CN114066275B - 一种系统的变电站洪涝灾害分析方法 - Google Patents

Abstract

一种系统的变电站洪涝灾害分析方法，包括如下步骤：步骤1，变电站调查收资；步骤2，变电站设计洪涝水位复核；步骤3，变电站阻水能力复核；步骤4，变电站排水能力复核，查明变电站内办公楼、主变、集水池、排水管网位置，并确认排水泵参数以及排水管网的淤堵情况，复核变电站排水能力；步骤5，建立变电站内涝计算模型；步骤6，建立变电站防汛隐患汇总与风险等级划分表；步骤7，差异化制定变电站防汛抗灾能力提升方案；步骤8，智能化防汛管理系统构建。本发明针对变电站防汛隐患排查首次提出系统的排查技术方法，对确定不同变电站在防汛时存在的安全隐患具有较大的参考价值，为变电站在汛期内防汛管理工作和安全运行提供技术支持。

Description

一种系统的变电站洪涝灾害分析方法

技术领域

本发明可用于变电站遭遇暴雨时内涝灾害分析。

背景技术

近年来，极端气象条件发生频率呈上升趋势，我国各地区每逢夏季暴雨洪涝频发，我国部分变电站内易受内涝影响，且部分变电站为无人值守站，一旦遭遇内涝，将严重影响变电站安全运行，产生重大经济损失。而针对变电站内涝水分析计算的技术尚处于一个摸索和逐渐改进的阶段。目前根据《室外排水设计规范》(GB50014-2006，2016年版)的最新规定，变电站排水系统设计时考虑变电站内涝的重现期应至少为2年，采用的各地区经验公式推求内涝，且只考虑了2年一遇暴雨下最大15分钟降水所产生的内涝，并不能反映长时间降雨过程中变电站内涝可能产生的最大内涝深度，以及内涝产生和消退的过程。

目前各变电站运行中主要是针对已发生过洪涝灾害的变电站，根据灾情和经验采取相应完善措施，但不同变电站周围环境以及城市发展的变化必然导致变电站位置水文条件的变化，不同变电站在防汛时存在的安全隐患各有差异，目前尚没有一套系统的技术方法针对变电站防汛隐患进行全方面的排查。

发明内容

本发明依据变电站的洪涝安全评估及运行管理中防汛抗灾经验，以提高变电站防汛工作质效，助力精准防汛为出发点，旨在提出一种系统的、完整的变电站洪涝灾害分析方法，以期达到满足现有变电站防汛管理工作的要求。

本发明的技术方案具体为：

一种系统的变电站洪涝灾害分析方法，包括如下步骤：

步骤1，变电站的调查走访与收资，通过对变电站运维人员调查收资，了解变电站历史遭遇洪涝灾害情况，以及在历史防汛工作中所面临的风险情况；

步骤2，变电站设计洪涝水位复核：重新测绘变电站周围地形地貌，根据该地区水文与气象资料构建变电站区域水动力模型，重新计算复核变电站100年一遇洪水位、历史最高内涝水位、设计洪涝下的洪水流量、流速；

步骤3，变电站阻水能力复核：根据变电站洪涝水位复核成果，结合地质勘察、工程测绘等技术手段，对变电站内建筑的阻水能力和基础稳定性进行复核；

步骤4，变电站排水能力复核，查明变电站内办公楼、主变、集水池、排水管网位置，并确认排水泵参数以及排水管网的淤堵情况，复核变电站排水能力；

步骤5，建立变电站内涝计算模型；

步骤6，建立变电站防汛隐患汇总与风险等级划分表；

步骤7，差异化制定变电站防汛抗灾能力提升方案；

步骤8，智能化防汛管理系统构建：该智能化防汛管理系统包括防汛管理平台，将上述计算得到的变电站内涝计算模型、变电站防汛隐患汇总与风险等级划分表录入该防汛管理平台中，且防汛管理平台的输入端连接微气象站、实时水位监测设备和实时视频监控设备，其输出端连接排水泵。

变电站内涝计算模型如下：

5.1、现场勘查，调查变电站内以及附近区域历史洪涝灾害情况。查明变电站内办公楼、主变、集水池、排水管网位置，并确认排水泵参数以及排水管网的淤堵情况，复核变电站排水能力。针对变电站站区不同地表进行渗水实验，确定不同地表的渗水能力I_1,2..n；

5.2、根据不同地表以及站内地形将计算范围划分成不同片区A_1,2..n；

5.3、根据不同观测时段降水量P_t(t＝1,2..n)、不同片区渗水参数I_1,2..n以及面积A_1,2..n计算该时段内不同片区产生水量：

计算范围内t时段产水量Q_产t＝∑[A₁×(P_t-I₁)+...A_n×(P_t-I_n)]；

5.4、根据不同片区产生水量总和与变电站排水设施复核后的排水能力比对，如该时段计算范围产水总量超过排水量，则站内产生积水，可计算站内积水深度，否则站内不产生积水；

如Q_产t≥Q_排，则t时段积水量Q_积t＝Q_积t-1+Q_产t－Q_排

如Q_产t＜Q_排，则t时段积水量Q_积t＝Q_积t-1

计算范围内t时段积水深度H_t＝Q_积t/∑A_1,2..n；

5.5、采用上述算法结合下一时段降水量进行反复迭代，可计算一场降水过程中变电站不同区域内涝深度变化过程、最大内涝深度、淹没范围以及排水时间；

5.6、收集变电站区域历史典型降水过程，输入积水深度模型中计算，并将计算结果与现场历史内涝调查情况进行复核，保证内涝计算模型的准确性，最终确认变电站内涝计算模型。

步骤1中，获取的资料包括但不限于：变电站区域降水数据、满足模型计算的实测地形图、变电站排水管网布置图、变电站站内总平面布置图、变电站排水泵强排能力；现场勘查内容：调查变电站内以及附近区域历史洪涝灾害情况，淹没深度、淹没范围以及淹没历时。

阻水能力提升方面措施包括下列措施中一种或多种组合：围墙加高加固、易受洪涝影响的变电站半实体围墙改造为实体围墙、山区变电站或迎洪水面的围墙应采用钢筋混凝土结构的防洪墙，设置防洪围堰和截水沟。

排水能力提升方面措施包括下列措施中一种或多种组合：变电站配置足量排水泵，排水总流量不应低于历史最强降雨设计流量，同时配置备用水泵；站内排水不畅的变电站，在易积水和积水最深位置、电缆沟低点设置集水井；采取扩大排水管径或增设应急排水管，或者扩建排水沟渠、泄洪口，提升排水能力。

微气象站内实时获取该变电站站址位置的雨量、温湿度、风力、风速数据；实时水位监测设备为水位观测标尺，变电站利用设备构支架或墙体装设水位观测标尺和视频监控系统。

本发明的有益效果为：本发明针对变电站防汛隐患排查首次提出系统的排查技术方法，对确定不同变电站在防汛时存在的安全隐患具有较大的参考价值，为变电站在汛期内防汛管理工作和安全运行提供有效的技术支持。

附图说明

图1为本发明变电站洪涝灾害分析方法流程图。

图2为内涝计算模型流程图。

图3为防汛管理平台工作流程图。

具体实施方式

本发明不受下述实施例的限制，可根据本发明的技术方案与实际情况来确定具体的实施方式。

如图1所示，一种系统的变电站洪涝灾害分析方法，包括如下步骤：

步骤1，变电站的调查走访与收资，通过对变电站运维人员调查收资，了解变电站历史遭遇洪涝灾害情况，以及在历史防汛工作中所面临的风险情况。向当地水利、气象、规划部门收集变电站周围河流水系水文资料、气象资料、水利规划、城市规划资料。在此过程中，获取的资料包括但不限于：变电站区域降水数据、满足模型计算的实测地形图、变电站排水管网布置图、变电站站内总平面布置图、变电站排水泵强排能力等。现场勘查内容：调查变电站内以及附近区域历史洪涝灾害情况，淹没深度、淹没范围以及淹没历时。重新测绘变电站周围地形地貌，通过钻探物探等手段复核变电站围墙、出入口等阻水设施的基础稳定性。

步骤2，变电站设计洪涝水位复核。重新测绘变电站周围地形地貌，根据该地区水文与气象资料构建变电站区域水动力模型，重新计算复核变电站100年一遇洪水位、历史最高内涝水位、设计洪涝下的洪水流量、流速等关键参数。该步骤2，又包括以下步骤：

2.1、确定变电站区域洪涝计算范围；

2.2、针对变电站洪涝计算范围实测地形；

2.3、根据周围地形、地貌、地表植被以及暴雨资料构建变电站区域站外洪水动力模型。重新计算复核变电站100年一遇洪水位、历史最高内涝水位、设计洪涝下的洪水流量、流速等关键参数。需要说明的是，变电站区域站外洪水动力模型的建立为现有技术，具体可参见长江水利委员会长江科学院，《凯迪煤化工(北海)基地有限公司2×300MW发电厂温排水数学模型报告》，2007年9月，水流连续方程与运动方程：

其中：

u、v——流速在x、y方向的分量；

——水深平均流速，

u_s、v_s——排入环境水体中的水流流速；

h——水深，h＝η+d，η为水面高程，d为时变水深；

f——柯氏力参数，f＝2Ωsinφ，Ω为旋转角速度，φ为地理纬度；

g——重力加速度；

ρ——密度，密度依赖于温度和盐度，ρ＝ρ(T,s)；

ρ₀——参考密度；

S——点源的排放量；

τ_sx、τ_sy——表面风速在x、y方向的分量，

ρ_a——空气密度，c_d——空气的拖曳系数，

——海面以上10m风速，

τ_bx、τ_by——底部切应力在x、y方向的分量，

c_f——拖曳系数，

或

C为谢才系数(m1/2/s)，M为曼宁数(m1/3/s)。

丹麦水力研究所开发的平面二维数学模型MIKE21，用于模拟河流、湖泊、河口、海湾、海岸及海洋的水流、波浪、泥沙及环境，在经过多项重大工程应用和试验下都具有良好的模拟效果。以变电站周围分水岭为模型边界，将可能汇流至变电站区域的水流都纳入模型计算范围。采用MIKE 21模型模拟水动力环境，首先需要确定模型的模拟范围、时间步长，其次要设置模型的CFL数、干湿边界、密度、科氏力(Coriolis force)、涡粘系数、地表摩擦力等模型参数，最后要对部分参数进行调试。根据该模型可模拟出变电站100年一遇洪水位、历史最高内涝水位、设计洪涝下的洪水流量、流速等关键参数。平面二维数学模型MIKE21参见《印尼某滨海电厂温排水数值模型的构建及应用》，丁吾鹏。

步骤3，变电站阻水能力复核：根据变电站洪涝水位复核成果，结合地质勘察、工程测绘等技术手段，对变电站围墙、出入口、站内建筑物、进站电缆沟、电缆竖井、电缆通道等建筑的阻水能力和基础稳定性进行复核，针对设施标高低于设计洪涝水位的位置，提出抬高标高及防水措施。

步骤4，变电站排水能力复核，查明变电站内办公楼、主变、集水池、排水管网位置，并确认排水泵参数以及排水管网的淤堵情况，复核变电站排水能力。

步骤5，建立变电站内涝计算模型，该步骤包括：

5.1、现场勘查，调查变电站内以及附近区域历史洪涝灾害情况。查明变电站内办公楼、主变、集水池、排水管网位置，并确认排水泵参数以及排水管网的淤堵情况，复核变电站排水能力。针对变电站站区不同地表进行渗水实验，确定不同地表的渗水能力I_1,2..n；

5.2、根据不同地表以及站内地形将计算范围划分成不同片区A_1,2..n；

5.3、根据不同观测时段降水量P_t(t＝1,2..n)、不同片区渗水参数I_1,2..n以及面积A_1,2..n计算该时段内不同片区产生水量：

计算范围内t时段产水量Q_产t＝∑[A₁×(P_t-I₁)+...A_n×(P_t-I_n)]。

5.4、根据不同片区产生水量总和与变电站排水设施复核后的排水能力比对，如该时段计算范围产水总量超过最大排水流量，排水流量为排水泵最大排水流量，则站内产生积水，可计算站内积水深度，否则站内不产生积水。

如Q_产t≥Q_排，则t时段积水量Q_积t＝Q_积t-1+Q_产t－Q_排,

如Q_产t＜Q_排，则t时段积水量Q_积t＝Q_积t-1

计算范围内t时段积水深度H_t＝Q_积t/∑A_1,2..n。

5.5、采用上述算法结合下一时段降水量进行反复迭代，可计算一场降水过程中变电站不同区域内涝深度变化过程、最大内涝深度、淹没范围以及排水时间；

5.6、收集变电站区域历史典型降水过程，输入积水深度模型中计算，并将计算结果与现场历史内涝调查情况进行复核，保证内涝计算模型的准确性，最终确认变电站内涝计算模型。

步骤6，建立变电站防汛隐患汇总与风险等级划分表。根据前阶段排查与复核，识别出各个变电站防汛中存在隐患，并根据风险发生概率(很低、较低、较高、很高)、风险导致的损失(很小、较小、较大、很大)，将变电站进行风险等级划分5个等级：低风险、较低风险、中等风险、较高风险、高风险，如表1所示。

表1。

步骤7，差异化制定变电站防汛抗灾能力提升方案。结合变电站重要程度、历史受淹情况及站内防汛设施状况，统筹“城市与郊区、高电压与低电压、地下站与地上站、户内站与户外站、重要用户站与一般用户站”等因素，差异化采取“以防为主、防排结合、综合治理”技术措施，因地制宜、分类施策，逐站制定治理改造提升措施。

阻水能力提升方面措施：围墙加高加固、易受洪涝影响的变电站半实体围墙改造为实体围墙、山区变电站或迎洪水面的围墙应采用钢筋混凝土结构的防洪墙，必要时应设置防洪围堰和截水沟。优化变电站进站道路走向、标高及坡度，出入口设置排水沟，采用实体大门并设置防洪挡板，避免站外雨水倒灌。户外端子箱、机构箱、电源箱、汇控柜、智能组件柜等基础高度应高于历史最高内涝水位0.5m，无法满足要求时，应进行基础升高改造或采取可靠防水措施。电缆进站、进建筑物处应进行整体防水防渗漏封堵，兼备防水和防火功能。

排水能力提升方面措施：变电站应配置足量排水泵，排水总流量不应低于历史最强降雨设计流量，同时配置备用水泵，备用水泵的规格型号、总排水量应与主排水泵一致。站内排水不畅的变电站，在易积水和积水最深位置、电缆沟低点设置集水井，集水井应便于检查水位。采取扩大排水管径或增设应急排水管(高度应高于地面1.0m)，或者扩建排水沟渠、泄洪口，提升排水能力。

步骤8，智能化防汛管理系统构建。该智能化防汛管理系统包括防汛管理平台，将上述计算得到的变电站区域设计洪涝水位复核成果、变电站内涝计算模型成果、变电站防汛隐患汇总与风险等级划分表、历史气象数据等录入该防汛管理平台中，且防汛管理平台的输入端连接微气象站、实时水位监测设备和实时视频监控设备、变电站内涝计算模型，其输出端连接排水泵。其中，变电站设置微气象站，微气象站内实时获取该变电站站址位置的雨量、温湿度、风力、风速等数据，实现实时监测。实时水位监测设备为水位观测标尺，变电站利用设备构支架或墙体装设水位观测标尺和视频监控系统，满足远程视频监视需求。变电站内涝计算模型根据实时气象数据计算预测变电站内可能产生的最大内涝水位。其输出端的排水泵具备自启动、异常报警和远程控制功能。工作时，将水位监测、视频监控、微气象数据等数据源接入该防汛管理平台，当水位超过警戒值后，实现水位自动监测报警并联动排水系统自动强制排水，为防汛时期提供及时、准确的决策依据。

以上所述，仅是本发明的优选实施方式，并不是对本发明技术方案的限定，应当指出，本领域的技术人员，再本发明技术方案的基础上，还可以作出进一步的改进和改变，这些改进和改变都应该涵盖在本发明的保护范围内。

Claims (7)

1.一种系统的变电站洪涝灾害分析方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1，变电站的调查走访与收资，通过对变电站运维人员调查收资，了解变电站历史遭遇洪涝灾害情况，以及在历史防汛工作中所面临的风险情况；

步骤2，变电站设计洪涝水位复核：重新测绘变电站周围地形地貌，根据该地区水文与气象资料构建变电站区域水动力模型，重新计算复核变电站100年一遇洪水位、历史最高内涝水位、设计洪涝下的洪水流量、流速；

步骤3，变电站阻水能力复核：根据变电站洪涝水位复核成果，结合地质勘察、工程测绘等技术手段，对变电站内建筑的阻水能力和基础稳定性进行复核；

步骤4，变电站排水能力复核，查明变电站内办公楼、主变、集水池、排水管网位置，并确认排水泵参数以及排水管网的淤堵情况，复核变电站排水能力；

步骤5，建立变电站内涝计算模型；

步骤6，建立变电站防汛隐患汇总与风险等级划分表；

步骤7，差异化制定变电站防汛抗灾能力提升方案；

步骤8，智能化防汛管理系统构建：该智能化防汛管理系统包括防汛管理平台，将上述计算得到的变电站内涝计算模型、变电站防汛隐患汇总与风险等级划分表录入该防汛管理平台中，且防汛管理平台的输入端连接微气象站、实时水位监测设备和实时视频监控设备，其输出端连接排水泵。

2.根据权利要求1所述的系统的变电站洪涝灾害分析方法，其特征在于：步骤2中计算洪水流量和流速的过程如下：

2.1、确定变电站内涝计算范围；

2.2、针对变电站内涝计算范围实测地形；

2.3、根据周围地形、地貌、地表植被以及暴雨资料构建变电站区域站外洪水动力模型；重新计算复核变电站100年一遇洪水位、历史最高内涝水位、设计洪涝下的洪水流量、流速。

3.根据权利要求1所述的系统的变电站洪涝灾害分析方法，其特征在于：变电站内涝计算模型如下：

5.1、现场勘查，调查变电站内以及附近区域历史洪涝灾害情况。查明变电站内办公楼、主变、集水池、排水管网位置，并确认排水泵参数以及排水管网的淤堵情况，复核变电站排水能力。针对变电站站区不同地表进行渗水实验，确定不同地表的渗水能力I_1,2..n；

5.2、根据不同地表以及站内地形将计算范围划分成不同片区A_1,2..n；

5.3、根据不同观测时段降水量P_t(t＝1,2..n)、不同片区渗水参数I_1,2..n以及面积A_1,2..n计算该时段内不同片区产生水量：

计算范围内t时段产水量Q_产t＝∑[A₁×(P_t-I₁)+...A_n×(P_t-I_n)]；

5.4、根据不同片区产生水量总和与变电站排水设施复核后的排水能力比对，如该时段计算范围产水总量超过排水量，则站内产生积水，可计算站内积水深度，否则站内不产生积水；

如Q_产t≥Q_排，则t时段积水量Q_积t＝Q_积t-1+Q_产t－Q_排

如Q_产t＜Q_排，则t时段积水量Q_积t＝Q_积t-1

计算范围内t时段积水深度H_t＝Q_积t/∑A_1,2..n；

5.5、采用上述算法结合下一时段降水量进行反复迭代，可计算一场降水过程中变电站不同区域内涝深度变化过程、最大内涝深度、淹没范围以及排水时间；

5.6、收集变电站区域历史典型降水过程，输入积水深度模型中计算，并将计算结果与现场历史内涝调查情况进行复核，保证内涝计算模型的准确性，最终确认变电站内涝计算模型。

4.根据权利要求1所述的系统的变电站洪涝灾害分析方法，其特征在于：步骤1中，获取的资料包括但不限于：变电站区域降水数据、满足模型计算的实测地形图、变电站排水管网布置图、变电站站内总平面布置图、变电站排水泵强排能力；现场勘查内容：调查变电站内以及附近区域历史洪涝灾害情况，淹没深度、淹没范围以及淹没历时。

5.根据权利要求1所述的系统的变电站洪涝灾害分析方法，其特征在于：阻水能力提升方面措施包括下列措施中一种或多种组合：围墙加高加固、易受洪涝影响的变电站半实体围墙改造为实体围墙、山区变电站或迎洪水面的围墙应采用钢筋混凝土结构的防洪墙，设置防洪围堰和截水沟。

6.根据权利要求1所述的系统的变电站洪涝灾害分析方法，其特征在于：排水能力提升方面措施包括下列措施中一种或多种组合：变电站配置足量排水泵，排水总流量不应低于历史最强降雨设计流量，同时配置备用水泵；站内排水不畅的变电站，在易积水和积水最深位置、电缆沟低点设置集水井；采取扩大排水管径或增设应急排水管，或者扩建排水沟渠、泄洪口，提升排水能力。

7.根据权利要求1所述的系统的变电站洪涝灾害分析方法，其特征在于：微气象站内实时获取该变电站站址位置的雨量、温湿度、风力、风速数据；实时水位监测设备为水位观测标尺，变电站利用设备构支架或墙体装设水位观测标尺和视频监控系统。

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