蒙华铁路小流域暴雨径流公式验证

孙汉舟

(铁道第三勘察设计院集团有限公司桥梁处，天津 300142)



蒙华铁路小流域暴雨径流公式验证

孙汉舟

(铁道第三勘察设计院集团有限公司桥梁处，天津 300142)

【摘要】鉴于小流域暴雨径流确定的流量为铁路桥涵孔径的设计依据，直接关系桥梁的运营安全。文章对蒙华铁路小流域计算办法的探讨，通过对形态法与铁三院丘陵公式法、地方公式的结果综合分析，论述了小径流的形态验证方法和过程。

【关键词】铁路；小流域；径流；形态验证

我国是一个幅员辽阔、河川纵横的国家，在铁路建设中，铁路通过的地区要跨越不计其数的大小河流，需要建设桥涵确保洪水顺利排泄。由于小流域暴雨径流是确定桥涵孔径的主要依据，因此，小流域暴雨径流计算的精度与铁路免遭水害关系密切。本文以蒙华铁路勘测为背景，对桑树坪至三门峡范围的小流域计算公式的采用进行了验证。

1地域水文简介

1.1地形地貌

区内地形复杂，地形相对高差明显，最高峰为桓曲境内的舜王坪，其海拔高度2 321.8 m，最低为黄河岸边的古城，海拔只有245 m，比差达2 076.8 m。纵观全貌，区内自北向南有吕梁山系、汾浍谷地、峨嵋台地、涑水盆地、中条山系、黄河谷地及桓曲山间盆地等，其中峨嵋台地(包括凤凰桓)面积2 526 km2，占全区面积的17.7 %；三大断陷盆地(谷地)区面积6 503 km2(含滩地水面面积)，占全区面积的45.7 %；山地丘陵(包括山间小盆地)区面积5 204 km2，占全区面积的36.6 %。

1.2水文特征

本线先后跨越凿开河、黄河(河津段)、汾河、涑水河、黄河(三门峡段)、苍龙涧、好阳河、混水河等河流，均属黄河流域。受地理环境和气候条件所制约，区内河流兼具山地型和夏雨型的双重特征。在河流形态和河道特征方面表现为：沟壑密度大，水系发育；河流坡陡流急，侵蚀切割严重。在径流和泥沙方面，其特点是，洪水暴涨暴落，含沙量大；年径流集中于汛期，枯水径流小而不稳。

沿线附近有上马水库、苦池水库、苏沟水库、竹林寺水库、邵沟水库、幸福水库、油坊沟水库、中张水库、朱乙河水库等水库。

1.3气象

运城市多年平均降水量为527.5 mm，降雨量年际变化大，降水量年内分配极不均匀，冬春降水较少，占全年降水量不足20 %，夏季降水量特别集中，约占全年总降水量的40 %左右；秋季正是夏季风过渡到冬季风的转换季节，降水量与夏季相比，所占比例相当。汛期6～9月降水量占全年65 %左右，7、8两月降水量占年降水量的比重大都在40 %左右。

2小径流验证

2.1验证工点选取

本次勘测选用形态法、铁三院丘陵公式法、山西省地方公式进行比较分析来确定小流域地区的暴雨径流的计算办法。由于线位附近大多数冲沟上、中、下游有较多小型淤地坝影响，验证工点很难选取，因此在区间范围内延线路方向分段选择5个代表性的河沟进行验证。

2.2形态法

利用本地区的偏差系数(CS)、变异系数(CV)两者之间的关系和重现期流量推求设计流量换算系数X(T1/T2)值(《水文手册》P509页的附表)，来推求百年流量。

测得水坡和断面后，根据调查所得到的历史洪水位，用河流的断面和坡度计算出在这一水位时的洪水流量并确定重现期。利用《水文手册》P509页的附表和变异系数CV=0.5，查表得换算系数X(T1/T2)=1.14，推求100年一遇的流量(表1)。

表1　形态法百年流量计算

2.3铁三院丘陵公式法

根据本次勘测范围内的地形为山丘区，选用如下公式：

山丘区:当ap=Sp/tn时

式中:C2为参数可按下式计算：

上式中β0、r0、m0、A4均为参数，可从《水文手册》P90页表5-21查取。

Sp为频率为P的雨力(mm/min)；(查阅《山西省暴雨洪水计算实用手册》计算)

P0为参数，可按下式计算：

上式N0为参数，可从《水文手册》P90页表5-21查取。

g0为参数，可按下式计算：

g0=1+m0×p0

n为暴雨衰减系数。(查阅《山西省暴雨洪水计算实用手册》)

L4为流域长度，从分水岭算起(km)

I4为流域坡度，从分水岭算起，用加权法计算。

F为流域面积(km2)。

η为暴雨点面折减系数从《水文手册》P83页表5-8查取。

本次勘测采用3类号，取A4=7、m0=0.25、N0=0.30、β0=0.52、r0=0.45、n=0.7。

由于流量计算公式庞大，根据上述参数各公式结果采用EXCEL电子表格计算结果如下(表2)。

表2　铁三院丘陵公式法百年流量计算

2.4山西省地方公式

本次勘测范围绝大部分属于山西省，山西省地方公式如下。公式中各参数的选取系参照《山西省暴雨洪水计算实用手册》(水利电力部山西省水利勘测设计院 1991年)。

Qp=CpH1,pFN

式中：Qp为设计频率洪峰流量m3/s；

H1,p为计算流域形心处设计频率一小时点雨量mm；

F为计算断面控制流域面积km2；

N为综合面积系数，其中N=apF-np。Cp、ap、np为随经验公式地类划分表及频率而异的经验性系数或指数，具体参数详见《山西省暴雨洪水计算实用手册》P41页经验公式参数表。

由于流量计算公式庞大，根据上述参数各公式结果采用EXCEL电子表格计算结果如下(表3)。

表3　山西省地方公式百年流量计算

3验证分析

形态法、铁三院丘陵公式法、山西省地方公式计算流量对照表(表4)。

表4　形态法及各方法计算对照表　m3/s

4验证结论

本次勘测通过洪水位调查和实地勘测及筛选分类，选出了以上5处较为典型的小面积流域作为验证的工点，经过计算和分析得出以下结论：

采用形态法、铁三院丘陵公式法、山西省地方公式，与形态法进行计算核对比较，可以看出相对于山西省地方公式，铁三院丘陵公式法的结果与形态法结果比较，偏差基本在10 %以内，表明计算的洪峰流量和形态法计算的洪峰流量吻合较好。

通过以上计算及验证分析，铁三院丘陵公式法适合该地区的小流域暴雨径流计算。

参考文献

[1]铁道第三勘察设计院桥梁处. 桥渡水文[M]. 北京: 中国铁道出版社， 1999.

[作者简介]孙汉舟(1988～)，男，本科，助理工程师，从事桥梁设计工作。

【中图分类号】U442.3+4

【文献标志码】A

[定稿日期]2016-01-08