新疆地区铁路建设时小流域暴雨参数确定方法及步骤
摘要
关键词
新疆地区铁路；暴雨参数；皮尔逊Ⅲ型频率曲线；
正文
1 前言
上世纪80年代，原铁道部第一勘察设计院对西北地区小流域水文计算办法进行了整编，成果汇总于通用图《壹桥8216》；由于当时新疆地区的气象观测站建站时间短且站点少，雨量数据资料短缺，《壹桥8216》参照水利部门1982年编制的《1小时暴雨均值及变差系数等值线图》绘制出了新疆地区暴雨参数等值线图。一直以来该图对新疆地区铁路建设时小流域暴雨参的数确定给予了很大方便，随着社会的发展，新疆地区的气象观测雨量序列增多，科学的确定暴雨参数，将会使得小流域流量计算结果更加准确，从而更加合理地确定出流量所控制桥涵孔径的大小。
2 暴雨参数的确定步骤
1.1 暴雨参数Sp的求取过程
根据《新疆可能最大暴雨图集》中的结论：暴雨参数与定时观测日雨量之间的关系：
(2-1)
n2皮暴雨强度衰减指数，查取《壹桥8216》，新疆地区一般取0.8。
从上（2-1）式可以看出暴雨参数Sp的确定其实就是H日,p%的求取。下面1.2节中将详细介绍H日,p%的求取过程。
1.2 H日,p%的求取过程
1.2.1收集新建铁路沿线气象站建站以来每一年的最大日降水量系列x1、x2……xn。
1.2.2按照从大到小顺序对序列排序，按照公式
（m=1,…，n） (2-2)
计算对应的xm的经验频率，以经验频率pm为横坐标值，排序后的变量xn为纵坐标值，在频率格纸上绘制经验频率点距图（此过程可借助excle实现）。
1.2.3用矩法初步确定三个统计参数，借助excle绘制皮尔逊Ⅲ型频率曲线。
理论的H日,p%的确定可采用皮尔逊Ⅲ型频率曲线的方程求取。以下H日,p%由xp表示。
皮尔逊Ⅲ型频率曲线的方程：
(2-3)
上式表明xp的求取，在于确定水文系列的三个统计参数、Cv和Cs。以有限的实测水文样本资料系列去估计总体的理论频率曲线中的参数，称为水文理论频率曲线的参数估计。以下将对矩法求取参数、Cv和Cs做详细解释：
（1）均值。它说明系列的平均情况。设一系列为x1、x2……xn，其均值计算公式为
(2-4)
（2）Cv水文系列的离差系数，它说明系列中各随机变量分布在均值两侧的离散程度。Cs水文系列的偏差系数，它是衡量一个系列在均值两侧是否对称或不对称程度（偏态）的一个参数。
(2-5)
（3）φ水文变量的离均系数。它是频率和偏态系数Cs的函数。利用伽玛函数的反函数可求得φ，利用excle编辑公式如下：
(2-6)
对（2-6）式括号中参数的解释：（1-p）：与伽玛分布相关的概率；4/Cs2：分布参数；1：表示返回标准伽玛分布
1.2.4将矩法求得参数对应的曲线绘制在有经验频率点距图上，用适线法修改、Cv和Cs值，观察理论水文频率曲线与经验频率点距的配合情况。适线过程大多试算Cs值，Cs初始值根据水文设计变量的不同，设计暴雨量可取下述经验关系：Cs=3.5Cv。最后选择一条与经验频率点距配合较好的曲线，该曲线对应的参数、Cv和Cs作为最终的估计参数。
1.2.5将最终选定的参数、Cv和Cs代入（2-3）式将求得H日,p%.（铁路常用H日,1%、H日,2%）。
3 实例
（1）以哈密市伊吾县气象局1968年～2018年的日最大降水量为例求解伊吾县地区的暴雨参数，详见表3-1。按照1.2.2步骤绘制经验频率点距图，见图3-1。
频率计算表 表3-1
（2）用矩法公式（2-4）、（2-5）计算出的参数=17.35、Cv=0.616和Cs=1.888，并借助excle绘制皮尔逊Ⅲ型频率曲线，见图3-1蓝色线条。
（3）用适线法调整、Cv和Cs最终确定三参数=17.35、Cv=0.714和Cs=2.5，见图3-1。
图3-1 伊吾县每一年最大日降水量频率曲线
（4）利用（2-3）式求得H日,1%.=65.1mm，将其带入（2-1）求得暴雨参数S1%=38.9mm/h。
4 结语
查取《壹桥8216》中新疆地区暴雨参数等值线图，伊吾县地区S1%最大值取到30mm/h，比理论计算结果偏小；故而对新疆地区铁路建设时，在参考《壹桥8216》新疆地区暴雨参数等值线图的基础上，收集沿线气象站建站以来每一年的最大日降水量系列，然后重新计算暴雨参数作为验证是很有必要的。
参考文献
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