山區(qū)小流域暴雨徑流觀測研究3-2

山區(qū)鐵路小徑流試驗綜合觀測研究1．研究的背景及意義隨著我國鐵路建設的快速發(fā)展，鐵路營運里程已突破10萬公里大關，根據(jù)調整后的《中長期鐵路網(wǎng)規(guī)劃》，到2015年我國高速鐵路運營里程將達到1.9萬公里；到2020年我國鐵路營運里程將達到12萬公里以上。這些既有鐵路和規(guī)劃籌建的線路中不可避免要跨越或近鄰各種不同類型的流域，流域暴雨引起的山洪、泥石流、滑坡等災害，是鐵路運營最大的安全隱患之一。特別是山區(qū)鐵路，地質災害頻繁發(fā)生，如成昆、寶成、隴海（寶天段）、湘黔等線的泥石流災害（圖1，2）；寶成、成昆、川黔等線的滑坡崩塌災害；黔桂、湘桂、焦柳、黎湛等線的巖溶塌陷災害等均與降雨徑流直接相關。因此，開展山區(qū)鐵路沿線小流域徑流試驗綜合觀測研究是我國鐵路建設與安全運營中基礎工作，也是我國國民經(jīng)濟建設大數(shù)據(jù)戰(zhàn)略的一個重要需求。*!!■nL圖1*!!■nL圖1成昆線泥石流分布（樂都至普雄」A樂都至普雄段擬也泥石淞唯耕輸頁型泥石流示意圖唯耕輸頁型泥石流示意圖圖2泥石流形成示意圖2．主要研究內容我國地域遼闊，降水徑流分布不均（圖3）。徑流實驗研究是在野外建立實驗流域或徑流實驗場，在室內建立實驗模型，對徑流影響要素進行觀測、分析，找出其變化規(guī)律和相互關系。已建立的這種實驗場所有：中國浙江省姜灣徑流實驗站、安徽省城西徑流實驗站、美國的科威塔實驗站、前蘇聯(lián)的瓦爾代實驗站和服務鐵路建設的四川峨眉徑流實驗站等。與傳

統(tǒng)的水文徑流觀測不同，山區(qū)鐵路小徑流試驗綜合觀測關注的重點是鐵路沿線對安全運營有影響的降水匯流區(qū)域，面積從幾平方公里到數(shù)十平方公里的小流域徑流。圖3我國降水徑流分布圖本研究依托峨眉徑流實驗站，通過55年的小徑流實測數(shù)據(jù)（1960~2014，文革期間未曾間斷），采用數(shù)值模擬方法，利用水文軟件，建立峨眉徑流實驗站暴雨徑流模型；并對55年的小徑流實測數(shù)據(jù)整編，在大量數(shù)據(jù)的基礎上，準確分析暴雨誘發(fā)災害的規(guī)律，為鐵路線路設計、災害預報預警提供準確的依據(jù)。例如橋涵設計中暴雨設計流量的計算、線路設計洪水位的確定、鐵路防洪標準的確定、線路災害預報預警等（圖4）。圖4東川站降雨-徑流-泥石流監(jiān)測3．山區(qū)鐵路小徑流試驗綜合觀測3.1峨眉徑流站科研工作情況介紹鑒于山區(qū)水災害對鐵路安全運營帶來的巨大影響，1959年12月，鐵科院西南研究所（中鐵西南科學研究院前身）建成峨眉徑流實驗站（1958年原在重慶北碚徑流實驗站觀測，但因北碚地區(qū)暴雨很少，難于滿足暴雨徑流實驗需要，故遷峨眉而更名），自1960年就開始以峨眉徑流實驗站為依托、以伏虎溪流域為試驗區(qū)域來開展山區(qū)小流域暴雨徑流的研究工作，圖5。圖5峨眉徑流實驗站3.2試驗區(qū)自然地理特征試驗區(qū)即伏虎溪流域位于四川盆地西南邊緣山丘地帶，背靠海拔3092m的峨眉山主峰金頂，地處峨眉山東麓。地理坐標為東經(jīng)103°20'，北緯29°30'。試驗區(qū)內的主河槽伏虎溪匯入大渡河支流峨眉河。全流域匯水面積8.44km2。中心站址設于峨眉山市峨山鎮(zhèn)。試驗區(qū)屬山丘地形，高程變化在海拔440?1500m之間。大致可分為三個區(qū)段，報國寺以上為山岳區(qū)，該區(qū)內崇山峻嶺，河谷深窄，山坡平均坡度60%左右，河槽坡度在20%左右，高程變化在海拔570?1500m之間，屬全流域的上游區(qū)段。報國寺以下至保寧總口為深丘區(qū)，山坡平均坡度30%左右，河槽坡度在6%左右，其高程變化在海拔480?960m之間，為流域的中游區(qū)段。馬路橋以下至土鐵路總出口為淺丘區(qū)，河道開闊，高程變化僅在440?480之間，為流域的下游區(qū)段。峨眉徑流實驗站流域地形見圖6。圖6試驗站流域地形圖試驗區(qū)內的氣候特點是：陰雨多、日照少、濕度大、氣候溫和，冬季無霜期長，除峨眉山主峰高山區(qū)外，山麓及本站流域內罕見降雪。盛夏至仲秋為暴雨季節(jié)，雨量豐沛，強度較大，是國內著名的內陸暴雨中心之一。歷年最大年降雨量曾達到2000毫米以上，多年平均

年降雨量為1500余毫米。每年6~9月為暴雨季節(jié)，多年平均降雨量為1100余毫米，約占多年平均年降雨量的70%以上。歷年一日最大降雨量曾達到300毫米。洪水出現(xiàn)在每年的6?9月之間，集中于8~9月。地下水極為豐富，可源源不斷地補給河川徑流，河溝經(jīng)冬不涸由于本流域屬山丘地形，山高坡陡，河床亂石堆積，雨洪時水流洶涌湍急，漲落迅速。3.2降雨徑流觀測降雨徑流觀測是在每年汛期（6月1日至10月1日）進行。圖7、8為峨眉徑流實驗站部分觀測點。圖7峨眉徑流實驗站觀測點圖7峨眉徑流實驗站觀測點圖8新建高鐵站自動化觀測點（1）雨量的觀測：雨量測驗，全采用自記雨量計。從雨量計的自記紙上，可以整理出降雨過程，以及逐日降雨量等。2013年降雨徑流觀測，雨量觀測站點共7個。見圖9。圖9雨量觀測（2）水位觀測：包括外水尺和內水尺，水位測驗全部采用自記水位計自記記錄。每年的汛期（與降雨觀測同步）每個測點每天定時觀測一次。水位觀測站點共11個。見圖10。圖10水位觀測點及觀測儀器每年經(jīng)過足足4個月的野外觀測，搜集到了各個觀測站點全天候的降雨或水位變化情況的紙帶及其起點坐標的絕對值。每年度共搜集記錄紙帶500張以上。3.3降雨徑流觀測資料整編（1）產(chǎn)流暴雨過程的整編及其強度計算凡是一次連續(xù)降雨（降雨間歇時間不超過2小時者，以一次連續(xù)降雨論。若間歇時間超過2小時以上者，為另一次降雨），其降雨總量達到或超過50.0mm；或一小時內降雨量達到或超過25.0mm；或短時平均雨強超過2.0mm/min者，都進行降雨過程的整編。整編的方法采用特征點法（亦稱轉折點法），摘出各轉折點的累積雨量及其相應時間。圖11為雨量計觀測記錄資料。（2）汛期逐日降雨量的統(tǒng)計從6月1日至10月1日按月逐日統(tǒng)計日降雨量。以北京時間8：00?8：00為日界。降雨量以mm為單位，取小數(shù)一位。在日降雨量統(tǒng)計表內，逐月統(tǒng)計出各月的月總降雨量及各月單日最大降雨量及其出現(xiàn)日期。（3）洪水過程的整理及其流量計算根據(jù)建立的水位流量關系曲線，利用“流量=流速X過水面積”計算公式，進行流量的計算，建立洪水過程資料與降雨場次相對應關系。其核心工作是暴雨洪水時測速工作。圖11雨量計紙帶觀測結果4.取得的成果山區(qū)鐵路小徑流試驗綜合觀測研究以峨眉徑流實驗站為依托，至2014年，已連續(xù)無間斷觀測55年。自建站以來，峨眉徑流實驗站一直承擔著鐵道部小徑流流域的水文觀測和試驗的科研項目，1960年至1975年的觀測數(shù)據(jù)已經(jīng)刊布，1976年至2013年的資料已全部整理完畢，圖12。多年的觀測數(shù)據(jù)為橋涵設計規(guī)范修訂、小徑流計算公式的制定提供了寶貴研究報告圖12觀測數(shù)據(jù)整理資料、研究報告圖12觀測數(shù)據(jù)整理資料、