談高鐵沿線河流的水文驗(yàn)證計(jì)算

王 垚 磊

(鐵道第三勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司，天津 300142)

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·水利工程·

談高鐵沿線河流的水文驗(yàn)證計(jì)算

王 垚 磊

(鐵道第三勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司，天津 300142)

介紹了滬昆高鐵湖南省懷化地區(qū)的地形地貌與水文特征，分別用鐵二院山區(qū)公式、形態(tài)法、地方小徑流暴雨公式，對(duì)高鐵沿線河流的水文進(jìn)行了驗(yàn)證計(jì)算，得出鐵二院山區(qū)法計(jì)算的流域流量較接近該地區(qū)實(shí)際情況。

地區(qū)流域，暴雨，小徑流，水文特征

1 概述

滬昆高速鐵路是國(guó)家鐵路規(guī)劃的重點(diǎn)項(xiàng)目之一，線路全長(zhǎng)2 264 km，全線為復(fù)線電氣化鐵路，是設(shè)計(jì)時(shí)速為300 km/h/350 km/h等級(jí)的客運(yùn)專(zhuān)線。

2 地形地貌

本次論述選取高鐵沿線懷化市作為小徑流驗(yàn)證的地區(qū)。懷化地處雪峰山和武陵山之間，素稱(chēng)湘西山區(qū)。鐵路沿線原始地貌單元為低山淺丘，場(chǎng)地地形兩端高中間低，低谷多為河流匯合縱橫交錯(cuò)。地表大部為小山丘、林地、果園、農(nóng)田，地形地貌較復(fù)雜。地表水質(zhì)多為無(wú)侵蝕性雨水匯集而成，地下水多具有酸性及二氧化碳侵蝕性。

3 水文特征

3.1 年降水量的地區(qū)分布

根據(jù)12個(gè)縣(市、區(qū))從有記錄以來(lái)至1999年雨量資料統(tǒng)計(jì)計(jì)算，懷化市的多年平均降水量為1 400.30 mm。各流域平均降水量為：沅水干流1 409.6 mm，渠水流域1 304 mm，潕水流域1 321.90 mm，巫水流域1 370.7 mm，溆水流域1 496.9 mm，辰水流域1 315.4 mm，酋水流域1 404.9 mm。

3.2 暴雨

暴雨統(tǒng)計(jì)與分析參考省水文總站等單位，采用216站共5 877站年的年最大24 h雨量計(jì)算的均值，采用214站5 842站年計(jì)算變差系數(shù)繪制的年最大24 h，6 h，1 h點(diǎn)雨量均值等值線圖和變差系數(shù)等值線圖(見(jiàn)湖南省暴雨洪水查算手冊(cè))得出全市分布規(guī)律。

4 小徑流驗(yàn)證公式說(shuō)明

本次懷化地區(qū)首先需要驗(yàn)證:鐵二院山區(qū)公式和地方公式(小流域暴雨洪水計(jì)算公式)。其次是按照形態(tài)法、鐵二院山區(qū)法、地方小流域暴雨洪水計(jì)算公式法分別計(jì)算同一小流域的百年流量。

4.1 形態(tài)法計(jì)算

形態(tài)法的工作過(guò)程分為四個(gè)階段。

4.1.1 調(diào)查的準(zhǔn)備階段

在1∶50 000的軍用圖上勾繪流域面積F，所選擇的溝渠的匯水面積一般控制在30 km2左右。在選擇的溝渠附近向當(dāng)?shù)刈粽{(diào)查洪水位。特殊情況下需要通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)觀察洪痕及歷史資料確定洪水位及其周期(相應(yīng)的具體確定方法見(jiàn)鐵三院《水文手冊(cè)》相關(guān)內(nèi)容)。

4.1.2 調(diào)查過(guò)程

找到軍用圖所選溝渠的地點(diǎn)，向當(dāng)?shù)刈粼?xún)問(wèn)相應(yīng)年份的洪水情況，并指出洪水位，調(diào)查人員的年齡最好控制在50歲以上，按50年一遇洪水頻率統(tǒng)計(jì)。同一年份最好在一定距離內(nèi)(不同地點(diǎn))指出兩個(gè)或是三個(gè)洪水位，作為驗(yàn)證是否準(zhǔn)確的依據(jù)。

4.1.3 野外測(cè)量階段

做兩個(gè)規(guī)則的水文斷面，并在一定范圍內(nèi)做水坡，將洪水位點(diǎn)的高程也同時(shí)測(cè)出，其中斷面及洪水位點(diǎn)的位置應(yīng)記錄明確，用于確定斷面處的洪水位。

4.1.4 內(nèi)業(yè)計(jì)算階段

將洪水位點(diǎn)的高程換算到相應(yīng)的斷面處，利用程序計(jì)算出相應(yīng)年份的洪水流量。確定相應(yīng)年份流量的重現(xiàn)期(根據(jù)地方水文資料及實(shí)際了解的情況)，應(yīng)用形態(tài)法計(jì)算調(diào)查重現(xiàn)期的流量，查得《湖南省暴雨洪水查算手冊(cè)》最大流量離差系數(shù)Cv=0.50，根據(jù)洪水頻率P=1%及Cs=3.5Cv等值線圖得滬昆線懷化段Kp的數(shù)值為2.74，再查鐵三院《水文手冊(cè)》附錄六，求得換算系數(shù)X(T1/T2)，最終算出百年的設(shè)計(jì)流量。

4.2 應(yīng)用鐵二院法計(jì)算百年流量

鐵道第二勘察設(shè)計(jì)院山區(qū)公式：

根據(jù)西南地區(qū)特點(diǎn)制定公式如下:

Qp=0.278FC1αpym。

其中，C1為產(chǎn)流系數(shù)，從表5-16查取；αp為設(shè)計(jì)暴雨強(qiáng)度，mm/h,當(dāng)F≤10 km2時(shí),按αp=6n1Sp計(jì)算,當(dāng)F>10 km2時(shí),按αp=1.413F-0.156n1Sp計(jì)算。其中，n1為短歷時(shí)暴雨衰減指數(shù);ym為徑流函數(shù)，根據(jù)徑流因子γ從表5-18查取，表5-18內(nèi)不同γ值對(duì)應(yīng)的y及ym值可按圖5-6內(nèi)插。λ為時(shí)間的比值，λ=t/τ。

表5-18中γ按下式計(jì)算：

其中，τ為流域匯流時(shí)間，h，按下式計(jì)算：

其中，A3為阻力系數(shù)，從表5-19查取；L3為流域分水嶺沿流程至橋涵處之距離，km；I3為流域平均坡度，可從出口斷面至最遠(yuǎn)點(diǎn)分水嶺處，沿流程繪制縱斷面圖，按面積補(bǔ)償法計(jì)算，也可按下式計(jì)算：

4.3 應(yīng)用地方公式計(jì)算百年流量

湖南省地方公式：

范圍內(nèi)林西縣原屬于湖南省懷化市，湖南省境內(nèi)線位跨經(jīng)主要河流為沅水、潕水,故采用湖南省地方公式進(jìn)行驗(yàn)證計(jì)算。

根據(jù)《湖南省暴雨洪水查算手冊(cè)》設(shè)計(jì)洪水計(jì)算方法：

其中，F(xiàn)為壩址以上流域面積,km2;L為壩址至干流分水嶺距離,即河長(zhǎng),km;j為干流平均坡降,‰;t為時(shí)間,h;tc為產(chǎn)流歷時(shí),h;Ht為t時(shí)間內(nèi)的暴雨量,mm;α為由點(diǎn)雨量化為面雨量的折算系數(shù);np為某種頻率的暴雨衰減指數(shù);n2為1h～6h暴雨衰減指數(shù);n3為6h～24h暴雨衰減指數(shù);SP，SP′均為雨力，分別相應(yīng)于n2，n3的1h最大暴雨量,mm/h；ψ為地表水與總徑流的比例系數(shù);Qm為洪峰流量,m3/s;τ為匯流歷時(shí),h。

5 小徑流計(jì)算結(jié)果

1)小徑流驗(yàn)證工點(diǎn)一。地方公式計(jì)算的百年流量為：96.53m3/s；鐵二院法計(jì)算的百年流量為：219.32m3/s；形態(tài)法推算出來(lái)的百年流量為：237.30m3/s。

2)小徑流驗(yàn)證工點(diǎn)二。地方公式計(jì)算的百年流量為：47.41m3/s；鐵二院法計(jì)算的百年流量為：108.21m3/s；形態(tài)法推算出來(lái)的百年流量為：106.86m3/s。

3)小徑流驗(yàn)證工點(diǎn)三。地方公式計(jì)算的百年流量：118.92m3/s；鐵二院法計(jì)算的百年流量為：261.87m3/s;形態(tài)法推算出來(lái)的百年流量為：263.49m3/s。

6 驗(yàn)證結(jié)果說(shuō)明

從計(jì)算結(jié)果的比較來(lái)看，二院山區(qū)法與湖南暴雨地方公式的計(jì)算結(jié)果是比較接近的,且二院法計(jì)算的流量比地方公式較大。

二院山區(qū)法經(jīng)驗(yàn)公式是根據(jù)西南山區(qū)的特點(diǎn)結(jié)合多年工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)制定的，并且在多年的工程實(shí)踐中也檢驗(yàn)了它的準(zhǔn)確性，在懷化地區(qū)滬昆鐵路等項(xiàng)目上經(jīng)受住了多年的洪水考驗(yàn)。

通過(guò)以上驗(yàn)證分析，二院山區(qū)公式比較適合該地區(qū)，并且考慮到湖南地區(qū)的水系復(fù)雜、流域面積大、常年雨水不斷、洪災(zāi)不斷，所以本次的水文驗(yàn)證計(jì)算推薦采用二院西南山區(qū)公式。

7 結(jié)語(yǔ)

滬昆線為高速鐵路客運(yùn)專(zhuān)線，沿線大小水庫(kù)、水電站眾多，因此需要根據(jù)計(jì)算的百年流量、收集的江河資料、計(jì)算的水庫(kù)下泄流量綜合考慮進(jìn)行沿線橋梁的水文計(jì)算。

Discussion on hydrological verification calculation of the rivers along the express railway line

Wang Yaolei

(ChinaRailway3rdSurveyDesignInstituteGroupCo.,Ltd,Tianjin300142,China)

The paper introduces the morphology and hydrological characteristics of Huaihua region in Hunan province of Hu-Kun express railway, verifies and calculates the hydrological characteristics of rivers along the express railway line by applying mountainous formula of the China Railway 2nd Institute, morphology method, local small runoff rainstorm formula, and finally finds out that: the watershed amount calculated with mountainous method of the China Railway 2nd Institute is close to the regional actual conditions.

regional watershed, rainstorm, small runoff, hydrological characteristics

2016-11-20

王垚磊(1978- )，男，工程師

1009-6825(2017)04-0226-02

P333

A