影响半径具有很大的随意性,降深越大,R值越大,K值也越大,说明渗透系数与影响半径之间有函数关系,这显然是错误的。

4 结语

(1)用迭代法求解渗透系数和影响半径没有理论基础。工程实例表明,迭代法求得的渗透系数和影响半径与用观测孔法计算结果偏差很大,因此,基坑降水设计中用迭代法求参数不妥。

(2)利用单井抽水试验资料求解渗透系数和影响半径可采用泰斯公式直线斜率法联合裘布依公式进行计算。

(3)用直线斜率法计算潜水含水层渗透系数时,井内降深不宜大于0.3倍潜水含水层厚度,避免井周产生过大紊流和三维流。

(4)利用裘布依公式计算参数时,抽水试验不应少于三次,应消除三维流、紊流引起的附加降深,否则,计算的渗透系数K值偏小,影响半径R值偏大。

参考文献

[1]中华人民共和国行业标准.建筑与市政降水工程技术规范(JGJ/T111-98)[S.]北京:中国建筑工业出版社,1999.

[2]陈雨孙.单井水力学[M.]北京:中国建筑工业出版社,1976.

[3]石振华,李传尧.城市地下水工程与管理手册[M].北京:中国建筑工业出版社,1993.

水文分析计算第8篇

1 流域概况

北流河位于广西东南部, 是珠江流域西江水系的一条一级支流, 在容县县城以上称为北流河, 下游称绣江, 北流市境内河段称为圭江。圭江是北流市境内最大的河流, 流域控制集雨面积1646.9km2。

山围河、民乐河均为圭江的主要支流。山围河发源于大容山的蔡扇岭, 流域面积为79.6km2, 在大里村汇入高车河;民乐河发源于大容山的望军山, 至出口流域面积261.3km2, 在大里村与山围河汇合后又称高车河。高车河在北流市民安镇大车堡村自左侧汇入圭江。

本工点上游约10.5km有北流圭江水利枢纽, 控制集雨面积1108km2, 上游约43km有圭江石碗嘴水文站, 控制集雨面积273km2;下游约27km有绣江容县水文站, 控制集雨面积2831km2。本工点Ⅰ-Ⅰ水文断面控制集雨面积为1444.15km2。

2 水文勘测及分析计算

2.1 形态勘测法

本次水文勘测沿圭江大车堡村附近河段调查到1985、1995年两个年代洪水位共27个, 其中1985年洪水位点19个, 1995年洪水位点8个。当地居民对1985年洪水印象深刻, 且多处调查点均留有明显水印或刻记, 因此1985年洪水位是较可靠的。沿河段共实测一个水文断面 (Ⅰ-Ⅰ) , 沿河段共测量水面坡2.1km。

根据被调查者的年纪及洪水发生年代, 在本工点河段, 确定1985年洪水相当于50年一遇, 1995年洪水相当于20年一遇。利用可靠洪水位点及实测水面高程计算历史洪水及测时水面坡:

根据以上水面坡进行水文三要素计算。Ⅰ-Ⅰ水文断面位于高车河河口下游325m、黄泥河河口下游85m, 按已计算的相应历史洪水坡度推算得Ⅰ-Ⅰ水文断面各年代洪水位高程为:

取边滩糙率1/n=12、主槽糙率1/n=31, 分别采用相应历史洪水水面坡计算得Ⅰ-Ⅰ水文断面处两个洪水年代的相应流量为:

如前所述, 各年代洪水重现期为T1985=50年, T1995=20年。

由Q50/Q20=Q1985/Q1995=1.19查《桥渡水文》附表610得:CV=0.43。

与圭江水利枢纽Cv=0.45及容县水文站Cv=0.5值较吻合, 取CV=0.5。

由CV=0.5, T1=300, T2=50查《桥渡水文》附表611表得:XT1/T2=1.32。

由CV=0.5, T1=100, T2=50查《桥渡水文》附表611表得:XT1/T2=1.14。

根据Q0.333%=4222.28m3/s、Q1%=3646.52m3/s、Q2%=3198.70m3/s在点绘出的H~Q、H~V曲线求得Ⅰ-Ⅰ水文断面三要素为:

2.2 流域面积比拟法

(1) 圭江水利枢纽设计流量推算。

本工点上游有圭江水利枢纽, 控制集雨面积1108km2, 广西玉林市水电勘测设计院在其设计成果资料《广西北流市城区防洪排涝规划报告》中采用了三种方法来推算圭江水利枢纽坝址的设计流量。

(1) 根据水文站或雨量站的最大24小时雨量推算。

根据本流域附近的五个水文站或雨量站 (石碗嘴水文站、容县水文站、北流市气象站及分水水库雨量站) 的最大24小时雨量, 求得流域平均设计面雨量来计算各设计频率流量, 结果如表1。

(2) 以石碗嘴水文站观测系列资料推算。

以石碗嘴水文站1966至1990年观测系列资料为参证, 以石碗嘴水文站和圭江水利枢纽坝址之间集雨面积比之n (n=0.65) 次方来推求圭江水利枢纽坝址处的各设计频率设计流量, 结果如表2。

(3) 考虑历史大洪水资料推算。

在以上第2种方法的基础上加入历史洪水资料, 在1915至1990年共N=76年中有1915年第一大历史洪水, 并将1981年第二大洪水抽出来作为历史洪水, 来推求圭江水利枢纽坝址处各设计频率流量, 结果如表3。

经比较可以看出, 以上三种方法计算的设计洪流量结果相差不大, 可以互为印证, 说明所用的计算资料可靠, 采用的计算方法正确, 成果合理。本次水文分析, 利用容县水文站1952至1998年共47年洪峰流量观测资料, 抽出其中的1995年, 加上1856、1915两年调查历史洪水洪峰流量作为特大洪水, 其余观测资料作为一般洪水, 形成不连续系列进行分析得容县水文站Cv=0.50, Cs=3.5Cv, 与以上3种方法分析的Cv、Cs相一致, 因此圭江水利枢纽坝址至容县水文站河段可采用Cv=0.50, Cs=3.5Cv。圭江水利枢纽坝址处各频率设计流量采用如表4。

(2) Ⅰ-Ⅰ水文断面设计流量推算。

利用以上圭江水利枢纽坝址处设计流量按流域面积比拟法推算本工点Ⅰ-Ⅰ水文断面各频率设计流量, 结果如表5。

3 计算成果分析

Ⅰ-Ⅰ水文断面控制汇水面积F=1444.15km2, 上游10.5km圭江水利枢纽坝址控制汇水面积F=1108km2, 坝址至Ⅰ-Ⅰ水文断面间汇水面积△F=336.15km2, 占Ⅰ-Ⅰ水文断面控制汇水面积的23.3%, 利用Ⅰ-Ⅰ水文断面形态勘测法流量计算结果与流域面积比拟法结果相比较, 结果如表6。

从表6可以看出:形态勘测法与流域面积比拟法计算结果相差不大。另外, 形态勘测法计算得Cv=0.43, 与圭江水利枢纽坝址Cv=0.45及容县水文站Cv=0.5较接近, 说明本次形态勘测法计算结果是合理的。

4 圭江黄泥河河口、高车河河口设计水位计算

黄泥河汇入圭江河口位于圭江Ⅰ-Ⅰ水文断面上游85m, 利用圭江Ⅰ-Ⅰ水文断面设计水位H0.333%=88.24m、H1%=87.37m、H2%=86.64m及1985年洪水坡度i1985=0.0007289推算圭江黄泥河河口处的设计水位, 即:

高车河汇入圭江河口位于圭江Ⅰ-Ⅰ水文断面上游325m, 利用圭江Ⅰ-Ⅰ水文断面设计水位H0.3 3 3%=8 8.2 4 m、H1%=8 7.3 7 m、H2%=86.64m及1985年洪水坡度i1985=0.0007289推算圭江高车河河口处的设计水位, 即:

圭江黄泥河河口、高车河河口采用设计水位汇总如表7。

5 结语

在水文分析工作中应该严格按照规范要求, 详细可靠地收集水文资料, 结合现场调查的实际情况, 进行认真的分析整理, 反复核实。采用的水文成果应与收集到的其它水文成果进行比较, 起到验证的作用。

参考文献

[1]铁道部第三勘测设计院.铁路工程设计技术手册——桥渡水文[M].中国铁道出版社, 1993.

[2]TB 10017-1999, 铁路工程水文勘测设计规范.中国铁道出版社, 1999.

小流域水文计算方法—流量计算概论第9篇

推算设计流量按其推算原理不同可分两大类型。一是根据流量观测资料推算设计流量, 但小流域河流一般很少有水文站, 更无法收集到观测流量, 因此很少采用;二是无观测资料时推算设计流量, 可利用调查的反映或影响洪峰流量的各种因素, 用计算公式推算设计流量, 这种方法常用于小流域流量计算。主要有以下几类方法:

(1) 根据调查历史洪水位推算设计流量, 用于公路小桥涵的方法有形态调查法和直接类比法。

(2) 根据暴雨成因的原理推算设计流量, 通常有暴雨推理法和径流形成法。按暴雨成因推算设计流量是公路小桥涵最常用的计算方法。

1 暴雨推理法

1.1 原理

此法是采用成因分析与经验推断相结合, 从实测的暴雨资料入手, 运用地区综合分析法分析暴雨资料与地区特征关系, 从而间接推求设计流量。是一种半经验半理论的计算方法。

1.2 步骤

(1) 根据桥涵位置所在不同地区查雨力等值曲线, 确定频率为P的雨力Sp;

(2) 确定汇水区的几何参数, 包括汇水区面积A (km2) 、主河沟长度L (km) 、主河沟平均坡度I (‰) ;

(3) 计算损失参数M和汇流时问;

(4) 按公式计算设计流量Qp。

1.3 计算公式

(1) 交通部公路科研所推理公式

式中:Qp—规定频率为P时的洪峰流量 (m3/s) ;

Sp—频率为P时的雨力 (mm/h) , 查各省 (自治区) 雨力等值线图;

μ—损失参数 (mm/h) ;

n—暴雨递减指数, 按各省 (自治区) 的分区查图表;

τ—汇流时间 (h) ;

A—汇水面积 (km2) 。

损失参数u按下式计算:

北方多采用:

南方多采用:

上式中:K1, K2—系数;

β1, β2, λ—指数;

汇流时间按下式计算:

上式中:τ—汇流时间 (h) ;

L—主河沟长度 (km) ;

Iz—主河沟平均坡度 (‰) ;

Sp—频率为P时的雨力 (mm/h) ;

K3, K4—系数;

α1, α2, β3—指数。

(2) 经验公式

经验公式I:Qp=φ (Sp-μ) m·Aλ2

经验公式II:Qp=c SβpAλ3

式中:Sp—频率为P的雨力 (mm/h) (同前) ;

μ—损失参数 (mm/h) , 计算确定如前所述;

φ—地貌系数, 查表确定;

m, λ2—指数, 查表确定;

c, β, λ3—系数、指数, 查表确定;

A—汇水区面积 (km2) 。

2 径流形成法

2.1 原理

此法由汇水形成和影响地面径流的各种因素 (暴雨强度、汇水面积、土壤类型、地形等) , 分析其与设计流量的函数关系, 求得设计流量。

2.2 计算公式

以下公式主要适用于汇水面积A≤30km2的小流域。

(1) 径流成因简化公式

我国公路系统常采用的是公路科学研究所提出的简化公式:

式中:Qs—设计流量 (m3/s) ;

φ—地貌系数, 根据地形、主河沟平均纵坡、汇水面积查表求得;

A—汇水面积 (km2) ;

h—暴雨径流厚度 (mm) , 根据桥涵位置的暴雨分区、公路等级相应的设计洪水频率、汇水区土壤吸水类属和汇流时间四个因素查径流厚度值求得;

z—植物截留或地表洼地滞流的拦蓄厚度 (mm) , 查表求得。

结合我国具体情况确定参数m=3/2, n=4/5。

(2) 径流流量经验公式

(1) 汇水面积小于10km2时, 可按经验公式计算:

式中:K—径流模量, 可由表查得;

n—地区指数, 可由表查得。

(2) 有降雨资料时

式中:C—系数, 按不同地貌确定;

S—相应于设计洪水频率的一小时降雨量 (mm) , 可从当地雨量站取得资料。

当汇水面积A<3km2时, 也可用下式计算:

3 形态调查法

3.1 原理

此法先调查河槽形态与历史洪水位, 获取该洪水位下河槽某一过水断面的平均流速、过水面积及洪水频率的数据, 以此推算桥涵处设计流量的方法。

3.2 步骤

(l) 设置形态断面。

(2) 形态断面调查。

(3) 形态断面处流量Qx计算。

(4) 频率换算。

(5) 桥 (涵) 址换算。

3.3 计算公式

3.3.1 形态断面处的洪峰流量Qx

当形态断面流速为同一流速时, 其洪峰流量可按稳定流量连续方程计算, 如图2所示。

式中:w—形态断面处, 某一洪水位时的过水面积 (m2) ;

v—该洪水位下的断面平均流速 (m/s) 。

3.3.2 形态断面处流速的确定

(1) 用均匀流公式计算

式中:R—水力半径 (m) , 为过水面积与湿周之比, 当为宽浅较大的河流时 (水面宽度与断面平均水深之比大于10) , 也可用相应水位下的断面平均水深Hp代替, 其值可按计算水位的最大水深Hmax求得, 三角形断面Hp=0.5Hmax, 抛物线形断面Hp=0.6Hmax, 矩形断面Hp=Hmax;

i—洪水比降, 无资料时可用河沟纵坡代替;

C—谢才系数。

C=mRy (巴甫洛夫斯基公式)

式中:m—河槽的糙率, m=l/n (n为河槽的粗糙系数) , 由表查得;

y—系数, 由表查得。

当均匀流公式中谢才系数C按满宁公式计算时, 可得公路勘测中常用的谢才—满宁公式, 即:

(2) 按土的类属特征或者沉积物粒径来估算

对于山区河沟, 可在断面附近浅岸上寻3~5个最大石块, 求出平均粒径, 然后按下式计算v:

式中:γ—石块的相对密度, 无资料时可取γ=2.5;

D—最大石块的平均粒径 (m) 。

(3) 按河湾两侧洪水的高差估算

式中:Δh—同一过水断面上的两岸洪水位间的高差 (m) ;

R—河湾的曲率半径 (m) ;

g—重力加速度 (m/s2) ;

B—河沟的宽度 (m) 。

3.3.3 频率计算

以上计算的形态断面处流量Qx是所调查的历史洪水位的流量, 其值并不是小桥涵规定的设计频率的流量, 所以必须换算。

(1) 按流量模比系数换算

式中:Kp—相应设计频率的模比系数;

Kn—调查的历史洪水频率模比系数, Kp及Kn可根据变差系数Cv查表求得;

Cv—变差系数, 可由土壤吸水类属查表。

(2) 按多年平均流量推算

(3) 按周期换算系数M推算

式中:M—周期换算系数, 由表查得。

(4) 桥 (涵) 址换算

若桥 (涵) 址处即为所选形态断面, 或两者相距很近, 估计流量相差在±l O%时, 可不进行桥 (涵) 址换算。如超过此范围时, 可按下式换算:

式中:Qs—桥涵处设计流量 (m3/s) ;

b2, b1—桥涵处和形态断面处汇水面积的宽度 (通常为汇水面积除以主河沟长度) (km) ;

Il, I2—桥涵处和形态断面处汇水区的主河沟平均坡度 (‰) ;

n—汇水面积指数参数, 大流域取1/2~2/3, A≤30km2时, 取0.8;

m—流域形态的指数参数, 雨洪采用1/3。

当桥涵处距形态断面较近、两处地形无显著差别、汇水面积A≤30km2时, 可用下式计算:

当无汇水面积资料, 只有桥涵处与形态断面处的主河沟长度L2与L1时, 则可视A≈ (L/2) 2, 代入上式计算:

4 直接类比法

4.1 原理

此法先调查新建公路附近原有公路、铁路小桥涵的泄水情况, 按水力计算方法反算其流量, 然后推算出拟建小桥涵设计流量。

4.2 步骤

(1) 调查原有桥涵;

(2) 计算Qg (通过原有桥涵下的洪峰流量) ;

(3) 折算Qt (原有桥涵处天然河床的流量) ;

(4) 将Qt换算为设计频率的流量Qts (频率周期换算) ;

(5) 桥 (涵) 址换算, 将Qts (原有桥涵处的设计流量) 换算为Qs (拟建桥涵的设计流量) 。

4.3 计算公式

4.3.1 通过Qg (原有桥涵洪峰流量) 计算

(1) 小桥计算

(1) 自由出流时, 通过小桥的某一历史洪峰流量Qg可按下式计算:

式中:B—小桥的净跨径 (m) ;

H—桥前水深 (m) ;

M—流量系数, 由桥台形式查表求得。

(2) 非自由出流时

式中:vy—桥下允许 (不冲刷) 流速 (m/s) , 由河床上土壤种类或加固类型查表求得;

ht—天然水深 (m) , 即桥下游或建桥历史洪水位下的天然水深, 可从调查得到, 如无资料可用下式计算, ht=H-vy2/2gφ2 (m)

H—桥前水深 (m) ;

ε, φ—挤压系数和流速系数, 查表求得;

B—小桥的净跨径。

(3) 水力图式判断

H≤ (1.3+1/2φ2) v2y/g自由出流

H> (1.3+1/2φ2) v2y/g非自由出流

式中:符号意义同前。

(2) 涵洞计算

(1) 无压力式涵洞

式中:B—涵洞净跨径 (m) ;

H—涵前水深 (m) 。

(2) 半压力式涵洞

式中:hs—进口收缩断面水深, hs=0.6hd (m) ;

Hd—涵洞净高 (m) ;

φ—流速系数, 当为不抬高洞口时φ=0.85, 当为抬高洞口时φ=0.95;

H—涵前水深 (m) ;

ws—涵洞进口压缩断面过水面积 (m2) 。

无压力式及半压力式涵洞可由相应的标准图中涵洞水力计算表, 按涵洞形式、涵底纵坡及涵前水深查得, 一般可不计算。

(3) 压力式涵洞

根据已调查的涵前水深H和下游出口河槽的天然水深ht按下式计算:

式中:w—涵洞过水断面面积 (m2) ;

g—重力加速度 (m/s2) ;

ht—天然水深, 若调查困难可按非自由出流计算 (m) ;

ξ—入水口处摩阻系数, 查表求得;

C—谢才系数;

R—水力半径 (m) 。

(4) 水力图式判断

当H≤1.2Hd时为无压力式, 即一般进口形式涵洞。

当H≤1.4Hd时为无压力式, 即升高管节进口的涵洞。

当H>l.2Hd时为半压力式, 即一般进口形式涵洞。

当H>l.4Hd时为压力式, 即有升高管节进口的涵洞。

式中:符号含义同前。

4.3.2 原有桥涵处天然河床流量Qt的折算

平原区宽浅河床的流量折算:

式中:1/S———积水折减系数, 由表求得。

以上介绍的计算方法为常见地形地貌的小流域水文计算, 对于一些复杂地质或特殊情况的水文计算, 由于篇幅限制, 这里并不介绍。

5 结语

陈家坑水库水文计算第10篇

关键词：水库,水文,径流

1 流域概况

拟建的陈家坑水库是桃花山三级电站的调节水库, 坐落在九峰桥河中游主河流上。位于湖北省鹤峰县燕子乡清水湄村三组, 距桃花山三级电站大长湄引水坝上游约2km。九峰桥河是一条以岩溶地下暗河为主的河流, 发源于湖北省五峰县的上弯子河, 上游为夹沙溪, 由北向西南流经鹤峰县的清湖, 燕子坪等地于鹤峰县城关上游4km处汇入溇水, 流域面积216.8km2, 干流长约40km, 总落差1461m, 平均坡降36.5‰。该流域地处灰岩地区, 岩溶发育, 岩溶泉、洼地、天坑、暗河、落水洞以及溶洞遍布是本流域最显著的特征。天坑的面积占全流域面积约30%, 这些天坑溶洞对雨洪和径流有明显的滞蓄和调蓄作用。流域内森林植被茂密, 森林覆盖率在80%以上, 流域内人类活动影响小, 水土流失不严重, 河流含沙量低, 清水期约300d。

2 水文气象

2.1 水文气象站网及基本资料

工程所在的流域九峰桥河没有水文资料, 而该流域属溇水上游的鹤峰水文站控制范围。鹤峰水文站流域面积649km2, 于1959年设站, 从1960年起有实测水位流量资料, 是国家基本水文站网, 水文测验和资料整编均合乎规范要求。鹤峰以上溇水流域共设有鹤峰、清湖、下坪、燕子坪、中营等7个雨量站, 其中燕子坪、清湖站在九峰桥河流域内。上述雨量站以鹤峰站系列最长, 达40年以上, 其他站系列长为20～25年左右。以鹤峰水文站作为陈家坑水库水文分析的参证站, 7个雨量站能满足径流分析中考虑流域降雨量改正的要求。

2.2 水文气象特征

本流域属亚热带湿润地区, 雨量充沛, 且年雨量变差较小。据统计, 溇水上游单站实测最大年降雨量中营站达3049mm (1983年) , 实测最小年降雨量燕子坪站1207.3mm (1971年) 。降雨受流域地形影响明显, 总的趋势是由北而南, 由西而东递增, 每年4～10月为汛期, 降雨量约占全年的80%;11～3月为枯期, 降雨量约占全年的20%。形成暴雨的天气系统主要是梅雨降系, 加上地形对气象抬升作用, 是长江流域著名的暴雨区。“35.7”暴雨就发生在溇水上游五峰县湾潭镇, 调查一日点雨量达600mm以上。流域内的鹤峰气象站, 站址海拔500m, 而研究流域海拔在1300m左右, 海拔悬殊, 地形复杂, 故鹤峰气象站实测资料不能代表全流域, 仅作参考使用。其他特征值为:多年平均蒸发量1002mm;多年平均气温15.4℃;极端最高气温40.7℃;极端最低气温-10.1℃;多年平均风速0.70m/s;历年实测最大风速14.3m/s;最多风向为SSW, 多年平均无霜期226日。溇水径流来自降水, 由于降雨量丰沛, 相应径流深值也较大, 且径流年间变化较小, 枯期径流占全年的比重较小, 是本流域的特点。鹤峰水文站实测年最大径流深为1783.3mm (1964年) , 最小径流深346.6mm (2001年) 。从1960～2002年长43年系列中, 径流特性如表1所示。

洪水由暴雨形成, 洪水发生频繁, 过程陡涨陡落。每年4～10月为汛期, 其中 (6～8) 月为主汛期。九峰桥河的洪水过程线以单峰为主, 历时1d～2d。鹤峰水文站实测最大洪峰流量1960m3/s (1962年) , 最小洪峰流量288m3/s (2001年) 。

3 鹤峰水文站水文年及11～3月径流分析

3.1 统计参数及设计值

鹤峰水文站实测流量系列1960～2002年, 多年平均流量22.74m3/s, 相应径流深1105mm。年平均流量最大值为34.95m3/s (1964.4～1965.3) , 最小值8.74m3/s (2001.4～2002.3) ;枯水期11～3月, 平均流量最大值1 6.0 2 m3/s (1989.1 1～1990.3) , 最小流量1.56 m3/s (199 8.11～1999.3) , 多年平均流量8.63m3/s。

3.2 设计代表年

以设计代表年年径流量和枯季 (11～3月) 径流设计值相接近的原则选取设计代表年。经比较分析, 选取结果如表2所示。由于实测值和设计值有一定的差值, 以设计年平均流量值和实测年平均流量值之比值来修正, 求得该站设计代表年4月至翌年3月的逐日平均流量过程。

4 径流推算

4.1 径流

九峰桥河无实测流量资料, 而该流域为鹤峰水文站所辖的一条支流, 两者具有相同的水文气象特征, 两流域同属一个暴雨区, 下垫面条件基本一致, 流域形状相似, 具有相似的产汇流特点。陈家坑水库集水面积为150.95km2, 占鹤峰水文站流域面积 (649平方公里) 的23.3%, 故以鹤峰水文站作为陈家坑水库坝址的径流设计参证站。

鹤峰水文站1960～2002年多年平均流量为22.74m3/s。考虑到两流域降雨的差异, 进行降雨量修正, 分别计算出本流域分月降雨量修正折算系数, 采用水文比拟法, 得到陈家坑水库坝址1960～2002年共43年径流系列, 其多年平均流量为5.19m3/s, 多年平均径流量为1.637亿m3, 多年平均径流深为1084.5mm, 径流系数为0.61。陈家坑水库坝址多年平均月径流分配见表3。

4.2 径流系列代表性分析

坝址径流计算参证站为鹤峰水文站, 其水文资料能满足本阶段水文精度要求。径流系列中大于系列均值有19年, 小于系列均值24年。连续大于平均值的丰水年不超过5年 (1967～1971年) , 连续小于平均值的枯水年达6年 (1991～1997年) , 连续接近系列均值的平水年不超过3年。从年径流的年序变化过程看, 20世纪60年代末至70年代初为年径流偏丰段, 20世纪60年代中期为年径流偏枯期, 1980～2002年丰枯现象交替出现。

4.3 径流特性

九峰桥流域径流由降水补给形成, 多年平均年降水量约1771.5mm, 径流深为1105mm。与降水量的地区分布较为一致。鹤峰水文站43年系列中包括丰、平、枯水年份, 其中1998年、1983年为丰水年, 丰水年径流约为枯水年的2～3倍, 为平水年的1～2倍;年径流变差系数CV为0.27, 说明该流域位于暴雨区, 径流年际变化不大。径流年内分配不均匀, 径流量主要集中在丰水期5～9月, 占年水量67.5%, 以7月为最大, 占年水量18.5%;4月、10月分别约占年水量7.85%、7.8%, 枯水期中以1、2月为最枯。

4.4 坝址设计年径流

根据鹤峰水文站历年年平均流量, 采用面积比, 用雨量修正推算陈家坑水库坝址年平均流量系列, 采用P-Ⅲ型曲线适线, 统计参数及设计成果见表4。

4.5 陈家坑水库可蓄水量推算

陈家坑水库坝址的径流量由三部份组成, 即 (1) W1桃花山一级电站 (董家坪滚水坝及清湖取水口以上流域) 引水后多余的径流量; (2) W2陈家坑水库坝址至董家坪滚水坝～清湖取水口以下17.55Km2的来水量; (3) W3董家坪滚水坝的渗漏流量 (根据大肠湄站2003～2007年实测流量成果推算) 。

根据统计参数采用配线法求得陈家坑水库丰、平、枯年份来水量, 扣除 (1) 桃花山一级电站引水量, (2) 湖坪分洪遂洞分洪量, (3) 桃花山三级电站引水量。根据水量平衡原理推算陈家坑水库建库后设计频率的可蓄水量如下表5。

5 洪水

九峰桥流域无实测水文资料, 本次采用了以流量及暴雨资料两种方法分别进行计算。

5.1 用流量资料推求设计洪水

九峰桥河为鹤峰水文站以上溇水流域的一条支流, 两者具有相同的水文气象特征。根据鹤峰站实测的流量资料, 采用水文比拟法推求陈家坑水库坝址的洪峰流量, 并以多年平均雨量来修正。

5.2 用暴雨资料推算设计洪水

流域内气候温和多雨, 雨量充沛, 年平均雨量为1771.5mm;雨量的年内分配受季风环流的影响很不均匀, 3、4月进入雨季, 暴雨出现时间多在6～9月, 7月出现机会最多;经统计, 流域内最大日雨量为1981年2 7 7.8 m m。

根据本流域燕子坪雨量站的实测降雨量 (1970～2002年) 资料, 计算出流域面平均降雨量, 并对年最大24h暴雨系列进行了频率分析。雨型分配采用《湖北省可能最大暴雨图集》综合概化24h设计雨型 (△t=1h) 。据《图集》查得不同历时点暴雨统计参数及不同降雨历时点面折算系数, 采用原水科院推理公式推求Qm。

推理公式为:

5.3 洪水成果合理性分析

用流量、暴雨两种途径推求的陈家坑水库设计洪水成果, 见表6。

由表6可知, 采用流量方法计算稀有频率的设计洪峰流量比暴雨推算的流量小28%～22%, 百年以下频率设计洪峰比暴雨推算的大1%～2%。由于设计面暴雨采用的是图集最大1h、6h、实测最大24h雨量成果, 图集中降雨等值线勾绘, 考虑了历史特大暴雨资料, 暴雨时空分布、走向及地形对等值线的影响等诸多综合成因, 稀有频率《图表》查算雨量值一般情况下均大于实测资料。因此, 用图集短历时暴雨推算出的洪峰流量偏大, 用实测24h雨量推算出的洪量与流量推算成果较为一致, 从降雨成因上分析是合理的。因此, 本次推荐用流量法计算的成果作为陈家坑水库坝址处的设计洪水。

5.4 产汇流计算

5.4.1 产流计算

产流过程是暴雨通过扣除损失后得到的净雨过程, 净雨过程是由设计面雨量扣去初损和稳损而得。本次设计初损取22.5mm。

稳损计算公式为:

5.4.2 汇流计算

流域汇流采用瞬时单位线法推求本站坝址处的洪峰流量及洪水过程线。陈家坑流域属湖北省七水文分区, 同时也属于岩溶发育流域, 其天坑率按0.30考虑, 水库设计洪水采用岩溶区特殊流域汇流参数计算。

5.4.3 坝址处的单位线及地表径流计算

九峰桥河是一条以岩溶地下暗河为主的河流, 瞬时单位线采用考虑天坑影响的单位线的成果。

5.4.4 坝址处的地下径流计算

退水指数为β=0.133F-0.28=0.044径流过程底宽为T=tc+D-△t小时。

设起涨流量Q0, 地下径流洪峰Qg并计算如下:Q0=0.021*fc^1.14*F;

根据Q0, Qg和T按如下公式计算地下径流Qt;

6 泥沙

流域内森林植被茂密, 森林覆盖率在80%以上, 人类活动影响小, 水土流失不严重, 河流含沙量低, 清水期约300天。因该流域无泥沙资料, 可以借用清江恩施站年平均悬移质含沙量0.539kg/m3, 推移质为悬移质含沙量的20%计算区间年均总输沙量及水库淤积过程。

7 结语

九峰桥河流域自然地理条件特殊, 属于岩溶发育地区, 岩溶泉、洼地、天坑、暗河、落水洞星罗棋布, 其来水量研究的难点在于如何处理好研究断面上游的两处跨流域调水量, 即 (1) 桃花山一级电站引水量, (2) 湖坪分洪遂洞汛期分洪量。本文采用了数理统计法、水文比拟法、参数等值线法, 根据水量平衡原理对径流的形成, 洪水的组成进行了研究。

陈家坑水库的来水量成果对桃花山三级电站的可持续发展 (即调节水库的建设) 具有指导意义, 对岩溶地区类似水电工程设计洪水提供了参考。

参考文献

[1]魏永霞, 王丽学.工程水文学[M].中国水利水电出版社, 2005.

水文地质勘探现状及勘探技术分析第11篇

关键词：水文地质；勘探现状；勘探技术分析

中图分类号： P641 文献标识码： A 文章编号： 1673-1069（2016）25-117-2

0 引言

地下热水是宝贵的地下水资源，同时是一种洁净的能源，其应用范围越来越广，在采暖、洗浴、医疗保健、旅游度假、种植、养殖、工业利用等方面发挥独特而重要作用。合理开发地热资源对环境保护、刺激消费、提高人民生活水平，获得较好的经济效益和社会效益，将起到积极的推动作用。

1 地下热水的水文地质勘探现状

在国内，水文地质勘探的主要目的就是对当地的地质情况做出详细的理解和分析，对地质进行科学、有效的勘探，就需要大量人力物力的支持。要进行水文地质勘探我们首先要明确目标，做好前期调研。最开始我们要在进行水文地质勘探之前，要充分了解当地地质情况，搜集大量的有关数据，再投入大量的人力物力进行勘探。许多勘探队伍资金周转困难，因此在资金投入方面要进行控制。许多勘探队因为资金问题，不会做出详细的勘探报告，使得勘测的数据缺乏可靠性。下面我们根据某地地下热水资源的开发为例，看看我国勘探的效果

1.1 地热井施工情况

在进行水文地质勘探中，地下热水的勘测也是一项重要的项目，在勘探之前要进行一系列的准备工作。

第一步是进行钻探施工，首先要确定钻探设备，做出计划井深与实际井深。进行两开作业，将钻井初步规模与基础设施全部建设完毕。井身结构见表1。

第二步是进行岩屑录井操作，我们对目标井进行了岩屑、钻时录井及钻井液观测工作。岩屑录井最开始是由一开至完钻，每米都会捞取一个岩屑样品，并进行岩屑录井；钻时录井由一开至完钻每米一个钻时点。钻井液观测每8小时一次。包括密度，漏斗黏度、泥饼厚等。

第三步是进行地球物理方式的测井，地球物理测井就是进行数字方式测井，完成数字测井工作量1388m，本井测源从50.00～1350.00m开始进行连续地温测井，井温测量成果见表2。

从500～1387.00m进行连续测斜；并进行井裂缝分析。

1.2 地下热储特征

目标井揭露热储层为花岗岩裂隙水，埋藏深度985.00～1388.00m，厚度为403.00m（未揭露）。

目标井的地热场特征：根据附近资料显示，目标井附近恒温带深度为60.00～80.00m，恒温带的温度为12.000℃。根据表2（测温成果表）可以分析出：

测温起点井深为75.00m，地温12.000℃；测温终点井深1350.00m，地温51.111℃.换算地温梯度3.068℃/100m。

目标井的热储特征：地热井揭露热储层为燕山期花岗岩裂隙水，经测井解释热储厚度为17.70m，地温增加变幅最大位置在埋深825.00～1050.00m。井降压试验成果，静水位地面上32.5m，最大压力降300.50m，单位产量2.16m3/d·m，平均渗透参数0.1964m/d。压力传导系数5.3599m2/d，压力水头高度﹥985.00m，即9.85MPa。

2 目标井产能测试及地热流体用途评价

2.1 井产能测试及单井产出量计算

①渗透系数计算

我们选用的承压完整井的稳定流计算公式：

③井流量方程的确定及待定系数a、b的计算

依据目标井降压试验资料得出结果，并采用曲度法判定井涌水量曲线方程

2.2 地热流体不同用途评价

对于地热流体不同的用途我们有着不同的评价。

第一是对饮用天然矿泉水水质评价，根据化验以及国家标准可得：限量指标中氟化物超标准。所以，这种水不能饮用。

第二点是生活饮用水水质评价：一般化学指标中硫酸盐、氟化物、溶解性总固体超标准。因此，不能作为生活饮用水使用。

第三点是理疗热矿水评价：偏硅酸达到矿水浓度标准，接近命名矿水浓度；氟达到命名矿水浓度，为氟水；水温超过34℃，为温水。可以作为理疗热矿水开发。之后还有就是对农业灌溉用水评价以及对渔业用水水质评价。

3 水文地质勘探的技术

3.1 裂隙充水地质的勘探技术

在我国，有一种地质叫作裂隙充水地质，在对这种地质进行勘探的时候，我们首先要在前期进行大量的、充分的调查和了解。这种裂隙充水地质可以分为两层：第一层是层状裂隙充水地质，另一层则是脉状裂隙充水地质。在这两点上，存在一定的差异。如果在勘探之前的调查过程中，前人已经对目标地区进行了详细的介绍，那么我们可以直接使用该地区的地形图、数据等等，最终进行水文勘探。在勘探过程中，我们要根据实际情况来进行实时的调控。

3.2 空隙充水地质的勘探技术

对于空隙充水地质的勘探中主要还是应用：物探法。在这种空隙充水地质中，有着许多的结岩层，一般是由中生代和第三系的半胶质组成，当然也有少许其他结岩层的存在。相比于其他的更加复杂的地质环境来说，除了物探法还有其他的方法可以使用，比如说：地面电法以及水文测井法联合起来一起勘探。如果一旦遇到地质水量充沛的地方，那么就必须先把水抽走，再进行试验，探测。

4 结论

在我国地质的勘探技术中，水文地质勘探占据着非常重要的位置，而水文地质勘探往往也是许多勘探人员忽略的问题。之所以会忽略水文地质勘探这样工作，最主要是因为勘探人员没有充分地认识到水文地质勘探的重要性。在我国，岩土层下端，储存着极其庞大的地下水资源，如果地下水资源活动过于频繁，那么就会严重影响地质勘探的进行。

参考文献

[1] 孙继平.水文地质勘察方法在找水工作中的应用[J].中国新技术新产品，2012（05）.

井点降水水文参数的计算第12篇

井点降水是目前基坑开挖中一项非常重要的配套措施,其原理是在基坑周围埋下深于基坑底的井点或管井,以总管连接抽水,使地下水位下降成为一个降落漏斗,并降低到坑底以下0.5 m～1 m,从而保证在干燥无水条件下施工,避免流砂等事故,并方便施工。当降水区缺乏必要水文地质资料,而降水技术要求又高,水文地质条件又复杂时,应先进行地质水文勘测试验,取得必要水文参数,才能进行井点降水方案设计。

1 降水前抽水试验

1.1 抽水试验目的

了解含水层富水性及其相互间水力联系;确定抽水井实际出水量,推算最大出水量,单位出水量,并根据水位降深和涌水量选择水泵型号;计算水文参数。

1.2 抽水试验孔布置

为求取水文参数布置的抽水孔,应布置在含水层的导水及贮水性质,补给条件,厚度和岩性条件有代表性的地方;观测孔和主孔应组成观测线,要求通过观测孔得到的水位降落曲线,对整个抽水场地具有代表性。

1.3 抽水试验技术要求

1.3.1 对水位降深的要求

为提高水文地质参数计算的准确性和预测更大降深时井的出水量,一般要进行3次不同水位降深的抽水试验,对富水性较差的含水层,可只做一次最大降深抽水试验。一般抽水试验所选择的最大水位降深值Smax:潜水层,Smax=(1/3～1/2)H,H为含水层厚度;承压含水层,Smax不大于承压含水层顶板以上的水头高度。当进行三次不同水位降深抽水试验时,其余两次试验水位降深分别等于最大水位降深的1/3和1/2。

1.3.2 抽水试验延续时间的要求

按稳定流抽水试验水文地质参数的精度主要决定于抽水试验时抽水井的水位和流量是否真正达到稳定状态。生产规范一般是通过规定的抽水井水位和流量稳定后的延续时间作保证。所谓稳定状态,即抽水井出水量的波动值不超过正常出水量的5%,抽水主孔的水位波动值不超过水位降深的1%,且无上升或下降的变化趋势。如果抽水试验目的仅是为了获得水文参数,抽水井的出水量和水位稳定延续时间达24 h,距主孔最远的水位观测孔水位稳定延续时间不少于2 h～4 h即可。对非稳定流抽水试验,抽水时间延续不长,只要求水位降深(S)—时间对数(lgt)曲线的形态比较固定和能较明显的反映出含水层的边界性质即可停抽,一般1 000 min即可。

1.3.3 对抽水流量和水位的观测要求

抽水主孔的水位和流量与观测孔的水位应同时观测,对稳定流抽水,观测频率一般为5 min,10 min,15 min,20 min,25 min,30 min,以后每隔30 min观测一次;非稳定流抽水,观测频率一般为1 min,2 min,3 min,4 min,6 min,8 min,10 min,15 min,20 min,25 min,30 min,40 min,50 min,60 min,80 min,100 min,120 min,以后每隔120 min观测一次。停抽后要观测恢复水位,应一直观测到恢复水位变幅接近天然水位变幅为止。

2 试验资料整理

稳定流抽水试验,主要编绘涌水量Q—时间t,水位降深S—t曲线以及Q—S和q—S关系曲线(q为单位降深涌水量)。Q—t,S—t曲线可及时帮助了解抽水试验进行的是否正常;而Q—S,q—S曲线可帮助了解曲线形态是否正确反映了含水层的类型和边界条件性质,检验试验是否有错误。图1,图2反映了常见Q—S曲线和q—S曲线,图中曲线Ⅰ表示承压井,曲线Ⅱ表示潜水,曲线Ⅲ表示从某一降深值起,涌水量随降深的增大而减少;曲线Ⅳ表示补给衰竭或水流受阻,随S增大Q减小;曲线Ⅴ一般表示试验有错误。

3 水文地质参数的计算

利用稳定流抽水试验资料可求得含水层渗透系数K和影响半径R。

1)单孔抽水试验。

承压含水层:

$Κ = \frac{0.366 Q}{m S_{w}} \lg \frac{R}{r_{w}}$ (1)

潜水含水层:

$Κ = \frac{0.733 Q}{(2 Η_{0} - S_{w}) S_{w}} \lg \frac{R}{r_{w}}$ (2)

其中,K为含水层渗透系数;Q为管井涌水量;Sw为管井中水位降深;H0为含水层静水位标高;rw为管井半径;R为影响半径;m为含水层厚度。

影响半径可按以下经验公式确定:

承压含水层:

潜水含水层:

公式中各符号意义同前。

根据式(1)～式(4)采用试算法可求得含水层渗透系数及抽水影响半径。具体做法是:首先假定一个渗透系数值,带入式(3)或式(4)中,计算影响半径;再将求得的半径代入式(1)或式(2)中,计算渗透系数,对比求得的渗透系数和假定值,若两者差值较大,则调整渗透系数值,重复上述步骤,直到求得的值与前次所求相差很小,则以此时求得的值为含水层渗透系数。

2)多孔抽水试验。

若抽水试验布置有一个观测孔,可利用观测孔和主孔抽水试验资料计算K值和R值,计算公式如下:

承压含水层:

潜水含水层:

其中,r1为观测孔距主孔距离;S1为观测孔中水位降深。其他符号意义同前。

摘要：研究了基坑开挖采用井点降水的工作原理,对降水前抽水试验目的、抽水试验孔布置及相关技术要求作了论述,并对如何利用抽水试验确定水文参数进行了探讨,以期用来指导井点降水方案设计。

关键词：基坑开挖,井点降水,抽水试验,水文参数

参考文献

[1]刘正峰.地基与基础工程新技术实用手册[M].北京:海潮出版社,2006.

[2]龚晓南.深基坑工程设计施工手册[M].北京:中国建筑工业出版社,2001.

[3]王大纯.水文地质学基础[M].北京:地质出版社,1995.