论文部分内容阅读
一、前言
《特高压架空输电线路工程勘测技术工作内容深度规定(水文气象)》较高压、超高压线路工程技术规定,除增加了部分工作内容外,对跨越河流杆塔局部冲刷计算、设计风速等水文气象条件提高了设计等级,特别强调了山区线路边坡、冲沟洪水冲刷影响。区分和判别沟谷性质是线路工程确定立塔位置以及杆塔基础是否采取工程措施的前提条件。南方山区河流、水库、湖区等水体众多,水汽丰沛,在不同的地形影响下,各种气象要素分布不均,大气中经常发生着能量交换的物理变化。在复杂的地形条件下,易形成微气象等多种气象灾害。这些地带有着特殊的水文气象勘测特点。特高压输电线路水文气象勘测工作深度、内容与以往的工程存在较大差异,特别是工程勘测规模要求尺度的把握上存在难点。应根据特高压工程特殊要求、技术规定并结合现场实际情况进行水文气象勘测工作。本文根据勘测过程的体会,介绍低山、丘陵地区特高压线路水文气象勘测的工作方法和要点。
二、工程地貌特征
由河南省电力勘测设计院承担的向家坝～上海、锦屏～苏南±800kV特高压直流输电线路(舒桥镇～蔡家启段),位于湖北省咸宁市境内,路径全长约172km。区域内群山相连、河溪遍布,山沟、垄谷较多。线路沿线地貌以低山、丘陵为主,兼有平原、盆地、湖泊和高山。全境主要山脉有幕阜山、大幕山两大山脉及九宫山、黄龙山等山地。全区地势南高北低。
该区域内的自然地理特点,首先表现在山区植被上,该区域内植被发育的非常茂密,以竹林、松树及"密不透风"的杂灌为主;其次是该区域内低山丘陵、平原沟谷交错分布;再者就是无标准小型水库、水塘密集,其标准远低于线路设计防洪标准。以上各类因素给水文气象勘测工作带来很大困难。
三、低山、丘陵地区水文气象勘测特点
(一)侵蚀性冲沟
线路沿线杂灌、木较多,大部分生长茂密,发育较好,在塔位处所能观测到的地形条件有限,加上特高压线路塔位的根开及基础比一般高压线的都要大,很大一部分的塔位基础位置观测不到,而我们不能忽视的也是这一点,因为在低山丘陵区人工开挖的引水沟渠以及由暴雨长时间冲出的汇水冲沟较多(冲沟是由暴雨冲刷剥蚀坡面形成,一般沟槽下切,其形状宽窄不一),这样的沟一般宽0.5～1.0m,深0.3～0.5m,冲沟宽深比较小,隐藏在杂灌或树林里很容易被忽视,这种冲沟瞬时的破坏力表现的不太明显,但如果长历时冲刷,杆塔基础会受到一定的威胁,为避免塔位基础放在冲沟内,现场必须仔细查勘,如遇到此种情况,应结合植被、岩性、产状等条件并与其它专业人员现场进行处理。
(二)构造型沟谷内形成的侵蚀冲沟
沿线丘陵、台地与沟谷、盆地交错分布(两山或丘陵所夹的低洼坡地部分称沟谷,沟谷表层易形成由山区汇水冲刷、侵蚀的槽形洼地,小的仅长十余米,大的可达数十公里,流水冲刷,跌水、涡流和重力崩塌等是沟谷内冲沟形成的主要因素),许多岗丘相对高程较小,坡顶至谷底高差不足10m,而杆塔的根开较大,塔位中心若置于坡顶,其基础有可能会落在沟谷底部或边缘,这时应判断该处沟谷是否有暴雨洪水冲刷情况,因山区暴雨局域性较强,经常发生局部超标准暴雨洪水,该条件下产生的暴雨洪水瞬时冲刷破坏性强,如果有明显冲刷痕迹且水文条件较差的情况,应避开或结合其它专业人员意见,寻求解决办法。
(三)冲沟局部冲刷深度的确定
比较典型的冲沟为脊下坡面冲沟,其特点是控制汇流面积及冲沟规模较小(向山下延伸冲沟规模逐渐增大)。特高压输电线路技术规程规定:必要时计算100年一遇塔基局部冲刷深度。如果按照规程进行局部冲刷深度计算,得到的设计值为一次性冲刷深度,而且该地区山区岩性基本是泥岩与页岩,设计冲刷深度一般不超过10cm。泥岩、页岩具有密实、较坚硬的特点,其风化过程:大气降水→岩质软化→阳光、风→剥蚀。(每次剥蚀厚度1～2cm),每年雨季要经历10余次风化过程。若按一次冲刷深度考虑冲沟处基础设计,其与实际剥蚀状况存在较大差异。因此,应采用形成现状冲沟状态的时段,推求未来50年冲沟受雨洪侵蚀、风化的演变趋势及程度,最终确定冲沟的局部冲刷深度。
(四)低防洪标准水库
线路沿线不规则、低标准水库及水塘较多,其防洪标准远低于线路设计标准,有的水库属病库、险库,水塘根本就没有标准,遇超标准暴雨洪水时,水库、水塘将发生洪水漫溢或溃坝情况。本着对工程安全考虑的原则,线路在跨越水库时建议塔位避开坝下立塔,如遇避不开等特殊情况,杆塔位置应避开水库坝下主行洪区,立在较高位置且远离坝体,并分析计算水库下泄洪水、漫溢以及溃坝洪水对杆塔基础的威胁程度,考虑采取相应工程措施。如遇到有坝或者有塘埂的较大型水塘时,坝下或埂下立塔情况同水库。
(五)导线覆冰及微地形微气象
南方山区水域丰富相对湿度较大,加之受不同地形的影响,地面热辐射及逆温层变化差异较大,易形成大雾天气。当冬季低温天气遭遇大雾,导线外触面易形成雾凇;低温雨雪天气常伴有冻雨产生,易形成雨凇等导线覆冰现象。导线覆冰是造成南方山区冬季倒塔事故的主要根源。
线路沿线局部路径段曾经发生过短历时破坏性飓风。风场树木植被摧毁范围:400m×50m,风向NNW(树木倒地方向为SSE)。主要树木为松树,树径10～20cm,树木毁坏形式以拦腰折断为主,断口离地面高度1～3m。本段线路走径位于湖北省的中东部,该区域是冷暖空气南下、北上的通道,气温变化剧烈。湖区及水库附近,水汽充沛,水体热容量较大,湿空气的潜热能较多,既可调节气候,又在不同的地形影响下,地面受热不均,各种气象要素分布失衡,加上气流方向不同,大气中经常发生着能量交换的物理变化,使天气多变并引发多种气象灾害。
四、工程经验总结
冲沟洪水、低标准水库、导线覆冰、微气象等水文气象条件严重威胁着输电线路的安全运行,提供详实可靠的水文气象资料是线路安全设计、运行的根基之一。通过上述两条特高压直流输电线路工程水文气象勘测工作,总结经验如下。
(一)山区冲沟首先要结合地质条件判明冲沟类型,水文的工作重点是由降水汇流形成的侵蚀性冲沟。冲沟内或边缘杆塔基础的局部冲刷计算不宜采用规范规定的设计频率硬性计算(一次性冲刷),应根据冲沟形成时段推算未来50年冲沟侵蚀演变规模及深度。
(二)低标准水库,原则上避开坝下立塔。当线路走径无法更改时,建议线路立塔位置前顶或后移,避开溃坝直接影响范围及溃坝洪水主行洪区域,并计算杆塔基础局部冲刷深度。
(三)导线覆冰必须掌握第一手调查资料,在对气象部门进行区域性调查收资的基础上,结合线路走径做好局部调查工作,重点对本工程范围内已运行线路的覆冰调查。掌握详细的调查资料后再做设计覆冰厚度的计算工作。
(四)微地形、气象,现场勘察掌握近2年内的植被变化情况,判断相应的灾害性天气现象。线路沿线分段调查历史上有无灾害性天气发生,发生时间、危害程度,并分析灾害性天气的成因。气象勘察的工作重点应放在水域密集的低山丘陵地带,该地带水气丰沛、地形起伏大,能量交换严重失衡,易形成微气象。
五、结束语
南方低山、丘陵地区水域丰富、植被发育。该地区的输电线路工程,水文气象勘测工作需谨慎对待,以确保每一条特高压以及超高压、高压线路的安全地运行。
《特高压架空输电线路工程勘测技术工作内容深度规定(水文气象)》较高压、超高压线路工程技术规定,除增加了部分工作内容外,对跨越河流杆塔局部冲刷计算、设计风速等水文气象条件提高了设计等级,特别强调了山区线路边坡、冲沟洪水冲刷影响。区分和判别沟谷性质是线路工程确定立塔位置以及杆塔基础是否采取工程措施的前提条件。南方山区河流、水库、湖区等水体众多,水汽丰沛,在不同的地形影响下,各种气象要素分布不均,大气中经常发生着能量交换的物理变化。在复杂的地形条件下,易形成微气象等多种气象灾害。这些地带有着特殊的水文气象勘测特点。特高压输电线路水文气象勘测工作深度、内容与以往的工程存在较大差异,特别是工程勘测规模要求尺度的把握上存在难点。应根据特高压工程特殊要求、技术规定并结合现场实际情况进行水文气象勘测工作。本文根据勘测过程的体会,介绍低山、丘陵地区特高压线路水文气象勘测的工作方法和要点。
二、工程地貌特征
由河南省电力勘测设计院承担的向家坝～上海、锦屏～苏南±800kV特高压直流输电线路(舒桥镇～蔡家启段),位于湖北省咸宁市境内,路径全长约172km。区域内群山相连、河溪遍布,山沟、垄谷较多。线路沿线地貌以低山、丘陵为主,兼有平原、盆地、湖泊和高山。全境主要山脉有幕阜山、大幕山两大山脉及九宫山、黄龙山等山地。全区地势南高北低。
该区域内的自然地理特点,首先表现在山区植被上,该区域内植被发育的非常茂密,以竹林、松树及"密不透风"的杂灌为主;其次是该区域内低山丘陵、平原沟谷交错分布;再者就是无标准小型水库、水塘密集,其标准远低于线路设计防洪标准。以上各类因素给水文气象勘测工作带来很大困难。
三、低山、丘陵地区水文气象勘测特点
(一)侵蚀性冲沟
线路沿线杂灌、木较多,大部分生长茂密,发育较好,在塔位处所能观测到的地形条件有限,加上特高压线路塔位的根开及基础比一般高压线的都要大,很大一部分的塔位基础位置观测不到,而我们不能忽视的也是这一点,因为在低山丘陵区人工开挖的引水沟渠以及由暴雨长时间冲出的汇水冲沟较多(冲沟是由暴雨冲刷剥蚀坡面形成,一般沟槽下切,其形状宽窄不一),这样的沟一般宽0.5～1.0m,深0.3～0.5m,冲沟宽深比较小,隐藏在杂灌或树林里很容易被忽视,这种冲沟瞬时的破坏力表现的不太明显,但如果长历时冲刷,杆塔基础会受到一定的威胁,为避免塔位基础放在冲沟内,现场必须仔细查勘,如遇到此种情况,应结合植被、岩性、产状等条件并与其它专业人员现场进行处理。
(二)构造型沟谷内形成的侵蚀冲沟
沿线丘陵、台地与沟谷、盆地交错分布(两山或丘陵所夹的低洼坡地部分称沟谷,沟谷表层易形成由山区汇水冲刷、侵蚀的槽形洼地,小的仅长十余米,大的可达数十公里,流水冲刷,跌水、涡流和重力崩塌等是沟谷内冲沟形成的主要因素),许多岗丘相对高程较小,坡顶至谷底高差不足10m,而杆塔的根开较大,塔位中心若置于坡顶,其基础有可能会落在沟谷底部或边缘,这时应判断该处沟谷是否有暴雨洪水冲刷情况,因山区暴雨局域性较强,经常发生局部超标准暴雨洪水,该条件下产生的暴雨洪水瞬时冲刷破坏性强,如果有明显冲刷痕迹且水文条件较差的情况,应避开或结合其它专业人员意见,寻求解决办法。
(三)冲沟局部冲刷深度的确定
比较典型的冲沟为脊下坡面冲沟,其特点是控制汇流面积及冲沟规模较小(向山下延伸冲沟规模逐渐增大)。特高压输电线路技术规程规定:必要时计算100年一遇塔基局部冲刷深度。如果按照规程进行局部冲刷深度计算,得到的设计值为一次性冲刷深度,而且该地区山区岩性基本是泥岩与页岩,设计冲刷深度一般不超过10cm。泥岩、页岩具有密实、较坚硬的特点,其风化过程:大气降水→岩质软化→阳光、风→剥蚀。(每次剥蚀厚度1～2cm),每年雨季要经历10余次风化过程。若按一次冲刷深度考虑冲沟处基础设计,其与实际剥蚀状况存在较大差异。因此,应采用形成现状冲沟状态的时段,推求未来50年冲沟受雨洪侵蚀、风化的演变趋势及程度,最终确定冲沟的局部冲刷深度。
(四)低防洪标准水库
线路沿线不规则、低标准水库及水塘较多,其防洪标准远低于线路设计标准,有的水库属病库、险库,水塘根本就没有标准,遇超标准暴雨洪水时,水库、水塘将发生洪水漫溢或溃坝情况。本着对工程安全考虑的原则,线路在跨越水库时建议塔位避开坝下立塔,如遇避不开等特殊情况,杆塔位置应避开水库坝下主行洪区,立在较高位置且远离坝体,并分析计算水库下泄洪水、漫溢以及溃坝洪水对杆塔基础的威胁程度,考虑采取相应工程措施。如遇到有坝或者有塘埂的较大型水塘时,坝下或埂下立塔情况同水库。
(五)导线覆冰及微地形微气象
南方山区水域丰富相对湿度较大,加之受不同地形的影响,地面热辐射及逆温层变化差异较大,易形成大雾天气。当冬季低温天气遭遇大雾,导线外触面易形成雾凇;低温雨雪天气常伴有冻雨产生,易形成雨凇等导线覆冰现象。导线覆冰是造成南方山区冬季倒塔事故的主要根源。
线路沿线局部路径段曾经发生过短历时破坏性飓风。风场树木植被摧毁范围:400m×50m,风向NNW(树木倒地方向为SSE)。主要树木为松树,树径10～20cm,树木毁坏形式以拦腰折断为主,断口离地面高度1～3m。本段线路走径位于湖北省的中东部,该区域是冷暖空气南下、北上的通道,气温变化剧烈。湖区及水库附近,水汽充沛,水体热容量较大,湿空气的潜热能较多,既可调节气候,又在不同的地形影响下,地面受热不均,各种气象要素分布失衡,加上气流方向不同,大气中经常发生着能量交换的物理变化,使天气多变并引发多种气象灾害。
四、工程经验总结
冲沟洪水、低标准水库、导线覆冰、微气象等水文气象条件严重威胁着输电线路的安全运行,提供详实可靠的水文气象资料是线路安全设计、运行的根基之一。通过上述两条特高压直流输电线路工程水文气象勘测工作,总结经验如下。
(一)山区冲沟首先要结合地质条件判明冲沟类型,水文的工作重点是由降水汇流形成的侵蚀性冲沟。冲沟内或边缘杆塔基础的局部冲刷计算不宜采用规范规定的设计频率硬性计算(一次性冲刷),应根据冲沟形成时段推算未来50年冲沟侵蚀演变规模及深度。
(二)低标准水库,原则上避开坝下立塔。当线路走径无法更改时,建议线路立塔位置前顶或后移,避开溃坝直接影响范围及溃坝洪水主行洪区域,并计算杆塔基础局部冲刷深度。
(三)导线覆冰必须掌握第一手调查资料,在对气象部门进行区域性调查收资的基础上,结合线路走径做好局部调查工作,重点对本工程范围内已运行线路的覆冰调查。掌握详细的调查资料后再做设计覆冰厚度的计算工作。
(四)微地形、气象,现场勘察掌握近2年内的植被变化情况,判断相应的灾害性天气现象。线路沿线分段调查历史上有无灾害性天气发生,发生时间、危害程度,并分析灾害性天气的成因。气象勘察的工作重点应放在水域密集的低山丘陵地带,该地带水气丰沛、地形起伏大,能量交换严重失衡,易形成微气象。
五、结束语
南方低山、丘陵地区水域丰富、植被发育。该地区的输电线路工程,水文气象勘测工作需谨慎对待,以确保每一条特高压以及超高压、高压线路的安全地运行。