谯东风电场希夷110kV线路工程溃堤洪水分析与计算

谯东风电场希夷 110kV线路工程溃堤洪水分析与计算

王彦武

亳州市河川水利规划设计院 安徽 亳州 236800

摘要：当输电线路塔基位于河流堤防背水面时,需进行溃堤可能性分析,必要时还需进行溃堤洪水计算。文章通过工程实例阐述了溃堤洪水的特性及其计算方法,采用逐层试算法进行计算冲刷坑的深度和范围,并采取措施对工程基础进行防护,确保当输电线路塔基安全运行。

关键词：输变电工程；堤防；溃堤洪水；计算

引言：亳州谯东风电场项目由亳州市协合太阳能发电有限公司投资建设，项目位于亳州市谯城区，工程年上网电量104GWh，年等效满负荷运行小时数2081h。为保证项目投产，新建亳州谯东风电场-希夷110kV线路工程。安徽亳州希夷220kV输变电工程位于亳州市谯城区境内。本项目建设涉及新建本工程线路自拟建希夷变220kV构架起，至拟建魏武~武集220kV线路预留开断塔止（贾大庄东侧）。全线采用双回路角钢塔架设，线路全长约15.8km，导线截面采用2×400mm²。希夷220kv变电站位于亳州市谯城区经济开发区S307省道西侧，规划合欢路和规划亳城路交叉口西南角，设计主变2×180MVA。

涡河左岸自谯城区牛集镇灵子门行政村代桥自然村首先入境，东南流经涡阳县至蒙城县移村集出境入怀远县，境内长173km，流域面积4039km²；谯东风电场-希夷110kV风电场110kV送出工程跨越涡河。

涡河两岸现有防洪标准较低，遇较大洪水会出现漫堤，甚至于薄弱处溃堤决口，溃口处水流流速较大，对地面产生冲刷，影响塔基安全，需对塔基进行溃堤洪水分析。由于溃口水流结构复杂，同时兼有急流与缓流，流场存在迅变或间断流动区域，故溃堤洪水分析计算较为复杂，工程应用上目前主要采用简化水力学公式。

1 概况

本分析线路线路自拟建110kV谯东风电场110kV升压站起，至220kV希夷变110kV构架止，于大寺闸上游2.05km处跨越涡河，与涡河交叉角度为80°。新建架空线路总长约21.6km,导线截面采用1×300mm²。跨越涡河的防洪标准为20年一遇，工程A27塔基距左岸堤堤脚垂直距离59m；A26塔基距右岸堤堤脚垂直距离129m，A27塔基、A26塔基相距501m，跨越处基础为灌注桩形式。

本工程线路跨越处堤防防洪标准20年一遇，规划城市防洪标准为50年一遇，跨越处堤顶高程为38.20—38.60m，当遇到超标准洪水时，河道将发生溃堤或漫堤，洪水将在两岸平原地区坦化。根据安徽省航道整编资料，涡河为通航河流，本工程跨越段通航等级为4级，最大船舶空载高度为16.0m，最高通航水位为10年一遇设计洪水位，10年一遇设计洪水位35.8m。

2 溃堤可能性

根据《防洪标准》（GB50201-2014），110kv线路基础的设计防洪标准为20年一遇，涡河该河段设计防洪标准为50年一遇，现状河道堤防标准为20年一遇，设计防洪标准满足堤防防洪标准，低于设计防洪标准。当遇到超标准洪水时，河道将发生溃堤或漫堤，洪水将在两岸平原地区坦化，应考虑堤防溃坝后的水流冲刷对塔基的影响及漂浮物对杆塔撞击的影响式。

3、溃堤洪水冲刷计算

1） 河道溃堤口门最大单宽流量计算

采用溃坝最大流量简化公式估算溃堤最大单宽流量：

式中：kc1—侧堰系数，当决口断面与河水流向平行时，kc=0.8～0.9，当决口断面与河水流向垂直时，kc=1.0。该工程计算决口断面与河水流向基本平行，取kc=0.85；根据实测河道断面两岸堤身高度：左岸1m、右岸0.5m。估算溃堤最大单宽流量：左岸q=1.56m3/s、右岸q=0.28m3/s。

2）溃提口门提下的临界水深计算

在整个清泄期间，一般可认为江河水位基本不变，而清泄水头则因坝下水深逐渐增加而减小，流量和流速也逐渐减小。

溃堤口门下临界水深计算

hK=[ (0.45-0.40) sinβ+0.4]H

其中, β为决口断面与河水流向的交角, 本例决口横断面与河水流向平行, β=0°。通过计算, 计算结果：堤下临界水深左岸q=0.40m、右岸q=0.20m。

3）提下收缩水深及最大流速计算

在清泄水流呈淹没出流之前，决口提下明显的存在一个收缩断面，其水深为收缩水深，其流速为最大流速。

式中：H0—决口上游侧总水头（m）；hc—收缩水深（m）；φ—流速系数，考虑决口面比较粗糙，取φ≤0.80；vc—收缩断面流速，即最大流速（m/s）。

试算结果：收缩水深东西左岸hc=0.36m、右岸hc=0.18m；最大流速左岸vc=2.13m/s、右岸vc=1.51m/s。

4） 溃堤堤下冲刷坑计算

毛昶熙根据紊流力学理论，分析局部冲刷机理，并运用水流剪切应力观点，结合模型试验，推导出估算冲刷坑最大深度的计算公式：

d—被冲刷地带土壤平均粒径（m）,根据地勘报告，工程段地质上段为粉土可采用换算当量粒径0.08m.层厚2.1m，工程段地质中断段为淤泥质土可采用换算当量粒径0.04m.层厚2.5m；工程段地质下段粉质粘土可采用换算当量粒径0.08m.层厚3m；平均粒径取0.06 m。

hx为堤下地面的水流深度m) (在作冲刷坑深度估算时,往往未知hx,建议试用hx值代替,求出h值后,结合水流分析进一步确定的采用值 )。求出h值后，结合水流分析进一步确定hx的采用值。

冲刷坑最大深度左岸4.2m、右岸2.7m。

从最不利情况考虑, 左岸堤防上游侧坡度按1∶6考虑, 即坑底距堤脚的距离约为25m, 下游侧坡度按1∶10考虑。27铁塔处于冲刷坑下游侧边坡上,距离为32m， 经计算, 塔位处冲刷深度为1m。右岸堤防上游侧坡度按1∶6考虑, 即坑底距堤脚的距离约为16m, 下游侧坡度按1∶10考虑，冲刷范围总长57.6m。26铁塔处于冲刷坑下游侧控制线。建议27铁塔基础复核塔基埋深，确保塔基安全。

4、结语

根据《防洪标准》（GB50201-2014），110kv线路基础的设计防洪标准为20年一遇，涡河该河段设计防洪标准为50年一遇，现状河道堤防标准为20年一遇，设计防洪标准满足堤防防洪标准，低于设计防洪标准。当遇到超标准洪水时，河道将发生溃堤或漫堤，洪水将在两岸平原地区坦化，应考虑堤防溃坝后的水流冲刷对塔基的影响及漂浮物对杆塔撞击的影响，建议抬高塔基顶高程或采取相应措施，确保输电线路安全。根据溃堤洪水冲刷计算，应复核27铁塔基础复核塔基埋深，确保塔基安全。

参数文献：

[1] 中华人民共和国水利部.GB50201-2014 《防洪标准》[S]; 北京: 中国计划出版社,2014;

[2] 中华人民共和国水利部.GB50286-2013 《堤防工程设计规范》[S]; 北京: 中国计划出版社,2013;

[3] 电力规划设计总院.DL/T5219-2014《架空输电线路基础设计技术规程》[S] 北京: 中国计划出版社,2014;

[4] 中华人民共和国水利部.SL164—2010溃坝洪水模拟技术规程[S].北京:中国水利水电出版社,2010;

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