西藏自治區輸電線路工程水文氣象專業工作探討

王遲

摘 要：本文主要介紹水文氣象專業在西藏自治區進行輸電線路勘測工作中應注意的一些技術問題，并對西藏自治區設計風速、設計覆冰厚度等分析計算方法和洪水成因等問題進行了探討。

關鍵詞：高海拔地區；輸電線路；設計風速；覆冰勘測；設計洪水

中圖分類號：P461.3 文獻標識碼：A 文章編號：1671-2064（2018）05-0162-02

1 引言

在輸電線路工程勘測設計工作中，合理的確定設計風速、導線覆冰的取值對輸電線路工程的造價和安全都有十分重要的意義，輸電線路鐵塔基礎的防洪安全也應慎重考慮。西藏自治區海拔一般均高于3000m，當地氣象條件與我國中東部低海拔地區有著明顯差異，暴雨洪水成因也不盡相同。同時，由于地廣人稀，當地水文氣象觀測站點分布稀疏、資料觀測年限通常較短，對工程位置處的代表性通常較差。

本文根據在西藏自治區輸電線路工程實際工作經歷，對水文氣象專業在西藏自治區從事輸電線路勘測設計工作的主要方法和需要注意的問題進行分析探討。

2 設計風速

2.1 氣象站設計風速

根據輸電線路工程經過的區域選擇具有代表性的氣象站，對該氣象站風速原始資料的可靠性、一致性和代表性進行審查，并進行風速高度訂正，可按下式計算：

（1）

式中：VZ——高度為Z處的風速（m/s）；

V1——Z1高度處的風速（m/s）；

Z——設計高度（m）；

Z1——風速儀離地高度（m）；

α——地面粗糙度系數。

根據《電力工程氣象勘測技術規程》[1]要求，當氣象站有連續25年以上的年最大風速資料時，可直接進行頻率計算推求氣象站設計風速。當氣象站風速資料短缺時，可選擇鄰近地區地形、氣候條件相似，有長期風速資料的氣象站進行相關分析，展延資料序列后計算設計風速。氣象站設計風速應采用P-Ⅲ型分布或極值Ⅰ型分布進行頻率計算。

西藏自治區內的輸電線路多位于山區開闊的山脊或山頂，而氣象站多位于人口密集的城區范圍內，周邊建設有樓房，受城鎮化建設的影響，氣象站所觀測的風速明顯較開闊地偏小，因此氣象站設計風速計算結果對線路設計風速取值僅具有參考價值。

2.2 根據基本風壓計算設計風速

根據《建筑結構荷載規范》[2]中的全國基本風壓分布圖，查得輸電線路經過區域重現期50a一遇的基本風壓值，然后根據以下貝努利公式計算出離地10m高50年一遇10min平均最大設計風速。

（2）

式中：ρ——空氣密度（t/m3）；

V0——離地10m高50年一遇10min平均最大風速（m/s）。

在上述公式（2）中，空氣密度受當地空氣溫度、氣壓以及海拔高度等因素的影響。《建筑結構荷載規范》給出了兩種計算空氣密度的公式如下：

（3）

（4）

式中：t——空氣溫度（℃）；

P——氣壓（Pa）；

Pvap——水汽壓（Pa）；

z——海拔高度（m）。

利用上述（3）式計算當地空氣密度時，所采用的空氣溫度、氣壓和水汽壓是由氣象站觀測資料統計出的多年平均值，因此，該公式在我國內地資料豐富地區得到廣泛的應用。而對于氣象資料匱乏的西藏自治區而言，利用（4）式計算當地空氣密度時，僅需考慮海拔高度一項因素。在勘測設計過程中，根據《建筑結構荷載規范》中的全國基本風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計風速分布，為設計風速的確定和風區劃分提供參考。

2.3 確定設計風速

線路區域設計風速的確定，應考慮參證氣象站地形對設計風速的影響訂正，應與風壓分布圖計算的設計風速進行對比分析，并結合當地已建輸電線路設計風速和運行情況和大風災害調查情況綜合確定。如果線路較長，還應根據大風成因、地形條件和海拔高度等因素劃分風區。

3 導線覆冰

3.1 覆冰調查

由于西藏自治區嚴重缺乏覆冰觀測資料，需要進行覆冰調查工作作為補充。覆冰調查資料有助于分析覆冰的地區分布規律、考證覆冰重現期，調查成果是線路設計冰厚及冰區劃分的重要依據。

要開展覆冰調查，首先應確定覆冰調查對象。根據《架空輸電線路覆冰勘測規程》[3]，覆冰調查的對象主要包括電力、通信、氣象、交通、工礦、民政、林業等部門的運行、管理人員以及當地居民。對于西藏自治區的輸電線路設計而言，線路通過地區人煙稀少，當地通信、民政等部門通常沒有關于導線覆冰或冰災的資料。而輸電線路工程選擇路徑時，考慮到施工、檢修方便等因素，一般沿現有道路走線，因此，對沿線負責道路維護的各道班冬季值班人員的覆冰調查成果對于線路設計冰厚及冰區劃分具有重要的參考價值。

3.2 覆冰厚度計算

根據《架空輸電線路覆冰勘測規程》中關于根據調查覆冰直徑的公式計算標準冰厚的公式（5），對調查搜集到的線路沿線覆冰厚度進行計算，求得相應標準冰厚。

標準冰厚計算公式如下：

（5）

式中：B0——標準冰厚（mm）；

ρ——覆冰密度（g/cm3）；

Ks——覆冰形狀系數，覆冰短徑與覆冰長徑的比值；

a——覆冰長徑，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）；

根據上述計算出的標準冰厚，并結合工程所在區域的覆冰影響因素、區域覆冰特性及資料情況計算設計冰厚，計算公式如下：

（6）

式中：B——設計冰厚；

KT——重現期換算系數；

Kh——高度換算系數；

Kφ——線徑換算系數；

Kd——地形換算系數。

3.3 設計覆冰厚度及冰區劃分

線路沿線設計覆冰厚度及冰區劃分，應通過對線路沿線覆冰成因分析、線路沿線覆冰調查及計算，結合線路沿線地形氣候特征、已建線路設計冰厚以及運行情況、附近地區冰災情況、地區冰區分布圖等綜合分析確定。

需要注意的是，西藏自治區山高溝深、地形復雜多樣，有利于覆冰形成的微地形、微氣象條件對線路工程的影響不容忽視。在冰區劃分的過程中，應對微地形、微氣象區域進行識別，并針對此類區域適當加強抗冰設計。

4 線路跨越河流洪水特性

輸電線路在河中立塔時，首先應對輸電線路所跨越河流的洪水特性進行分析，然后再進行跨河段河道設計洪水位、流速和沖刷深度的計算。西藏自治區河流眾多，各洪水特性也不盡相同，本文以尼洋河為例進行分析說明。

尼洋河位于西藏自治區東南部，是雅魯藏布江中下游左岸的一級支流。發源于念青唐古拉山南麓工布江達縣西部的錯木果拉冰川湖，流經工布江達縣和林芝縣，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

尼洋河流域內地形復雜，山脈溝壑縱橫交錯，在溝壑源頭廣泛分布第四季及現代海洋性冰川。流域內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：（1）雨季和高溫季節同期。尼洋河流域夏季受西南季風的影響，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，推進到尼洋河流域，與切變線和冷鋒等天氣系統結合，受地形抬升影響，形成降水。根據更張水文站資料統計，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型，而降雨卻多數是從東向西推進，因而流域內集流緩慢。融雪水在洪水中占較大比例也是重要原因，根據段元勝[4]等人的研究，尼洋河流域次洪30d洪量中，融雪水與季節性地下水占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與內地河流不同甚至截然相反，西藏自治區多數河流的洪水特點與尼洋河相同或相似[5]。因此，在進行西藏自治區輸電線路跨河段設計洪水過程中，洪水參數的選擇以及設計成果的外延均應根據具體流域的洪水特性進行分析推求，以確保設計成果的合理性。

5 結語

西藏自治區自然地理條件與我國中東部低海拔地區有著明顯差異，當地水文氣象資料匱乏，對于電力工程水文氣象專業而言，繼續沿用內地傳統工作思路和方法從事西藏自治區輸電線路工程工作通常是行不通的。本文根據實際工作經歷，對水文氣象專業在西藏自治區從事輸電線路勘測設計工作可以采用的方法和需要注意的主要問題進行分析探討，以供水文氣象專業同仁參考。

參考文獻

[1]DL/T 5158-2012，電力工程氣象勘測技術規程[S].北京：中國計劃出版社，2012.

[2]GB 5009-2012，建筑結構荷載規范[S].北京：中國建筑工業出版社，2012.

[3]DL/T 5509-2015，架空輸電線路覆冰勘測規程[S].北京：中國計劃出版社，2015.

[4]段元勝，楊昕，劉書寶.尼洋河流域洪水特性[J].東北水利水電，2000，（03）：30-32.

[5]劉國緯.西藏高原的水文特征[J].水利學報，1992，（05）：1-8.