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)

1 工程概況

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。

2 雅魯藏布江設(shè)計(jì)洪峰流量計(jì)算及驗(yàn)證

2.1 數(shù)理統(tǒng)計(jì)法

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。

2.2 全國(guó)水文分區(qū)經(jīng)驗(yàn)公式法流量計(jì)算

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。

2.3 橋址處設(shè)計(jì)流量計(jì)算(表3)

表3 雅魯藏布江各橋橋址處設(shè)計(jì)洪峰流量

3 沿線其它河流及小流域流量的確定

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］。

3.1 小流域流量計(jì)算公式的說明

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。

3.2 西藏地區(qū)經(jīng)驗(yàn)公式

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)。

3.3 公路部門經(jīng)驗(yàn)公式

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。

3.4 典型溝調(diào)查驗(yàn)證

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。

4 結(jié)論

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。

［1］鐵道部第三勘測(cè)設(shè)計(jì)院.鐵路工程設(shè)計(jì)手冊(cè)(橋渡水文)［M］.北京:中國(guó)鐵道出版社，1993.

［2］陳勇.沈哈客運(yùn)專線橋涵水文計(jì)算分析［J］.鐵道建筑，2007(2):7-9.

［3］中鐵第一勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司.拉薩至日喀則鐵路初步設(shè)計(jì)文件［Z］.西安:中鐵第一勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司，2010.

［4］中華人民共和國(guó)鐵道部.TB 10002.1—2005 鐵路橋涵設(shè)計(jì)基本規(guī)范［S］.北京:中國(guó)鐵道出版社，2005.

［5］中華人民共和國(guó)鐵道部.TB 10017—99 鐵路工程水文勘測(cè)設(shè)計(jì)規(guī)范［S］.北京:中國(guó)鐵道出版社，1999.

［6］金發(fā)良.通霍鐵路既有線水害原因分析及對(duì)策研究［J］.鐵道建筑，2011(3):76-79.

［7］中華人民共和國(guó)交通部.JTG C30—2002 公路工程水文勘測(cè)設(shè)計(jì)規(guī)范［S］.北京:人民交通出版社，2002.

［8］劉桂霞，張鐵峰.Excel數(shù)據(jù)處理在水文計(jì)算中的應(yīng)用［J］.吉林水利，2006(增1):61-63.

［9］張治中.淺談山前漫流區(qū)水文分析方法［J］.鐵道標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，2006(11):51-53.