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1951—1998年强降雨诱发的中国铁路洪水灾害分析

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1期 徐雨晴,等:1951—1998年强降雨诱发的中国铁路洪水灾害分析 23 路运输行业的防灾减灾能力提供依据。 塌陷。如1981年宝成线的“7・l3”洪水事件,洪水 在宝成线南段白龙江、涪江和沱江形成,洪峰流量 相当于百年一遇,洪水冲毁铁路路堤、桥涵、淹没 1数据来源与说明 铁路重大洪水灾害事件是指造成行车中断5 dlg), 车站达100余处n 。1981年宝成线“8・21”洪水事 件,洪水沿宝成线北段的清姜河和嘉陵江而下,其 洪峰流量在铁路沿线的有些地段高达600~100年一 上或使铁路建筑物遭受严重破坏的水害事件,本研 遇,洪水冲跨了铁路跨河(江)大桥8座,冲毁超过 究基于有关铁路洪水灾害书籍资料来获取研究数 据,重点关注铁路重大洪水灾害事件发生的线路、 时间、位置、造成的损失等信息。信息主要来自 中 国铁路自然灾害及其防治 ll2 中国气象灾害大典: 综合卷 0 交通气象灾害 暴雨洪涝 …l等资料。 需要说明的是,本文铁路洪水灾害资料属于各铁路 局工务段铁路维护、抢修统计的行业资料,1998年 以前的记载资料较为完整和详细,1998年以后的资 料较为零乱且不完整。作者也查阅了l998年以后 的逐年铁道年鉴,但其对全国铁路洪水灾害情况的 介绍较笼统,没有线路、时间、位置等具体信息,无 法用于分析。因此,本文使用的数据时段为1951 1998年。 2中国铁路洪水灾害的时空特征 2.1 洪水灾害的致灾形式与实例 强降雨事件本身不会对铁路运输造成破坏,而 强降雨引发的洪水会对铁路运输构成极大的威胁。 对铁路行业来说,洪水危害的主要形式有冲垮桥梁、 冲毁路基、水淹钢轨、水漫路基等,洪水致灾不仅 与强降水过程有关,还与铁路的防洪标准以及铁路 沿线的地形条件密切相关,灾害发生地以江河两岸 和平原地区居多。长时间降雨和突发性暴雨,容易 使汇水区形成暴涨的洪水,洪水流量、水位和流速 一旦超过铁路桥涵的行洪能力,洪水的强力冲刷会 直接冲倒桥梁的水中墩台,造成支(或箱)梁掉落, 导致铁路中断。其次,中国南方地区的暴雨和洪水 较多,铁路沿线地势平坦,多为平原甚至是洼地,路 堤两侧水网较多,在低路堤地段,洪水甚至可以直 接淹没钢轨,冲走道砟,损毁铁路通信线缆和信号 设备,排水不畅也会导致路基浸泡变软,造成线路 20 km长的铁路线,导致轨排坠河或悬空,洪水淹 没了7座车站和5条隧道,铁路线沿河一侧护岸和路 堤被冲毁达1O0多处,灾情极为严重,铁路中断运 行超过60 dI 】。 2.2铁路洪水灾害的时空特征分析 2.2.1 铁路洪水灾害的年际变化 从铁路洪水灾害的年际分布来看(图1),195l 1998年全国铁路共发生重大洪水灾害事件147次, 年均发生3.1次。其中,2O世纪50年代共发生30次, 占20.4%;60年代共发生24次,占16.3%;70年代 仅发生9次,占6.1%;80年代共发生26次,占17.7%; 90年代共发生58次,占39.5%。这表明在洪水灾害 的发生频次上,20世纪90年代最为严重,其次是50 年代,70年代最少。从逐年事件次数变化上看,共 出现了5个峰值年份,分别为1954、1960、1981、1991 和1996年。从单年发生次数上看,铁路洪水灾害年 发生次数在5次以上的年份共l1个,其中50年代3 个(1954、1957; ̄I3 1958年),60年代3个(1960、1962 和1963年),80年代1个(1981年),90年代4个 (1991、1995、1996和1998年)。铁路洪水灾害年发 生次数在l0次以上的年份有2个,分别是1996年和 0 L_——_ 8 瘟一 Q  .盈 髋 笠 图1 1951—1998年中国铁路重大洪水灾害事件次数历年 变化 Fig.1 Yearly major lfood disaster events of China railway during 1951——1998 24 气候变化研究进展 1998年,其中1996年多达21次。 行车中断天数这一指标可以从侧面反映铁路洪 水灾害的严重程度,1951—1998年全国铁路因重大 洪水灾害事件造成行车中断3038 d(图2),年均 63 d。20世纪50年代行车中断天数为1035 d,占 34.1%;60年代为614 d,占20.2%;70年代为132 d,占4.3%;80年代为333 d,占11.0%;90年代为 924 d,占30.4%。这表明在洪水灾害的危害程度上, 50年代最为严重,其次是90年代,70年代最轻。从 逐年行车中断天数变化上看,共有5个峰值年份,分 别为1954、l960、1981、1991和1998年,这表明这 5个年份铁路洪水灾害造成的危害是所在年份前后 一段时期内最为严重的。从单年行车中断天数上看, 行车中断天数在50 d以上的年份共13个,其中20世 纪50年代4个(1951、1954、1958和1959年),60 年代3个(1960、1962和1963年),80年代2个(1981 和1983年),90年代4个(1991、1995、1996和1998 年)。行车中断天数在100 d以上的年份9个,其中 20世纪50年代2个(1954和1958年),60年代3个 (1960、1962和1963年),80年代1个(1981年), 90年代3个(1995、1996和1998年)。单年行车中 断天数超过200 d的年份共5个,分别是1954、1960、 1995、1996和1998年,其中1954年多达691 d。 甲 氢 ,、 暑 抖 fI jf  卿 ,L‘ L 瓤 yR :  园m V 图2 1951 1998年中国铁路重大洪水灾害造成行车中断 天数的历年变化 Fig.2 Yearly trafifc interruption days of China railway resulted from major lfood disasters during 1951——1998 2.2.2铁路洪水灾害的月际变化 从铁路洪水灾害的月份分布(图3)来看,铁路 洪水灾害主要发生在5—8月,集中在夏季。从次数 上看,7月发生次数最多,占总数的45.5%,其次是 8月,占总数的33_3%,然后是6月和5月,4月和 9月最少,整个夏季(6 8月)的灾害次数高达119 次,占总数的90%以上,这也与中国强降雨主要集 中在夏季有关。从行车中断天数来看,8月份行车中 断天数最多,占总天数的34.2%,其次是7月份,占 32.2%,5月份洪水灾害次数虽然比6月份少,但其 行车中断天数远高于6月份,几乎与7月份相当,比 例高达27.3%。达表明7月、8月和5月的铁路洪水 灾害的致灾程度最为严重,上述3个月洪水灾害导 致的行车中断天数占总数的比例高达93.6%,因此 这3个月是铁路工务部门防汛防洪的重点时段。 60 薇致 1000 50 二 i主史 塾一 800 40 600 羹30 4【)( 】20 lO 200 0 0 4』J 5月 6月 7 8,}_j 9,1 图3 1951 1998年中国铁路各月重大洪水灾害总次数』迕 行车中断总天数分布 Fig.3 Monthly distribution of major lfood disaster events and trafifc interruption days of China railway during 1 95 1 1 998 中国铁路洪水灾害主要发生在5 8月,达4个 月发生的洪水灾害次数占全年的98.5%,造成行车 中断天数占全年中断总天数的98.7%。5月份出现洪 水灾害线路多数为中国南方的广滦线、京, ‘线南段、 海南西环线等线路,6月份主要是江淮流域的陇海、 湘桂、鹰厦、淮南、皖赣等线路,7月份主要是华北 地区和东北南部地区的线路,8月份主要是东北地区 的线路。中国暴雨也主要发生在5 8月,从4月到 6月上半月,主要降雨带徘徊在南岭以南地区,此时 为华南前汛期暴雨时期;6月下半月,随着夏季风的 加强和北推,降雨带移至长江流域,在6月下半月 和7月上半月,形成江淮初夏梅雨暴雨期;江准梅 雨结束后,在7月下旬和8月上旬,降雨带北跳至华 北和东北一带,形成北方盛夏暴雨,其特点是强度 大,降雨范围比较小…】。通过以上对比可以看出,除 西北地区外,中国铁路洪水灾害直接受夏季风进程 及其雨带推移的影响。 1期 徐雨晴,等:1951—1998年强降雨诱发的中国铁路洪水灾害分析 2.2_3铁路洪水灾害的线路分布特征 武汉局、广州局、西安局和兰州局。 从铁路洪水灾害的地域分布来看,主要分布在 东北、西北、华东及华南地区,全国共有73条铁路 3讨论 线路遭受过洪水灾害,平均每条线路每年遭受洪水 灾害2次。发生铁路洪水灾害最多的线路是兰新线 (兰州一乌鲁木齐),共发生8次;其次是京广线(北 京一广州)和陇海线(连云港一兰州),均为7次; 平齐线(四平一齐齐哈尔)、哈大线(哈尔滨一大连) 和绥佳线(绥化一佳木斯)均为5次,淮南线(蚌埠 芜湖)、沈丹线(沈阳一丹东)、包兰线(包头一 兰州)、湘贵线(衡阳一凭祥)和阳安线(阳平关一 安康)均为4次,出现3次的线路有6条,出现2次 的线路有16条,出现1次的线路有40条。从致灾程 度来看,最严重的线路(淮南线)行车中断天数总 计达到346 d,最轻微的线路(同蒲线(大同一华山)) 行车中断天数为3 d,全国73条遭受重大洪水灾害的 线路年均行车中断天数为0.9 d,年均行车中断天数 超过2 d的线路共有6条(图4),主要分布在江准地 区(如淮南线、宁铜线(南京一铜陵)和南浔线(现 京九线的南昌一九江段))、东北地区(沈丹线)、西 南地区(昆河线(昆明一河口))和华南地区(京广 线南段)。年均行车中断天数超过1 d的线路共有22 条(图4),其中东北地区有9条,占40.9%;华北地 区有4条,占18.2%;江准地区有3条,西南地区3 条,中部地区2条,西北地区1条。从线路当前所归 属的铁路局来看,主要分布在哈尔滨局、沈阳局、北 京局、上海局、昆明局、成都局、南昌局、郑州局、 怔L术照耀建媳Jj 田收 纂区 懒 辐 谣 Ⅲ翌t卜怔 倏 皿州畚{礞 譬 线路名称 图4 l951一l998年中国各铁路线因重大洪水灾害导致的 年均行车中断天数分布 Fig.4 Annual trafflC interruption days distribution of diiferent 1ines of China railway averaged over 1 95 1—1 998 中国灾害性洪水主要是由暴雨造成的,暴雨分 为局地暴雨、区域性暴雨和大范围暴雨等 1。无论 从灾害发生次数还是从致灾程度来看,1 954、1 960、 1981、1991、1996和1998年这6个年份均为中国铁 路洪水灾害重灾年,在此,重点分析上述年份铁路 洪水灾害与暴雨的对应关系。1954年,在长江流域 发生大范围持续性特大暴雨,当年淮南线、水蚌线 (水家湖一蚌埠)、津浦线(天津一南京)、南浔线、 京广线、宁铜线和陇海线等线路中断;1991年,江 准流域发生持续性特大暴雨洪水,江准地区的准南 线中断;1998年,东北地区的松花江、嫩江流域出 现持续性大暴雨,长江全流域发生特大型暴雨,该 年东北地区多条铁路和中国南北大动脉京广线等线 路中断。1960年,东北地区的多条线路中断,1981 年,西北地区的陇海线和东北一些线路中断,1996 年,华北、东北和西北地区的线路出现中断,上述3 个年份全国均未出现大范围暴雨,这是因为在北方 (华北、东北和西北)以局地暴雨为多,在东北地区 局地暴雨比例一般达到71%~88%,在西北地区,大 多数暴雨都是局地性对流暴雨,其范围较小,中心 面积仅几十至几百平方公里,洪水过程为暴涨暴落, 历时很短,但具有很大的破坏性[111。这也表明,南 方的铁路洪水灾害受大范围持续性暴雨影响,其特 点是洪水持续时间久,受灾线路较长,水毁线路位 点(简称工点)数量多,而北方的铁路洪水灾害受 局地暴雨影响,其特点是洪水暴发突然、持续时间 短,受灾线路较短,水毁工点数量少。 中国铁路洪水灾害频发,除了强降雨引发洪水 这一主要致灾因素外,还有其他因素,这些因素在 不同地域差别较大。东北地区的主要原因是:铁路 修建年代久远,线路标准低,尤其是桥梁孔径都是 凭桥位河道宽窄及短期洪水资料来确定的,孔跨偏 小,过流能力不足,抗洪能力很弱。西南地区的铁 路均为后修建,防洪标准较高:设计洪水1 00年 遇,校核洪水300年一遇[12 J。频发洪水灾害的原 一26 气候变化研究进展 2012正 因有两个:(1)所在地区突发性暴雨强度大,河流坡 陡流急,水流冲刷能力大,对桥梁基础造成极强的 冲刷破坏,致使铁路线路和桥梁遭受水害;(2)一些 沿河谷布展的线路,受当时的施工技术,为避 免建设长大隧道,线路多在河岸傍河而行,修建铁 路时甚至侵占河道,有些地段线路护坡和弃碴侵占 挤压河道过多。西北地区发生铁路洪水灾害的原因 有:(1)铁路一般在山前宽河漫流地区通过,横穿几 乎所有顺坡发育的横向河流和沟壑,这些河沟多坡 短流急,每当洪水发生时,常以迅猛的水势顺坡直 泻而下,冲蚀桥涵、路基而造成水害;(2)西北地区 风沙大,洪水泥沙多,长期的泥沙淤堵和风沙堆积 作用使桥涵过洪能力减弱,致使桥涵排泻不畅而造 成灾害;(3)西北地区山前丘陵区或洪积扇上河流河 床极不稳定,主流摆动不定,洪水暴涨暴落,洪水 路径极易改变,造成水流直接冲刷路基。多雨的江 准和南方地区发生铁路洪水灾害的原因有:(1)因地 势平坦,河床逐年淤高,使桥梁净空减少,当遇较 大洪水时,会出现水漫钢轨的情形,造成行车中断; (2)洪水水位较高且持续时间长,长时间浸泡路堤导 致路堤软化而被冲毁。 我国铁路的路网规模不断扩大,线路长度不断 增长,因此,灾害次数和天数的增加与此有关,如 果能构建一个量化灾害强度的指标(如每万公里铁 路灾害的比例) ,就能增强不同年份之间的可比性。 但我国铁路的线路类型多样,有单线、复线、三线, 甚至四线,加之不同时期修建的线路技术标准不同, 影响铁路洪水灾害的因素较多,因此本文没有构建 可比性较强的量化指标,仅对中国铁路洪水灾害逐 年的总体概况进行了探讨。 4结论 (1)强降雨引发的洪水灾害对中国铁路运输构成 极大的威胁,长时间降雨和突发性暴雨是诱发铁路 洪水灾害的主要原因,洪水危害的主要形式有冲垮 桥梁、冲毁路基、水淹钢轨、水漫路基等。 (2)1951—1998年期间,全国铁路年均发生3.1 起重大洪水灾害。其中,20世纪90年代最为严重, 其次是50年代,70年代最少。1954、1960、1981、 1991和1996年是铁路洪水灾害的峰值年份。全国铁 路因重大洪水灾害事件共造成年均行车中断63 d。 (3)铁路洪水灾害主要发生在5—8月,其中, 7月发生次数最多,占总数的45.5%;但8月份行车 中断天数最多,占中断总天数的34.2%。5月、7月 和8月是铁路工务部门防汛防洪的重点时段。 (4)从铁路洪水灾害的地域分布来看,主要分布 在东北、西北、华东及华南地区,发生铁路洪水灾 害最多的线路是兰新线,其次是京广线和陇海线, 致灾程度最严重是淮南线。易发生洪水灾害的线路 分布在哈尔滨局、沈阳局、北京局、上海局、昆明 局、成都局、南昌局、郑州局、武汉局、广州局、西 安局和兰州局。一 参考文献 [1】秦大河,罗勇,陈振林,等气候变化科学的最新进展:IPCC第四次 评估综合报告解析[J].气候变化研究进展,2007,3(6):31ll_314 [2]林而达,吴绍洪,戴晓苏,等气候变化影响的最新认知[J].气候变 化研究进展,2007,3(3):125 131 [3]江志红,丁裕国,陈威霖.21世纪中国极端降水事件预估[ 气候 变化研究进展,2007,3(4):202—207 [4】Meehl G A,Karl T R,Eastering D R,et口,.An introduction to trends in extreme weather and climate events:observations,socioeconomics impacts,terrestrial ecological impacts,and model projections『J].Bull Amer Meteor Soc,2000,81(3):413 416 [5]Eastering D R,Evans J L,Groisman P et a1.Observed variability and trends in ex ̄eme climate events:a brief review[J1.Bull Amer Meteor Soc,2000,81(3):417 425 [6]Karl T R,Knight R w Secular trends ofprecipitation amount,frequency, andintensityintheUSA[ BullAmerMeteor Soc,1998,79:231 241 [7]翟盘茂,邹旭恺.1951~2003年中国气温和降水变化及其对于 的 影响[ 气候变化研究进展,2005,1(1):16 1 8 [8]苏布达,姜彤,任国玉,等.长江流域1960 2004年极端降水时空 变化趋势[ 气候变化研究进展,2006,2(1):9 14 [99] 翟盘茂,王萃萃,李威.极端降水事件变化的观测研究[JIl气候变化 研究进展,2007,3(3):144 148 [1O]巢清尘.气候异常对交通运输影响的对策研究[ 灾害学,2000,l 5 f3、:79—84 [11】丁一汇,张建云暴雨洪涝[M].北京:气象出版社,2009:245 287 [12]中国灾害防御协会铁道分会,中国铁道学会水工水文专、 委员会 I】 国铁路自然灾害及其防治[M].北京:中国铁道出版社,2007:404 418 [13]丁一汇.中国气象灾害大典:综合卷[M]北京:气象 版社,2008 100—120 

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