藏西南地区拉日铁路沿线水文计算分析

刘宗峰

(中铁第一勘察设计院集团有限公司，陕西西安 710043)

1 工程概况

拉萨至日喀则铁路地处青藏高原西南部，全线位于西藏自治区境内，跨越雅鲁藏布江水系。从拉萨车站至曲水县段穿越雅江一级支流拉萨河水系;曲水县至吉琼段穿越长度近90 km的雅鲁藏布江峡谷区(属雅江干流水系);吉琼至日喀则段穿越雅江一级支流年楚河水系。拉日铁路基本处于雅鲁藏布江及其两大支流拉萨河、年楚河的腹地。拉日铁路沿线水系见图1。

图1 拉日铁路沿线水系

雅鲁藏布江、拉萨河、年楚河的水文资料较为详实，根据所收集的水文站年最大流量，采用数理统计法进行流量计算与分析，并用全国水文分区经验公式及拉萨市水文图集法进行了验证，最后经综合分析确定流量。

2 雅鲁藏布江设计洪峰流量计算及验证

2.1 数理统计法

奴各沙水文站是雅鲁藏布江中游基本控制站。该水文站地处日喀则地区仁布县姆乡吉村，是国家重要报汛站，也是国际报汛站，建于1955年。奴各沙水文站多年平均径流量173亿m3，多年平均降雨量463.2 mm。1988年出现历史最高洪水水位11.04 m，相应流量达5 730 m3/s，最低水位在1.50 m左右，最大流速3.00 m/s左右，河床由沙卵石组成，有冲淤变化。

2.1.1 系列经验频率计算

由奴各沙水文站收集到1956～2005年共50年的年最大洪峰流量，采用数理统计法计算设计洪峰流量，经验频率计算结果见表1。

表1 奴各沙水文站年最大洪峰流量系列经验频率计算结果

2.1.2 统计参数计算

采用矩法计算初试值:均值Q均=3 116.12 m3/s，变异系数Cv=0.4，计算的K值见表2，K=Q/Q均。

表2 K值计算结果

2.1.3 适线法流量计算

参照雅鲁藏布江各水文站资料及全国水文分区经验公式取偏差系数 Cs=3.0Cv，Cs=3.5Cv和 Cs=4.0Cv三种情况进行理论频率计算，在海森机率格纸［6］上采用P-Ⅲ型曲线进行适线，见图2。

图2 P-Ⅲ型频率曲线

由图2可以看出，其理论频率曲线与经验频率曲线吻合较差，为此，对Cv，Cs加以调整重新适线，在Cv=0.44，Cs=2.5Cv时理论频率曲线与经验频率曲线吻合较好，见图3。

图3 P-Ⅲ型频率曲线

选定:Cv=0.44，Cs=2.5Cv=1.10，频率1% 时K=2.36，Q均=3 116.12 m3/s，则百年设计流量 Q1%=2.36 × 3 116.12=7 354 m3/s。

2.2 全国水文分区经验公式法流量计算

式中，F为汇流面积。

可以看出，采用全国水文分区经验公式，计算结果较适线法偏大。考虑到适线法采用了较长的实测流量系列，计算结果更为可靠，因此雅鲁藏布江奴各沙水文站设计洪峰流量采用适线法确定的Q1%=7 354 m3/s。

2.3 桥址处设计流量计算(表3)

表3 雅鲁藏布江各桥桥址处设计洪峰流量

3 沿线其它河流及小流域流量的确定

沿线其它河流及小流域的流量计算根据西藏水文局提供的洪水经验公式进行计算，并采用公路部门的经验公式进行了对比计算，对部分典型沟进行了调查验证［7］。

3.1 小流域流量计算公式的说明

1)建有水文站的河流，尽量收集水文站相关资料，采用数理统计法进行流量计算。

2)无水文站的河流，采用西藏水文局洪水经验公式及西藏公路部门的经验公式对比计算，并作水文调查予以验证。

根据对拉日线附近水文站网洪水Cv值的统计分析，其值在0.24～0.64之间，Cv值的变化随流域面积、年降雨量的减小而增大，且降水对Cv值的影响最为突出，符合河流洪水的一般特性。根据全区综合得到的洪水经验公式结论，拉日线沿线洪水Cv值取0.27 ～0.45，Cs/Cv=3.0。

3.2 西藏地区经验公式

应用研究报告《西藏自治区无资料地区水文计算方法》中的洪水经验公式，其形式为:

式中:Qm1为年洪峰流量均值，m3/s;H为年最大24 h平均降雨量，mm;C为综合系数;α为面积指数;β为降雨量指数。

3.3 公路部门经验公式

西藏公路部门的经验公式为Qcp=C'F0.74H'1.37。其中:Qcp为设计流域计算断面多年平均洪峰流量，m3/s;C'为经验系数，本次计算采用0.000 17;H'为流域多年平均降雨量。

3.4 典型沟调查验证

1)典型沟概况(表4)

2)典型沟水力计算

断面洪峰流量采用水面比降法推求，计算公式为

式中:Q为洪峰流量，m3/s;A为断面面积，m2;R为水力半径，m;i为水面比降;n为河床糙率。

典型沟洪水计算结果见表5，表中河床糙率根据河段特征确定，洪水重现期考虑被调查人年龄及周边水文气象站实测降水、洪水资料综合确定。由于被调查人居住地距河流较远且记忆不清，本次主要调查到河流的一般洪水，较大洪水无法确定。

表4 典型沟概况

表5 典型沟调查洪水计算结果

3)三种流量计算方法对比(表6)

表6 频率2%时计算流量对比

由表6可见，三种方法中西藏地区经验公式法与形态调查法基本一致，而西藏公路部门经验公式法计算结果偏小。

4 结论

在拉日铁路所经过地区拉萨河、年楚河、雅鲁藏布江三条大的河流洪峰流量计算中，全国水文分区经验公式法及拉萨地区水文图集法都不太适用于这三条河流，采用数理统计法较合理，设计时最终采用了数理统计法的计算结果。

沿线其它河流及小流域的流量计算中，经对比分析，西藏公路部门经验公式计算流量偏小，西藏地区经验公式计算流量与形态调查结果比较吻合，设计时最终采用了西藏地区经验公式计算结果。

［1］铁道部第三勘测设计院.铁路工程设计手册(桥渡水文)［M］.北京:中国铁道出版社，1993.

［2］陈勇.沈哈客运专线桥涵水文计算分析［J］.铁道建筑，2007(2):7-9.

［3］中铁第一勘察设计院集团有限公司.拉萨至日喀则铁路初步设计文件［Z］.西安:中铁第一勘察设计院集团有限公司，2010.

［4］中华人民共和国铁道部.TB 10002.1—2005 铁路桥涵设计基本规范［S］.北京:中国铁道出版社，2005.

［5］中华人民共和国铁道部.TB 10017—99 铁路工程水文勘测设计规范［S］.北京:中国铁道出版社，1999.

［6］金发良.通霍铁路既有线水害原因分析及对策研究［J］.铁道建筑，2011(3):76-79.

［7］中华人民共和国交通部.JTG C30—2002 公路工程水文勘测设计规范［S］.北京:人民交通出版社，2002.

［8］刘桂霞，张铁峰.Excel数据处理在水文计算中的应用［J］.吉林水利，2006(增1):61-63.

［9］张治中.浅谈山前漫流区水文分析方法［J］.铁道标准设计，2006(11):51-53.