浅谈云南中部山区管道工程设计的暴雨分析论文

时间：2024-09-28 09:12:45 论文范文我要投稿

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　　设计暴雨是区域防洪排涝的重要依据，是关系到区域安全的重要问题[1].在气候变化复杂、人类活动加剧的情况下，大雨和暴雨天气情况增多[2].随着数据的积累，应对设计暴雨进行不断修正[3].在资料条件较好时，常采用 P - Ⅲ型频率曲线计算设计暴雨。

浅谈云南中部山区管道工程设计的暴雨分析论文

　　但在实际工作中，经常需要计算资料缺乏地区的设计暴雨。这些地区设计暴雨计算方法主要有区域综合数理统计方法[4]、模型模拟法[5],以及地区经验公式法[6]等。山区线性工程往往要穿越众多河流和沟谷，较大河流洪水一般采用实测资料分析或比拟法推求，而积水面积较小的沟谷通常没有实测洪水资料可供分析，需要通过暴雨途径推求[7].因此，在进行集水面积较小的河流设计洪水计算时，关键就是要确定设计暴雨。

　　本文以中缅天然气管道昆明西支线为例，探索滇中山区线性工程设计暴雨分析方法及其经验公式。

　　1 研究区概况

　　天然气作为一种清洁能源，对保障我国能源安全，促进我国能源结构调整，达到节能减排目标具有非常重要的意义。中缅天然气管道气源为缅甸西海岸的A1 /3 区块的缅甸西海天然气，在缅甸皎漂上岸后经曼德勒，从云南瑞丽进入中国境内，经保山、大理、楚雄、昆明、曲靖进入贵州，最终到达广西南宁，输气管道全长 2 806 km,年设计输气量 120 亿 m.中缅天然气昆明西支线输气管道以中缅油气管道为气源，线路起点为禄丰县金山镇香箐村禄丰分输站，途径禄丰县、安宁市、西山区，终点止于昆明市西山区碧鸡关末站，全线管道水平长度约 80 km.工程线路走向见图 1.中缅天然气昆明西支线输气管道工程沿线地处滇黔高原湖盆亚区，大部分位于普渡河流域内，以浅丘缓坡地势分布为主，河谷切割相对浅，属中、低山地貌。

　　该区域干湿季分明，属典型的高原季风气候区。夏秋季主要受来自印度洋孟加拉湾的西南暖湿气流及北部湾的东南暖湿气流控制，湿热多雨；冬春季则受来自北方干燥大陆季风控制，但北方冷空气受东北面乌蒙山脉屏障作用，区域天气晴朗，降水少。受雨季降水集中和山区地形的影响，该区域洪水具有陡涨陡落的特点。

　　2 资料与方法

　　2. 1 资料站点

　　选择中缅天然气昆明西支线输气管道工程沿线附近资料年限较长的 8 个雨量站点降雨资料作为分析资料。工程沿线雨量站分布见图 1,雨量站资料情况见表 1.

　　2. 2 沟谷集水区暴雨计算方法

　　（ 1）利用 Pearson - Ⅲ型曲线对各站点实测暴雨量进行频率计算。它能与经验分布点拟合较好，且适应性和稳定性佳，在水文频率分析中应用较多。

　　（ 2）建立各站点不同频率的暴雨量与站点高程的相关关系，并通过最小二乘法拟合两者关系式，再将线性工程穿越沟谷断面集水区平均高程代入暴雨量 - 高程关系式，即可计算线性工程穿越沟谷断面集水区各种频率的暴雨量。

　　（ 3）因区域暴雨成因复杂多变，应考虑点暴雨量与面暴雨量的关系，即采用点 - 面折减系数计算设计面暴雨量。

　　3 结果分析

　　3. 1 暴雨统计参数及设计

　　暴雨成果利用 Pearson - Ⅲ型曲线对 8个站点时段暴雨和最大 1 d 降雨量进行频率计算，得到 Cv、Cs 统计值（表 2） .设计暴雨通常可分为 5 种标准历时（ 10 min、60 min、6 h、24 h 和 3 d）[8],鉴于 18 处工程断面以上集水面积不大，次洪历时一般不超过 24 h,故设计暴雨历时取 24 h.由于竹阱口、老鸦关、王家滩、三家村、华亭寺等站只有实测最大 1 d雨量而没有或 24 h 暴雨量系列太短，需根据具有长系列资料的海口站和蔡家村站最大1 d 暴雨量与24 h 暴雨量的关系来插补和订正。根据海口站和蔡家村站同期最大 24 h 暴雨量与最大 1 d 雨量分析，其比值分别为 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，确定24h 暴雨设计成果，见表 3.

　　3. 2 点暴雨量与站点高程相关关系

　　中缅天然气管道昆明西支线穿越线路中，除螳螂川和禄裱河之外，其余 18 处河道或沟谷集水面积均较小，其设计洪水宜采用暴雨法推求。为分析 18 处工程穿越断面集水区的最大24 h 雨量，建立各站24 h 暴雨与站点高程的关系见图 2.由图 2 可知，工程沿线各设计频率最大 24 h 降雨量与高程的拟合关系较好，表征拟合精度的 R2值均在 0. 6 以上。

　　3. 3 设计面暴雨量

　　将穿越断面以上流域的平均高程代入 24 h 暴雨与站点高程的关系式，即可计算出各个沟谷对应平均高程的 24 h 点暴雨量。因区域暴雨成因复杂多变，考虑点暴雨量与面暴雨量之间的折减系数，即可计算出各个沟谷集水区的设计面暴雨量。根据云南省山区暴雨量点 - 面折算系数分析表，集水面积在 5 km2以内时不进行折算，集水面积在 5 km2以上时开始进行折算，面积越大，折算系数越小。由于中缅天然气管道昆明西支线防洪标准为 50 a 一遇，故在此仅计算 P =2% 设计面暴雨量。计算成果见表 4.

　　4 结论

　　滇中山区线性工程地域跨距较大，穿越众多集水面积较小沟谷，往往缺乏实测洪水资料，一般通过暴雨途径推求洪水，因此设计暴雨计算是该区域设计洪水推求最为关键的环节。滇中山区气候复杂，立体气候较为明显，该区域暴雨量与海拔高程密切相关，设计暴雨量随海拔高程的增加而逐步增大。因此，利用 P -Ⅲ型曲线对各站点实测暴雨量进行频率计算，得到各站点不同频率的暴雨量与站点高程的相关关系，结合线性工程穿越沟谷断面集水区平均高程，计算其各种频率点暴雨量，再采用点 - 面折减系数计算设计面暴雨量。该方法符合区域暴雨特征。中缅天然气管道昆明西支线设计暴雨分析实例表明，工程沿线各设计频率最大 24 h 降雨量与高程的拟合关系较好，满足线性工程设计暴雨计算要求，可为滇中山区线性工程穿越沟谷暴雨洪水计算提供一种有效途径。

　　参考文献：

　　[1] 李明财，任雨，熊明明，等。天津市设计暴雨的空间分布特征[J].地理科学，2012,32（ 12） :1538 -1544.

　　[2] 李宏波，何萍。云南高原城市发展对降雨的影响---以楚雄市为例[J]. 山地学报，2011,29（ 5） :575 -580.

　　[3] 黄津辉，向文艳，户超，等。天津市设计暴雨方法比较及公式修正[J]. 天津大学学报：自然科学与工程技术版，2013,46（ 4） : 354 -360.

　　[4] 员汝安，张伟，曹升乐。流域设计暴雨计算方法[J]. 山东工业大学学报，2011,（ 3） :17 -20.

　　[5] 张徐杰，林盛吉，马冲，等。 HadCM3 模式下钱塘江流域设计暴雨估算[J]. 水文，2013,33（ 1） :21 -26.

　　[6] 任雨，李明财，郭军，等。天津地区设计暴雨强度的推算与适用[J]. 应用气象学报，2012,23（ 3） :364 -368.

　　[7] 栗雪峰，刘俊萍。无资料地区设计暴雨计算研究[J]. 人民长江，2014,45（ 17） : 23 - 25.

　　[8] 王家祁。中国短历时点暴雨统计和时深关系分析[C]∥水文研究报告选编（第四集） . 南京：水利电力部南京水文水资源研究所，1985: 22 - 33.

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