蒙華鐵路小流域暴雨徑流公式驗證

孫漢舟

(鐵道第三勘察設計院集團有限公司橋梁處，天津 300142)

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蒙華鐵路小流域暴雨徑流公式驗證

孫漢舟

(鐵道第三勘察設計院集團有限公司橋梁處，天津 300142)

【摘要】鑒于小流域暴雨徑流確定的流量為鐵路橋涵孔徑的設計依據，直接關系橋梁的運營安全。文章對蒙華鐵路小流域計算辦法的探討，通過對形態法與鐵三院丘陵公式法、地方公式的結果綜合分析，論述了小徑流的形態驗證方法和過程。

【關鍵詞】鐵路；小流域；徑流；形態驗證

我國是一個幅員遼闊、河川縱橫的國家，在鐵路建設中，鐵路通過的地區要跨越不計其數的大小河流，需要建設橋涵確保洪水順利排泄。由于小流域暴雨徑流是確定橋涵孔徑的主要依據，因此，小流域暴雨徑流計算的精度與鐵路免遭水害關系密切。本文以蒙華鐵路勘測為背景，對桑樹坪至三門峽范圍的小流域計算公式的采用進行了驗證。

1地域水文簡介

1.1地形地貌

區內地形復雜，地形相對高差明顯，最高峰為桓曲境內的舜王坪，其海拔高度2 321.8 m，最低為黃河岸邊的古城，海拔只有245 m，比差達2 076.8 m?？v觀全貌，區內自北向南有呂梁山系、汾澮谷地、峨嵋臺地、涑水盆地、中條山系、黃河谷地及桓曲山間盆地等，其中峨嵋臺地(包括鳳凰桓)面積2 526 km2，占全區面積的17.7 %；三大斷陷盆地(谷地)區面積6 503 km2(含灘地水面面積)，占全區面積的45.7 %；山地丘陵(包括山間小盆地)區面積5 204 km2，占全區面積的36.6 %。

1.2水文特征

本線先后跨越鑿開河、黃河(河津段)、汾河、涑水河、黃河(三門峽段)、蒼龍澗、好陽河、混水河等河流，均屬黃河流域。受地理環境和氣候條件所制約，區內河流兼具山地型和夏雨型的雙重特征。在河流形態和河道特征方面表現為：溝壑密度大，水系發育；河流坡陡流急，侵蝕切割嚴重。在徑流和泥沙方面，其特點是，洪水暴漲暴落，含沙量大；年徑流集中于汛期，枯水徑流小而不穩。

沿線附近有上馬水庫、苦池水庫、蘇溝水庫、竹林寺水庫、邵溝水庫、幸福水庫、油坊溝水庫、中張水庫、朱乙河水庫等水庫。

1.3氣象

運城市多年平均降水量為527.5 mm，降雨量年際變化大，降水量年內分配極不均勻，冬春降水較少，占全年降水量不足20 %，夏季降水量特別集中，約占全年總降水量的40 %左右；秋季正是夏季風過渡到冬季風的轉換季節，降水量與夏季相比，所占比例相當。汛期6～9月降水量占全年65 %左右，7、8兩月降水量占年降水量的比重大都在40 %左右。

2小徑流驗證

2.1驗證工點選取

本次勘測選用形態法、鐵三院丘陵公式法、山西省地方公式進行比較分析來確定小流域地區的暴雨徑流的計算辦法。由于線位附近大多數沖溝上、中、下游有較多小型淤地壩影響，驗證工點很難選取，因此在區間范圍內延線路方向分段選擇5個代表性的河溝進行驗證。

2.2形態法

利用本地區的偏差系數(CS)、變異系數(CV)兩者之間的關系和重現期流量推求設計流量換算系數X(T1/T2)值(《水文手冊》P509頁的附表)，來推求百年流量。

測得水坡和斷面后，根據調查所得到的歷史洪水位，用河流的斷面和坡度計算出在這一水位時的洪水流量并確定重現期。利用《水文手冊》P509頁的附表和變異系數CV=0.5，查表得換算系數X(T1/T2)=1.14，推求100年一遇的流量(表1)。

表1　形態法百年流量計算

2.3鐵三院丘陵公式法

根據本次勘測范圍內的地形為山丘區，選用如下公式：

山丘區:當ap=Sp/tn時

式中:C2為參數可按下式計算：

上式中β0、r0、m0、A4均為參數，可從《水文手冊》P90頁表5-21查取。

Sp為頻率為P的雨力(mm/min)；(查閱《山西省暴雨洪水計算實用手冊》計算)

P0為參數，可按下式計算：

上式N0為參數，可從《水文手冊》P90頁表5-21查取。

g0為參數，可按下式計算：

g0=1+m0×p0

n為暴雨衰減系數。(查閱《山西省暴雨洪水計算實用手冊》)

L4為流域長度，從分水嶺算起(km)

I4為流域坡度，從分水嶺算起，用加權法計算。

F為流域面積(km2)。

η為暴雨點面折減系數從《水文手冊》P83頁表5-8查取。

本次勘測采用3類號，取A4=7、m0=0.25、N0=0.30、β0=0.52、r0=0.45、n=0.7。

由于流量計算公式龐大，根據上述參數各公式結果采用EXCEL電子表格計算結果如下(表2)。

表2　鐵三院丘陵公式法百年流量計算

2.4山西省地方公式

本次勘測范圍絕大部分屬于山西省，山西省地方公式如下。公式中各參數的選取系參照《山西省暴雨洪水計算實用手冊》(水利電力部山西省水利勘測設計院 1991年)。

Qp=CpH1,pFN

式中：Qp為設計頻率洪峰流量m3/s；

H1,p為計算流域形心處設計頻率一小時點雨量mm；

F為計算斷面控制流域面積km2；

N為綜合面積系數，其中N=apF-np。Cp、ap、np為隨經驗公式地類劃分表及頻率而異的經驗性系數或指數，具體參數詳見《山西省暴雨洪水計算實用手冊》P41頁經驗公式參數表。

由于流量計算公式龐大，根據上述參數各公式結果采用EXCEL電子表格計算結果如下(表3)。

表3　山西省地方公式百年流量計算

3驗證分析

形態法、鐵三院丘陵公式法、山西省地方公式計算流量對照表(表4)。

表4　形態法及各方法計算對照表　m3/s

4驗證結論

本次勘測通過洪水位調查和實地勘測及篩選分類，選出了以上5處較為典型的小面積流域作為驗證的工點，經過計算和分析得出以下結論：

采用形態法、鐵三院丘陵公式法、山西省地方公式，與形態法進行計算核對比較，可以看出相對于山西省地方公式，鐵三院丘陵公式法的結果與形態法結果比較，偏差基本在10 %以內，表明計算的洪峰流量和形態法計算的洪峰流量吻合較好。

通過以上計算及驗證分析，鐵三院丘陵公式法適合該地區的小流域暴雨徑流計算。

參考文獻

[1]鐵道第三勘察設計院橋梁處. 橋渡水文[M]. 北京: 中國鐵道出版社， 1999.

[作者簡介]孫漢舟(1988～)，男，本科，助理工程師，從事橋梁設計工作。

【中圖分類號】U442.3+4

【文獻標志碼】A

[定稿日期]2016-01-08