由雨量站观测到的降雨量，只代表该雨量站所在处或较小范围的降雨情况，而实际工作中往往需要推求全流域或某一区域的平均降雨量，常用的计算方法有以下几种。......
2025-09-30
桥下水位升高的因素-桥涵水文学
【摘要】：表5-6Ks值表桥前最大壅水高度ΔZ。表5-7η 值表表5-8桥下平均流速桥下壅水高度ΔZ'。波面凸起的最高点称为波峰，波面凹下的最低点称为波谷，相邻的波峰顶与波谷底之间的高差Δhw，称为波浪高度。在确定桥面中心高程时，需要考虑波浪和波浪侵袭高度的影响。图5-3波浪示意图桥位处的波浪高度。确定河滩路堤或导流堤等建筑物高程时应计入这一高度。
1.壅水
建桥后，水流通过桥孔，由于桥梁墩台和桥头引道对过水面积的压缩，从而形成桥前壅水，天然水面以上壅起的高度，称为壅水高度。桥前最大壅水高度的位置，无导流堤时，大约在桥位中线上游一个桥孔长度处，可按照式（5-9）计算；有导流堤时在导流堤上游端部附近。壅水值的大小与桥孔设计关系密切，建桥后桥前壅水高度，应不危及两岸农田、村镇和堤坝的安全。
式中 Ly1——桥前最大壅水高度处至桥轴线的距离，m；
M——天然状态下桥孔范围内通过的流量与设计流量之比；
B——通过设计洪水时的水面宽度，m；
Ks——系数，按表5-6查取。
表5-6 Ks值表
（1）桥前最大壅水高度ΔZ。根据水力学原理，利用图5-1中最大壅水断面②和收缩断面③（或下游断面④）列出能量方程，应能解出ΔZ。但是由于桥位断面处的水流及河床变化非常复杂，很多因素难以准确求出，至今仍是有待研究的课题。目前，在实际工作中，多采用下列近似公式进行计算。
有导流堤时桥前最大壅水高度ΔZ，可按式（5-10）计算：
式中 η——系数，与水流进入桥孔的阻力有关，见表5-7；
——桥下平均流速，m/s，可按表5-8采用；
vch——桥前河流全断面平均流速，m/s。
表5-7 η 值表
表5-8 桥下平均流速
（2）桥下壅水高度ΔZ'。桥下壅水高度ΔZ'是指桥下断面的壅水高度，可根据洪水情势和土壤易冲程度取不同的值。一般情况下，可近似采用最大壅水高度值的1/2（即
）；对于山区和半山区河流，洪水涨落急剧，历时短促，河床土质坚实不易冲刷时，可采用桥前最大壅水高度值（即ΔZ'=ΔZ）；平原河流，洪水涨落缓慢，河床土质松软，易于冲刷时，则桥下壅水高度一般可以不计（即ΔZ'=0）。
（3）壅水曲线全长。壅水曲线全长按照式（5-11）计算：
式中 L——壅水曲线的全长，m；
ΔZ——桥前最大壅水高度，m；
i——洪水比降，以小数计。
2.波浪
水面受到风的作用而呈现起伏波动，并沿风向传播，形成波浪。如图5-3所示（波浪的实际表面形状非常复杂，并不是整齐对称的）。波浪的几何要素有：波峰、波谷、波高、波长等（图5-3）。波面凸起的最高点称为波峰，波面凹下的最低点称为波谷，相邻的波峰顶与波谷底之间的高差Δhw，称为波浪高度。相邻两个波峰或两个波谷之间的水平距离称为波长，波浪传播的距离称为浪程（风距）。桥位处波浪的大小与风速、风向、浪程、水深及桥位处的自然环境都有直接关系。在水库、湖泊以及河岸较宽阔的水域或洪水持续时间很长的河流上均需要考虑波浪对桥高的影响。波浪从静水位沿斜坡爬升的最大高度he（图5-5）称为波浪侵袭高度。在确定桥面中心高程时，需要考虑波浪和波浪侵袭高度的影响。
图5-3 波浪示意图
（1）桥位处的波浪高度。
考虑浪高影响，计算桥面标高时，以桥位处波浪高度的2/3计入。桥位处的波浪高度可采用以下方法获得：
1）桥位处的波浪高度一般可在桥位现场调查取得。
2）若波浪高度调查有困难时，可按以下方法计算确定。
式中 Δhw——波浪计算高度，m；
——波浪平均高度，m；
KF——波浪累积频率换算系数，当
时，取2.42；当
时，取2.30；
th——双曲正切函数，
；
—沿计算风向断面上设计水位时的平均水深，m，当计算水域内水深变化较大时，采用水域平均水深；
g——重力加速度，m/s2，取9.8；
——风速，计算点设计水位以上10m高度处多年测得的洪水期间自记2min平均最大风速的平均值，m/s，可按下式换算：
式中
——风速，计算点设计水位以上10m高度处多年测得的洪水期间自记10min平均最大风速的平均值，m/s；
Ff——计算浪程，m。
计算浪程的确定：计算浪程应根据汛期风玫瑰图（图5-4）和桥位地形图确定。对于开阔水域，一般可沿波浪计算方向，从地形图上量取波浪计算点至设计水位泛滥边缘的距离作为浪程，当最大风区的方向与风向之间的夹角不超过22.5°时，可认为两者重合。对于水面狭窄和形态复杂的河流则需要修正。
图5-4 浪程示意图
（a）最大浪程的方向和长度；（b）桥位所在地汛月的风玫瑰图
（2）波浪侵袭高度。波浪沿斜坡爬升的高度称为波浪侵袭高度，如图5-5所示。确定河滩路堤或导流堤等建筑物高程时应计入这一高度。波浪侵袭高度的大小与波浪的特性、岸边坡度、坡面粗糙度以及透水性等因素有关。波浪侵袭高度应尽量根据本地区的观测和调查资料确定；缺乏资料时，可根据以下经验公式确定：
(https://www.chuimin.cn)
式中 he——波浪侵袭高度（自静水位起算），m；
KΔ——边坡糙渗系数，查表5-9；
Kv——与风速有关的系数，查表5-10；
R0——相对波浪侵袭高度系数，即当KΔ=1.0，Kv=1.0，Δhw=1.0m时的波浪侵袭高度，查表5-11；
Δhw——波浪计算高度，m。
图5-5 波浪侵袭高度
表5-9 边坡糙渗系数KΔ
表5-10 风速影响系数Kv
表5-11 相对波浪侵袭高度系数R0
有下列情况之一时，可不考虑波浪侵袭高度的影响：
1）洪峰历时短促的河流；
2）浪程短于200m时；
3）水深小于1m；
4）靠近路堤的河滩上，长有高于水深加半个波浪高度的成片灌木丛时。
当桥台或引道路堤受到波浪斜向侵袭时，侵袭高度有所减弱。当边坡系数m＞1和斜向角度β≥30°时，可用式（5-15）计算值代替he：
式中
——修正后的波浪侵袭高度，m；
β——构造物边坡上水边线与浪射线之间的夹角。
3.水流局部冲击高度
山区或山前区河流上，当河滩引道路堤轴线与水流流向不平行，或者水流急转弯，在路堤边坡上形成斜水流局部冲击高度；同样在桥台和桥墩前形成局部股流壅高。水流局部冲击高度与流速水头和迎水面边坡大小有关，可按式（5-16）计算：
式中 Δhi——水流局部冲击高度，m；
v——冲向路堤、墩台的水流或股流平均流速，m/s；
β——水流流向与路堤、墩、台轴线间所成的平面夹角，（°）；
m——迎水面边坡系数。
式中的v的取法为：在桥墩、桥台和靠近桥台附近引道路堤计算时，可取桥下流速
；在河滩引道路堤计算时，可取设计水位下天然河道河滩范围内的平均流速的0.7倍。
4.河湾超高
在河湾处，水流受离心力作用造成凹岸水面高、凸岸水面低而形成较大的水面超高，其计算公式如下：
式中 ΔH——河湾两岸水位高差，即河湾超高，m；
B——河湾水面宽度，m，如滩地有丛林或死水时，该部分水面宽应予扣除；
R——河湾曲率半径的平均值，m
，R0为凹岸曲率半径；r0为凸岸曲率半径；
—断面平均流速，m/s；
g——重力加速度，取9.80m/s2。
确定桥面中心最低高程时，河弯水位超高可取
，实际计算时常与现场调查进行核对。
5.急流河槽中桥墩的水流冲击高度
在急流河槽（Fr＞1）上建桥，桥梁上游不出现壅水现象，即无壅水高度，但出现桥墩迎水面水流溅起的冲击高度Δhd，在确定桥面高度时应计入水流冲击高度。墩前水流冲击高度Δhd可由水力学的动量方程及能量方程推得
式中 Δhd——急流河槽桥墩水流冲击高度，m；
h0——墩前河槽的天然水深，m；
vc——墩前河槽的天然流速，m/s。
6.水拱和河床的淤高
河流涨水时，流速逐渐增加，同一断面的主槽流速比两侧河滩大，主槽水位比河滩水位上涨快，形成了河心水位高、两边水位低的水拱现象。在洪水由峡谷流出时，也会出现水拱现象。
在水拱严重的河段上建桥，确定桥面中心最低高程时应考虑水拱影响。水拱高度目前尚无合适的计算方法，在桥位设计时可通过现场调查确定。
在河床逐年淤积抬高的河流上，桥下净高应考虑河床淤高而适当加大，河床淤高值的估算，可通过水文站多年实测断面资料推算。
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