藏西南地區(qū)拉日鐵路沿線水文計算分析

劉宗峰

(中鐵第一勘察設計院集團有限公司，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，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支流拉薩河水系;曲水縣至吉瓊段穿越長度近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，根據所收集的水文站年最大流量，采用數理統(tǒng)計法進行流量計算與分析，并用全國水文分區(qū)經驗公式及拉薩市水文圖集法進行了驗證，最后經綜合分析確定流量。

2 雅魯藏布江設計洪峰流量計算及驗證

2.1 數理統(tǒng)計法

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，是國家重要報汛站，也是國際報汛站，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年出現歷史最高洪水水位11.04 m，相應流量達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 系列經驗頻率計算

由奴各沙水文站收集到1956～2005年共50年的年最大洪峰流量，采用數理統(tǒng)計法計算設計洪峰流量，經驗頻率計算結果見表1。

表1 奴各沙水文站年最大洪峰流量系列經驗頻率計算結果

2.1.2 統(tǒng)計參數計算

采用矩法計算初試值:均值Q均=3 116.12 m3/s，變異系數Cv=0.4，計算的K值見表2，K=Q/Q均。

表2 K值計算結果

2.1.3 適線法流量計算

參照雅魯藏布江各水文站資料及全國水文分區(qū)經驗公式取偏差系數 Cs=3.0Cv，Cs=3.5Cv和 Cs=4.0Cv三種情況進行理論頻率計算，在海森機率格紙［6］上采用P-Ⅲ型曲線進行適線，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驗頻率曲線吻合較差，為此，對Cv，Cs加以調整重新適線，在Cv=0.44，Cs=2.5Cv時理論頻率曲線與經驗頻率曲線吻合較好，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K=2.36，Q均=3 116.12 m3/s，則百年設計流量 Q1%=2.36 × 3 116.12=7 354 m3/s。

2.2 全國水文分區(qū)經驗公式法流量計算

式中，F為匯流面積。

可以看出，采用全國水文分區(qū)經驗公式，計算結果較適線法偏大?？紤]到適線法采用了較長的實測流量系列，計算結果更為可靠，因此雅魯藏布江奴各沙水文站設計洪峰流量采用適線法確定的Q1%=7 354 m3/s。

2.3 橋址處設計流量計算(表3)

表3 雅魯藏布江各橋橋址處設計洪峰流量

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算根據西藏水文局提供的洪水經驗公式進行計算，并采用公路部門的經驗公式進行了對比計算，對部分典型溝進行了調查驗證［7］。

3.1 小流域流量計算公式的說明

1)建有水文站的河流，盡量收集水文站相關資料，采用數理統(tǒng)計法進行流量計算。

2)無水文站的河流，采用西藏水文局洪水經驗公式及西藏公路部門的經驗公式對比計算，并作水文調查予以驗證。

根據對拉日線附近水文站網洪水Cv值的統(tǒng)計分析，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Cv值的影響最為突出，符合河流洪水的一般特性。根據全區(qū)綜合得到的洪水經驗公式結論，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)經驗公式

應用研究報告《西藏自治區(qū)無資料地區(qū)水文計算方法》中的洪水經驗公式，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;α為面積指數;β為降雨量指數。

3.3 公路部門經驗公式

西藏公路部門的經驗公式為Qcp=C'F0.74H'1.37。其中:Qcp為設計流域計算斷面多年平均洪峰流量，m3/s;C'為經驗系數，本次計算采用0.000 17;H'為流域多年平均降雨量。

3.4 典型溝調查驗證

1)典型溝概況(表4)

2)典型溝水力計算

斷面洪峰流量采用水面比降法推求，計算公式為

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。

典型溝洪水計算結果見表5，表中河床糙率根據河段特征確定，洪水重現期考慮被調查人年齡及周邊水文氣象站實測降水、洪水資料綜合確定。由于被調查人居住地距河流較遠且記憶不清，本次主要調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 典型溝調查洪水計算結果

3)三種流量計算方法對比(表6)

表6 頻率2%時計算流量對比

由表6可見，三種方法中西藏地區(qū)經驗公式法與形態(tài)調查法基本一致，而西藏公路部門經驗公式法計算結果偏小。

4 結論

在拉日鐵路所經過地區(qū)拉薩河、年楚河、雅魯藏布江三條大的河流洪峰流量計算中，全國水文分區(qū)經驗公式法及拉薩地區(qū)水文圖集法都不太適用于這三條河流，采用數理統(tǒng)計法較合理，設計時最終采用了數理統(tǒng)計法的計算結果。

沿線其它河流及小流域的流量計算中，經對比分析，西藏公路部門經驗公式計算流量偏小，西藏地區(qū)經驗公式計算流量與形態(tài)調查結果比較吻合，設計時最終采用了西藏地區(qū)經驗公式計算結果。

［1］鐵道部第三勘測設計院.鐵路工程設計手冊(橋渡水文)［M］.北京:中國鐵道出版社，1993.

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

［3］中鐵第一勘察設計院集團有限公司.拉薩至日喀則鐵路初步設計文件［Z］.西安:中鐵第一勘察設計院集團有限公司，2010.

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

［5］中華人民共和國鐵道部.TB 10017—99 鐵路工程水文勘測設計規(guī)范［S］.北京:中國鐵道出版社，1999.

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

［7］中華人民共和國交通部.JTG C30—2002 公路工程水文勘測設計規(guī)范［S］.北京:人民交通出版社，2002.

［8］劉桂霞，張鐵峰.Excel數據處理在水文計算中的應用［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］.鐵道標準設計，2006(11):51-53.