中交第二公路勘察设计研究院有限公司 湖北武汉 430056
在高速公路项目规划和设计过程中，“水文和水力研究”是一个非常重要的方面。
以巴基斯坦苏库尔-木尔坦段高速公路建设为例，本项目拟建线形途经萨特累季河（萨特累季河）、Sukh Beas、克格尔河（Hakra）旧河床和印度河的洪泛区。由于上述区域属于季风气候，周围是高地，因此很容易遭受洪灾。萨特累季河（萨特累季河）和比亚斯河（Beas）的洪泛区穿过线形，然而印度河的洪泛区与道路线形平行。除高速流动的地表径流外（片流），还有许多排水渠、灌溉渠和河道穿越高速公路的线形。就本项目而言，水文和水力研究对本项目至关重要。在项目设计初期，我们对水文进行了研究，研究的目的包括以下几方面：
● 通过气候分析计算最大峰值流量
● 确定河道
● 汇水区的位置和范围
● 洪泛区和高洪水位的标记
● 横向排水构造物的位置（桥梁和涵洞等）
● 横向排水构造物的选择（类型和尺寸）
1、数据收集
数据收集是准确和按时完成本研究的一项重要活动，在研究期间需要进行以下调查来获取/收集以下数据：
● 勘测和现场勘查
● 土地覆盖物和土地使用
● 土壤参数现场测试
● 遥感资料
● 卫星图
● 数字高程模型
● 土壤分布图
● 灌溉网络地图和水利用。
● 气候/降雨资料
● 业主提供的地形勘测
● 存在不同参数或缺乏参数的地形勘测。
● 正式发布的地形图。
● 已发表的地形图
● 苏库尔、古杜、潘季纳德河（Panjnand）至萨特累季河（萨特累季河）通过单线的河流大堤地形图
● 河流主要横截面地形图和测探法
● 河流流量数据
● 拦河坝流量标定曲线
● 跨萨特累季河上方Moosa-Pak桥设计报告
● 印度河、杰纳布河、萨特累季河和拉维河过去洪灾情况和发生年。
● 高水位标线
● 通过线形的河流和沟渠勘测和构造物详情。
● 铁路线路勘测，以收集泄洪构造物的相关数据
2、气象和河流流量
勘测和初步调查显示，萨特累季河、杰纳布河和印度河均设有观测站。然而，还有一大片未测量区域需要通过降雨径流模型进行流量计算。其要求从周围气象台中分析气象数据。
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需要采用了多个观测站的降雨/降水数据，以正确预测不同子流域中降雨的极端情况.为此，在计算暴雨频率后实施了空间分析，用于得出子流域中的最大降雨量。
流域中影响力最大/最为相关的气象观测站有巴基斯坦的苏库尔、巴哈瓦尔布尔、巴哈瓦尔讷格尔、汗布尔、巴尔汗。木尔坦和德拉加齐汗（D.G. khan），以及印度的比卡内尔（Bikaner）。
为简化分析，本项目详细分析了起点和终点观测站（即苏库尔和木尔坦）数据，而其它站点的结果被制成表格或图形并应用于进一步分析中。
3、水文
勘测和初步调查显示，萨特累季河、杰纳布河和印度河均设有观测站。除此之外，还有很大区域没有测量站。测量站将进行重现期的分析。划分无记录的流域将通过降雨-径流模型进行分析。可用的建模技术有多种，如TR-55、TR20、HEC-1和HEC-HMS。考虑到区域的复杂性和规模，我们采用了HEC-HMS。
4、路堤表面排水
关于车道和路堤的表面排水，主要考虑了业主提供的道路路堤的尺寸、进水口和水槽。在需要进行更改的地方，则建议采用相同的截面和布置。
本项目高速公路始于苏库尔，沿途穿越多个城市，穿越长度大约392公里，然后到达木耳坦（Multan）。因为降雨强度和气候较大程度地改变了路线，因此设计中需要单独考虑沿线各个地区的降雨量。
5、水力与洪泛区建模
勘测和初步调查显示，萨特累季河、杰纳布河和印度河均设有观测站。对测量站进行了重现期分析。通过降雨-径流模型分析了无记录流域，采用一个逐步的程序确定了路堤高度和结构设计。基于50年、100年和最大观测暴雨洪水，分析了三种不同情形。按照项目实际情况，我们对涵洞按50年的重现期进行了设计。
通过一个100年洪水水位曲线图图确定了洪泛区和构造物，并通过最大观测洪水，对其进行了检查。将采用HEC-RAS，HY-8和SWMM建模技术，对通过或道路构造物周围的计算暴雨流量进行了模拟。
6、结论和建议
● 为了进行分析和编制暴雨分布图，在巴基斯坦设置了五个主要流域气象观测站，包括苏库尔、巴哈瓦尔布尔（Bahawalpur）、巴哈瓦尔讷格尔（Bahawalnagar）、开伯尔（Khanpur）、巴尔汗（Barkhan）、木尔坦（Multan）和德拉加齐汗（D.G. khan），此外还有印度的巴廷达（Bathinda）和比卡内尔（Bikaner）地区。根据所有毗邻观测站数据计算出的降雨量。
● 萨特累季河流域总面积为125718平方公里，拥有939个水力节点和流域；拟建高速公路的其他部分存在中等大小的流域。
● 我们进行了详细的土地用途和土壤分析，从中发现，靠近高速公路线位的大部分区域都属于HSG（土壤水文组）C类土壤。耕地含有大量黏土和有机物，水缓慢渗透。总的来讲，高速公路线位靠近印度河流域和古萨拉斯瓦蒂河流域的山脊，因此，在前三个水文模型（HYD-1、HYD-2和HYD-3）中都发现了小部分横流。
● 水力模型HYD-4针对的是萨特累季河的流量。我们仔细分析了这里有记录和无记录的流量。这两大排水渠和比亚斯河支流向伊斯兰拦河坝下游提供水源，因此流量必须增加到伊斯兰拦河坝有记录的流量数据中，用于计算大桥位置的流量。河流中构造物设计的推荐流量为12877cms。
● 建立水文模型HYD-5和HYD-6采用的是萨特累季河下游的交汇河流和比亚斯河的旧河床，可在遭遇百年一遇洪水时开始有流量。近几年在汇水区观察到了流量，出于道路安全设计的考虑，因此我们计算了预期50年和100年的流量。
● 在严重的洪灾事件中，机通和畜通会有水流短时间通过，因此对机通和畜通进行了水文分析，满足一定的排洪需求。为了避免每年水流通过它们，在设计时，抬高每一道路/交通构造物，至少高于周围地面0.6m。
● 在洪泛区建模中，除了计算将来可能出现的大堤漫顶外，还应考虑洪水路线和决堤（无论是自然决堤还是人为决堤）。
● 水力和洪泛区建模分为三（3）个区域，针对不同大堤的情况和决堤情况进行建模。各个区域建模结果概述如下：
○ 区域—1（苏库尔至古杜）在道路中最易遭受洪水的影响。古杜拦河坝的洪水重现期高于其设计流量的20%，因此认为需要将洪水改道。通过两种方案的对比（有高速公路和无高速公路）表明，由于流向的主要障碍物是大堤，下游是铁路线，因此对高速公路洪水上游影响较小。
○ 区域—2（古杜至潘季纳德河）除了第6章给出的决堤处外，这一区域受河流洪水威胁有限。这个地区的降雨也很有限。
○ 区域—3（潘季纳德河至木尔坦）受洪水影响的区域很小，大多数在萨特累季河大桥附近约20km处。在本区域，河流中的河床干涸，在遭遇极端降雨时仍会受影响，因此考虑这一因素设置了涵洞。旧比亚斯河床的宽度接近185m。由于其十分靠近萨特累季河，在各个高洪水条件下，模型都预计会有大流量导向它。为此，设置一个大型涵洞而非大桥，以限制流向它的流量。
● 通过计算洪水位，建议纵断面的最小高度比洪水位高出0.75m，或是根据构造物的高度提高。
● 除了从水文角度需要修建涵洞和设置河道外，建议维持下游农田的可持续性；因此可提供小型涵洞和畜通，确保下游居民的用水权。
论文作者:唐淼,龚磊
论文发表刊物:《防护工程》2018年第35期
论文发表时间:2019/3/29
标签：萨特论文; 流量论文; 洪水论文; 观测站论文; 水文论文; 河流论文; 印度论文; 《防护工程》2018年第35期论文;