王遲

摘 要：本文主要介紹水文氣象專業(yè)在西藏自治區(qū)進(jìn)行輸電線路勘測(cè)工作中應(yīng)注意的一些技術(shù)問題，并對(duì)西藏自治區(qū)設(shè)計(jì)風(fēng)速、設(shè)計(jì)覆冰厚度等分析計(jì)算方法和洪水成因等問題進(jìn)行了探討。

關(guān)鍵詞：高海拔地區(qū)；輸電線路；設(shè)計(jì)風(fēng)速；覆冰勘測(cè)；設(shè)計(jì)洪水

中圖分類號(hào)：P461.3 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1671-2064（2018）05-0162-02

1 引言

在輸電線路工程勘測(cè)設(shè)計(jì)工作中，合理的確定設(shè)計(jì)風(fēng)速、導(dǎo)線覆冰的取值對(duì)輸電線路工程的造價(jià)和安全都有十分重要的意義，輸電線路鐵塔基礎(chǔ)的防洪安全也應(yīng)慎重考慮。西藏自治區(qū)海拔一般均高于3000m，當(dāng)?shù)貧庀髼l件與我國(guó)中東部低海拔地區(qū)有著明顯差異，暴雨洪水成因也不盡相同。同時(shí)，由于地廣人稀，當(dāng)?shù)厮臍庀笥^測(cè)站點(diǎn)分布稀疏、資料觀測(cè)年限通常較短，對(duì)工程位置處的代表性通常較差。

本文根據(jù)在西藏自治區(qū)輸電線路工程實(shí)際工作經(jīng)歷，對(duì)水文氣象專業(yè)在西藏自治區(qū)從事輸電線路勘測(cè)設(shè)計(jì)工作的主要方法和需要注意的問題進(jìn)行分析探討。

2 設(shè)計(jì)風(fēng)速

2.1 氣象站設(shè)計(jì)風(fēng)速

根據(jù)輸電線路工程經(jīng)過的區(qū)域選擇具有代表性的氣象站，對(duì)該氣象站風(fēng)速原始資料的可靠性、一致性和代表性進(jìn)行審查，并進(jìn)行風(fēng)速高度訂正，可按下式計(jì)算：

（1）

式中：VZ——高度為Z處的風(fēng)速（m/s）；

V1——Z1高度處的風(fēng)速（m/s）；

Z——設(shè)計(jì)高度（m）；

Z1——風(fēng)速儀離地高度（m）；

α——地面粗糙度系數(shù)。

根據(jù)《電力工程氣象勘測(cè)技術(shù)規(guī)程》[1]要求，當(dāng)氣象站有連續(xù)25年以上的年最大風(fēng)速資料時(shí)，可直接進(jìn)行頻率計(jì)算推求氣象站設(shè)計(jì)風(fēng)速。當(dāng)氣象站風(fēng)速資料短缺時(shí)，可選擇鄰近地區(qū)地形、氣候條件相似，有長(zhǎng)期風(fēng)速資料的氣象站進(jìn)行相關(guān)分析，展延資料序列后計(jì)算設(shè)計(jì)風(fēng)速。氣象站設(shè)計(jì)風(fēng)速應(yīng)采用P-Ⅲ型分布或極值Ⅰ型分布進(jìn)行頻率計(jì)算。

西藏自治區(qū)內(nèi)的輸電線路多位于山區(qū)開闊的山脊或山頂，而氣象站多位于人口密集的城區(qū)范圍內(nèi)，周邊建設(shè)有樓房，受城鎮(zhèn)化建設(shè)的影響，氣象站所觀測(cè)的風(fēng)速明顯較開闊地偏小，因此氣象站設(shè)計(jì)風(fēng)速計(jì)算結(jié)果對(duì)線路設(shè)計(jì)風(fēng)速取值僅具有參考價(jià)值。

2.2 根據(jù)基本風(fēng)壓計(jì)算設(shè)計(jì)風(fēng)速

根據(jù)《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》[2]中的全國(guó)基本風(fēng)壓分布圖，查得輸電線路經(jīng)過區(qū)域重現(xiàn)期50a一遇的基本風(fēng)壓值，然后根據(jù)以下貝努利公式計(jì)算出離地10m高50年一遇10min平均最大設(shè)計(jì)風(fēng)速。

（2）

式中：ρ——空氣密度（t/m3）；

V0——離地10m高50年一遇10min平均最大風(fēng)速（m/s）。

在上述公式（2）中，空氣密度受當(dāng)?shù)乜諝鉁囟取鈮阂约昂０胃叨鹊纫蛩氐挠绊?。《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》給出了兩種計(jì)算空氣密度的公式如下：

（3）

（4）

式中：t——空氣溫度（℃）；

P——?dú)鈮海≒a）；

Pvap——水汽壓（Pa）；

z——海拔高度（m）。

利用上述（3）式計(jì)算當(dāng)?shù)乜諝饷芏葧r(shí)，所采用的空氣溫度、氣壓和水汽壓是由氣象站觀測(cè)資料統(tǒng)計(jì)出的多年平均值，因此，該公式在我國(guó)內(nèi)地資料豐富地區(qū)得到廣泛的應(yīng)用。而對(duì)于氣象資料匱乏的西藏自治區(qū)而言，利用（4）式計(jì)算當(dāng)?shù)乜諝饷芏葧r(shí)，僅需考慮海拔高度一項(xiàng)因素。在勘測(cè)設(shè)計(jì)過程中，根據(jù)《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》中的全國(guó)基本風(fēng)壓分布圖和輸電線路沿線海拔高度，利用公式（2）、（4），可近似估算出線路沿線設(shè)計(jì)風(fēng)速分布，為設(shè)計(jì)風(fēng)速的確定和風(fēng)區(qū)劃分提供參考。

2.3 確定設(shè)計(jì)風(fēng)速

線路區(qū)域設(shè)計(jì)風(fēng)速的確定，應(yīng)考慮參證氣象站地形對(duì)設(shè)計(jì)風(fēng)速的影響訂正，應(yīng)與風(fēng)壓分布圖計(jì)算的設(shè)計(jì)風(fēng)速進(jìn)行對(duì)比分析，并結(jié)合當(dāng)?shù)匾呀ㄝ旊娋€路設(shè)計(jì)風(fēng)速和運(yùn)行情況和大風(fēng)災(zāi)害調(diào)查情況綜合確定。如果線路較長(zhǎng)，還應(yīng)根據(jù)大風(fēng)成因、地形條件和海拔高度等因素劃分風(fēng)區(qū)。

3 導(dǎo)線覆冰

3.1 覆冰調(diào)查

由于西藏自治區(qū)嚴(yán)重缺乏覆冰觀測(cè)資料，需要進(jìn)行覆冰調(diào)查工作作為補(bǔ)充。覆冰調(diào)查資料有助于分析覆冰的地區(qū)分布規(guī)律、考證覆冰重現(xiàn)期，調(diào)查成果是線路設(shè)計(jì)冰厚及冰區(qū)劃分的重要依據(jù)。

要開展覆冰調(diào)查，首先應(yīng)確定覆冰調(diào)查對(duì)象。根據(jù)《架空輸電線路覆冰勘測(cè)規(guī)程》[3]，覆冰調(diào)查的對(duì)象主要包括電力、通信、氣象、交通、工礦、民政、林業(yè)等部門的運(yùn)行、管理人員以及當(dāng)?shù)鼐用?。?duì)于西藏自治區(qū)的輸電線路設(shè)計(jì)而言，線路通過地區(qū)人煙稀少，當(dāng)?shù)赝ㄐ?、民政等部門通常沒有關(guān)于導(dǎo)線覆冰或冰災(zāi)的資料。而輸電線路工程選擇路徑時(shí)，考慮到施工、檢修方便等因素，一般沿現(xiàn)有道路走線，因此，對(duì)沿線負(fù)責(zé)道路維護(hù)的各道班冬季值班人員的覆冰調(diào)查成果對(duì)于線路設(shè)計(jì)冰厚及冰區(qū)劃分具有重要的參考價(jià)值。

3.2 覆冰厚度計(jì)算

根據(jù)《架空輸電線路覆冰勘測(cè)規(guī)程》中關(guān)于根據(jù)調(diào)查覆冰直徑的公式計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)冰厚的公式（5），對(duì)調(diào)查搜集到的線路沿線覆冰厚度進(jìn)行計(jì)算，求得相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)冰厚。

標(biāo)準(zhǔn)冰厚計(jì)算公式如下：

（5）

式中：B0——標(biāo)準(zhǔn)冰厚（mm）；

ρ——覆冰密度（g/cm3）；

Ks——覆冰形狀系數(shù)，覆冰短徑與覆冰長(zhǎng)徑的比值；

a——覆冰長(zhǎng)徑，包括覆冰附著物（mm）；

b——覆冰短徑，包括覆冰附著物（mm）；

R——覆冰半徑，包括覆冰附著物（mm）；

r——覆冰附著物半徑（mm）；

根據(jù)上述計(jì)算出的標(biāo)準(zhǔn)冰厚，并結(jié)合工程所在區(qū)域的覆冰影響因素、區(qū)域覆冰特性及資料情況計(jì)算設(shè)計(jì)冰厚，計(jì)算公式如下：

（6）

式中：B——設(shè)計(jì)冰厚；

KT——重現(xiàn)期換算系數(shù)；

Kh——高度換算系數(shù)；

Kφ——線徑換算系數(shù)；

Kd——地形換算系數(shù)。

3.3 設(shè)計(jì)覆冰厚度及冰區(qū)劃分

線路沿線設(shè)計(jì)覆冰厚度及冰區(qū)劃分，應(yīng)通過對(duì)線路沿線覆冰成因分析、線路沿線覆冰調(diào)查及計(jì)算，結(jié)合線路沿線地形氣候特征、已建線路設(shè)計(jì)冰厚以及運(yùn)行情況、附近地區(qū)冰災(zāi)情況、地區(qū)冰區(qū)分布圖等綜合分析確定。

需要注意的是，西藏自治區(qū)山高溝深、地形復(fù)雜多樣，有利于覆冰形成的微地形、微氣象條件對(duì)線路工程的影響不容忽視。在冰區(qū)劃分的過程中，應(yīng)對(duì)微地形、微氣象區(qū)域進(jìn)行識(shí)別，并針對(duì)此類區(qū)域適當(dāng)加強(qiáng)抗冰設(shè)計(jì)。

4 線路跨越河流洪水特性

輸電線路在河中立塔時(shí)，首先應(yīng)對(duì)輸電線路所跨越河流的洪水特性進(jìn)行分析，然后再進(jìn)行跨河段河道設(shè)計(jì)洪水位、流速和沖刷深度的計(jì)算。西藏自治區(qū)河流眾多，各洪水特性也不盡相同，本文以尼洋河為例進(jìn)行分析說明。

尼洋河位于西藏自治區(qū)東南部，是雅魯藏布江中下游左岸的一級(jí)支流。發(fā)源于念青唐古拉山南麓工布江達(dá)縣西部的錯(cuò)木果拉冰川湖，流經(jīng)工布江達(dá)縣和林芝縣，于林芝縣的格則村附近匯入雅魯藏布江。流域東部以色季拉山為界與帕隆藏布支流拉月曲為鄰，南部以郭喀拉日居與雅魯藏布江干流相鄰，西部以米拉山與拉薩河流域相望，北部為易貢藏布水系。干流全長(zhǎng)286km，總落差2080m，流域面積1.78萬km2，河口多年平均流量550m3/s，多年平均徑流量173.55億m3。尼洋河流域示意圖見下圖1。

4.1 洪水成因

尼洋河流域內(nèi)地形復(fù)雜，山脈溝壑縱橫交錯(cuò)，在溝壑源頭廣泛分布第四季及現(xiàn)代海洋性冰川。流域內(nèi)冰川及永久性積雪面積約950km2，占全流域面積的5.3%。在尼洋河流域，雨季的降水和冰雪融水是形成本流域洪水的主要因素，因而本流域洪水屬于雨水融水混合型洪水[4]。

4.2 洪水特性

尼洋河流域洪水有以下特點(diǎn)：（1）雨季和高溫季節(jié)同期。尼洋河流域夏季受西南季風(fēng)的影響，在印度低壓控制下，從孟加拉灣輸送大量暖濕空氣北上，受喜馬拉雅山脈的阻擋，暖濕氣流沿雅魯藏布江河谷上溯，推進(jìn)到尼洋河流域，與切變線和冷鋒等天氣系統(tǒng)結(jié)合，受地形抬升影響，形成降水。根據(jù)更張水文站資料統(tǒng)計(jì)，6月～9月多年平均降水量占全年降水量的75%；（2）洪水過程平緩。這主要是由于尼洋河流域呈自西向東傾斜的狹長(zhǎng)型，而降雨卻多數(shù)是從東向西推進(jìn)，因而流域內(nèi)集流緩慢。融雪水在洪水中占較大比例也是重要原因，根據(jù)段元?jiǎng)賉4]等人的研究，尼洋河流域次洪30d洪量中，融雪水與季節(jié)性地下水占30.9%～53.3%。（3）年最大洪峰流量的年際變化小，尼洋河干流工布江達(dá)站歷年最大洪峰流量為991m3/s，最小473m3/s，極值比為2.1；更張水文站歷年最大洪峰流量為3080m3/s，最小為1620m3/s，極值比為1.9。兩站洪峰的CV值分別為0.23和0.20。

尼洋河流域上述洪水特點(diǎn)與內(nèi)地河流不同甚至截然相反，西藏自治區(qū)多數(shù)河流的洪水特點(diǎn)與尼洋河相同或相似[5]。因此，在進(jìn)行西藏自治區(qū)輸電線路跨河段設(shè)計(jì)洪水過程中，洪水參數(shù)的選擇以及設(shè)計(jì)成果的外延均應(yīng)根據(jù)具體流域的洪水特性進(jìn)行分析推求，以確保設(shè)計(jì)成果的合理性。

5 結(jié)語(yǔ)

西藏自治區(qū)自然地理?xiàng)l件與我國(guó)中東部低海拔地區(qū)有著明顯差異，當(dāng)?shù)厮臍庀筚Y料匱乏，對(duì)于電力工程水文氣象專業(yè)而言，繼續(xù)沿用內(nèi)地傳統(tǒng)工作思路和方法從事西藏自治區(qū)輸電線路工程工作通常是行不通的。本文根據(jù)實(shí)際工作經(jīng)歷，對(duì)水文氣象專業(yè)在西藏自治區(qū)從事輸電線路勘測(cè)設(shè)計(jì)工作可以采用的方法和需要注意的主要問題進(jìn)行分析探討，以供水文氣象專業(yè)同仁參考。

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