桥涵水文学_第一章绪言

'第一章绪言 桥涵水文－绪言2007年6月15日5:10,建于1988年的佛山九江大桥被运砂小船冲塌，4辆汽车坠江，死亡9人。 桥涵水文－绪言８月１３日１６时４０分，湖南省凤凰县建设中的沱江大桥坍塌。３６人遇难。 桥涵水文－绪言 桥涵水文－绪言武汉长江大桥1957年10月建成。万里长江第一座桥,历经68次撞击。 桥涵水文－绪言2005年11月3日，赵州桥庆祝1400岁生日。曾经历1976年邢台7.6级地震。 桥涵水文－绪言 桥涵水文－绪言 桥涵水文－绪言 桥涵水文－绪言 桥涵水文－绪言 桥涵水文－绪言 桥涵水文－绪言紧急通知根据水文部门预报，预计22日上午８时梧州水位将达到22.5米左右，超过梧州河东防洪堤设计1米（梧州河东防洪堤设计为24.5米)，届时洪水将漫过河东防洪，接广西防汛抗旱指挥部命令，梧州市进入抗洪救灾紧急状态，请河东各单位各部门市民尽快撤离物质，疏散人员．中小学停课，各施工单位停工，公安部门，交管部门做好治安交通管制工作．梧州防汛抗旱指挥部2005年6月21日 桥涵水文－绪言6月22日6时50分开始漫堤。6月22日14点梧州水位26.08米。6月22日16时，西江梧州站水位已高达26.19米（警戒水位17.30米）。河东城区已被洪水入侵。6月22日中午12时出现26.75米的洪峰，超出警戒线9.45米,以后开始缓慢回落。 桥涵水文－绪言 桥涵水文－绪言 桥涵水文－绪言 桥涵水文－绪言 桥涵水文－绪言 桥涵水文－绪言 桥涵水文－绪言 桥涵水文－绪言 桥涵水文－绪言 桥涵水文－绪言 桥涵水文－绪言 桥涵水文－绪言 桥涵水文－绪言1718年，法国殖民者吉恩·巴普堤斯不顾工程师有关洪水威胁的警告，指着密西西比河口、墨西哥湾和庞恰特雷息湖之间低于海平面的地带说：这里要有一个城市。这个城市就是新奥尔良——低于海平面3.0米。美国最贫穷的城市之一。 桥涵水文－绪言8月26日，美国国家地理空间情报局提供了100张图片，显示飓风途经区域的的位置。27日深夜，新奥尔良市长雷·纳金请求48.5万居民全部疏散。28日美国总统布什宣布路易斯安那州进入紧急状态。新奥尔良市长雷·纳金下达强制令，全城紧急撤离。然而，不是所有人都听从指挥。8月29日，“卡特里娜”在美国南部墨西哥湾沿岸地区登陆。新奥尔良防洪堤发生两处决口，城市洪水泛滥，80％的市内建筑被洪水淹没。决口达到152.4米宽。 桥涵水文－绪言新奥尔良有钱的白人，早已在飓风到来之前撤离，不愿意撤离的绝大多数都是贫困的黑人。一些人不愿意离去的原因是，他们一直在等待当月的救助金，这些支票通常在每月月初寄到他们手上。卡特里娜飓风酿成了美国历史上“最昂贵”的自然灾害。据估算，最终全部救灾费用将接近美国在阿富汗和伊拉克战场上花费的总和，达到3000多亿美元。“卡特里娜”飓风将导致美国下半年经济增长率下降1个百分点。 桥涵水文－绪言一、水文学（Hydrology）的概念及研究对象1、传统定义－研究地球上各种水体的科学。2、国外教科书－研究地球上陆地部份水资源的消耗及其再生过程的科学。3、周文德－研究各种水体的存在、循环和分布，物理与化学特性，以及水体对环境的影响和作用，包括对生物特别是对人类的影响。例如，三峡，正常蓄水位175米，总库容393亿立方米，总装机1820万千瓦。 桥涵水文－绪言民国孙中山提议，30年代法国人沙巴里选址三斗坪。环境问题－淹没三峡，诱发地震生物问题－中华鲟鱼移民问题－19县市，113万人，荆江分洪移民200万人。 桥涵水文－绪言一、桥涵水文学的作用1、定义－研究与桥涵工程的规划、设计、施工和运营管理有关的水文问题的学科。2、作用桥涵水文学主要任务是确定桥位、工程规模。1）、桥位2）、桥梁长度3）、桥梁高度、桥下净空4）、桥墩埋深 桥涵水文－绪言1、南宁白沙大桥、葫芦顶大桥的桥位选择 桥涵水文－绪言 桥涵水文－绪言 桥涵水文－绪言 桥涵水文－绪言2、武汉长江三桥，全长3586米，主跨618米，国内斜拉桥之最，概算14.1亿元。99年1月25日交通部停工，因主桥墩建在枯水期主航道上，仅可通航60米。3、湖南凤凰沱江大桥，桥墩基础烈缝。4、广东九江大桥的跨径大小及分布。 桥涵水文－绪言三、水文学的发展由萌芽到成熟、由定性到定量、由经验到理论(一)、萌芽时期（1400年以前）。一些古文明国家和地区，历代古籍、文献、碑刻古迹,发掘文物，可以发现一系列史实：古埃及在公元前3500一300年因灌溉开始观测尼罗河水位，至今还保存有公元前2200年所刻水尺的崖壁。中国古代水利工程如都江堰、灵渠等。 桥涵水文－绪言中国西汉四年（公元4年）张戎提出的“以水攻沙”,对当时和后世治理黄河的影响甚大。中国的测雨可追溯到公元前11世纪以前的商代，甲骨文中有细雨、大雨和级雨的分类。宋秦九韶在《数书九章》记有当时全国都有天池盆测雨量及测雪量的计算方法。北魏的《水经注》（公元527年）记述干支河流达1252条之多，比欧洲同类水平的著作约早1000年。 桥涵水文－绪言水文地理巨著《吕氏春秋》（公元前239年）完整提出了水循环概念“云气西行云云然，冬夏不辍；水泉东流，日夜不休；上不竭，下不满，小为大，重为轻，圈道也。”（二）、奠基时期（1400一1900年）14一16世纪欧洲文艺复兴和18一19世纪工业革命给自然科学的发展以很大影响。雨量器、燕发器和流速仪等一系列观测仪器的发明，为水文观测、定量研究和科学实验提供了必要的条件。 桥涵水文－绪言水文循环在观测和实验基础上得到验证，水文现象由概念描述深入到定量表达。1424年中国开始全国统一制作和使用标准测雨器。1610年意大利B.卡斯泰利提出流里测量方法。英国雷恩发明自记雨量计。1790年法国R.活尔特曼发明了转子式流速仪。1870年美国T.G．埃利斯发明了旋桨式流速仪。1885年美国W.G.普赖斯发明了旋杯式流速仪，为水文定量观侧和水文科学提供了有力的工具。 桥涵水文－绪言由于实测水文资料增加和许多实验研究，揭示了一系列水文基本规律。在中国，徐霞客经过28年的野外考察，他的游记关于岩溶地貌和水文地理的记述，早于国外同类著作近30年。18－19世纪西欧产业革命促进城市、交通和工业发展，大量的水利建设要求解决各种设计中的水力计算问题，使水力学理论得到较大进步，由此又为一些水文规律的理论研究提供了有力的工具。 桥涵水文－绪言应用水文学的兴起（1900－1950年）进人20世纪，特别是经过两次世界大战的破坏后，水文站网扩大，实测资料积累丰富，为水文分析研究提供了前所未有的条件。美国在这一时期取得的成果较多，处于领先地位。1900年美国J.A.塞登提出了著名的塞登定律，为天然河道洪水演进提供了理论。1935年美国的G.T.麦卡锡提出的马斯京根方法简化了河道的洪水演进计算。 桥涵水文－绪言为适应工程设计和防洪要求，水文计算和水文预报方面得出了许多新的概念和方法：1914年，黑曾首先用正态概率格纸选配流量频率曲线。1924年H.A.福斯特提出了P-Ⅲ频率曲线的分析方法。W.韦伯尔提出了经验频率计算公式。这些学者把概率论和数理统计引进了水文学。 桥涵水文－绪言1932年美国L.R.K.谢尔曼提出的单位过程线被誉为水文学进展的里程碑。1937年美国M.贝纳德和R.K.Jr.林斯雷等提出可能最大降水/洪水方法。这些水文计算方法在实际应用中得到迅速推广，丰富了应用水文学。1936年美国的W.G.霍伊特提出随机过程引入水文计算，形成了随机水文学。此外，许多应用水文学著作的出版，标志着水文学进入了成熟阶段。 桥涵水文－绪言这一时期中国在停滞了数个世纪之后，开始从西方引进了新的水文科学，从事于中国江河水文学的研究。四、水文学的现代特色与发展首先，由于新技术特别是计算机的应用，使水文信息（实时资料）的获取、传递和处理大为方便迅速，节省了大量人力和时间。其次，由于工农业和城市建设的需要，应用水文学发展迅速。其三，由于生产和生活用水的增长，环境污染日趋 桥涵水文－绪言严重，出现了水资源紧张的局面，迫使水文学特别侧重于水资源研究，不仅注重水量还要注重水质；不仅注重洪水，还要注重枯水；不仅研究一条河流、一个流域的水文特性，还要研究跨流域、跨地区的水资源联合调度问题；不仅要研究短期、近期的水文预报（forecast），还要研究长期的水文趋势预估（predication）。从此，水文科学进入了研究水文和水资源的新时代。 桥涵水文－绪言美国1971年建立了水文资料库，能够在各州终端上获得全美任一地点的资料。80年代前期先后发射4颗陆地卫星取得了许多水文研究成果，并为国际服务。美、英和挪威等国采用测深仪直接绘制断面图。这一时期中国水文站网发展迅速，全国基本站达21600处，可以基本掌握全国各主要河流的水文情势；在长江、黄河等流域开始应用卫星图片和遥感技术研究水文和水资源问题。50年代，随着电子计算技术的发展，出现了许多水文数学模型，为水文科学的进一步发展开创了新途径。 桥涵水文－绪言1966年美国林斯雷和N.H.克劳福法提出的斯坦福流域模型和美籍华人周文德在60－70年代提出的流域水文模型以及一系列的水文随机模型、水系统模型等，推动了水文预报和水资源系统分析。中国水文预报自50年代初开始，也提出了具有中国特色的洪水预报方法。 桥涵水文－绪言调查、考证和分析历史洪水资料，以弥补实际资料的不足。除广泛调查历史洪水外，90年代又发展古洪水研究，利用放射性同位素碳14获得全新世（约距今10000年）以来的成果。70年代以来，中国还相继编绘出版了《全国可能最大降水等值线图》和《全国暴雨参数等值线图》等，为中国的暴雨洪水研究和计算作出了贡献。70年代中期开展的国际水文合作，兴起了全球性的水文科学研究和国际水文十年（IHD）、世界气象组织（WMO） 桥涵水文－绪言的水文计划，联合国科教文组织国际水文计划（IHP）等。 第一章河川径流地球上无数条河流日夜不停地奔流，河水涨落、河床冲淤，这些变化与人类生活和生产建设都有密切关系。修建公路和铁路，要跨越河流和沟渠，需要架设桥梁和涵洞，以便通过车辆和宣泄洪水。桥梁和涵洞都是跨河的泄水建筑物，应根据河流的洪水情势及河床的冲淤变形等进行设计。　　大小河流把地面上的水注入海洋；海洋和地面上的水在太阳辐射的作用下，蒸发进入大气，水汽在上升和随气流运动中遇冷凝结，并以降水(雨、雪、霜、露等)形式降落到海洋或地面上，地面上的水又通过河流汇人海洋；如此周而复始，形成自然界的水分循环。 第一章河川径流研究自然界中水的运行变化规律的科学，称为水文学。河川径流是水文学中一个重要的内容，与道路、桥梁等工程建设有直接关系。第一节河流和流域　　一、河流1．河流的形成和分段　　降落到地面上的水，除掉损失一部分以外，在重力作用下沿着一定的方向和路径流动，这种水流称为地面径流。地面径流长期侵蚀地面，冲成沟壑，形成溪流，最后汇集而成河流。 第一章河川径流河流流经的谷地称为河谷，河谷底部(谷底)有水流的部分称为河床。受重力作用沿河床流动的水流，称为河川径流。　　这些脉络相通的大小河流所构成的系统，称为水系(或河系)，图1-1-1为黄河水系略图。水系中直接流人海洋、湖泊的河流称为干流，流入干流的河流称为支流。 第一章河川径流河流的干流上，开始具有表面水流的地方称为河源，它可能是溪涧、泉水、冰川、湖泊或沼泽。河流流人海洋、湖泊或干流的地方称为河口。一般的天然河流，从河源到河口可以按河段的不同特性，划分为上游、中游和下游三个部分。　　上游是河流的最上段，紧接河源，多处于深山峡谷中，坡陡流急，河谷下切强烈，流量小而水位变化大，常有急滩或瀑布，河底纵断面多呈阶梯形。中游是河流的中间段，两岸多为丘陵，河床坡度较平缓，两岸常有滩地，冲淤变化不明显，河床较稳定。 第一章河川径流下游是河流的最下段，一般处于平原区，河槽宽阔，流量较大，流速和底坡都较小，淤积作用明显，浅滩和河湾较多。2．河流的基本特征　　河流的基本特征，一般用河流断面、河流长度及河流比降来表示。1)河流断面河流断面有横断面和纵断面。垂直于水流方向的断面称为河流横断面，其一般形状如图1-1-2所示。横断面内，自由水面高出某一水准基面的高程(m)，称为水位。 第一章河川径流高水位以下的河床，由河槽与河滩两部分组成。河槽是河流宣泄洪水和输送泥沙的主要通道，往往是常年流水，底沙处于运动状态，植物不易生长；河槽中沿两岸较高的、可移动的泥沙堆，称为边滩，其余的部分称为主槽。河滩则只在汛期才有水流，无明显的底沙运动，通常生有草、树木等植物，有的还种植农作物。只有河槽而无河滩的横断面称为单式断面，有河槽又有河滩的横断面称为复式断面。河流横断面能表明河床的横向变化。横断面内通过水流的部分称为过水断面，过水断面面积的大小随断面形状和水位而变化。 第一章河川径流河流中沿水流方向各横断面最大水深点的连线，称为深泓线，沿河流深泓线的断面称为河流纵断面。河流纵断面能表明河床的沿程变化。　　河流断面(横断面和纵断面)可以用来表示河床的形态特征。由于水流与河床的相互作用，断面形状将时刻不停地发展变化着。2)河流长度一般天然河流，从河源到河口的距离，称为河流长度。近似的河流长度，可用曲线计、两脚规或其他方法，直接在地形图上沿河流的深泓线量得，但往往比实际长度偏小，需要进行修正。 第一章河川径流3)河流比降任意河段两端(水面或河底)的高差称为落差，深泓线上单位长度内的平均落差称为比降。河流比降有水面比降及河底比降。某一河段的比降，可按下式计算：'