浅析铁路桥渡水工水文专业发展变革与现状

浅析铁路桥渡水工水文专业发展变革与现状

作者：危凤海

来源：《城市建设理论研究》2014年第09期

摘要：铁路桥渡水文是桥渡设计中的重要依据，将影响桥梁的设计、施工及运营。文章对铁路桥渡水工水文专业的发展历程及现状做了比较系统的叙述。 关键词：铁路；桥渡；水工水文 中图分类号：U448文献标识码： A

我国铁路桥渡水工水文专业起步较国外较晚。在旧中国，仅有少数大江大河或特殊河段的铁路桥梁建设，才进行一些水文或水工方面的估算。新中国成立后，桥渡水文工作方才受到重视，逐步发展成熟，建立并实施了一些列适合我国地形特征的规范。我国铁桥渡水文工作的发展变革，大致可分为以下五个阶段：

一、起步、发展阶段（1949年—1966年）

五十年代初期，由于我国地域广大，水文现象非常复杂，加之当时观测、试验资料不足，前苏联的一些桥渡勘测设计规范不能完全适合我国的自然条件和水文特征。

在1953年，铁道研究所成立水工水文研究组，当年即筹备三项研究课题：小径流计算、桥渡冲刷计算和泥石流计算。随即开展了一些列科学调查及研究工作。1956年景观线滹沱河大桥被冲毁，水工水文研究组开始第一项桥渡水工模型试验研究。1957年水工水文研究组自行筹划设计水工试验馆，整套水流循环系统由科研人员自行规划设计。1958年1月，根据原铁道部制订的《1956-1967年铁道科学技术发展愿景规划》的要求，在铁道科学研究院正式组建水工水文室[1]。

1960年初，针对桥渡冲刷计算的研究，原铁道部和交通部两个系统内与水工水文专业有关单位共同开展桥渡水文科研大协作，并成立相应的协作组织。该协作组织下设四个协作片区：西北协作片区，西南协作片区，东北、华北协作片区和中南、华东协作片区。

协作组织首先集中研究普遍存在且相对较为简单的非粘性土壤桥渡一般冲刷及桥墩局部冲刷研究。于1960年12月提出桥渡一般冲刷计算试用公式和桥渡局部冲刷计算试用公式。在1964年召开的全国桥渡冲刷研讨会上，将原有桥渡一般冲刷试用公式的个别系数和指数作了微量调整并定名为64-1公式。

科研大协作组织还逐步开展了小径流计算、河床糙率计算、铁道洪水设计频率标准研究、桥渡壅水计算等科研项目，均取得大量珍贵的科研成果。其中河床糙率计算是大中桥流量计算

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的关键参数，通过科研大协作，提出了适合我国各种类型河流特性的糙率系数表。此外，还提出了适合我国国情和安全经济原则的铁道洪水设计频率标准。 1966年因国内形势的变化，科研大协作组织不得不终止活动。 二、停滞阶段（1966年-1976年）

文革十年动乱时期，桥渡水文专业的科研工作基本处于停滞状态。但通过相关单位的不懈努力，还是取得了一定的成绩。

西南科学研究所1966年在峨眉建成了当时铁路系统最大的水工试验室和我国第一个大型室内泥石流防治工程模型试验；1966年-1967年承接了成昆铁路羲农河泥石流防治工程模型试验；1968年-1969年又承接和完成了成昆铁路黑沙河泥石流防治工程方案的模型试验任。 铁道科学研究院水工水文研究室1971年开展桥梁浅基防护的科研工作，先后提出桥梁浅基局部防护计算公式和整孔防护计算公式。与此同时，水工水文室还恢复了桥墩局部冲刷的试验研究，启动了桥渡粘土冲刷及岩土冲刷的研究，以及部分水害地区的桥渡水工模型试验研究。

三、高峰阶段（1976年-2000年）

伴随1978年全国科技大会的召开，桥渡水工水文专业也迅速发展成熟并进入高峰阶段。科研成果主要体现在以下几个方面： 1、桥梁冲刷计算的深入研究

在前期研究基础上，科研单位深入开展粘性土壤桥渡一般冲刷及局部冲刷的调查分析研究工作，于1979年提出粘性土壤桥渡一般冲刷和局部冲刷两项计算公式。

在1993年，推导出“分层土壤桥墩冲刷计算解析式”，并通过水工模型试验资料验证了解析式的正确性。与此同时，还提出了一组分层土壤桥墩局部冲刷计算经验公式。 2、桥渡非恒定流研究

针对影响溃坝最大流量的主要参数，组成了约600次水工模型试验，提出能计算各种溃坝情况的溃坝最大流量计算公式。同时，针对水库溃坝水流变化极为复杂的情况，推导出能计算大坝全部溃决或横向局部溃决时的最大流量理论计算公式。该式简化后，与仅能计算大坝全溃的经典理论公式完全一致[2]。

在1982年，相关单位引用铁路列车雷达测速装置，测量天然非恒定水流流速，解决了天然情况下，流速大、变化快的非恒定水流流速难以测量的问题。

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在1999年开展京沪高速铁路南京上元门越江工程桥渡整体河工模型试验研究中，铁道科学研究院专门新建了铁路系统以往设计制造的最大桥渡河工试验模型，并自行研制了以木粉为原材料的动床试验模型沙，性能特别优越。 3、桥渡壅水计算研究

针对原苏联有关平原河流桥渡壅水的计算公式中参变量较少、不能充分反映天然桥渡壅水的实际情况，我国铁路、公路部门的科技人员在1977年共同研究桥渡壅水，从野外调查观测、室内水工模型试验和理论分析三个方面开展，陆续提出了不少计算公式。

1983年铁道部第三勘测设计院针对山区斜交桥桥渡壅水的相关问题开展了70余次水工模型试验，提出了水流偏转角的计算方法及斜交桥壅水计算公式。 4、小流域暴雨径流计算研究

为进行小流域暴雨径流研究，1957年在北培建立了径流试验站，后迁至峨眉。经过长期观测、试验，科研单位提出“华北、东北地区小流域暴雨洪水计算办法”及其它检验小流域暴雨洪水计算方法[3]。

5、我国第一部铁路桥渡勘测设计规范诞生

由原铁道部牵头，相关单位参加，共同编写了中华人民共和国铁道部标准《铁路桥渡勘测设计规范》，于1987年刊印施行。该部规范不仅指导了我国铁路桥渡勘测设计工作，而且当时也是交通部门桥渡勘测设计工作的重要参考。

在此阶段，各地的学会及协会活动形成高潮，国际学术交流活动频繁，使桥渡水工试验研究工作蓬勃发展。截止2000年为止，桥渡水工水文专业已逐步发展成熟。铁路桥渡水工水文专业的发展不仅在我国铁路系统已自成体系，而且在全国水利界形成一个重要的分支。 四、缓慢阶段（2001年—至今）

进入新世纪以来，在我国经济体制改革及其他因素的影响下， 桥渡水工水文专业的发展进入了一个相对发展缓慢阶段。主要因素如下：

1、桥梁建设数量日趋庞大，结构设计不断改进优化，桥梁与线路的造价比已大幅度降低，常常出现以桥代路的设计。因此，修建跨越江河的桥梁已不再斤斤计较桥梁的长度问题，而桥长问题是桥渡水工水文计算和桥渡水工模型试验研究需要解决的重要问题之一。 2、由于桥梁沉井基础施工技术和施工机械的不断改进，桥梁基础的埋深在我国已不再是难题。于是多数情况下，已不必通过桥渡水工模型试验研究来解决冲刷深度问题。

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3、桥渡水工水文专业自建国以来，特别是经历了发展的高峰期，积累了大量科研成果和丰富的实践经验，使桥渡设计和施工不再频繁出现技术难关而需寻求科研单位协助解决。同时，我国有关桥渡水文勘测设计规范的出现，使桥渡设计和管理逐渐规范化。

4、在科研单位和设计单位体制改革的条件下，一方面是不少相关单位撤除了水文专业人员，另一方面是桥渡水工模型试验研究如需精度提高，就必须加大模型尺寸，改进测试仪器设备，选用新型试验材料，从而使成本增高，经济效益降低。

但在此期间，铁道科学研究院水工水文科研人员克服相关困难，仍先后开展了四项桥渡壅水计算研究， 还进行了桥梁渡洪安全警戒值的研究。

综上所述，自铁路桥渡水文专业起步至今，已取得大量珍贵科研成果。虽然桥渡水文专业目前的发展进入缓慢阶段。但实际上无论是现有的科研成果，或者是现行的桥渡设计规范，还有很多关键技术问题尚未涉及。而且当前铁路建设正向一些新的领域扩展：如越江隧道、沿海铁路、跨海桥梁等等。随着这些工程的陆续开展，也会逐步发现一些需要桥渡水工水文专业研究解决的技术难关。可能在不久的将来，桥渡水文专业会再次进入一个快速发展时期。 参考文献：

1.铁路工程设计技术手册，桥渡水文，中国铁道出版社，1993年

2.全国铁路大中桥水文学术讨论会论文专辑，铁道工程学报，1984年第2期

3.中国铁道学会水工水文专业委员会等，中国铁路自然灾害及其防护，中国铁道出版社，2000年

作者简介：危凤海，男，1979年1月，工程师，本科，毕业于石家庄铁道学院，土木工程专业