劉宗峰
(中鐵第一勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司,陜西西安 710043)
拉薩至日喀則鐵路地處青藏高原西南部,全線位于西藏自治區(qū)境內(nèi),跨越雅魯藏布江水系。從拉薩車站至曲水縣段穿越雅江一級(jí)支流拉薩河水系;曲水縣至吉瓊段穿越長(zhǎng)度近90 km的雅魯藏布江峽谷區(qū)(屬雅江干流水系);吉瓊至日喀則段穿越雅江一級(jí)支流年楚河水系。拉日鐵路基本處于雅魯藏布江及其兩大支流拉薩河、年楚河的腹地。拉日鐵路沿線水系見圖1。
圖1 拉日鐵路沿線水系
雅魯藏布江、拉薩河、年楚河的水文資料較為詳實(shí),根據(jù)所收集的水文站年最大流量,采用數(shù)理統(tǒng)計(jì)法進(jìn)行流量計(jì)算與分析,并用全國(guó)水文分區(qū)經(jīng)驗(yàn)公式及拉薩市水文圖集法進(jìn)行了驗(yàn)證,最后經(jīng)綜合分析確定流量。
奴各沙水文站是雅魯藏布江中游基本控制站。該水文站地處日喀則地區(qū)仁布縣姆鄉(xiāng)吉村,是國(guó)家重要報(bào)汛站,也是國(guó)際報(bào)汛站,建于1955年。奴各沙水文站多年平均徑流量173億m3,多年平均降雨量463.2 mm。1988年出現(xiàn)歷史最高洪水水位11.04 m,相應(yīng)流量達(dá)5 730 m3/s,最低水位在1.50 m左右,最大流速3.00 m/s左右,河床由沙卵石組成,有沖淤變化。
2.1.1 系列經(jīng)驗(yàn)頻率計(jì)算
由奴各沙水文站收集到1956~2005年共50年的年最大洪峰流量,采用數(shù)理統(tǒng)計(jì)法計(jì)算設(shè)計(jì)洪峰流量,經(jīng)驗(yàn)頻率計(jì)算結(jié)果見表1。
表1 奴各沙水文站年最大洪峰流量系列經(jīng)驗(yàn)頻率計(jì)算結(jié)果
2.1.2 統(tǒng)計(jì)參數(shù)計(jì)算
采用矩法計(jì)算初試值:均值Q均=3 116.12 m3/s,變異系數(shù)Cv=0.4,計(jì)算的K值見表2,K=Q/Q均。
表2 K值計(jì)算結(jié)果
2.1.3 適線法流量計(jì)算
參照雅魯藏布江各水文站資料及全國(guó)水文分區(qū)經(jīng)驗(yàn)公式取偏差系數(shù) Cs=3.0Cv,Cs=3.5Cv和 Cs=4.0Cv三種情況進(jìn)行理論頻率計(jì)算,在海森機(jī)率格紙[6]上采用P-Ⅲ型曲線進(jìn)行適線,見圖2。
圖2 P-Ⅲ型頻率曲線
由圖2可以看出,其理論頻率曲線與經(jīng)驗(yàn)頻率曲線吻合較差,為此,對(duì)Cv,Cs加以調(diào)整重新適線,在Cv=0.44,Cs=2.5Cv時(shí)理論頻率曲線與經(jīng)驗(yàn)頻率曲線吻合較好,見圖3。
圖3 P-Ⅲ型頻率曲線
選定:Cv=0.44,Cs=2.5Cv=1.10,頻率1% 時(shí)K=2.36,Q均=3 116.12 m3/s,則百年設(shè)計(jì)流量 Q1%=2.36 × 3 116.12=7 354 m3/s。
式中,F(xiàn)為匯流面積。
可以看出,采用全國(guó)水文分區(qū)經(jīng)驗(yàn)公式,計(jì)算結(jié)果較適線法偏大??紤]到適線法采用了較長(zhǎng)的實(shí)測(cè)流量系列,計(jì)算結(jié)果更為可靠,因此雅魯藏布江奴各沙水文站設(shè)計(jì)洪峰流量采用適線法確定的Q1%=7 354 m3/s。
表3 雅魯藏布江各橋橋址處設(shè)計(jì)洪峰流量
沿線其它河流及小流域的流量計(jì)算根據(jù)西藏水文局提供的洪水經(jīng)驗(yàn)公式進(jìn)行計(jì)算,并采用公路部門的經(jīng)驗(yàn)公式進(jìn)行了對(duì)比計(jì)算,對(duì)部分典型溝進(jìn)行了調(diào)查驗(yàn)證[7]。
1)建有水文站的河流,盡量收集水文站相關(guān)資料,采用數(shù)理統(tǒng)計(jì)法進(jìn)行流量計(jì)算。
2)無水文站的河流,采用西藏水文局洪水經(jīng)驗(yàn)公式及西藏公路部門的經(jīng)驗(yàn)公式對(duì)比計(jì)算,并作水文調(diào)查予以驗(yàn)證。
根據(jù)對(duì)拉日線附近水文站網(wǎng)洪水Cv值的統(tǒng)計(jì)分析,其值在0.24~0.64之間,Cv值的變化隨流域面積、年降雨量的減小而增大,且降水對(duì)Cv值的影響最為突出,符合河流洪水的一般特性。根據(jù)全區(qū)綜合得到的洪水經(jīng)驗(yàn)公式結(jié)論,拉日線沿線洪水Cv值取0.27 ~0.45,Cs/Cv=3.0。
應(yīng)用研究報(bào)告《西藏自治區(qū)無資料地區(qū)水文計(jì)算方法》中的洪水經(jīng)驗(yàn)公式,其形式為:
式中:Qm1為年洪峰流量均值,m3/s;H為年最大24 h平均降雨量,mm;C為綜合系數(shù);α為面積指數(shù);β為降雨量指數(shù)。
西藏公路部門的經(jīng)驗(yàn)公式為Qcp=C'F0.74H'1.37。其中:Qcp為設(shè)計(jì)流域計(jì)算斷面多年平均洪峰流量,m3/s;C'為經(jīng)驗(yàn)系數(shù),本次計(jì)算采用0.000 17;H'為流域多年平均降雨量。
1)典型溝概況(表4)
2)典型溝水力計(jì)算
斷面洪峰流量采用水面比降法推求,計(jì)算公式為
式中:Q為洪峰流量,m3/s;A為斷面面積,m2;R為水力半徑,m;i為水面比降;n為河床糙率。
典型溝洪水計(jì)算結(jié)果見表5,表中河床糙率根據(jù)河段特征確定,洪水重現(xiàn)期考慮被調(diào)查人年齡及周邊水文氣象站實(shí)測(cè)降水、洪水資料綜合確定。由于被調(diào)查人居住地距河流較遠(yuǎn)且記憶不清,本次主要調(diào)查到河流的一般洪水,較大洪水無法確定。
表4 典型溝概況
表5 典型溝調(diào)查洪水計(jì)算結(jié)果
3)三種流量計(jì)算方法對(duì)比(表6)
表6 頻率2%時(shí)計(jì)算流量對(duì)比
由表6可見,三種方法中西藏地區(qū)經(jīng)驗(yàn)公式法與形態(tài)調(diào)查法基本一致,而西藏公路部門經(jīng)驗(yàn)公式法計(jì)算結(jié)果偏小。
在拉日鐵路所經(jīng)過地區(qū)拉薩河、年楚河、雅魯藏布江三條大的河流洪峰流量計(jì)算中,全國(guó)水文分區(qū)經(jīng)驗(yàn)公式法及拉薩地區(qū)水文圖集法都不太適用于這三條河流,采用數(shù)理統(tǒng)計(jì)法較合理,設(shè)計(jì)時(shí)最終采用了數(shù)理統(tǒng)計(jì)法的計(jì)算結(jié)果。
沿線其它河流及小流域的流量計(jì)算中,經(jīng)對(duì)比分析,西藏公路部門經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算流量偏小,西藏地區(qū)經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算流量與形態(tài)調(diào)查結(jié)果比較吻合,設(shè)計(jì)時(shí)最終采用了西藏地區(qū)經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算結(jié)果。
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