西藏自治区输电线路工程水文气象专业工作探讨

王迟

摘 要：本文主要介绍水文气象专业在西藏自治区进行输电线路勘测工作中应注意的一些技术问题，并对西藏自治区设计风速、设计覆冰厚度等分析计算方法和洪水成因等问题进行了探讨。

关键词：高海拔地区；输电线路；设计风速；覆冰勘测；设计洪水

中图分类号：P461.3 文献标识码：A 文章编号：1671-2064（2018）05-0162-02

1 引言

在输电线路工程勘测设计工作中，合理的确定设计风速、导线覆冰的取值对输电线路工程的造价和安全都有十分重要的意义，输电线路铁塔基础的防洪安全也应慎重考虑。西藏自治区海拔一般均高于3000m，当地气象条件与我国中东部低海拔地区有着明显差异，暴雨洪水成因也不尽相同。同时，由于地广人稀，当地水文气象观测站点分布稀疏、资料观测年限通常较短，对工程位置处的代表性通常较差。

本文根据在西藏自治区输电线路工程实际工作经历，对水文气象专业在西藏自治区从事输电线路勘测设计工作的主要方法和需要注意的问题进行分析探讨。

2 设计风速

2.1 气象站设计风速

根据输电线路工程经过的区域选择具有代表性的气象站，对该气象站风速原始资料的可靠性、一致性和代表性进行审查，并进行风速高度订正，可按下式计算：

（1）

式中：VZ——高度为Z处的风速（m/s）；

V1——Z1高度处的风速（m/s）；

Z——设计高度（m）；

Z1——风速仪离地高度（m）；

α——地面粗糙度系数。

根据《电力工程气象勘测技术规程》[1]要求，当气象站有连续25年以上的年最大风速资料时，可直接进行频率計算推求气象站设计风速。当气象站风速资料短缺时，可选择邻近地区地形、气候条件相似，有长期风速资料的气象站进行相关分析，展延资料序列后计算设计风速。气象站设计风速应采用P-Ⅲ型分布或极值Ⅰ型分布进行频率计算。

西藏自治区内的输电线路多位于山区开阔的山脊或山顶，而气象站多位于人口密集的城区范围内，周边建设有楼房，受城镇化建设的影响，气象站所观测的风速明显较开阔地偏小，因此气象站设计风速计算结果对线路设计风速取值仅具有参考价值。

2.2 根据基本风压计算设计风速

根据《建筑结构荷载规范》[2]中的全国基本风压分布图，查得输电线路经过区域重现期50a一遇的基本风压值，然后根据以下贝努利公式计算出离地10m高50年一遇10min平均最大设计风速。

（2）

式中：ρ——空气密度（t/m3）；

V0——离地10m高50年一遇10min平均最大风速（m/s）。

在上述公式（2）中，空气密度受当地空气温度、气压以及海拔高度等因素的影响。《建筑结构荷载规范》给出了两种计算空气密度的公式如下：

（3）

（4）

式中：t——空气温度（℃）；

P——气压（Pa）；

Pvap——水汽压（Pa）；

z——海拔高度（m）。

利用上述（3）式计算当地空气密度时，所采用的空气温度、气压和水汽压是由气象站观测资料统计出的多年平均值，因此，该公式在我国内地资料丰富地区得到广泛的应用。而对于气象资料匮乏的西藏自治区而言，利用（4）式计算当地空气密度时，仅需考虑海拔高度一项因素。在勘测设计过程中，根据《建筑结构荷载规范》中的全国基本风压分布图和输电线路沿线海拔高度，利用公式（2）、（4），可近似估算出线路沿线设计风速分布，为设计风速的确定和风区划分提供参考。

2.3 确定设计风速

线路区域设计风速的确定，应考虑参证气象站地形对设计风速的影响订正，应与风压分布图计算的设计风速进行对比分析，并结合当地已建输电线路设计风速和运行情况和大风灾害调查情况综合确定。如果线路较长，还应根据大风成因、地形条件和海拔高度等因素划分风区。

3 导线覆冰

3.1 覆冰调查

由于西藏自治区严重缺乏覆冰观测资料，需要进行覆冰调查工作作为补充。覆冰调查资料有助于分析覆冰的地区分布规律、考证覆冰重现期，调查成果是线路设计冰厚及冰区划分的重要依据。

要开展覆冰调查，首先应确定覆冰调查对象。根据《架空输电线路覆冰勘测规程》[3]，覆冰调查的对象主要包括电力、通信、气象、交通、工矿、民政、林业等部门的运行、管理人员以及当地居民。对于西藏自治区的输电线路设计而言，线路通过地区人烟稀少，当地通信、民政等部门通常没有关于导线覆冰或冰灾的资料。而输电线路工程选择路径时，考虑到施工、检修方便等因素，一般沿现有道路走线，因此，对沿线负责道路维护的各道班冬季值班人员的覆冰调查成果对于线路设计冰厚及冰区划分具有重要的参考价值。

3.2 覆冰厚度计算

根据《架空输电线路覆冰勘测规程》中关于根据调查覆冰直径的公式计算标准冰厚的公式（5），对调查搜集到的线路沿线覆冰厚度进行计算，求得相应标准冰厚。

标准冰厚计算公式如下：

（5）

式中：B0——标准冰厚（mm）；

ρ——覆冰密度（g/cm3）；

Ks——覆冰形状系数，覆冰短径与覆冰长径的比值；

a——覆冰长径，包括覆冰附着物（mm）；

b——覆冰短径，包括覆冰附着物（mm）；

R——覆冰半径，包括覆冰附着物（mm）；

r——覆冰附着物半径（mm）；

根据上述计算出的标准冰厚，并结合工程所在区域的覆冰影响因素、区域覆冰特性及资料情况计算设计冰厚，计算公式如下：

（6）

式中：B——设计冰厚；

KT——重现期换算系数；

Kh——高度换算系数；

Kφ——线径换算系数；

Kd——地形换算系数。

3.3 设计覆冰厚度及冰区划分

线路沿线设计覆冰厚度及冰区划分，应通过对线路沿线覆冰成因分析、线路沿线覆冰调查及计算，结合线路沿线地形气候特征、已建线路设计冰厚以及运行情况、附近地区冰灾情况、地区冰区分布图等综合分析确定。

需要注意的是，西藏自治区山高沟深、地形复杂多样，有利于覆冰形成的微地形、微氣象条件对线路工程的影响不容忽视。在冰区划分的过程中，应对微地形、微气象区域进行识别，并针对此类区域适当加强抗冰设计。

4 线路跨越河流洪水特性

输电线路在河中立塔时，首先应对输电线路所跨越河流的洪水特性进行分析，然后再进行跨河段河道设计洪水位、流速和冲刷深度的计算。西藏自治区河流众多，各洪水特性也不尽相同，本文以尼洋河为例进行分析说明。

尼洋河位于西藏自治区东南部，是雅鲁藏布江中下游左岸的一级支流。发源于念青唐古拉山南麓工布江达县西部的错木果拉冰川湖，流经工布江达县和林芝县，于林芝县的格则村附近汇入雅鲁藏布江。流域东部以色季拉山为界与帕隆藏布支流拉月曲为邻，南部以郭喀拉日居与雅鲁藏布江干流相邻，西部以米拉山与拉萨河流域相望，北部为易贡藏布水系。干流全长286km，总落差2080m，流域面积1.78万km2，河口多年平均流量550m3/s，多年平均径流量173.55亿m3。尼洋河流域示意图见下图1。

4.1 洪水成因

尼洋河流域内地形复杂，山脉沟壑纵横交错，在沟壑源头广泛分布第四季及现代海洋性冰川。流域内冰川及永久性积雪面积约950km2，占全流域面积的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，因而本流域洪水属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点：（1）雨季和高温季节同期。尼洋河流域夏季受西南季风的影响，在印度低压控制下，从孟加拉湾输送大量暖湿空气北上，受喜马拉雅山脉的阻挡，暖湿气流沿雅鲁藏布江河谷上溯，推进到尼洋河流域，与切变线和冷锋等天气系统结合，受地形抬升影响，形成降水。根据更张水文站资料统计，6月～9月多年平均降水量占全年降水量的75%；（2）洪水过程平缓。这主要是由于尼洋河流域呈自西向东倾斜的狭长型，而降雨却多数是从东向西推进，因而流域内集流缓慢。融雪水在洪水中占较大比例也是重要原因，根据段元胜[4]等人的研究，尼洋河流域次洪30d洪量中，融雪水与季节性地下水占30.9%～53.3%。（3）年最大洪峰流量的年际变化小，尼洋河干流工布江达站历年最大洪峰流量为991m3/s，最小473m3/s，极值比为2.1；更张水文站历年最大洪峰流量为3080m3/s，最小为1620m3/s，极值比为1.9。两站洪峰的CV值分别为0.23和0.20。

尼洋河流域上述洪水特点与内地河流不同甚至截然相反，西藏自治区多数河流的洪水特点与尼洋河相同或相似[5]。因此，在进行西藏自治区输电线路跨河段设计洪水过程中，洪水参数的选择以及设计成果的外延均应根据具体流域的洪水特性进行分析推求，以确保设计成果的合理性。

5 结语

西藏自治区自然地理条件与我国中东部低海拔地区有着明显差异，当地水文气象资料匮乏，对于电力工程水文气象专业而言，继续沿用内地传统工作思路和方法从事西藏自治区输电线路工程工作通常是行不通的。本文根据实际工作经历，对水文气象专业在西藏自治区从事输电线路勘测设计工作可以采用的方法和需要注意的主要问题进行分析探讨，以供水文气象专业同仁参考。

参考文献

[1]DL/T 5158-2012，电力工程气象勘测技术规程[S].北京：中国计划出版社，2012.

[2]GB 5009-2012，建筑结构荷载规范[S].北京：中国建筑工业出版社，2012.

[3]DL/T 5509-2015，架空输电线路覆冰勘测规程[S].北京：中国计划出版社，2015.

[4]段元胜，杨昕，刘书宝.尼洋河流域洪水特性[J].东北水利水电，2000，（03）：30-32.

[5]刘国纬.西藏高原的水文特征[J].水利学报，1992，（05）：1-8.