谈高铁沿线河流的水文验证计算

王 垚 磊

(铁道第三勘察设计院集团有限公司，天津 300142)



·水利工程·

谈高铁沿线河流的水文验证计算

王 垚 磊

(铁道第三勘察设计院集团有限公司，天津 300142)

介绍了沪昆高铁湖南省怀化地区的地形地貌与水文特征，分别用铁二院山区公式、形态法、地方小径流暴雨公式，对高铁沿线河流的水文进行了验证计算，得出铁二院山区法计算的流域流量较接近该地区实际情况。

地区流域，暴雨，小径流，水文特征

1 概述

沪昆高速铁路是国家铁路规划的重点项目之一，线路全长2 264 km，全线为复线电气化铁路，是设计时速为300 km/h/350 km/h等级的客运专线。

2 地形地貌

本次论述选取高铁沿线怀化市作为小径流验证的地区。怀化地处雪峰山和武陵山之间，素称湘西山区。铁路沿线原始地貌单元为低山浅丘，场地地形两端高中间低，低谷多为河流汇合纵横交错。地表大部为小山丘、林地、果园、农田，地形地貌较复杂。地表水质多为无侵蚀性雨水汇集而成，地下水多具有酸性及二氧化碳侵蚀性。

3 水文特征

3.1 年降水量的地区分布

根据12个县(市、区)从有记录以来至1999年雨量资料统计计算，怀化市的多年平均降水量为1 400.30 mm。各流域平均降水量为：沅水干流1 409.6 mm，渠水流域1 304 mm，潕水流域1 321.90 mm，巫水流域1 370.7 mm，溆水流域1 496.9 mm，辰水流域1 315.4 mm，酋水流域1 404.9 mm。

3.2 暴雨

暴雨统计与分析参考省水文总站等单位，采用216站共5 877站年的年最大24 h雨量计算的均值，采用214站5 842站年计算变差系数绘制的年最大24 h，6 h，1 h点雨量均值等值线图和变差系数等值线图(见湖南省暴雨洪水查算手册)得出全市分布规律。

4 小径流验证公式说明

本次怀化地区首先需要验证:铁二院山区公式和地方公式(小流域暴雨洪水计算公式)。其次是按照形态法、铁二院山区法、地方小流域暴雨洪水计算公式法分别计算同一小流域的百年流量。

4.1 形态法计算

形态法的工作过程分为四个阶段。

4.1.1 调查的准备阶段

在1∶50 000的军用图上勾绘流域面积F，所选择的沟渠的汇水面积一般控制在30 km2左右。在选择的沟渠附近向当地住户调查洪水位。特殊情况下需要通过现场观察洪痕及历史资料确定洪水位及其周期(相应的具体确定方法见铁三院《水文手册》相关内容)。

4.1.2 调查过程

找到军用图所选沟渠的地点，向当地住户询问相应年份的洪水情况，并指出洪水位，调查人员的年龄最好控制在50岁以上，按50年一遇洪水频率统计。同一年份最好在一定距离内(不同地点)指出两个或是三个洪水位，作为验证是否准确的依据。

4.1.3 野外测量阶段

做两个规则的水文断面，并在一定范围内做水坡，将洪水位点的高程也同时测出，其中断面及洪水位点的位置应记录明确，用于确定断面处的洪水位。

4.1.4 内业计算阶段

将洪水位点的高程换算到相应的断面处，利用程序计算出相应年份的洪水流量。确定相应年份流量的重现期(根据地方水文资料及实际了解的情况)，应用形态法计算调查重现期的流量，查得《湖南省暴雨洪水查算手册》最大流量离差系数Cv=0.50，根据洪水频率P=1%及Cs=3.5Cv等值线图得沪昆线怀化段Kp的数值为2.74，再查铁三院《水文手册》附录六，求得换算系数X(T1/T2)，最终算出百年的设计流量。

4.2 应用铁二院法计算百年流量

铁道第二勘察设计院山区公式：

根据西南地区特点制定公式如下:

Qp=0.278FC1αpym。

其中，C1为产流系数，从表5-16查取；αp为设计暴雨强度，mm/h,当F≤10 km2时,按αp=6n1Sp计算,当F>10 km2时,按αp=1.413F-0.156n1Sp计算。其中，n1为短历时暴雨衰减指数;ym为径流函数，根据径流因子γ从表5-18查取，表5-18内不同γ值对应的y及ym值可按图5-6内插。λ为时间的比值，λ=t/τ。

表5-18中γ按下式计算：

其中，τ为流域汇流时间，h，按下式计算：

其中，A3为阻力系数，从表5-19查取；L3为流域分水岭沿流程至桥涵处之距离，km；I3为流域平均坡度，可从出口断面至最远点分水岭处，沿流程绘制纵断面图，按面积补偿法计算，也可按下式计算：

4.3 应用地方公式计算百年流量

湖南省地方公式：

范围内林西县原属于湖南省怀化市，湖南省境内线位跨经主要河流为沅水、潕水,故采用湖南省地方公式进行验证计算。

根据《湖南省暴雨洪水查算手册》设计洪水计算方法：

其中，F为坝址以上流域面积,km2;L为坝址至干流分水岭距离,即河长,km;j为干流平均坡降,‰;t为时间,h;tc为产流历时,h;Ht为t时间内的暴雨量,mm;α为由点雨量化为面雨量的折算系数;np为某种频率的暴雨衰减指数;n2为1h～6h暴雨衰减指数;n3为6h～24h暴雨衰减指数;SP，SP′均为雨力，分别相应于n2，n3的1h最大暴雨量,mm/h；ψ为地表水与总径流的比例系数;Qm为洪峰流量,m3/s;τ为汇流历时,h。

5 小径流计算结果

1)小径流验证工点一。地方公式计算的百年流量为：96.53m3/s；铁二院法计算的百年流量为：219.32m3/s；形态法推算出来的百年流量为：237.30m3/s。

2)小径流验证工点二。地方公式计算的百年流量为：47.41m3/s；铁二院法计算的百年流量为：108.21m3/s；形态法推算出来的百年流量为：106.86m3/s。

3)小径流验证工点三。地方公式计算的百年流量：118.92m3/s；铁二院法计算的百年流量为：261.87m3/s;形态法推算出来的百年流量为：263.49m3/s。

6 验证结果说明

从计算结果的比较来看，二院山区法与湖南暴雨地方公式的计算结果是比较接近的,且二院法计算的流量比地方公式较大。

二院山区法经验公式是根据西南山区的特点结合多年工程实践经验制定的，并且在多年的工程实践中也检验了它的准确性，在怀化地区沪昆铁路等项目上经受住了多年的洪水考验。

通过以上验证分析，二院山区公式比较适合该地区，并且考虑到湖南地区的水系复杂、流域面积大、常年雨水不断、洪灾不断，所以本次的水文验证计算推荐采用二院西南山区公式。

7 结语

沪昆线为高速铁路客运专线，沿线大小水库、水电站众多，因此需要根据计算的百年流量、收集的江河资料、计算的水库下泄流量综合考虑进行沿线桥梁的水文计算。

Discussion on hydrological verification calculation of the rivers along the express railway line

Wang Yaolei

(ChinaRailway3rdSurveyDesignInstituteGroupCo.,Ltd,Tianjin300142,China)

The paper introduces the morphology and hydrological characteristics of Huaihua region in Hunan province of Hu-Kun express railway, verifies and calculates the hydrological characteristics of rivers along the express railway line by applying mountainous formula of the China Railway 2nd Institute, morphology method, local small runoff rainstorm formula, and finally finds out that: the watershed amount calculated with mountainous method of the China Railway 2nd Institute is close to the regional actual conditions.

regional watershed, rainstorm, small runoff, hydrological characteristics

2016-11-20

王垚磊(1978- )，男，工程师

1009-6825(2017)04-0226-02

P333

A