李 濤

(1.中鐵工程設(shè)計(jì)咨詢集團(tuán)有限公司，北京 100055;2.北京交通大學(xué)土建學(xué)院，北京 100044)

1 概述

鄂爾多斯地區(qū)資源豐富,探明煤炭?jī)?chǔ)量1 050億t,天然氣儲(chǔ)量5 336億m3,目前東勝煤田、準(zhǔn)格爾煤田以及蘇里格氣田正在進(jìn)行大規(guī)模建設(shè),區(qū)域路網(wǎng)“三橫四縱”也正在規(guī)劃實(shí)施當(dāng)中,地區(qū)鐵路建設(shè)近年來呈密集趨勢(shì)。鄂爾多斯地區(qū)地處高原,西、北、東三面被黃河河灣環(huán)繞,地勢(shì)中部高四周低,高原內(nèi)部水系呈放射狀流入四周黃河水系,內(nèi)陸沙地淖爾等閉流水系也分布廣泛。因此根據(jù)本地區(qū)的水文地質(zhì)特點(diǎn),及時(shí)總結(jié)本地區(qū)在建鐵路橋涵的水文勘測(cè)方法和計(jì)算方法,對(duì)于今后蓬勃發(fā)展的國鐵、地鐵和礦區(qū)專用線的橋涵水文勘測(cè)和流量計(jì)算具有一定的指導(dǎo)意義和參考價(jià)值。

2 水文勘測(cè)方法及計(jì)算說明

本地區(qū)流域面積較大的河流屬黃河水系,在鐵路初測(cè)階段主要從下列幾個(gè)方面開展大中橋水文勘測(cè)和計(jì)算。

(1)開展沿線河流的形態(tài)調(diào)查。對(duì)有調(diào)查條件的河流,通過走訪橋址附近村落,調(diào)查其歷史洪水位,但因本地區(qū)地廣人稀,往往現(xiàn)場(chǎng)指認(rèn)的洪痕不甚明顯,也無其他更多的旁證資料,故本地區(qū)所調(diào)查的洪水位及推算流量?jī)H供參考。

(2)本地區(qū)可以采用適用于陜、甘、寧、青、內(nèi)蒙古的一院法[5],同時(shí)收集地方水利部門的水文計(jì)算方法,如內(nèi)蒙古自治區(qū)水文手冊(cè)[6],榆林地區(qū)水文手冊(cè)[7],將計(jì)算結(jié)果進(jìn)行比對(duì)校核(表1)。

表1 本地區(qū)一院法和地方法計(jì)算公式匯總

(3)收集跨越河流的觀測(cè)系列資料,采用數(shù)理統(tǒng)計(jì)法分析計(jì)算,或直接收集水利部門對(duì)系列觀測(cè)資料的數(shù)理統(tǒng)計(jì)分析成果。

(4)收集地方水利部門對(duì)在建或擬建水庫的設(shè)計(jì)文件,利用其中的最新水文分析成果。

下面就以本地區(qū)擬建的包西鐵路與準(zhǔn)東二期鐵路聯(lián)絡(luò)線上的東、西烏蘭木倫河特大橋?yàn)槔?其水文分析計(jì)算詳細(xì)說明如下：

東、西烏蘭木倫河兩岸村莊寥落,給本次歷史洪水調(diào)查帶來一定難度,通過在高家塔、張家塔、王家塔、活蠶塔等村落走訪村民,并由村民于岸邊指認(rèn)洪痕,洪痕位置距離橋位上下游0.5～5.0 km范圍內(nèi)。經(jīng)調(diào)查,建國以來的洪水多發(fā)年份為1972、1976、1988、1992年,與《伊克昭盟志》、《伊金霍絡(luò)旗志》所載基本吻合。因現(xiàn)場(chǎng)洪痕不甚明顯,本次調(diào)查只能定性而不能定量,僅供參考。

在1∶10萬圖上通過圈繪匯水面積可得東、西烏蘭木倫河特大橋橋位以上流域面積(F=467.4 km2、1 301.7 km2),并量取東、西烏蘭木倫河橋位上游主河道長(zhǎng)度(L=27.2 km、25.1 km)及水坡(I=3.55‰、3.35‰),利用表1中的一院法(F>100 km2)計(jì)算,可得百年設(shè)計(jì)流量為3 499.03、7 189.24 m3/s,合計(jì)為10 688.27 m3/s；利用表1中的內(nèi)蒙古經(jīng)驗(yàn)公式法(F≤2 000 km2)計(jì)算,可得百年設(shè)計(jì)流量為3 435.99、7 228.28 m3/s,合計(jì)為10 664.27 m3/s。

東、西烏蘭木倫河在橋位下游約6.7 km處交匯,交匯處名為轉(zhuǎn)龍灣,此處擬建有轉(zhuǎn)龍灣水庫工程。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)收集到的《內(nèi)蒙古自治區(qū)鄂爾多斯市轉(zhuǎn)龍灣水庫可行性研究報(bào)告》[8](內(nèi)蒙古自治區(qū)水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)院2007年5月)中記錄,其水庫壩址設(shè)計(jì)洪水成果如表2所示。

表2 轉(zhuǎn)龍灣水庫壩址設(shè)計(jì)洪水成果

通過以上調(diào)查情況、計(jì)算結(jié)果及收集到的水庫資料加以分析,一院法(F>100 km2)流量計(jì)算結(jié)果與內(nèi)蒙古經(jīng)驗(yàn)公式法(F≤2 000 km2)流量計(jì)算結(jié)果相差甚小,兩河合流之前6.7 km范圍內(nèi)尚有部分匯流需要疊加,因此在轉(zhuǎn)龍灣處的合計(jì)流量與收集資料上的流量成果也很相近,故選用一院法(F>100 km2)作為本地區(qū)流域面積超過100 km2河流百年設(shè)計(jì)流量的計(jì)算方法。

3 小流域流量分析與計(jì)算

本地區(qū)流域面積較小的河流多屬內(nèi)陸閉流水系,通過對(duì)本地區(qū)小橋涵工點(diǎn)進(jìn)行調(diào)繪,本地區(qū)地表水不甚發(fā)育,加之地形平坦開闊,匯流區(qū)域亦不明顯,給小流域流量計(jì)算帶來一定難度。

下面就以本地區(qū)在建的新街至恩格阿婁鐵路為例,通過選取沿線流域面積不超過100 km2的河流,利用表1中的一院法(F≤100 km2)及內(nèi)蒙古推理公式法(F≤300 km2)分別計(jì)算。計(jì)算結(jié)果如表3所示。

一院法(F≤100 km2)水文參數(shù)選取根據(jù)地理區(qū)域查《壹橋8216》A-6及A-7圖表可得,其中暴雨衰減指數(shù)n1=0.6、n2=0.75,設(shè)計(jì)暴雨參數(shù)S1%=80 mm。

內(nèi)蒙古推理公式法(F≤300 km2)水文參數(shù)選取根據(jù)地理區(qū)域查《內(nèi)蒙古自治區(qū)水文手冊(cè)》中圖8、圖10、圖12、圖13可得,其中暴雨遞減指數(shù)n2=0.75、n3=0.83,多年平均年最大24 h雨量H24=60 mm,相應(yīng)變差系數(shù)Cv=0.85,偏差系數(shù)Cs=3.5Cv。

表3 新恩鐵路小流域(F≤100 km2)水文計(jì)算結(jié)果對(duì)比

由表3可知,一院法(F≤100 km2)與內(nèi)蒙古推理公式法(F≤300 km2)計(jì)算結(jié)果相差甚小,故選用一院法(F≤100 km2)作為本線流域面積不超過100 km2河流百年設(shè)計(jì)流量的計(jì)算方法。

4 適用于本地區(qū)的小流域流量計(jì)算概化公式

通過對(duì)目前本地區(qū)在建或擬建的包西、準(zhǔn)東、東烏、新恩、恩陶、陶靖、陶鄂、鄂上等鐵路上的橋涵工點(diǎn)進(jìn)行抽樣,發(fā)現(xiàn)本地區(qū)內(nèi)陸閉流水系多分布于荒漠化草原和丘陵沙區(qū),其流域面積基本均不超過2 km2,通過對(duì)其流域面積與設(shè)計(jì)流量的對(duì)應(yīng)數(shù)據(jù)分析,反復(fù)試算參數(shù),驗(yàn)證數(shù)據(jù)如表4所示,可得適用于本地區(qū)小流域流量計(jì)算的概化公式

Q1%=24.457F0.7726(F≤1.5 km2)(1)

Q1%=24.457F0.7726+6(F-1.5)

(1.5 km2

通過表4可知,一院法(F≤100 km2)與概化公式計(jì)算結(jié)果相差最多1 m3/s,將表4中一院法計(jì)算散點(diǎn)數(shù)據(jù)擬合為曲線，如圖1所示。

圖1 一院法計(jì)算散點(diǎn)數(shù)據(jù)擬合曲線

由圖1可知,概化公式在流域面積F≤1.5 km2時(shí),擬合情況良好,即概化公式(1)；當(dāng)流域面積F>1.5 km2時(shí),需要對(duì)其進(jìn)行修正,即概化公式(2)。

表4 一院法(F≤100 km2)與概化公式(F≤2 km2)計(jì)算結(jié)果對(duì)比 m3/s

5 結(jié)論

(1)鄂爾多斯地區(qū)建議采用一院法進(jìn)行水文流量計(jì)算,內(nèi)蒙古法予以校核。

(2)本地區(qū)外流黃河水系,建議盡可能收集當(dāng)?shù)厮块T或水文站的觀測(cè)資料和計(jì)算成果。

(3)本地區(qū)內(nèi)陸閉流水系,一般流域面積不大于2 km2,其流量計(jì)算推薦采用本文中的概化計(jì)算公式。

[1] 陳 昊.淺析鐵路橋梁勘測(cè)設(shè)計(jì)中的水文勘測(cè)[J].中國科技信息,2007(10):43-44．

[2] 葉守澤.水文水利計(jì)算[M].北京:中國水利水電出版社,1992．

[3] 鐵道部第三勘測(cè)設(shè)計(jì)院.橋渡水文[M].北京:中國鐵道出版社,1999．

[4] 鐵道部第一勘測(cè)設(shè)計(jì)院.匯水面積-流量關(guān)系曲線圖(壹橋8216)[S].1984

[5] 鐵道部第一勘測(cè)設(shè)計(jì)院.大中河流洪峰設(shè)計(jì)流量(壹橋8217)[S].1984

[6] 內(nèi)蒙古自治區(qū)水利局.內(nèi)蒙古自治區(qū)水文手冊(cè)[Z].1977．

[7] 陜西省榆林地區(qū)水電局.榆林地區(qū)實(shí)用文手冊(cè)[Z].1973．

[8] 內(nèi)蒙古自治區(qū)水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)院.轉(zhuǎn)龍灣水庫可行性研究報(bào)告[R].2007．

[9] 伊克昭盟水利處.伊克昭盟水資源評(píng)價(jià)及利用[Z].1994．

[10] TB10017—1999,鐵路工程水文勘測(cè)設(shè)計(jì)規(guī)范[S]．