沈耀海

（中铁第五勘察设计院集团有限公司，北京102600）

新建安九客运专线大中河流水文分析计算

沈耀海

（中铁第五勘察设计院集团有限公司，北京102600）

新建安九客运专线跨越皖河水系、华阳河水系等长江流域的多条大中河流。文中介绍了大中河流水文计算常用的数理统计法、流域面积比拟法及地方经验公式法，并分别计算了皖水河、潜水河、长河及二郎河的百年一遇流量。通过计算结果及所收集资料的对比分析，最终确定了本线线位处大中河流水文计算的基本思路。

客运专线；大中河流；水文分析；流量计算

安九客运专线位于皖西南、鄂东北和赣北交界地带。线路自安徽省怀宁县新安庆西站引出南行，途经安徽省潜山县、太湖县、宿松县，湖北省黄梅县，过长江后至江西省九江县，线路全长173.765 km。其中安徽省境内长105.425 km，湖北省境内长52.875 km，江西省境内长15.465 km。另有安庆支线从新安庆西引出至安庆站，全长28.38 km。

1　水文计算方法

沿线经过的主要河流有皖河水系的石门湖航道、皖水河、潜水河及长河，华阳河水系的凉亭河、二郎河、新县河、梅济港。皖河水系及华阳河水系均位于长江流域。

安九客运专线初测阶段收集到的资料有皖河流域历年降雨量日最大系列，皖水河、潜水河、长河及二郎河四条河流水文站的历年流量观测资料、流域面积，无水文资料河流的流域面积等相关信息，以及安徽省水文计算手册等。根据资料收集情况，初步拟定采用以下方法对沿线各河流水文进行计算。

1.1数理统计法

根据水文站的历年观测流量序列，应用概率论的原理，对实测水文资料进行分析，确定相应的曲线参数，再根据曲线方程延长观测序列，求得相应设计频率的流量［1］。本线桥梁设计洪水频率为1/100，故只需计算百年一遇的设计流量Q1/100［2～4］。本方法理论严密，结果精度高，但是所需数据量大，必须有足够年限的流量观测序列。沿线河流中，仅皖水河、潜水河、长河及二郎河有水文站资料（详见表1），可采用此方法计算水文站处的Q1/100。

表1　水文站基本情况表

以潜水河为例进行计算，其余3条河流计算与潜水河相同。潜水河发源于安徽省岳西县多枝尖，水文观测站有3个，自上游至下游分别为来榜水文站、袁家渡水位站及潜山水文站。由图1可知线位处距潜山水文站最近，位于其下游约6.1 km，可用数理统计法计算潜山水文站的Q1/100。

潜水河在潜山水文站处1953年到2004年共52 y的实测洪峰流量［5］详见表2。对历年洪峰流量按递减顺序进行排列，可知洪峰流量最大的年份为1969年的4 510 m3/s，最小为1968年的211 m3/s，。根据《潜山县水利志》记载，有详细记录的洪水发生在1969年，潜水河右岸溃堤8处，潜山县城被淹，县城进水处最深有2 m，达到了30年一遇的标准［6］。

图1　潜水河流域各节点示意图

表2　潜水河历年最大流量统计表

历年最大洪水的经验频率为Pm=m/（n+1），历年流量的模比系数为，并由此分别计算出（Ki-1）、（Ki-1）2的值。最终求得变异系数

分别按偏差系数Cs=3.5Cv、3.0Cv、2.5CvCv、2.0Cv在海森几率格纸上进行适线，可以得出特征值Cv=0.60、Cs=2.5Cv下的理论频率曲线与实际经验频率点吻合较好，如图2所示。

图2　特征值Cv=0.60、Cs=2.5Cv下的适线结果

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

潜水河有详细记录的最大洪峰流量为1969年的4 510 m3/s，为30年一遇标准，小于计算所得的Q1%。1.2流域面积比拟法

确定水文站的设计流量后，可选用相邻自然地理条件同属一水文气象分区且流域面积接近、降雨特点相似的水文站为参证点，计算线位处的设计流量。

计算公式为：Qp=（F设/F参）n×QP参。式中，F设为设计断面流域面积，km2；F参为参证站控制流域面积，km2；QP参为参证站相应频率洪水流量，m3/s；n为面积比指数。

安徽省水利水电勘测设计院于20世纪80年代算出了皖水河乌石堰站（F=504 km2）的设计洪水Qp1/100= 5 050 m3/s，于1995年编制了《潜山县雷公井水电站工程初步设计报告》，并计算出了皖水河雷公井水库坝址（F=382 km2）的设计洪水Qp1/100=4 317 m3/s。两次计算成果较一致，可以推算出面积比指数n=0.66［5］。

1.3地方经验公式法

对于无水文资料的大中河流，如已知线位处的流域控制面积、河流坡降、河道长度、植被地貌等自然条件及24 h最大降雨量，运用当地水利部门提供的经验公式［5］即可求得该河流线位处的百年一遇设计流量。

根据安庆市水利局提供的皖河流域历年最大日降雨量资料（n=38）进行数理统计，在海森几率格纸上进行适线，可计算皖河水系设计频率雨量F1/100=399.4 m3/s。计算过程等同数理统计法流量计算，此处不再详细列出。由于皖河水系与华阳河水系自然地理条件、降雨特点极为相似，故计算得出的面积比指数n及地方经验公式可以推广应用到华阳河水系中。

2　水文计算结果汇总及分析

皖水河、潜水河、长河及二郎河的数理统计结果、地方经验公式结果及水利局提供的数据详见表3。

表3　水文计算结果汇总

从皖水河的水文计算结果分析可以看出，利用数理统计法和经验公式法得出的值比潜山水利局提供的数据要小，主要因为数理统计法采用的历年最大流量序列仅有35个（1953年～1986年），特大洪峰流量数据偏少，计算误差大；乌石堰水文站上游地势变化较复杂，地方经验公式中的经验系数取值不灵活。乌石堰水文站处流量采用潜山水利局提供的Q1/100=5 050 m3/s。

对潜水河、长河和二郎河在参照水文站处的流量进行对比分析可看出，采用数理统计法算得的结果，与在水利部门收集的流量和地方经验公式算得的结果均比较接近。首先是数理统计法采用的历年最大流量序列较多，均为50个以上，精确度较高；其次是三处水文站均位于低丘区，经验公式计算的结果可信度较高。长河花凉亭水库最大泄洪流量Q1/1000=10 320 m3/s，其水文站位于花凉亭水库坝下的东山头村，可认为水库的最大泄洪流量即为水文站的千年一遇最大流量，Q1/1000/Q1/100=1.227，验证了数理统计法和地方经验公式法计算结果的合理性。以上三条河流在参照水文站处的设计流量的前提下，均采用数理统计法的计算结果。

本线线位处均位于上述各水文站下游，可根据实际地形在1∶2 000平面地形图上圈出水文站至线位处的流域面积，再加上水文站处流域面积，最终可得线位处各河流的流域面积（见表3）。根据流域面积比拟法，可以得出各河流的线位处百年一遇的流量Q1/100。

3　结论

（1）数理统计法水文计算理论严密、精度很高，但必须有足够的历年统计资料才能保证计算结果的合理性，适用于水文资料连续、观测时间足够长的河流。

（2）如果线位处距已有水文资料的水文站有一定的距离，但自然地理条件与该水文站同属一水文气象分区，并且流域面积接近、降雨特点相似时，可基于该水文站处的水文资料用流域面积比拟法计算线位处的流量Q1/100

（3）本线线位所跨越绝大多数河流均无水文资料，且所有大中河流均位于低丘和平原区，流量计算采用与数理统计法结果比较接近的安徽省地方经验公式法。

［1］铁道部第三勘测设计院.桥渡水文［M］.北京：中国铁道出版社，1999.

［2］铁道部第三勘测设计院.TB10017-99铁路工程水文勘测设计规范［S］.北京：中国铁道出版社，1999.

［3］铁道部第三勘察设计院集团有限公司，中铁第四勘察设计院集团有限公司.TB10621-2014高速铁路设计规范［S］.北京：中国铁道出版社，2014.

［4］铁道第三勘察设计院.TB10002.1-2005铁路桥涵设计规范［S］.北京：中国铁道出版社，2005.

［5］安徽省水利水电勘测设计院.皖河流域综合规划报告［R］.安徽省安庆市水利局，2008.

［6］潜山县水利局.潜山县水利志［M］.安徽省潜山县水利局，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，山东枣庄人，工程师，硕士。

（责任编辑：秦中悦）