1、二院法在蒙河铁路小流域暴雨径流计算中的应用与验证摘要：本文介绍了蒙河铁路的小流域暴雨径流计算方法，并通过与形勘法及云南省地方公式相比较，说明了在该铁路工程中采用二院法公式计算小流域暴雨径流的合理性。本文可以为类似地区其他工程的小径流计算过程提供参考。 关键词：二院法；小径流计算；蒙河铁路 Abstract: this paper introduces the small watershed rainstorm runoff calculation method of river and railway, and by comparing with the shape and Yunnan lo
2、cal formula shall be, that the two are used in the railway engineering method, the rationality of the formula calculation of small watershed storm runoff. This paper can for similar areas provide reference for other engineering calculation of runoff process. Key words: 2 hospital method; The small r
3、unoff calculation; Monte river railway 中图分类号：TV212.4 文献标识码：A 文章编号：2095-2104(2013) 小流域暴雨径流流量是确定小桥涵孔径类型及建筑形式的主要依据。铁路部门经过多年实践和洪水考验，通过收集大量暴雨和径流实验观测资料，建立了各自地区的计算公式，分别称为一院法、二院法、三院法、四院法。其中，在云贵川等西南地区一般采用的是二院法。 二院法简介 二院法采用了西南地区大量实测资料，以推理公式方法为基础，以水量平衡为依据，在洪峰流量计算时加入了洪峰流量函数，根据暴雨资料推求设计洪峰及设计过程线。具体公式为：Qp=0.278FC1a
4、pym，其中，C1 为产流系数，ap 为设计暴雨强度，ym 为径流函数，F 为流域面积。 二院法的应用 2.1 蒙河铁路概况 蒙河铁路位于云南省东南部，北起红河州蒙自市，经屏边、瑶山等市县，穿越大围山国家自然保护区，南至中越边境口岸河口，线路全长142km，是泛亚铁路国际通道的重要组成部分。工程所在区域属亚热带季风气候。沿线地形复杂多变，地形特征以高山深谷、山川间布为主。区内地面高程一般在 3001600m 之间。区内河谷多呈“V”型，谷坡陡峻。起点段蒙自盆地，地形平缓、交通发达、地表多为经济林石榴树或居民区。在红河、南溪河河谷及周围谷坡地带，植被以热带雨林、河谷雨林及橡胶林为主，森林覆盖率可
5、达 50%以上，植被极发育。沿线所经河流属元江水系红河流域，主要河流为红河支流新现河。 沿线终年温暖，温度年差变化在 10C 左右。气温随海拔的升高而降低，基本呈线性递减，递减率为 0.6C/100 米，温度日差较大、年差较小，绝对低温较高。 沿线虽然温度变化不大，然而雨水变化却显著。如果以雨水多寡作为划分季节的主要因素，沿线地区一般可以分为干季和雨季两个季节。所谓干季，是指一年中少雨的时期，时间长达半年之久，月份为 10 月下旬至次年的 5 月中旬前后；雨季,集中了全年 80-90%的降雨，在 7、8 月间几乎天天有雨,但不是连绵阴雨，而是为时短暂的雷阵雨、暴雨，强度大，多降于午后,雨过之后
6、，云消天晴,在季雨中可间隔有周期性的晴天。2.2 小径流计算 铁路工程水文勘测设计规范(TB10017-99)中第 3.3.11 条规定：“小流域暴雨径流可采用铁路各设计单位根据地区特点制定的公式计算；水利部门和有关地区的成果亦可参考使用。计算时宜对采用的公式进行验证。 ”据此，蒙河铁路全线小流域流量计算方法统一采用二院法进行流量计算。全线拉通圈绘小流域汇水面积，并通过现场核对及流域调查选择汇流参数进行流量计算。小流域计算公式如下： F0.1km2 时，Q2%=0.2FC12%。 （当 F0.1km2 时，ym 接近于 1。 ） F0.1km2 时，Q2%=0.278FC12%ym。 在按以上
7、参数计算出流量后换算成百年一遇的设计流量，即Q1%=1.25Q2%。其中：产流系数取前期中雨 C1=0.8，土壤为类土，阻力系数 A3=1.0；根据全国暴雨等值线图 ，2%按具体工程所处的不同地区取值，蒙河铁路根据沿线经过的地区不同降雨特点，选择了不同的设计暴雨强度：蒙自至屏边段 140mm/h，屏边至河口段 160mm/h。 二院法的验证 为了对采用的二院法公式及参数进行验证，选择了两个工点，即沙田河和三家寨，分别用形勘法和地方经验公式进行计算比较。 3.1 形态勘测法 形态勘测法，简称形勘法，是无资料地区根据历史调查洪水计算设计洪水的一种方法，在公路、铁路建设的水文计算中运用较多。它选取典
8、型的流域，实地调查历史洪水，实测断面、河床坡度，计算设计流量，并根据此流量来推算任何频率下的设计洪水。该法的缺点是费时费力，优点是精度高，可以用来对其他办法计算的结果进行验证和评价。 一般在计算设计流量时采用曼宁公式，Q1%=，其中 w 表示断面面积，R 表示水力半径，J 表示水力坡度，c=表示谢才系数，n 表示糙率。 （1）沙田河 沙田河工点的流域面积 F 为 6.427km2，范围内地势较低处为成片农田、较高处为树林及果林。河沟较宽处约 2m，沟形较弯曲，沟坎上多为杂草，糙率系数选用：主槽为 17，边滩系数用 7。共调查了 7 个洪水位点，据当地居民称 1993 年曾发生一次较大洪水，是最
9、近二十年来见过的最大一次。最终确定 1993 年的洪水为近十多年来最大的一次，取其重现期为 12 年；常洪水位重现期定为两年一遇。根据曼宁公式计算，Q1%=104.55m3/s。 按二院法公式计算，结果为 Q1%=105.9m3/s。两者比较，相差1.3%，二院法稍大。 （2）三家寨 三家寨工点的流域面积 F 为 2.26km2，范围内地势较低处为农田和村庄、较高处为香蕉地。沟形断面较规则，沟坎一侧为陡坎长有杂草，另一侧为香蕉地，沟底为石块，选用主槽糙率系数 17，边滩糙率系数 7。共调查了 13 个洪水位点，据当地村民介绍，1975 年农历 6 月沟中发过一次大水，沟边的香蕉地及鱼塘都被冲毁
10、了一些，此外，1987 年及 1995 年所涨的洪水都与 1975 的洪水相当。最终确定 1975 年的洪水为近二十年来最大的一次，取其重现期为 15 年；常洪水位重现期定为两年一遇。根据曼宁公式计算，Q1%=47.72m3/s。 按二院法公式计算，结果为 Q1%=50.5m3/s。两者比较，相差 5.5%，二院法稍大。 3.2 云南水文手册方法 根据云南省水文手册介绍的推求设计洪峰流量的计算过程： 多年一遇的洪峰流量=多年平均最大洪峰流量倍比系数 其中，多年平均最大洪峰流量=多年平均最大洪峰模数集水面积2/3，洪峰模数和倍比系数均可以通过相关图表查得。据此计算得沙田河Q1%=40.79m3/
11、s、三家寨 Q1%=27.55m3/s，考虑到流域内植被较少，局部地方高差较大，而且流域是扇形面积，故加 30%的安全修正值，则流域出口处的洪峰流量为：沙田河 Q1%=53.03m3/s、三家寨 Q1%=35.82m3/s。 3.3 云南暴雨洪水查算使用手册方法 云南暴雨洪水查算使用手册中的暴雨洪水查算图表是适用于1000km2 以内的设计暴雨洪水计算的一种图表集，是在短缺实测流量资料地区的小型水利水电工程初步设计及中型工程可行性研究阶段设计洪水计算的主要方法。 根据这种方法计算流域出口处的洪峰流量为：沙田河Q1%=110.42m3/s、三家寨 Q1%=72.58m3/s。 验证结论 四种计算
12、方法的成果见下表： 经分析， 云南省水文手册计算出结果过于偏小，所以其不予采用。云南省暴雨洪水查算使用手册计算结果过于偏大，也不予采用。二院法与形勘法的结果相比偏差不大，故在采用二院法及其参数计算本工程所在区域的小径流是合理的。 结语 二院法是 1978 年中铁二院用汇流面积上的水量平衡方程取得的研究成果，随后其他三家铁路设计院先后联合科研院校制定了各自的小流域暴雨计算方法。经过三十多年的工程实践，证明该法是比较符合实际的，目前在我国西南地区的铁路工程中普遍使用该法，只是在使用时要根据具体工程区域对公式中的参数取值进行验证。 参考文献： 1中华人民共和国铁道部.铁路工程水文勘测设计规范(TB10017-99)S.北京:中国铁道出版社,1999. 2铁道部第三勘测设计院.桥渡水文M.第 1 版.北京:中国铁道出版社,1999. 3黄文俊,吴学鹏,王家服.小流域设计洪峰流量计算参数的综合研究J.铁道学报,1988(03):38-48.
