光伏发电并网线路跨河洪水影响评价分析_蔡晓磊.pdf

64 2023 年 第 5 期 黑 龙 江 水 利 科 技 N o.5.2023 （第 51 卷）H e i l o n g j i a n g H y d r a u l i c S c i e n c e a n d T e c h n o l o g y （T o t a l N o.51）光伏发电并网线路跨河洪水影响评价分析蔡晓磊1，张晓峰2（1.通辽市生态保护和修复重大项目推进中心，吉林 通辽 028000；2.通辽市水利事业发展中心，吉林 通辽 028000）摘 要：在河道上修建非防洪工程，应进行洪水影响评价，文章以霍林郭勒振发 30MWp 光伏发电并网 66kV 线路跨霍林河为例，分析了涉河工程防洪影响评价中设计洪峰流量、设计洪水位、雍水冲刷计算的确定方法和计算成果，由计算成果进行建设项目对防洪的影响并提出相应的防治措施，为建设单位、河道管理部门做出相关决策提供科学依据。关键词：洪水影响评价；设计洪水位；冲刷；光伏发电并网中图分类号：TV122.3；TM75文献标识码：B1 概 述在我国经济快速发展的带动下，河道管理范围内的建设项目越来越多。为了保证河道行洪安全，根据相关法律法规，河道管理范围内的建设项目应开展防洪影响评价工作。文章以具体实际来说明光伏发电并网线路跨河洪水影响的计算内容和评价方法1。霍林郭勒振发 30MWp 光伏发电项目目前已列入电网规划中，未来将是该区域的重要供电电源，主要电力用户地区工业生产负荷。由于本工程线路大部分处于霍林郭勒市南侧，铁路、公路较多，架空线密布的拥挤地段，现场有已建的 66kV及 220kV 电力线路，本工程路径方案采用平行已有 220kV 电力线路至南广场变电站。霍林郭勒振发30MWp 光伏发电并网 66kV 线路跨越公路 3 次，顶管穿铁路5次，霍林河5次，钻过220kV电力线3次、钻过66kV、10kV电力线分别为7、8次、通信线3次、地埋光缆 3 次。G8、G9、G12、G13、G14 是沿河道走向穿越霍林河的铁塔，本次洪水影响评价只针对该工程铁塔沿霍林河布置段进行评价。按照防洪标准，高压架空输电线路电压在35220kV 之间的防洪标准为 10a 一遇洪水，本输电线路电压为为 66kV，确定该输电线路工程为等工程，防洪标准为 10a 一遇洪水。铁塔沿霍林河布置处为霍林河上游段（霍林河河源（扎鲁特旗北部福特勒罕山北麓）至霍林河霍林郭勒市吐列毛都以上），属低山区，地势走向为西北高、东南低，主要地貌类型为低山河谷地。该处险工可抵御 10a 一遇洪水。2 河势影响分析2.1 河道河势变化概况霍林河较大支流有右岸的茫给尔特河、巴润河、坤都冷河，左岸的查格达河、和热木特河、浑迪音河。霍林河河源（扎鲁特旗北部福特勒罕山北麓）至霍林河霍林郭勒市吐列毛都以上为霍林河上游段，属低山区，谷深岸陡，河床坡度较陡；霍林郭勒市吐列毛都至巴彦呼舒为霍林河中游，两岸主要为低山丘陵，河谷逐渐开阔，河床坡度较缓，摆幅较大；巴彦呼舒镇以下进入霍林河下游段，河右岸是广大的冲击平原，河道主槽游荡不定，洪水极易出槽改道。收稿日期2022-12-21作者简介 蔡晓磊（1984-），女，河北石家庄人，高级工程师，主要从事水利规划及建设管理工作；张晓峰（1983-），男，内蒙古赤峰人，高级工程师。文章编号:1007-7596（2023）05-0001-04DOI:10.14122/ki.hskj.2023.05.008 65 2023 年 第 5 期 黑 龙 江 水 利 科 技 N o.5.2023 （第 51 卷）H e i l o n g j i a n g H y d r a u l i c S c i e n c e a n d T e c h n o l o g y （T o t a l N o.51）霍林河在多年的运行过程中，由于河床地质构造、植物覆盖等自然条件的差异，导致了凹岸不同程度的受冲刷，凸岸不同程度的产生淤积，逐年演变至今。河道演变总体较为平稳，表现为主槽平面位置稳定，无明显的摆荡，变化主要体现在近主槽的低滩地，叉道、串沟时而与主槽连通，时而与主槽断开，此消彼长。从总体上看，霍林河河道的变化集中在平面摆动与主槽拓展，除部分兴建跨河建筑物上、下游一段范围内，河道垂向有比较明显的冲刷、淤积外，绝大部分由于河床质抗冲能力较强，河道主槽垂向并无明显变化，但局部段落冲刷较严重。2.2 河道河势横向变化分析根据霍林河流域吐列毛都水文测站 1987 年、1988 年、2006 年、2008 年、2009 年、2010 年实测大横断面资料套绘分析，1987 年河底最低点高程为 7.01m，1988 年河底最低点高程为 7.49m，2006年河底最低点高程为 7.45m，2008 年河底最低点高程为 7.11m，2009 年河底最低点高程为 7.26m，2010 年河底最低点高程为 6.89m，河底最大变化幅度 0.6m。受附近地形和下垫面条件影响，上游河段来水来沙以及工程条件的制约下，河道河势横向变化较小。2.3 河道河势纵向演变分析本次评价的五座铁塔（G8、G9、G12、G13、G14），是沿霍林河河道走向布置的，铁塔 G8 是离霍林河水库最近的铁塔，位于霍林河水库下游8.4km 处。G8 与 G9 之间距离为 287m，G9 与 G12之间距离为 867m，G12 与 G13 之间距离为 253m，G13 与 G14 之间距离为 291m。该段河道流速相对较小，比降平缓，泥沙含量较小，本河段大水冲小水微淤，从水文测站不同年代大横断面的套绘图来看，霍林河经过 1998 年和 2008 年的冲刷，河床平均下切近 1m 左右。多年来河道泥沙冲淤变化基本处于平衡状态，河床纵向变化不大。3 洪水影响分析计算3.1 水文分析计算3.1.1 水文基本资料霍林河流域共设有水文测站 4 个。1）巴雅尔胡硕站：巴雅尔胡硕站是国家基本水文站，于 1961 年设站至今，其中 1966 年-1978年因文革原因部分测流中断，1994 年以后改为汛期观测站，该站控制流域面积为 321km2，建站以来的 1998 年、2001 年发生两次大洪水，1998 年洪水前断面较小仅 30m 左右，大水过后断面被扩大至 150m 左右，1998 年大水时采用浮标测量，共三个浮标，浮标系数为 0.7，因无法测量过水断面，只能采用大水过后与大水前不同的两个断面的平均数作为当时的过水断面，根据此情况可以为 1998年洪峰偏小2。2）新吐列毛都站：新吐列毛都站是国家基本水文站，于 1971 年设站，控制流域面积 4161km2，该站于 1998 年大洪水时被冲垮，8-12 月份停测，1999 年又恢复监测了 16 个月的流量，以后停测，该站建站以来的 1993 年、1998 年发生两次大洪水，1998 年大洪水时，刚好测到了最大洪峰流量后变被冲垮。3）吐列毛都站：吐列毛都水文站位于霍林河中上游的科右中旗吐列毛都苏木境内，E12054、N4532，距霍林河出口约 200km，集水面积 8000km2，在基本水尺断面上游 120m 有坤都冷河自右岸汇入，1954 年 7 月设水位站观测至 1961 年、1962-1966 年停测，1967 年恢复水文站一直至今，测验河段顺直长约200m，左岸为耕地，右岸至山脚为草甸，高水时两岸漫滩，河床冲淤变化较大，系由砂砾石组成。4）白音胡硕水文站：白音胡硕水文位于霍林河干流中游下段的科右中旗白音胡硕镇境内，E12127N4503，距霍林河 103km，集水面积10355km2，1956 年 6 月设为黑大庙水文站，1963年将黑大庙站改为白音胡硕站，一直延续至今。3.1.2 洪水特性霍林河流域地处半干旱地区，河流及山沟的洪水都是来自暴雨，每年洪水发生与暴雨是一致的，洪水的大小取决于暴雨分布、大小及强度。本流域暴雨多集中在 7-8 月，个别年份也有出现在 9 月。暴雨的成因多是受嫩江下游右侧支流同一个较大尺度天气系统造成的，多是东北低压，蒙古低压或贝加尔湖低压，也有中小尺度天气系统形成雷阵雨天气。以特大洪水年份 1998 年为例：1998 年霍林河流域 6-8 月连降大雨，阴雨连绵，以吐列毛 66 2023 年 第 5 期 黑 龙 江 水 利 科 技 N o.5.2023 （第 51 卷）H e i l o n g j i a n g H y d r a u l i c S c i e n c e a n d T e c h n o l o g y （T o t a l N o.51）都水文站观测情况来看：6 月份降雨天数为 19d，降雨量为 88.0mm；7 月份降雨天数为 24d，降雨量为 481.2mm；8 月份降雨天数 18d，降雨量为255.2mm。其降雨天数之多，降雨量之大都是历史上罕见的。该年 6-8 月降雨量是多年平均降雨量的2 倍，由于连续降雨，前期土层已达饱和关系态。8 月上旬一次降水，造成了历史上罕见的特大洪水。霍林河流域洪水多为肥胖型单峰型洪水，一次洪水过程为 7d 左右，主要洪水量多集中在 3d。其中一天洪量约占 3d 洪量的 45%，3d 洪量约占 7d 洪量51%，7d 洪量约占 15d 洪量的 56%。霍林河的洪水主要集中在白音胡硕水文站以上，在此以下进入了平原区，由于地势平坦，河床冲淤变化较大，造成洪水漫溢。因此洪水折减很快，沿河洪水的输水损失严重。白音胡硕站以上的霍林河上、中游，由于河道比降较陡，沿河两岸天然植被近年来逐渐遭到破坏，下垫面调蓄能力变差，洪水汇流时间缩短。因此暴雨过后形成洪水，往往快速地向下游渲泄。一般洪水从吐列毛都水文站传播到白音胡硕水文站需 12d，而 1998 年特大洪水的传播时间近 10h，可见其洪水之凶猛，飞流直下，其传播速度已达 2.90m/s3-4。3.1.3 铁塔沿霍林河布置处设计洪峰流量铁塔 G8 位于霍林河水库下游 8.4km 处，霍林河在此之间无支流汇入，本次设计直接采用霍林河水库下泄洪水，水库泄洪建筑物为有压短管进口的无压涵洞，调洪方式为控制泄流与自由泄流相结合调度，即当入库水量小于泄洪洞最大泄量时，实行控制泄流，使入库流量等于出库流量，维持汛限水位不变，当入库流量大于泄洪洞最大泄量时将闸门全开，实行敞泄。故本工程设计洪峰流量可直接采用报告中洪水成果（见表 1）。即本次评价河段十年一遇洪峰流量为 46.6m3/s。表 1 霍林河水库调洪演算成果表频率项目P=0.1%P=1%P=2%P=5%P=10%汛限水位最高水位/m最大泄量/m3s-1最高水位/m最大泄量/m3s-1最高水位/m最大泄量/m3s-1最高水位/m最大泄量/m3s-1最高水位/m最大泄量/m3s-1950.70952.70274.2950.93264.3951.00139933.6084.5932.046.63.1.4 铁塔沿霍林河布置处的设计洪水位铁塔沿霍林河布置处水位是该工程设计的主要指标之一，为了保证成果的可靠性，采用天然河道水面线逐段试算法推求设计水面线，最终确定该河段设计洪水位。采用天然河道水面线逐段试算法，按恒定非均匀流推求本次设计水面线。该段共测 2.1km，10a一遇（设计洪水）洪峰流量为 46.6m3/s。水面线计算公式采用水力计算手册（8-1-16）式，即：RxJFEZhhEEhhgvZgvZrjfjf2312221221112222+=+=+=+式中：Z1、Z2分别为上下断面的水位高程，m；gvgv22222211、分别为下断面和上断面的流速水头，m；jfhh分别为上、下断面的沿程水头损失和局部水头损失，m；为动能改正系数；v1、v2为分别为上、下断面的流速，m/s；g为重力加速度；E1、E2为分别为上、下断面的总水头，m；Z为第一次水位校正值，m；E为第一次试算中的总水头误差，m；J、R为分别为断面的能坡和水力半径；x为两断面之间的距离，m；Fr为断面的弗汝德数。据上述流量、糙率、实测纵横断、水位面积关系曲线、水位湿周关系曲线，计算得铁塔沿霍林河布置处 10a 一遇洪水水面线成果如下：67 2023 年 第 5 期 黑 龙 江 水 利 科 技 N o.5.2023 （第 51 卷）H e i l o n g j i a n g H y d r a u l i c S c i e n c e a n d T e c h n o l o g y （T o t a l N o.51）表 2 铁塔沿霍林河布置处断面洪水水面线河段序号河道横断面桩号设计水位/m水深/m流速/ms-1备注铁塔沿霍林河布置段10+000890.691.191.03Q=46.60m3/s20+300890.061.060.62Q=46.60m3/s30+600888.561.061.17Q=46.60m3/s40+900886.950.950.86Q=46.60m3/s51+200885.410.911.76Q=46.60m3/s61+500884.131.130.69Q=46.60m3/s71+800883.191.190.95Q=46.60m3/s82+100881.930.931.03Q=46.60m3/s根据以上结果得知，铁塔沿霍林河布置段其洪峰流量为 46.60m3/s（10a 一遇洪水），水深最大断面的设计洪水位为 890.69m，河宽为 610m，水深为1.19m，流速为 1.03m/s。3.2 雍水分析计算根据本工程实际情况，每基杆塔均四腿接地，接地装置尺寸为 9m，而河道河宽为 610m，铁塔接地装置宽度只占河道的 1/68，由此得出铁塔对河道的壅水影响非常小，可忽略不计。依据国家标准66kV 及以下架空电力线路设计规范（GB50061-2010），架空电力线路与河流交叉跨越的要求：架空电力线路与不通航河流的最高洪水位的最小垂直距离为 3.0m，架空电力线路与不通航河流的冬季冰面的最小垂直距离为5.0m。最不利的架空线路（G8 与 G9 之间）距地面的高度为7.59m，河道10a一遇洪水时的水深为1.19m，两者之差为 6.4m，满足架空电力线路与不通航河流的最小垂直距离 5m 的要求。3.3 冲刷计算采用铁路工程水文勘测设计规范中的非粘性土河床一般冲刷和局部冲刷计算公式进行冲刷计算。对于河床的自然演变冲刷，目前尚无可靠的计算方法，本次评价的铁塔沿霍林河布置处没有历代实测断面图，因而难以准确确定该断面处的自然冲刷值。定性的看，近十年该处不冲不淤，因此可以不考虑自然冲刷值。根据一般冲刷和局部冲刷的计算结果，总冲刷深度详见表 3。表 3 铁塔沿霍林河布置处总冲刷深度 m名称一般冲刷深度局部冲刷深度总冲刷深度铁塔沿霍林河布置段0.871.322.19由上表可知铁塔沿霍林河布置处 10a 一遇洪水最大冲深为 2.19m，根据铁路工程水文勘测设计规范，在有冲刷处，基底埋在墩台局部冲刷线下的安全值为 2.22m，即基底应埋置地面以下 3.54m。根据基础施工图可知，现状铁塔基础在地面以上1m，不满足规范要求需要进行护砌。4 结论与建议1）铁塔工程的建设满足各项规范及规划要求，且铁塔建成后对河势变化及河道行洪无明显影响。为促使河道水流顺畅平稳，保证不得因新建工程而引发新的不稳定现象，建议做好准特花村左岸 1#护岸险工的防护工作；冲刷对铁塔基础有一定影响，为确保拟建铁塔安全，建议做好铁塔所处位置河底防护工程。2）工程施工期尽量安排在非汛期，如不能避开汛期时，注意根据汛期预报，将河道内的施工设备和材料及时运出河道行洪断面以外，尽量减小影响。3）铁塔工程竣工后，河道内必将留下开挖弃土及施工垃圾，在施工结束后需及时全部清除运出河道范围内。参考文献：1 喻海军，马建明，田培，等.渔光互补光伏发电项目防洪影响分析 C.北京：2022 中国水利学术大会论文集，2022.2 贾丽娅.光伏复合项目防洪评价分析 J.河北水利，2022(06)：41-42.3 李立州.休宁县城区洪水影响调查评价与预警阀值分析 J.水资源开发与管理，2021(03)：69-76.4 尹桂平，程功，屈晨阳.浅谈洪水影响评价区域评估运用分析 J.黑龙江水利科技，2020(06)：162-164.