鄂爾多斯地區(qū)鐵路橋涵水文勘測及小流域流量分析與計算

2010-01-22 09:14:55李濤

鐵道標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計 2010年7期

李濤

(1.中鐵工程設(shè)計咨詢集團有限公司，北京 100055;2.北京交通大學(xué)土建學(xué)院，北京 100044)

1 概述

鄂爾多斯地區(qū)資源豐富,探明煤炭儲量1 050億t,天然氣儲量5 336億m3,目前東勝煤田、準(zhǔn)格爾煤田以及蘇里格氣田正在進行大規(guī)模建設(shè),區(qū)域路網(wǎng)“三橫四縱”也正在規(guī)劃實施當(dāng)中,地區(qū)鐵路建設(shè)近年來呈密集趨勢。鄂爾多斯地區(qū)地處高原,西、北、東三面被黃河河灣環(huán)繞,地勢中部高四周低,高原內(nèi)部水系呈放射狀流入四周黃河水系,內(nèi)陸沙地淖爾等閉流水系也分布廣泛。因此根據(jù)本地區(qū)的水文地質(zhì)特點,及時總結(jié)本地區(qū)在建鐵路橋涵的水文勘測方法和計算方法,對于今后蓬勃發(fā)展的國鐵、地鐵和礦區(qū)專用線的橋涵水文勘測和流量計算具有一定的指導(dǎo)意義和參考價值。

2 水文勘測方法及計算說明

本地區(qū)流域面積較大的河流屬黃河水系,在鐵路初測階段主要從下列幾個方面開展大中橋水文勘測和計算。

(1)開展沿線河流的形態(tài)調(diào)查。對有調(diào)查條件的河流,通過走訪橋址附近村落,調(diào)查其歷史洪水位,但因本地區(qū)地廣人稀,往往現(xiàn)場指認(rèn)的洪痕不甚明顯,也無其他更多的旁證資料,故本地區(qū)所調(diào)查的洪水位及推算流量僅供參考。

(2)本地區(qū)可以采用適用于陜、甘、寧、青、內(nèi)蒙古的一院法[5],同時收集地方水利部門的水文計算方法,如內(nèi)蒙古自治區(qū)水文手冊[6],榆林地區(qū)水文手冊[7],將計算結(jié)果進行比對校核(表1)。

表1 本地區(qū)一院法和地方法計算公式匯總

(3)收集跨越河流的觀測系列資料,采用數(shù)理統(tǒng)計法分析計算,或直接收集水利部門對系列觀測資料的數(shù)理統(tǒng)計分析成果。

(4)收集地方水利部門對在建或擬建水庫的設(shè)計文件,利用其中的最新水文分析成果。

下面就以本地區(qū)擬建的包西鐵路與準(zhǔn)東二期鐵路聯(lián)絡(luò)線上的東、西烏蘭木倫河特大橋為例,其水文分析計算詳細說明如下：

東、西烏蘭木倫河兩岸村莊寥落,給本次歷史洪水調(diào)查帶來一定難度,通過在高家塔、張家塔、王家塔、活蠶塔等村落走訪村民,并由村民于岸邊指認(rèn)洪痕,洪痕位置距離橋位上下游0.5～5.0 km范圍內(nèi)。經(jīng)調(diào)查,建國以來的洪水多發(fā)年份為1972、1976、1988、1992年,與《伊克昭盟志》、《伊金霍絡(luò)旗志》所載基本吻合。因現(xiàn)場洪痕不甚明顯,本次調(diào)查只能定性而不能定量,僅供參考。

在1∶10萬圖上通過圈繪匯水面積可得東、西烏蘭木倫河特大橋橋位以上流域面積(F=467.4 km2、1 301.7 km2),并量取東、西烏蘭木倫河橋位上游主河道長度(L=27.2 km、25.1 km)及水坡(I=3.55‰、3.35‰),利用表1中的一院法(F>100 km2)計算,可得百年設(shè)計流量為3 499.03、7 189.24 m3/s,合計為10 688.27 m3/s；利用表1中的內(nèi)蒙古經(jīng)驗公式法(F≤2 000 km2)計算,可得百年設(shè)計流量為3 435.99、7 228.28 m3/s,合計為10 664.27 m3/s。

東、西烏蘭木倫河在橋位下游約6.7 km處交匯,交匯處名為轉(zhuǎn)龍灣,此處擬建有轉(zhuǎn)龍灣水庫工程。根據(jù)現(xiàn)場收集到的《內(nèi)蒙古自治區(qū)鄂爾多斯市轉(zhuǎn)龍灣水庫可行性研究報告》[8](內(nèi)蒙古自治區(qū)水利水電勘測設(shè)計院2007年5月)中記錄,其水庫壩址設(shè)計洪水成果如表2所示。

表2 轉(zhuǎn)龍灣水庫壩址設(shè)計洪水成果

通過以上調(diào)查情況、計算結(jié)果及收集到的水庫資料加以分析,一院法(F>100 km2)流量計算結(jié)果與內(nèi)蒙古經(jīng)驗公式法(F≤2 000 km2)流量計算結(jié)果相差甚小,兩河合流之前6.7 km范圍內(nèi)尚有部分匯流需要疊加,因此在轉(zhuǎn)龍灣處的合計流量與收集資料上的流量成果也很相近,故選用一院法(F>100 km2)作為本地區(qū)流域面積超過100 km2河流百年設(shè)計流量的計算方法。

3 小流域流量分析與計算

本地區(qū)流域面積較小的河流多屬內(nèi)陸閉流水系,通過對本地區(qū)小橋涵工點進行調(diào)繪,本地區(qū)地表水不甚發(fā)育,加之地形平坦開闊,匯流區(qū)域亦不明顯,給小流域流量計算帶來一定難度。

下面就以本地區(qū)在建的新街至恩格阿婁鐵路為例,通過選取沿線流域面積不超過100 km2的河流,利用表1中的一院法(F≤100 km2)及內(nèi)蒙古推理公式法(F≤300 km2)分別計算。計算結(jié)果如表3所示。

一院法(F≤100 km2)水文參數(shù)選取根據(jù)地理區(qū)域查《壹橋8216》A-6及A-7圖表可得,其中暴雨衰減指數(shù)n1=0.6、n2=0.75,設(shè)計暴雨參數(shù)S1%=80 mm。

內(nèi)蒙古推理公式法(F≤300 km2)水文參數(shù)選取根據(jù)地理區(qū)域查《內(nèi)蒙古自治區(qū)水文手冊》中圖8、圖10、圖12、圖13可得,其中暴雨遞減指數(shù)n2=0.75、n3=0.83,多年平均年最大24 h雨量H24=60 mm,相應(yīng)變差系數(shù)Cv=0.85,偏差系數(shù)Cs=3.5Cv。

表3 新恩鐵路小流域(F≤100 km2)水文計算結(jié)果對比

由表3可知,一院法(F≤100 km2)與內(nèi)蒙古推理公式法(F≤300 km2)計算結(jié)果相差甚小,故選用一院法(F≤100 km2)作為本線流域面積不超過100 km2河流百年設(shè)計流量的計算方法。

4 適用于本地區(qū)的小流域流量計算概化公式

通過對目前本地區(qū)在建或擬建的包西、準(zhǔn)東、東烏、新恩、恩陶、陶靖、陶鄂、鄂上等鐵路上的橋涵工點進行抽樣,發(fā)現(xiàn)本地區(qū)內(nèi)陸閉流水系多分布于荒漠化草原和丘陵沙區(qū),其流域面積基本均不超過2 km2,通過對其流域面積與設(shè)計流量的對應(yīng)數(shù)據(jù)分析,反復(fù)試算參數(shù),驗證數(shù)據(jù)如表4所示,可得適用于本地區(qū)小流域流量計算的概化公式

Q1%=24.457F0.7726(F≤1.5 km2)(1)

Q1%=24.457F0.7726+6(F-1.5)

(1.5 km2

通過表4可知,一院法(F≤100 km2)與概化公式計算結(jié)果相差最多1 m3/s,將表4中一院法計算散點數(shù)據(jù)擬合為曲線，如圖1所示。