湍水头沟穿新建吕临铁路支线段洪水分析计算

宿宾

（山西省水利水电勘测设计研究院，山西 太原 030024）

湍水头沟穿新建吕临铁路支线段洪水分析计算

宿宾

（山西省水利水电勘测设计研究院，山西 太原 030024）

介绍了新建吕临铁路支线工程的基本情况，确定工程穿越河流的具体断面位置。分别采用《山西省水文计算手册》无资料地区计算方法、水文比拟法计算设计断面处的设计洪水，进行设计断面处的洪水分析计算；同时与以往计算的结果相比较，最终确定设计洪峰流量。

洪水分析；设计洪水；设计断面

1 项目概况

吕临（孟）支线途经临县、方山和柳林县等国家扶贫重点县和革命老区，人多地少、自然条件差，农民人均耕地仅0.18hm2，贫困人口占全省的1/10多。

新建铁路吕临（孟）支线位于山西省吕梁市境内，线路自太中银铁路吕梁站引出，经大武镇到达三交，线路在此分出岔线，一条向北方向至临县县城以北城庄镇，另一条向南方向至柳林县的碛口镇。

铁路线在吕梁市境内，主要有两处跨越河流，分别为前陡泉村附近的湍水头沟和林家坪镇附近的湫水河，对湍水头沟与铁路支线交叉段洪水进行分析计算。

2 流域概况

湫水河为黄河的一级支流，位于吕梁山脉西脊，发源于兴县的白龙山东北麓大坪头，从阳坡入境，纵贯县境中部，由东北向西南，流经白文、城庄、安业、三交、林家坪、碛口等乡镇，于碛口注入黄河。干流全长122km，流域总面积1984.21km2。

湍水头沟也称车赶沟，系湫水河一级支流，发源于方山县石站头，流域分左、右两支，形状呈“Y”形，由东向西，流经车赶乡（右支）、湍水头镇（左支）等村庄，在钟底村两支汇合后经崔家坪、后陡泉、前陡泉，于三交镇沟门村汇入湫水河，河道全长27.8km，控制流域面积189.43km2，离临公路贯穿而过。

3 洪水计算

湍水头沟流域属无资料地区，本次设计洪水计算采用2011年3月编制的《山西省水文计算手册》（以下简称《手册》）和水文比拟法两种方法进行计算。

根据新建吕临铁路支线工程跨湍水头沟的位置，确定计算断面为“前陡泉”断面。

3.1 林家坪水文站设计洪水

3.1.1 历史洪水及重现期确定

湫水河流域的历史洪水曾进行过多次调查。确认的湫水河流域两次特大洪水为1875年和1951年，地点为林家坪村，控制流域面积1873km2，洪峰流量分别为7700m3/s和5200m3/s。这与《山西省暴雨洪水规律研究》中基本一致，可靠程度略有差异，说明其成果可采用。

经历次分析考证，对于1875年洪水在晋西各调查河段洪峰流量的序位情况，该次洪水为1875年以来之首位，调查期按134年考虑；1951年历史洪水为1875年以来的第二次特大洪水，调查期按67年考虑。

3.1.2 实测洪水系列

林家坪水文站位于临县林家坪村，1953年7月1日建成测流，控制流域面积1873km2。

由于湫水河流域先后修建了7座中小型水库，除阳坡水库修建于1958年外，其余水库均建于20世纪70年代。为了保持洪水系列的一致性，需对建库以后和建库以前（包括历史洪水）的洪水系列进行一致性处理。按照常规，应根据各水库对区域内洪水的调蓄情况，将建库以后的洪水系列还原到建库以前，还原后的洪水系列与建库以前的洪水系列保持一致。然后再根据历年暴雨洪水情况、水库分布和调度运行规则进行演算，以此分析流域内水库调蓄对洪水的影响。但由于这些水库均无进、出库水文测站，水库控制范围内的雨量以及蓄水资料残缺不全；加上湫水河流域一般洪水均由局部暴雨形成，大范围的暴雨较少，水库分布又比较分散，且水库控制的流域面积较小，阳坡水库控制流域面积251km2，其余6座水库仅150.2km2，还原计算存在一定难度。

因此，本次林家坪洪水系列采用修建阳坡水库以后的1959—2010年52年实测洪峰流量系列资料，多年平均918m3/s。

3.1.3 洪水频率分析

根据1959—2010年共52年洪峰流量系列，按不连续系列计算经验频率，加入历史调查洪水，采用P-Ⅲ型曲线进行计算，统计参数均值为1000，变差系数CV为1.25，对比系数CS/CV为2.2，求得林家坪设计洪水成果及统计参数见表1。

表1 湫水河林家坪站洪峰流量频率成果表

3.2 设计断面洪水

3.2.1 水文比拟法

湍水头沟为湫水河支流，前陡泉断面控制流域面积175km2，设计洪水采用林家坪水文站设计洪水，按面积比指数法推求。公式如下：

式中：Q设计——桥位断面设计洪峰流量，m3/s；

Q林家坪——林家坪站设计洪峰流量，m3/s；

F设计——桥位断面处流域面积，km2；

F林家坪——林家坪站流域面积，km2；

n——面积指数，取0.5。

经计算，前陡泉断面100年一遇设计洪峰流量为1822m3/s，50年一遇设计洪峰流量为1495m3/s，20年一遇设计洪峰流量为1079m3/s。

3.2.2 手册法

计算流域自然地理特征及产流、汇流有关的河道特征，其中流域面积和主河道长在实测地形图上量算，产汇流地类参考《山西省水文计算手册选用站水文下垫面产流地类图册》（简称《手册》）得到。即：流域面积175km2，主河道长度26.4km，流域平均坡度23.6‰，产流地类为黄土丘陵沟壑，汇流地类为黄土丘陵。

按《手册》选取定点，从暴雨等值线图上查得不同历时的暴雨均值及变差系数CV值，按HP=KP（其中HP设计点雨量，KP为模比系数）计算出不同频率的设计点雨量。计算面雨量初值，求解暴雨公式参数，得出设计面雨量，进行时程分配，计算出主雨历时tz和主雨雨量HP（tz）。结果见表2。

表2 主雨历时及主雨雨量计算表 单位：mm

根据各支流流域下垫面条件，由《手册》查出流域包气带充分风干时的吸收率、流域包气带充分风干时的导水率和设计频率为P的流域前期土湿标志B0，p，计算可能损失、净雨深、产流历时、损失率和净雨过程分配。

汇流计算采用综合瞬时单位线法和推理公式法进行计算。

综合瞬时单位线法：综合瞬时单位线将流域汇流过程假设为由n个等效线性水库串联体对水流的调蓄过程。把瞬时作用于流域上的单位净雨水体在流域出口断面形成的时间概率密度分布曲线称为瞬时汇流曲线，量纲为。把单位净雨乘以瞬时汇流曲线称为瞬时单位线。

在计算过程中，汇流地类为黄土丘陵，β1，β2，α为经验性指数，分别取0.047，0.190，0.397；C1为复合地类汇流参数，取1.000；C2为单地类汇流参数，取0.62。计算结果见表3。

表3 前陡泉断面设计洪峰流量成果表 单位：m3/s

推理公式法：最大流量Qm计算采用数值法。单一地类汇流参数m取值，黄土丘陵0.35，计算结果见表3。

3.3 设计洪水成果采用

前陡泉断面设计洪水，2009年采用1991年编制的《山西省暴雨洪水计算实用手册》（以下简称《雨洪手册》）中推理公式进行过计算，设计断面不同方法的设计洪水计算结果见表3。

从表中可以看出，本次水文比拟法及《手册》推理公式法较“2009年雨洪手册”计算成果偏大较多；《手册》综合瞬时单位线法与《雨洪手册》推理公式法计算结果接近，差值在允许计算的误差范围内，说明计算结果较为合理。

林家坪水文站控制流域面积1873km2与前陡泉断面控制流域面积175km2相差过大，且流域内下垫面条件差异、产汇流特性均有较大差别，不能反映流域的产汇流过程，因此，不宜按面积比推求设计洪水。

4 结论

本次设计断面洪水的确定，对比分析了三种计算成果，一是采用《手册》中无资料地区洪水计算方法的计算成果，二是参考相近流域的林家坪水文站的洪峰流量依照水文比拟法的计算成果，三是2009年采用《雨洪手册》的计算成果。经分析，决定采用《手册》综合瞬时单位线法计算结果。

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］1004-7042（2016）11-0026-02

宿宾（1984-），男，2009年毕业于华北水利水电学院农业水土工程专业，工程师。

2016-09-20；

2016-10-24