分蓄洪區(qū)架空送電線路工程水文分析方法

王守峰

（山東電力工程咨詢院有限公司 山東濟南 250000）

分蓄洪區(qū)架空送電線路工程水文分析方法

王守峰

（山東電力工程咨詢院有限公司 山東濟南 250000）

當(dāng)架空送電線路工程位于分蓄洪區(qū)時，需要對分蓄洪進行深入分析，以確定其對于架空送電線路的安全影響。同時，需要分析架空送電線路工程對于分蓄洪區(qū)調(diào)度應(yīng)用產(chǎn)生的具體影響。本文以某工程為例，對分蓄洪區(qū)架空送電線路水文分析內(nèi)容與方法進行闡述，供相關(guān)人士參考。

架空送電線路；分蓄洪區(qū)；水文分析

1 引言

在江河流域中，會因為河流的安全泄量不足導(dǎo)致河流兩岸劃分出相應(yīng)的分蓄洪區(qū)。我國社會經(jīng)濟的快速發(fā)展對于電力的需求日益增長，為此，需要擴大電網(wǎng)建設(shè)規(guī)模。當(dāng)越來越多的電力線路必需經(jīng)過分蓄洪區(qū)時，為了保證防汛調(diào)度的安全進行以及電力系統(tǒng)功能的穩(wěn)定發(fā)揮，需要由相關(guān)人員趕赴現(xiàn)場進行勘察，在勘測設(shè)計階段分析二者之間的具體關(guān)系，從而保證線路制定的合理性。

2 分蓄洪區(qū)架空送電線路工程水文分析方法

2.1 選擇受分洪水流影響最小的路徑

若架空送電線路工程需要經(jīng)過分蓄洪區(qū)時，需要弱化分蓄洪區(qū)對于架空送電線路工程的安全影響，為此，線路路徑也就是塔位需要遠離分洪口門，其設(shè)置位置最好處于分洪口門的上游，這樣就可以直接避免其會受到分紅水流的沖刷和潛蝕。但是在某些情形下，由于線路路徑的選擇是取決于線路大跨越位置的，原則層面就很難滿足要求。通過水文調(diào)查以及分析計算，在保證線路防洪安全滿足相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的情況下，選出最佳的路徑方案。分蓄洪區(qū)內(nèi)最佳的線路路徑主要指的是在分蓄洪區(qū)內(nèi)路線長度最小且受到水流沖刷負面影響最小的方案。該方案中，需要盡量減小工程防護工程量。

2.2 分蓄洪水位、通航水位與通航凈空高度

分蓄洪水位決定線路桿塔高度，因此它是線路設(shè)計中非常重要的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。一般的分蓄洪區(qū)都制定了分蓄洪調(diào)度規(guī)程，規(guī)定了分蓄洪水位，不必另行分析計算。一般情況下，分蓄洪區(qū)的最高通航水位就是分蓄洪區(qū)的分蓄洪水位。由于分蓄洪的頻率可能是20年、50年、100年等，因此分蓄洪區(qū)內(nèi)最高通航水位采用的頻率與分蓄洪水位頻率一致，《內(nèi)河通航標(biāo)準(zhǔn)》（GB50139-2014）中規(guī)定的最高通航水位采用的頻率標(biāo)準(zhǔn)不適用于分蓄洪區(qū)。

通航凈空高度會影響線路路桿塔的高度，在分蓄洪區(qū)處于運行狀態(tài)時，需要對搶險設(shè)備在高壓線路下運行的安全性。搶險船只的型號、數(shù)量、配套工具的尺寸等都是確定通航凈空高度的主要依據(jù)。根據(jù)這些因素，可以按照相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)進行合理選擇。與此同時，在確定通航凈空高度時也需要征得相關(guān)部門的意見。一般情況下，分蓄洪區(qū)通航凈空高度不應(yīng)低于6m。

2.3 塔位處的流速、局部沖刷計算

分蓄洪對于線路塔位安全性的影響主要體現(xiàn)在：因為分洪水流造成塔位部分區(qū)域的損壞，也就是所謂的局部沖刷。因為分蓄洪區(qū)的面積較大，水流會從分蓄洪口飛流迅速向下散播開來，所以在計算塔位附近的流速使用一維水流分析計算方法已經(jīng)不適用了。當(dāng)前使用較多的是二維非恒定流方法對塔位處的流速進行計算。在得知塔位處的流速之后，可以依據(jù)局部沖刷計算公式計算出具體的沖刷深度。結(jié)構(gòu)設(shè)計專業(yè)可以在此基礎(chǔ)上根據(jù)沖刷深度進行結(jié)構(gòu)設(shè)計，并確定是否需要對塔基進行專門的防沖刷設(shè)計。

3 以某500kV送電線路工程立于分蓄洪區(qū)為例闡述水文分析方法

3.1 洪湖分蓄洪區(qū)基本情況

該輸電線路工程單回路全長為166km，Ⅰ回、Ⅱ回線路基本平行。線路某段需跨越長江，跨越斷面是位于流域的分洪區(qū)東分塊套口進洪閘下游3km處，位于分蓄洪區(qū)的線路路徑長度為34km。該工程分蓄洪區(qū)是所處流域下游整體防洪的重點位置，也是處理地區(qū)超額洪水保證工程設(shè)施穩(wěn)定運行的重要設(shè)施。分蓄洪區(qū)東分塊蓄洪容積為64億m3，分蓄洪水位32.50m，東分塊方案建設(shè)主要包括以下內(nèi)容：新建堤壩24.52km，新建套口進洪閘（進洪流量10000m3/s）、退洪閘、節(jié)制閘等3座大型涵閘，以及圍堤上13座小型涵閘，新建安全區(qū)8處。分蓄洪區(qū)分洪結(jié)束后，需及時排除分洪區(qū)內(nèi)的洪水，在堤段扒口泄洪，如果按平均流量10000m3/s計算，約需20d泄完。

根據(jù)對上述情況的了解，當(dāng)該流域分蓄洪區(qū)應(yīng)用之后，輸電線路工程就會受到分洪水流的影響，如水位、流速以及局部沖刷，防汛調(diào)度的難度也會加大。為此，防汛調(diào)度部門明確建設(shè)要求為不能對分蓄洪的洪水調(diào)度和人員財產(chǎn)轉(zhuǎn)移造成影響。所以，該工程水文分析工作目的就是選出受到分洪水水流影響最小的線路路徑，并且制定分蓄洪水位以及搶下船只要求的通航凈空高度，并估算線路沿線各塔位的流速和局部沖刷等。

3.2 分蓄洪水位、通航水位與通航凈空高度

根據(jù)對分蓄洪區(qū)基本情況的概述，得知分蓄洪水位為32.50m，也就是最高的通航水位。要想確定通航凈空高度時，需要先了解在分蓄洪之后相關(guān)設(shè)備的具體型號和尺寸，再按照通航標(biāo)準(zhǔn)確定通航凈空高度，該分蓄洪區(qū)的凈空高度為4.5m。然后將該數(shù)據(jù)上報給相關(guān)部門，將凈空高度調(diào)整為6.0m。

3.3 塔位處的流速

為了能夠深入分析該輸電線路塔基的局部沖刷深度，工作人員建立了相應(yīng)的工程段水流分蓄洪區(qū)的二維水流數(shù)學(xué)模型，需要先計算出線路沿線分洪之后水流的變化，再依據(jù)水流變化過程計算出輸電線路塔基的局部沖刷深度。

3.3.1 數(shù)學(xué)模型及計算方法

借助二維非恒定流基本方程，計算采用有限體積法。

3.3.2 模型計算結(jié)果

在以上提及的計算方法基礎(chǔ)上，得到了在分洪之后輸電線路沿線水流流速以及水深的具體變化情況。經(jīng)過計算，得出：當(dāng)流域東分塊分蓄洪區(qū)蓄水32.3h之后，水位為31.75m，已經(jīng)接近蓄滿狀態(tài)；和分洪口距離較遠的區(qū)域，其流速也較小。具體計算結(jié)果如圖1～2所示。

3.4 塔基局部沖刷計算

圖1 各塔位處水流流速變化過程圖

圖2 各塔位處水深變化過程圖

會對塔基局部造成影響的因素分別為塔基結(jié)構(gòu)、塔基土質(zhì)以及水流條件。首先，塔基結(jié)構(gòu)，由于結(jié)構(gòu)不同，當(dāng)水流經(jīng)過塔機時，其流態(tài)也會發(fā)生變化，所以水流對塔基周邊的局部沖刷情況也就有所差異。塔基局部沖刷計算公式中會涉及墩性系數(shù)以及塔基計算寬度，可以通過這兩個數(shù)據(jù)反饋出其初步的沖刷情況。塔基所處位置的土質(zhì)構(gòu)成也會對塔基沖刷深度造成影響，該影響可以通過土體的液性指數(shù)以及孔隙比進行反饋。對于特定的土質(zhì)構(gòu)成，流速以及水深的不同也會對塔基的局部沖刷深度造成影響。在本文提及的水域中，其分塊分洪流量為10000m3/s，借助二維水流模型計算，可以分析出高壓線路上各點水利要素發(fā)生的變化，從而計算出在不同流速以及水深條件下鐵塔局部的沖刷深度。

4 結(jié)束語

綜上所述，分蓄洪區(qū)架空送電線路工程水文分析方法的應(yīng)用對于送電線路工程建設(shè)具有促進意義。但是在應(yīng)用該方法過程中，需要結(jié)合工程的實際情況，引用準(zhǔn)確數(shù)據(jù)，保證計算結(jié)果的有效性。需要注意的是，在采用水文分析方法時，需要注意地區(qū)之間的差異，避免采用經(jīng)驗公式的地區(qū)局限性。為此，可以對公式進行簡化，使得分析工作質(zhì)量大幅度提高。

[1]黃傳華，桂紅華，童輝.輸電線路穿越分蓄洪區(qū)對防洪的影響評價[J].人民長江，2009，40（5）：13～15.

[2]王艷霞.渠首工程水文分析計算對工程規(guī)模的影響[J].赤子：上中旬，2014（13）：343.

[3]呂云海.淺析適線法在工程水文分析計算中的應(yīng)用[J].黑龍江科技信息，2013（25）：107.

[4]劉能勝，毛羽飛，羅嵐.淺析適線法在工程水文分析計算中的應(yīng)用[J].Management&TechnologyofSme，2013（3）：225～226.

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1004-7344（2016）07-0055-02

2016-1-15

王守峰（1987-），男，助理工程師，大專，主要從事電力水文氣象勘察工作。