Water disaster characteristics and rainfall disaster thresholds determination on railways within the jurisdiction of Lanzhou Railway Administration

doi:10.11755/j.issn.1006-7639-2025-03-0460

Abstract

Abstract:

With global warming, extreme weather and climate events occur frequently, posing severe challenges to the safe operation of railways. In particular, the frequent occurrence of railway water-related damages during flood season seriously threatens railway transportation order and operational safety. This study utilizes historical railway water damage data and regional meteorological station data of Gansu Province and Ningxia Hui Autonomous Region, to analyze the spatial and temporal characteristics of railway water damage. The railway lines were systematically classified by integrating geographical regions, rainstorm risk zones, and the spatial distribution of heavy rainfall frequency. Based on existing research findings, hourly rainfall during the three days preceding a water damage event, cumulative rainfall over the previous 24 hours, and effective rainfall over three days were selected as precipitation-related factors contributing to water damage. The Box-Cox transformation and quantile method were applied to determine rainfall thresholds for patrols, speed restrictions, and blockades prior to water damage on different railway lines. Water damage cases resulting from different types of precipitation processes were selected to evaluate the applicability of each indicator. The results show that 1-hour rainfall, 24-hour cumulative rainfall, and 72-hour effective rainfall are particularly effective in providing early warning indicators for water damage caused by short-term heavy rainfall, extreme rainstorms, and prolonged rainfall events, respectively. The mean availability rate of precipitation alert thresholds achieves 80%. The study results establish an evidence-based framework for railway management's strategic planning and contingency measures, helping to reduce ineffective patrol costs and effectively ensure safe and efficient railway operations.

Key words: railway water damage, risk warning, thresholds

摘要： 随着全球变暖，极端天气气候事件频发，对铁路安全运行带来严峻挑战，尤其是汛期频发的铁路水害，严重威胁铁路运输秩序和行车安全。本文利用甘肃、宁夏境内多年铁路水害历史资料和区域气象站资料，分析了铁路水害的时空分布特征，综合地理区域、暴雨风险区划和强降水频次空间分布，对铁路线路进行科学分类。基于已有研究结论，选取铁路水害发生前3 d逐小时雨量、前24 h累积雨量和前3 d有效雨量作为诱发水害的雨量因子；应用Box-Cox转换及分位数法，研究各类铁路线路水害发生前出巡、限速和封锁雨量警戒阈值的判定；分别选取不同类型降水过程导致的水害个例，检验各指标的可用性。结果显示：1 h雨量、24 h累积雨量和72 h有效雨量分别对短时强降水、特大暴雨和持续性降水过程导致的铁路水害预警指示作用显著；雨量警戒阈值平均可用率可达80%。相关结果可为铁路部门科学决策和防范应急预案的制定提供依据，有助于降低无效巡查成本，切实保障铁路安全、高效运行。

关键词: 铁路水害, 风险预警, 阈值

CLC Number:

P429
U296

WANG Xiaoyong, ZHAO Wenjing, LYU Meixia, ZHANG Yue, WU Yuzhe, ZHANG Peiyan, DING Xiujing, CAI Lei, CHEN Cheng. Water disaster characteristics and rainfall disaster thresholds determination on railways within the jurisdiction of Lanzhou Railway Administration[J]. Journal of Arid Meteorology, 2025, 43(3): 460-468.

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Figures/Tables 6

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地理区域	暴雨风险	强降水频次	铁路线路（区间）	气象站数目	编号
西北地区	低风险	很低	敦煌线（柳沟—肃北）	11	1
	低风险	较低	兰新线（石板墩—玉门东）	3	2
	次低风险	很低	兰新线（玉门—武威），兰新客专（玉门—民乐）、干武线	14	3
	次低风险	较低	酒额线（酒泉—金塔）、嘉镜线	6	4
	中风险	较低	兰新线（武威—天祝）、平汝线、包兰线（惠农—景泰）、定银线、太中线、宝中线（中卫—固原）、银兰客专、银西客专（吴忠—固原）	23	5
黄土高原	中风险	较低	兰青线（兰州—海石湾）、兰州北环线、中川铁路、红会线、包兰线（景泰—皋兰）、兰新线（天祝—兰州）	23	6
	次高风险	较低	兰渝线（兰州—岷县）、陇海线（兰州—武山）、徐兰高速（兰州—秦安）	10	7
	高风险	较低	银西客专（环县—礼泉）	0	8
	高风险	较高	陇海线（武山—甘谷—天水）、徐兰高速（东岔—秦安）、天华线（天水—崇信）、宝中线（固原—平凉）、西平线、银西客专（固原—环县）	17	9
甘肃南部	次高风险	较低	兰渝线（岷县—陇南）	4	10
甘肃南部	高风险	较高	兰渝线（陇南—羊木）	11	11

地理区域	暴雨风险	强降水频次	铁路线路（区间）	气象站数目	编号
西北地区	低风险	很低	敦煌线（柳沟—肃北）	11	1
	低风险	较低	兰新线（石板墩—玉门东）	3	2
	次低风险	很低	兰新线（玉门—武威），兰新客专（玉门—民乐）、干武线	14	3
	次低风险	较低	酒额线（酒泉—金塔）、嘉镜线	6	4
	中风险	较低	兰新线（武威—天祝）、平汝线、包兰线（惠农—景泰）、定银线、太中线、宝中线（中卫—固原）、银兰客专、银西客专（吴忠—固原）	23	5
黄土高原	中风险	较低	兰青线（兰州—海石湾）、兰州北环线、中川铁路、红会线、包兰线（景泰—皋兰）、兰新线（天祝—兰州）	23	6
	次高风险	较低	兰渝线（兰州—岷县）、陇海线（兰州—武山）、徐兰高速（兰州—秦安）	10	7
	高风险	较低	银西客专（环县—礼泉）	0	8
	高风险	较高	陇海线（武山—甘谷—天水）、徐兰高速（东岔—秦安）、天华线（天水—崇信）、宝中线（固原—平凉）、西平线、银西客专（固原—环县）	17	9
甘肃南部	次高风险	较低	兰渝线（岷县—陇南）	4	10
甘肃南部	高风险	较高	兰渝线（陇南—羊木）	11	11

铁路段编号	出巡警戒阈值			限速警戒阈值			封锁警戒阈值
铁路段编号	R₁	R₂₄	R_c-72	R₁	R₂₄	R_c-72	R₁	R₂₄	R_c-72
1，2 3，4 5 6 7，8，9 10，11	16.3	21.3	21.4	20.7	23.6	23.7	23.3	28.4	28.5
	14.6	64.5	56.6	15.0	70.1	59.3	16.1	76.2	68.2
	37.8	82.9	80.6	40.1	107.0	96.2	42.7	118.5	112.2
	30.8	80.5	80.8	32.0	93.6	82.3	33.4	101.1	98.6
	27.9	60.0	70.0	29.6	60.7	76.9	32.5	63.3	92.6
		71.0	133.1		77.1	141.6		80.9	150.8

铁路段编号	出巡警戒阈值			限速警戒阈值			封锁警戒阈值
铁路段编号	R₁	R₂₄	R_c-72	R₁	R₂₄	R_c-72	R₁	R₂₄	R_c-72
1，2 3，4 5 6 7，8，9 10，11	16.3	21.3	21.4	20.7	23.6	23.7	23.3	28.4	28.5
	14.6	64.5	56.6	15.0	70.1	59.3	16.1	76.2	68.2
	37.8	82.9	80.6	40.1	107.0	96.2	42.7	118.5	112.2
	30.8	80.5	80.8	32.0	93.6	82.3	33.4	101.1	98.6
	27.9	60.0	70.0	29.6	60.7	76.9	32.5	63.3	92.6
		71.0	133.1		77.1	141.6		80.9	150.8

水害区间	站点	R₁	R₂₄	R_c-72	组合阈值	实际措施
宝中线庙庄站左侧	华亭神峪站	23日01：00（38.0 mm），封锁警戒	23日02：00（62.0 mm），限速警戒； 23日03：00（63.0 mm），封锁警戒	×	R₁和R₂₄（23日 02：00，封锁警戒）	23日02：00，宝中线局界至同心段封锁
宝中线崇信—大寨岭	崇信平头沟站	23日00：00（65.0 mm），封锁警戒	23日00：00（66.0 mm），封锁警戒	23日01：00（94.0 mm），封锁警戒	R₁和R₂₄（23日 00：00，封锁警戒）	23日02：00，宝中线局界至同心段封锁
宝中线崇信—大寨岭	崇信黄寨站	×	23日06：00（70.0 mm），封锁警戒	23日07：00（139.0 mm），封锁警戒	×	23日02：00，宝中线局界至同心段封锁
宝中线安口窑—崇信	华亭堡子塬站	×	23日06：00（62.0 mm），限速警戒；23日07：00（80.0 mm），封锁警戒	23日05：00（94.0 mm），封锁警戒	×	23日02：00，宝中线局界至同心段封锁
天华线青林—华亭	崇信赵湾站	×	23日06：00（85.0 mm），封锁警戒	23日06：00（109.0 mm），封锁警戒	×	23日02：00，天华线封锁
徐兰高速秦安—通渭	通渭襄南黑石站	23日05：00（34.0 mm），封锁警戒	23日04：00（65.0 mm），封锁警戒	23日05：00（98.0 mm），封锁警戒	R₁和R_c-72（23日 05：00，封锁警戒）	/
徐兰高速秦安—通渭	通渭站	×	23日00：00（71.0 mm），封锁警戒	23日02：00（96.0 mm），封锁警戒	×	/
徐兰高速通渭-下小岔	通渭平襄温泉站	22日23：00（32.0 mm），封锁警戒	22日23：00（85.0 mm），封锁警戒	23日00：00（92.0 mm），封锁警戒	R₁和R₂₄（22日 23：00，封锁警戒）	/
西平线花所—平凉南	崆峒花所站	×	23日06：00（71.0 mm），封锁警戒	×	×	23日02：00，西平线封锁
兰渝线枫相院—姚渡	文县中庙后渠站	22日06：00（33.0 mm），封锁警戒	22日05：00（64.0 mm），封锁警戒	22日00：00（107.0 mm），封锁警戒	R₁和R₂₄（22日 06：00，封锁警戒）	/
徐兰高速秦安—通渭	通渭碧玉雷岔站	23日05：00（31.0 mm），限速警戒	23日00：00（78.0 mm），封锁警戒	23日01：00（102.0 mm），封锁警戒	R₁和R₂₄（23日 05：00，封锁警戒）	/