淺談云南中部山區(qū)管道工程設(shè)計的暴雨分析論文

　　設(shè)計暴雨是區(qū)域防洪排澇的重要依據(jù)，是關(guān)系到區(qū)域安全的重要問題[1].在氣候變化復(fù)雜、人類活動加劇的情況下，大雨和暴雨天氣情況增多[2].隨著數(shù)據(jù)的積累，應(yīng)對設(shè)計暴雨進(jìn)行不斷修正[3].在資料條件較好時，常采用 P - Ⅲ型頻率曲線計算設(shè)計暴雨。

　　但在實(shí)際工作中，經(jīng)常需要計算資料缺乏地區(qū)的設(shè)計暴雨。這些地區(qū)設(shè)計暴雨計算方法主要有區(qū)域綜合數(shù)理統(tǒng)計方法[4]、模型模擬法[5],以及地區(qū)經(jīng)驗公式法[6]等。山區(qū)線性工程往往要穿越眾多河流和溝谷，較大河流洪水一般采用實(shí)測資料分析或比擬法推求，而積水面積較小的溝谷通常沒有實(shí)測洪水資料可供分析，需要通過暴雨途徑推求[7].因此，在進(jìn)行集水面積較小的河流設(shè)計洪水計算時，關(guān)鍵就是要確定設(shè)計暴雨。

　　本文以中緬天然氣管道昆明西支線為例，探索滇中山區(qū)線性工程設(shè)計暴雨分析方法及其經(jīng)驗公式。

　　1 研究區(qū)概況

　　天然氣作為一種清潔能源，對保障我國能源安全，促進(jìn)我國能源結(jié)構(gòu)調(diào)整，達(dá)到節(jié)能減排目標(biāo)具有非常重要的意義。中緬天然氣管道氣源為緬甸西海岸的A1 /3 區(qū)塊的緬甸西海天然氣，在緬甸皎漂上岸后經(jīng)曼德勒，從云南瑞麗進(jìn)入中國境內(nèi)，經(jīng)保山、大理、楚雄、昆明、曲靖進(jìn)入貴州，最終到達(dá)廣西南寧，輸氣管道全長 2 806 km,年設(shè)計輸氣量 120 億 m.中緬天然氣昆明西支線輸氣管道以中緬油氣管道為氣源，線路起點(diǎn)為祿豐縣金山鎮(zhèn)香箐村祿豐分輸站，途徑祿豐縣、安寧市、西山區(qū)，終點(diǎn)止于昆明市西山區(qū)碧雞關(guān)末站，全線管道水平長度約 80 km.工程線路走向見圖 1.中緬天然氣昆明西支線輸氣管道工程沿線地處滇黔高原湖盆亞區(qū)，大部分位于普渡河流域內(nèi)，以淺丘緩坡地勢分布為主，河谷切割相對淺，屬中、低山地貌。

　　該區(qū)域干濕季分明，屬典型的高原季風(fēng)氣候區(qū)。夏秋季主要受來自印度洋孟加拉灣的西南暖濕氣流及北部灣的東南暖濕氣流控制，濕熱多雨； 冬春季則受來自北方干燥大陸季風(fēng)控制，但北方冷空氣受東北面烏蒙山脈屏障作用，區(qū)域天氣晴朗，降水少。受雨季降水集中和山區(qū)地形的影響，該區(qū)域洪水具有陡漲陡落的特點(diǎn)。

　　2 資料與方法

　　2. 1 資料站點(diǎn)

　　選擇中緬天然氣昆明西支線輸氣管道工程沿線附近資料年限較長的 8 個雨量站點(diǎn)降雨資料作為分析資料。工程沿線雨量站分布見圖 1,雨量站資料情況見表 1.

　　2. 2 溝谷集水區(qū)暴雨計算方法

　�。� 1） 利用 Pearson - Ⅲ型曲線對各站點(diǎn)實(shí)測暴雨量進(jìn)行頻率計算。它能與經(jīng)驗分布點(diǎn)擬合較好，且適應(yīng)性和穩(wěn)定性佳，在水文頻率分析中應(yīng)用較多。

　�。� 2） 建立各站點(diǎn)不同頻率的暴雨量與站點(diǎn)高程的相關(guān)關(guān)系，并通過最小二乘法擬合兩者關(guān)系式，再將線性工程穿越溝谷斷面集水區(qū)平均高程代入暴雨量 - 高程關(guān)系式，即可計算線性工程穿越溝谷斷面集水區(qū)各種頻率的暴雨量。

　�。� 3） 因區(qū)域暴雨成因復(fù)雜多變，應(yīng)考慮點(diǎn)暴雨量與面暴雨量的關(guān)系，即采用點(diǎn) - 面折減系數(shù)計算設(shè)計面暴雨量。

　　3 結(jié)果分析

　　3. 1 暴雨統(tǒng)計參數(shù)及設(shè)計

　　暴雨成果利用 Pearson - Ⅲ型曲線對 8個站點(diǎn)時段暴雨和最大 1 d 降雨量進(jìn)行頻率計算，得到 Cv、Cs 統(tǒng)計值（ 表 2） .設(shè)計暴雨通常可分為 5 種標(biāo)準(zhǔn)歷時（ 10 min、60 min、6 h、24 h 和 3 d）[8],鑒于 18 處工程斷面以上集水面積不大，次洪歷時一般不超過 24 h,故設(shè)計暴雨歷時取 24 h.由于竹阱口、老鴉關(guān)、王家灘、三家村、華亭寺等站只有實(shí)測最大 1 d雨量而沒有或 24 h 暴雨量系列太短，需根據(jù)具有長系列資料的�？谡竞筒碳掖逭咀畲�1 d 暴雨量與24 h 暴雨量的關(guān)系來插補(bǔ)和訂正。根據(jù)�？谡竞筒碳掖逭就�期最大 24 h 暴雨量與最大 1 d 雨量分析，其比值分別為 1. 13 和 1. 12,由此可求得各站多年平均最大 24 h雨量，再按各站最大 1 d 雨量的 Cv 值及 Cs 值，確定24h 暴雨設(shè)計成果，見表 3.

　　3. 2 點(diǎn)暴雨量與站點(diǎn)高程相關(guān)關(guān)系

　　中緬天然氣管道昆明西支線穿越線路中，除螳螂川和祿裱河之外，其余 18 處河道或溝谷集水面積均較小，其設(shè)計洪水宜采用暴雨法推求。為分析 18 處工程穿越斷面集水區(qū)的最大24 h 雨量，建立各站24 h 暴雨與站點(diǎn)高程的關(guān)系見圖 2.由圖 2 可知，工程沿線各設(shè)計頻率最大 24 h 降雨量與高程的擬合關(guān)系較好，表征擬合精度的 R2值均在 0. 6 以上。

　　3. 3 設(shè)計面暴雨量

　　將穿越斷面以上流域的平均高程代入 24 h 暴雨與站點(diǎn)高程的關(guān)系式，即可計算出各個溝谷對應(yīng)平均高程的 24 h 點(diǎn)暴雨量。因區(qū)域暴雨成因復(fù)雜多變，考慮點(diǎn)暴雨量與面暴雨量之間的折減系數(shù)，即可計算出各個溝谷集水區(qū)的設(shè)計面暴雨量。根據(jù)云南省山區(qū)暴雨量點(diǎn) - 面折算系數(shù)分析表，集水面積在 5 km2以內(nèi)時不進(jìn)行折算，集水面積在 5 km2以上時開始進(jìn)行折算，面積越大，折算系數(shù)越小。由于中緬天然氣管道昆明西支線防洪標(biāo)準(zhǔn)為 50 a 一遇，故在此僅計算 P =2% 設(shè)計面暴雨量。計算成果見表 4.

　　4 結(jié) 論

　　滇中山區(qū)線性工程地域跨距較大，穿越眾多集水面積較小溝谷，往往缺乏實(shí)測洪水資料，一般通過暴雨途徑推求洪水，因此設(shè)計暴雨計算是該區(qū)域設(shè)計洪水推求最為關(guān)鍵的環(huán)節(jié)。滇中山區(qū)氣候復(fù)雜，立體氣候較為明顯，該區(qū)域暴雨量與海拔高程密切相關(guān)，設(shè)計暴雨量隨海拔高程的增加而逐步增大。因此，利用 P -Ⅲ型曲線對各站點(diǎn)實(shí)測暴雨量進(jìn)行頻率計算，得到各站點(diǎn)不同頻率的暴雨量與站點(diǎn)高程的相關(guān)關(guān)系，結(jié)合線性工程穿越溝谷斷面集水區(qū)平均高程，計算其各種頻率點(diǎn)暴雨量，再采用點(diǎn) - 面折減系數(shù)計算設(shè)計面暴雨量。該方法符合區(qū)域暴雨特征。中緬天然氣管道昆明西支線設(shè)計暴雨分析實(shí)例表明，工程沿線各設(shè)計頻率最大 24 h 降雨量與高程的擬合關(guān)系較好，滿足線性工程設(shè)計暴雨計算要求，可為滇中山區(qū)線性工程穿越溝谷暴雨洪水計算提供一種有效途徑。

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