沈耀海

（中鐵第五勘察設(shè)計院集團(tuán)有限公司，北京102600）

新建安九客運專線大中河流水文分析計算

沈耀海

（中鐵第五勘察設(shè)計院集團(tuán)有限公司，北京102600）

新建安九客運專線跨越皖河水系、華陽河水系等長江流域的多條大中河流。文中介紹了大中河流水文計算常用的數(shù)理統(tǒng)計法、流域面積比擬法及地方經(jīng)驗公式法，并分別計算了皖水河、潛水河、長河及二郎河的百年一遇流量。通過計算結(jié)果及所收集資料的對比分析，最終確定了本線線位處大中河流水文計算的基本思路。

客運專線；大中河流；水文分析；流量計算

安九客運專線位于皖西南、鄂東北和贛北交界地帶。線路自安徽省懷寧縣新安慶西站引出南行，途經(jīng)安徽省潛山縣、太湖縣、宿松縣，湖北省黃梅縣，過長江后至江西省九江縣，線路全長173.765 km。其中安徽省境內(nèi)長105.425 km，湖北省境內(nèi)長52.875 km，江西省境內(nèi)長15.465 km。另有安慶支線從新安慶西引出至安慶站，全長28.38 km。

1　水文計算方法

沿線經(jīng)過的主要河流有皖河水系的石門湖航道、皖水河、潛水河及長河，華陽河水系的涼亭河、二郎河、新縣河、梅濟(jì)港。皖河水系及華陽河水系均位于長江流域。

安九客運專線初測階段收集到的資料有皖河流域歷年降雨量日最大系列，皖水河、潛水河、長河及二郎河四條河流水文站的歷年流量觀測資料、流域面積，無水文資料河流的流域面積等相關(guān)信息，以及安徽省水文計算手冊等。根據(jù)資料收集情況，初步擬定采用以下方法對沿線各河流水文進(jìn)行計算。

1.1數(shù)理統(tǒng)計法

根據(jù)水文站的歷年觀測流量序列，應(yīng)用概率論的原理，對實測水文資料進(jìn)行分析，確定相應(yīng)的曲線參數(shù)，再根據(jù)曲線方程延長觀測序列，求得相應(yīng)設(shè)計頻率的流量［1］。本線橋梁設(shè)計洪水頻率為1/100，故只需計算百年一遇的設(shè)計流量Q1/100［2～4］。本方法理論嚴(yán)密，結(jié)果精度高，但是所需數(shù)據(jù)量大，必須有足夠年限的流量觀測序列。沿線河流中，僅皖水河、潛水河、長河及二郎河有水文站資料（詳見表1），可采用此方法計算水文站處的Q1/100。

表1　水文站基本情況表

以潛水河為例進(jìn)行計算，其余3條河流計算與潛水河相同。潛水河發(fā)源于安徽省岳西縣多枝尖，水文觀測站有3個，自上游至下游分別為來榜水文站、袁家渡水位站及潛山水文站。由圖1可知線位處距潛山水文站最近，位于其下游約6.1 km，可用數(shù)理統(tǒng)計法計算潛山水文站的Q1/100。

潛水河在潛山水文站處1953年到2004年共52 y的實測洪峰流量［5］詳見表2。對歷年洪峰流量按遞減順序進(jìn)行排列，可知洪峰流量最大的年份為1969年的4 510 m3/s，最小為1968年的211 m3/s，。根據(jù)《潛山縣水利志》記載，有詳細(xì)記錄的洪水發(fā)生在1969年，潛水河右岸潰堤8處，潛山縣城被淹，縣城進(jìn)水處最深有2 m，達(dá)到了30年一遇的標(biāo)準(zhǔn)［6］。

圖1　潛水河流域各節(jié)點示意圖

表2　潛水河歷年最大流量統(tǒng)計表

歷年最大洪水的經(jīng)驗頻率為Pm=m/（n+1），歷年流量的模比系數(shù)為，并由此分別計算出（Ki-1）、（Ki-1）2的值。最終求得變異系數(shù)

分別按偏差系數(shù)Cs=3.5Cv、3.0Cv、2.5CvCv、2.0Cv在海森幾率格紙上進(jìn)行適線，可以得出特征值Cv=0.60、Cs=2.5Cv下的理論頻率曲線與實際經(jīng)驗頻率點吻合較好，如圖2所示。

圖2　特征值Cv=0.60、Cs=2.5Cv下的適線結(jié)果

查詢《橋渡水文》［1］附錄1中的“3.P-Ⅲ型曲線Kp值”，特征值采用Kp1%=3.00，Q1%=QKp1%=5 366.1 m3/s。

潛水河有詳細(xì)記錄的最大洪峰流量為1969年的4 510 m3/s，為30年一遇標(biāo)準(zhǔn)，小于計算所得的Q1%。1.2流域面積比擬法

確定水文站的設(shè)計流量后，可選用相鄰自然地理條件同屬一水文氣象分區(qū)且流域面積接近、降雨特點相似的水文站為參證點，計算線位處的設(shè)計流量。

計算公式為：Qp=（F設(shè)/F參）n×QP參。式中，F(xiàn)設(shè)為設(shè)計斷面流域面積，km2；F參為參證站控制流域面積，km2；QP參為參證站相應(yīng)頻率洪水流量，m3/s；n為面積比指數(shù)。

安徽省水利水電勘測設(shè)計院于20世紀(jì)80年代算出了皖水河烏石堰站（F=504 km2）的設(shè)計洪水Qp1/100= 5 050 m3/s，于1995年編制了《潛山縣雷公井水電站工程初步設(shè)計報告》，并計算出了皖水河雷公井水庫壩址（F=382 km2）的設(shè)計洪水Qp1/100=4 317 m3/s。兩次計算成果較一致，可以推算出面積比指數(shù)n=0.66［5］。

1.3地方經(jīng)驗公式法

對于無水文資料的大中河流，如已知線位處的流域控制面積、河流坡降、河道長度、植被地貌等自然條件及24 h最大降雨量，運用當(dāng)?shù)厮块T提供的經(jīng)驗公式［5］即可求得該河流線位處的百年一遇設(shè)計流量。

根據(jù)安慶市水利局提供的皖河流域歷年最大日降雨量資料（n=38）進(jìn)行數(shù)理統(tǒng)計，在海森幾率格紙上進(jìn)行適線，可計算皖河水系設(shè)計頻率雨量F1/100=399.4 m3/s。計算過程等同數(shù)理統(tǒng)計法流量計算，此處不再詳細(xì)列出。由于皖河水系與華陽河水系自然地理條件、降雨特點極為相似，故計算得出的面積比指數(shù)n及地方經(jīng)驗公式可以推廣應(yīng)用到華陽河水系中。

2　水文計算結(jié)果匯總及分析

皖水河、潛水河、長河及二郎河的數(shù)理統(tǒng)計結(jié)果、地方經(jīng)驗公式結(jié)果及水利局提供的數(shù)據(jù)詳見表3。

表3　水文計算結(jié)果匯總

從皖水河的水文計算結(jié)果分析可以看出，利用數(shù)理統(tǒng)計法和經(jīng)驗公式法得出的值比潛山水利局提供的數(shù)據(jù)要小，主要因為數(shù)理統(tǒng)計法采用的歷年最大流量序列僅有35個（1953年～1986年），特大洪峰流量數(shù)據(jù)偏少，計算誤差大；烏石堰水文站上游地勢變化較復(fù)雜，地方經(jīng)驗公式中的經(jīng)驗系數(shù)取值不靈活。烏石堰水文站處流量采用潛山水利局提供的Q1/100=5 050 m3/s。

對潛水河、長河和二郎河在參照水文站處的流量進(jìn)行對比分析可看出，采用數(shù)理統(tǒng)計法算得的結(jié)果，與在水利部門收集的流量和地方經(jīng)驗公式算得的結(jié)果均比較接近。首先是數(shù)理統(tǒng)計法采用的歷年最大流量序列較多，均為50個以上，精確度較高；其次是三處水文站均位于低丘區(qū)，經(jīng)驗公式計算的結(jié)果可信度較高。長河花涼亭水庫最大泄洪流量Q1/1000=10 320 m3/s，其水文站位于花涼亭水庫壩下的東山頭村，可認(rèn)為水庫的最大泄洪流量即為水文站的千年一遇最大流量，Q1/1000/Q1/100=1.227，驗證了數(shù)理統(tǒng)計法和地方經(jīng)驗公式法計算結(jié)果的合理性。以上三條河流在參照水文站處的設(shè)計流量的前提下，均采用數(shù)理統(tǒng)計法的計算結(jié)果。

本線線位處均位于上述各水文站下游，可根據(jù)實際地形在1∶2 000平面地形圖上圈出水文站至線位處的流域面積，再加上水文站處流域面積，最終可得線位處各河流的流域面積（見表3）。根據(jù)流域面積比擬法，可以得出各河流的線位處百年一遇的流量Q1/100。

3　結(jié)論

（1）數(shù)理統(tǒng)計法水文計算理論嚴(yán)密、精度很高，但必須有足夠的歷年統(tǒng)計資料才能保證計算結(jié)果的合理性，適用于水文資料連續(xù)、觀測時間足夠長的河流。

（2）如果線位處距已有水文資料的水文站有一定的距離，但自然地理條件與該水文站同屬一水文氣象分區(qū)，并且流域面積接近、降雨特點相似時，可基于該水文站處的水文資料用流域面積比擬法計算線位處的流量Q1/100

（3）本線線位所跨越絕大多數(shù)河流均無水文資料，且所有大中河流均位于低丘和平原區(qū)，流量計算采用與數(shù)理統(tǒng)計法結(jié)果比較接近的安徽省地方經(jīng)驗公式法。

［1］鐵道部第三勘測設(shè)計院.橋渡水文［M］.北京：中國鐵道出版社，1999.

［2］鐵道部第三勘測設(shè)計院.TB10017-99鐵路工程水文勘測設(shè)計規(guī)范［S］.北京：中國鐵道出版社，1999.

［3］鐵道部第三勘察設(shè)計院集團(tuán)有限公司，中鐵第四勘察設(shè)計院集團(tuán)有限公司.TB10621-2014高速鐵路設(shè)計規(guī)范［S］.北京：中國鐵道出版社，2014.

［4］鐵道第三勘察設(shè)計院.TB10002.1-2005鐵路橋涵設(shè)計規(guī)范［S］.北京：中國鐵道出版社，2005.

［5］安徽省水利水電勘測設(shè)計院.皖河流域綜合規(guī)劃報告［R］.安徽省安慶市水利局，2008.

［6］潛山縣水利局.潛山縣水利志［M］.安徽省潛山縣水利局，2008.

Hydrological analysis and calculation on large and medium-sized rivers along the newly-constructed Anqing-Jiujiang Passenger Railway Line

SHEN Yaohai
（China Railway Fifth Survey and Design Institute Group Co.，Ltd，Beijing 102600，China）

The newly-constructed Anqing-Jiujiang Passenger Railway Line crosses several large and mediumsized rivers of Wan River Drainage and Huayang River Drainage in the Yangtze River valley.In this paper，the frequently used methods in the hydrographic computation，such as Mathematical Statistics Method，Basin Area Analogue Method and Local Empirical Formula Method，are introduced and adopted to calculate the once-in-acentury discharge of Wanshui River，Qianshui River，Chang River and Erlang River.Through comparison of the calculations and data collected，a basic model for the hydrological calculation on large and medium-sized rivers is provided.

Passenger Railway Line；large and medium-sized rivers；hydrological analysis；discharge calculation

P333；U442.5

A

1672-0679（2016）02-0029-04

2015-12-25

沈耀海（1983-），男，山東棗莊人，工程師，碩士。

（責(zé)任編輯：秦中悅）