海岸換流站設計潮位和波浪的重現期標準分析

楊雷霞，楊勇，穆錦斌，黃達余，邵杰

（1.浙江省電力設計院，杭州310012；2.國網浙江省電力公司，杭州310007；3.浙江省水利河口研究院，杭州310020）

海岸換流站設計潮位和波浪的重現期標準分析

楊雷霞1，楊勇2，穆錦斌3，黃達余1，邵杰3

（1.浙江省電力設計院，杭州310012；2.國網浙江省電力公司，杭州310007；3.浙江省水利河口研究院，杭州310020）

海岸換流站目前尚無明確的防潮防浪設防標準，尤其是換流站設計潮位、設計波浪的重現期標準尚無針對性的規程規范和研究資料可查，無疑將給防潮防浪的工程設施建設帶來一定的工程風險。以舟山多端柔性直流換流站為例，在分析國內外關于海堤的潮、浪設防標準基礎上，結合現行核能發電廠、火力發電廠、港口等行業領域關于潮、浪的設計重現期標準，探討了海岸換流站設計潮位和設計波浪的重現期標準，提出了100年一遇高潮位疊加50年一遇波浪的設計標準組合。

換流站；潮位；波浪；重現期

沿海地區換流站受地理位置和自然條件的限制，在確保換流站工程安全可靠、經濟穩定運行的前提下，臨（近）海而建，可以大大節約海島地區有限的土地資源，既保障海島的電力需求，又少占或不占海島有限的土地資源。

臨海而建，首當其沖的就是站址的安全性和可行性，面臨的是潮、浪設防標準的確定。在淺海或海岸地區建造換流站，國內尚無針對性的規程規范和研究資料可查。以舟山多端柔性直流換流站為例，考慮到其所處的地理位置、占地面積小、設防要求高等特點，探討海岸換流站設計潮位和設計波浪的重現期標準。

1 海堤工程的潮、浪設防標準

1.1 國外海堤的潮、浪設防標準

發達國家海堤的設防標準大多設定在百年一遇的基礎上。以荷蘭為例，由于荷蘭是一個低地國家，海平面高于平均地面，全國約有2/3的省份易受到不同程度的風暴潮和洪水威脅，故荷蘭堤防大多數堤段為萬年一遇高潮位加33 m/s風速相應的波浪，同時明確波浪作用下不允許出現嚴重損壞，是極端高標準設防的典型。英國也是一個高標準海堤建設的國家，英國海岸線長度4 500 km，倫敦泰晤士河口的防護標準是法定的，為1 000年一遇，其他地區的指導性標準從200年一遇到1 000年一遇不等，根據保護區域的重要性程度確定。

1.2 國內海堤的潮、浪設防標準

我國沿海各省市根據自身的地理、地質、經濟和社會等特點，從上世紀90年代初開始陸續編制完成一批海堤工程地方設防標準：《江蘇省江海堤防達標建設修訂設計標準》[1]提出了重現期50年一遇高潮位組合10級風的設計標準；《上海市海塘規劃（2011—2020年）》[2]根據不同堤段給出了不同的設計標準，如長興島主海塘采用200年一遇高潮位組合12級風的設計標準，崇明島及橫沙島主海塘采用100年一遇高潮位組合11級風的設計標準；《浙江省海塘工程技術規定》[3]提出了波浪的設計重現期采用與設計高潮位相同的重現期；《福建省圍墾工程設計技術規程》[4]對不同級別的海堤給出不同的潮、浪設計標準，以三級堤為例，應考慮50～100年一遇潮位遭遇50年一遇設計風速，波浪爬高累積頻率2%，有歷史最高潮位遭遇北、東北向12級風、其余11級風，波浪爬高累積頻率10%等2種組合；《廣東省海堤工程設計導則（試行）》[5]的設計標準提到設計波浪的重現期，采用與設計高潮位相同的重現期，設計風速的重現期采用與設計高潮位相同的重現期；《廣西沿海海河堤工程設計防御標準》[6]則提出了設計潮位與設計波浪同頻率的設計標準組合。

2009年2月10日《灘涂治理工程技術規范》[7]和《海堤工程設計規范》[8]經水利部批準開始實施，上述2個國家行業規范是目前海堤工程正在執行的主要設計規范。《灘涂治理工程技術規范》指出，設計波浪應采用與設計潮位相同的重現期。《海堤工程設計規范》指出，設計波浪和設計風速的重現期宜采用與設計高潮（水）位相同的重現期，如采用其他設計標準，應經分析論證。

比較各沿海地區標準與2個國家行業規范可知，江蘇、上海兩地海堤設計標準為潮位與風速組合的方式，用設計高潮位組合相應等級的風；福建省則取設計潮位與波浪組合及歷史潮位與風速組合兩者中的不利值；2個國家行業規范及浙江、廣東和廣西等地均采用設計潮位與設計波浪同頻率的組合。

2 現行電力設施的防潮防浪標準

2.1 大中型火力發電廠的防潮防浪標準

對于大中型的火力發電廠，在《大中型火力發電廠設計規范》[9]第4.3節關于“廠區規劃及總平面布置”中提到了火力發電廠廠區的防洪標準。其中Ⅰ級火力發電廠中對位于廣東、廣西、福建、浙江、上海、江蘇、海南風暴潮嚴重地區的海濱火力發電廠，取200年一遇；其中江蘇省包括長江口至江陰的沿長江江岸發電廠。

當廠區受洪（澇）水、風暴潮影響時，場地標高低于設計高水（潮）位，或場地標高雖高于設計高水（潮）位，但廠址受波浪影響時，廠區應設置防洪堤或采取其他可靠的防洪設施，并應符合下列規定：

（1）對位于海濱的火力發電廠，其防洪堤（或防浪墻）的頂標高應按設計高水（潮）位加50年一遇波列、累積頻率1%的浪爬高和0.50 m的安全超高確定。經論證，在保證越浪水量對防洪堤安全無影響，且堤后越浪水量排泄暢通的前提下，堤頂標高確定時可允許部分越浪，并宜通過物理模型試驗確定堤頂標高、堤身斷面尺寸、護面結構。

（2）對位于江、河、湖旁的火力發電廠，其防洪堤的堤頂標高應高于設計高水位0.50 m；當受風、浪、潮影響時，應再加50年一遇的浪爬高。不同機組容量的發電廠區防洪標準見表1。

表1 火力發電廠廠區防洪標準

2.2 一般變電站的防潮、浪標準

對于一般的變電站，《變電站總布置設計技術規程》[10]指出，該標準適用于電壓等級為110～750 kV新建或擴建變電站的總布置設計。對750 kV以上電壓等級的變電站、改建的變電站以及換流站的總布置設計可參照使用。

該規范的“豎向布置”中有一般規定，220 kV樞紐變電站及220 kV以上電壓等級的變電站，站區場地設計標高應高于頻率為1%的洪水水位或歷史最高內澇水位；其他電壓等級的變電站站區場地設計標高應高于頻率為2%的洪水水位或歷史最高內澇水位。沿江、河、湖、海等受風浪影響的變電站，防洪設施標高還應考慮頻率為2%的風浪高和0.5 m的安全超高。

3 海岸換流站的潮、浪設計重現期標準分析

3.1 海岸換流站防潮防浪的特殊性分析

舟山多端柔性直流輸電示范工程，為世界上首個五端柔性直流輸電工程，直流電壓等級±200 kV，最大輸送功率400 MW，工程總投資約40億元。多端柔性直流海岸換流站的主要特點：站區面積約1.28萬m2，總平面布置縱深窄（79～81 m）、海岸線短（158～173 m），故電力設施布置高度集中。換流站的堤防一旦遭受潮、浪災害失事后，電力設施將損失巨大，后果嚴重。如果單獨設置海堤作為防護結構，勢必占用大量的土地，并投資巨大，故工程設計采用圍墻兼用防浪墻的設計思路。

3.2 海岸換流站設計潮位的重現期標準分析

根據SL 435-2008《海堤工程設計規范》，若海堤工程級別按1級考慮，其防潮標準的重現期為≥100年；若海堤工程級別按2級考慮，其防潮標準的重現期為50～100年，但規范中提到，當遭受潮災害或海堤工程失事后損失巨大、對防護區造成嚴重影響的海堤工程，其級別可選高一級別。因此，從換流站內基礎設施的重要程度考慮，海岸換流站設計潮位的重現期標準也不應低于50年一遇。

《核電廠海工構筑物設計規范》[11]中指出，設計水位的重現期應根據核電廠海工構筑物的物項安全等級分別確定。根據不同防護工程防護內容的重要性程度不同，將采用不同的設計潮位標準，對于核島區護岸、重要廠區護岸、取水防波堤、導流堤、取水工程攔污防護設施等建筑物均采用100年一遇的設計高水位。考慮到海岸換流站的設防等級不宜高于核電廠，因此海岸換流站設計潮位的重現期標準也不宜高于100年一遇。

根據上述分析，海岸換流站設計潮位的重現期標準應不低于2級海堤工程的50年一遇防潮標準，也不宜高于核電廠的100年一遇防潮標準。同時考慮到沿海地區遭遇臺風暴潮頻繁，從防潮的角度出發，海岸換流站設計潮位可采用100年一遇的重現期標準。

3.3 海岸換流站設計波浪的重現期標準分析

《海港水文規范》[12]中關于設計波浪的規定為：“在進行直墻式、墩柱式、樁基式和一般的斜坡式建筑物的強度和穩定性計算時，設計波浪的重現期應采用50年。破壞后不致造成重大損失的斜坡式護岸等非重要建筑物，其設計波浪的重現期可采用25年。對于大水深的重要建筑物，當重現期100年的波高大于或等于50年的同一波列累積頻率的波高1.15倍時，其設計波浪的重現期可采用100年，其極端高水位的重現期可相應調整為100年”。由此可見，海港工程高標準建筑物的設計波浪標準一般采用50年一遇或歷史實測波浪，并未出現100年一遇重現期的設計波浪標準。

雖然《大中型火力發電廠設計規范》中提到“位于廣東、廣西、福建、浙江、上海、江蘇、海南風暴潮嚴重地區的海濱火力發電廠設計潮位可取200年一遇”，但設計波浪并沒有提高到200年一遇，也沒有潮位與波浪設計標準必須同頻率組合的規定，風暴潮嚴重地區的波浪重現期仍可采用50年一遇。

海岸換流站作為防護對象，其重要程度及設防要求宜介于大中型火力發電廠和一般變電站之間，目前現行對波浪的設計重現期標準均為50年一遇，因此海岸換流站設計波浪也可采用50年一遇的重現期標準。

4 結語

考慮海岸換流站的規模、重要性和可能受災的影響程度，在分析現行海堤工程等級的基礎上，結合現行核電、火電、港口等行業領域設計潮、浪的重現期分析，同時兼顧現行電力設施關于大中型火力發電廠和一般變電站的設防標準，探討了海岸換流站設計潮位和設計波浪的重現期標準，提出了100年一遇高潮位疊加50年一遇波浪的設計標準組合，可為今后海岸地區換流站的工程設計提供借鑒。

[1]江蘇省水利廳.江蘇省江海堤防達標建設修訂設計標準[S].1997.

[2]上海市水務局規劃室，上海市水利工程設計研究院，上海市水文總站.上海市海塘規劃（2011—2020年）[G]. 1996.

[3]浙江省水利廳.浙江省海塘工程技術規定[S].1999.

[4]福建省水利水電廳.福建省圍墾工程設計技術規程（試行）[S].1992.

[5]廣東省水利水電科學研究院.DB 44/T182-2004廣東省海堤工程設計導則（試行）[S].北京：中國水利水電出版社，2004.

[6]廣西水電廳.廣西沿海海河堤工程設計防御標準[S]. 1991.

[7]中國水利學會灘涂濕地保護與利用專業委員會，浙江省圍墾技術開發中心.SL 389-2008灘涂治理工程技術規范[S].北京：中國水利水電出版社，2008.

[8]水利部水利水電規劃設計總院，廣東省水利水電科學研究院.SL 435-2008海堤工程設計規范[S].北京：中國水利水電出版社，2008.

[9]中國電力企業聯合會.GB 50660-2011大中型火力發電廠設計規范[S].北京：中國計劃出版社，2011.

[10]西北電力設計院.DL/T 5056-2007變電站總布置設計技術規程[S].北京：中國電力出版社，2007.

[11]中廣核工程有限公司，天津市海岸帶工程有限公司. NB/T 25002-2011核電廠海工構筑物設計規范[S].2011.

[12]中交第一航務工程勘察設計院有限公司.JTS 145-2-2013海港水文規范[S].北京：人民交通出版社，2013.

（本文編輯：陸瑩）

Analysis on the Standard of Return Period of Designed Tide Level and Wave of Coastal Converter Station

YANG Leixia1，YANG Yong2，MU JinBin3，HUANG Dayu1，SHAO Jie3
（1.Zhejiang Electric Power Design Institute，Hangzhou 310012，China；2.State Grid Zhejiang Electric Power Company，Hangzhou 310007，China；3.Zhejiang Institute of Hydraulics&Estuary，Hangzhou 310020，China）

There is yet no tide and wave defending standard for coast converter station.In particular，standards of the designed wave tide level and the designed wave have not been recorded in corresponding regulations and specifications，which undoubtedly brings some engineering risks to the construction of engineering facilities for tide and wave defending.Taking Zhoushan multi-terminal flexible DC converter station as an example，the paper，on the basis of analyzing standards for tide and wave defending both at home and abroad and combining the standards of designed return period for wave and tide in nuclear power plant，thermal power plant，harbor and other relevant industries，expounds standard of return period of designed return period of coastal converter station and proposes a combined design standard of high tidal level with a hundredyear return period plus wave with fifty-year return period.

converter station；tide level；wave；return period

P753

B

1007-1881（2015）01-0006-03

浙江省自然基金（LY13E090001）:浙江省創新人才培養項目（2012F20049），浙江省科技計劃項目（2015F50064）

2014-09-10

楊雷霞（1969），女，高級工程師，從事電力工程土建設計工作。