海岸換流站設(shè)計潮位和波浪的重現(xiàn)期標(biāo)準(zhǔn)分析

楊雷霞，楊勇，穆錦斌，黃達余，邵杰

（1.浙江省電力設(shè)計院，杭州310012；2.國網(wǎng)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(shè)計潮位和波浪的重現(xiàn)期標(biāo)準(zhǔn)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(shè)計院，杭州310012；2.國網(wǎng)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(shè)防標(biāo)準(zhǔn)，尤其是換流站設(shè)計潮位、設(shè)計波浪的重現(xiàn)期標(biāo)準(zhǔn)尚無針對性的規(guī)程規(guī)范和研究資料可查，無疑將給防潮防浪的工程設(shè)施建設(shè)帶來一定的工程風(fēng)險。以舟山多端柔性直流換流站為例，在分析國內(nèi)外關(guān)于海堤的潮、浪設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)基礎(chǔ)上，結(jié)合現(xiàn)行核能發(fā)電廠、火力發(fā)電廠、港口等行業(yè)領(lǐng)域關(guān)于潮、浪的設(shè)計重現(xiàn)期標(biāo)準(zhǔn)，探討了海岸換流站設(shè)計潮位和設(shè)計波浪的重現(xiàn)期標(biāo)準(zhǔn)，提出了100年一遇高潮位疊加50年一遇波浪的設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)組合。

換流站；潮位；波浪；重現(xiàn)期

沿海地區(qū)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(jīng)濟穩(wěn)定運行的前提下，臨（近）海而建，可以大大節(jié)約海島地區(qū)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(dāng)其沖的就是站址的安全性和可行性，面臨的是潮、浪設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)的確定。在淺?；蚝０兜貐^(qū)建造換流站，國內(nèi)尚無針對性的規(guī)程規(guī)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(shè)防要求高等特點，探討海岸換流站設(shè)計潮位和設(shè)計波浪的重現(xiàn)期標(biāo)準(zhǔn)。

1 海堤工程的潮、浪設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)

1.1 國外海堤的潮、浪設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)

發(fā)達國家海堤的設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)大多設(shè)定在百年一遇的基礎(chǔ)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(fēng)暴潮和洪水威脅，故荷蘭堤防大多數(shù)堤段為萬年一遇高潮位加33 m/s風(fēng)速相應(yīng)的波浪，同時明確波浪作用下不允許出現(xiàn)嚴(yán)重損壞，是極端高標(biāo)準(zhǔn)設(shè)防的典型。英國也是一個高標(biāo)準(zhǔn)海堤建設(shè)的國家，英國海岸線長度4 500 km，倫敦泰晤士河口的防護標(biāo)準(zhǔn)是法定的，為1 000年一遇，其他地區(qū)的指導(dǎo)性標(biāo)準(zhǔn)從200年一遇到1 000年一遇不等，根據(jù)保護區(qū)域的重要性程度確定。

1.2 國內(nèi)海堤的潮、浪設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)

我國沿海各省市根據(jù)自身的地理、地質(zhì)、經(jīng)濟和社會等特點，從上世紀(jì)90年代初開始陸續(xù)編制完成一批海堤工程地方設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)：《江蘇省江海堤防達標(biāo)建設(shè)修訂設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)》[1]提出了重現(xiàn)期50年一遇高潮位組合10級風(fēng)的設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)；《上海市海塘規(guī)劃（2011—2020年）》[2]根據(jù)不同堤段給出了不同的設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)，如長興島主海塘采用200年一遇高潮位組合12級風(fēng)的設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)，崇明島及橫沙島主海塘采用100年一遇高潮位組合11級風(fēng)的設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)；《浙江省海塘工程技術(shù)規(guī)定》[3]提出了波浪的設(shè)計重現(xiàn)期采用與設(shè)計高潮位相同的重現(xiàn)期；《福建省圍墾工程設(shè)計技術(shù)規(guī)程》[4]對不同級別的海堤給出不同的潮、浪設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)，以三級堤為例，應(yīng)考慮50～100年一遇潮位遭遇50年一遇設(shè)計風(fēng)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(fēng)、其余11級風(fēng)，波浪爬高累積頻率10%等2種組合；《廣東省海堤工程設(shè)計導(dǎo)則（試行）》[5]的設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)提到設(shè)計波浪的重現(xiàn)期，采用與設(shè)計高潮位相同的重現(xiàn)期，設(shè)計風(fēng)速的重現(xiàn)期采用與設(shè)計高潮位相同的重現(xiàn)期；《廣西沿海海河堤工程設(shè)計防御標(biāo)準(zhǔn)》[6]則提出了設(shè)計潮位與設(shè)計波浪同頻率的設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)組合。

2009年2月10日《灘涂治理工程技術(shù)規(guī)范》[7]和《海堤工程設(shè)計規(guī)范》[8]經(jīng)水利部批準(zhǔn)開始實施，上述2個國家行業(yè)規(guī)范是目前海堤工程正在執(zhí)行的主要設(shè)計規(guī)范?！稙┩恐卫砉こ碳夹g(shù)規(guī)范》指出，設(shè)計波浪應(yīng)采用與設(shè)計潮位相同的重現(xiàn)期。《海堤工程設(shè)計規(guī)范》指出，設(shè)計波浪和設(shè)計風(fēng)速的重現(xiàn)期宜采用與設(shè)計高潮（水）位相同的重現(xiàn)期，如采用其他設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)，應(yīng)經(jīng)分析論證。

比較各沿海地區(qū)標(biāo)準(zhǔn)與2個國家行業(yè)規(guī)范可知，江蘇、上海兩地海堤設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)為潮位與風(fēng)速組合的方式，用設(shè)計高潮位組合相應(yīng)等級的風(fēng)；福建省則取設(shè)計潮位與波浪組合及歷史潮位與風(fēng)速組合兩者中的不利值；2個國家行業(yè)規(guī)范及浙江、廣東和廣西等地均采用設(shè)計潮位與設(shè)計波浪同頻率的組合。

2 現(xiàn)行電力設(shè)施的防潮防浪標(biāo)準(zhǔn)

2.1 大中型火力發(fā)電廠的防潮防浪標(biāo)準(zhǔn)

對于大中型的火力發(fā)電廠，在《大中型火力發(fā)電廠設(shè)計規(guī)范》[9]第4.3節(jié)關(guān)于“廠區(qū)規(guī)劃及總平面布置”中提到了火力發(fā)電廠廠區(qū)的防洪標(biāo)準(zhǔn)。其中Ⅰ級火力發(fā)電廠中對位于廣東、廣西、福建、浙江、上海、江蘇、海南風(fēng)暴潮嚴(yán)重地區(qū)的海濱火力發(fā)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(fā)電廠。

當(dāng)廠區(qū)受洪（澇）水、風(fēng)暴潮影響時，場地標(biāo)高低于設(shè)計高水（潮）位，或場地標(biāo)高雖高于設(shè)計高水（潮）位，但廠址受波浪影響時，廠區(qū)應(yīng)設(shè)置防洪堤或采取其他可靠的防洪設(shè)施，并應(yīng)符合下列規(guī)定：

（1）對位于海濱的火力發(fā)電廠，其防洪堤（或防浪墻）的頂標(biāo)高應(yīng)按設(shè)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(jīng)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(biāo)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(biāo)高、堤身斷面尺寸、護面結(jié)構(gòu)。

（2）對位于江、河、湖旁的火力發(fā)電廠，其防洪堤的堤頂標(biāo)高應(yīng)高于設(shè)計高水位0.50 m；當(dāng)受風(fēng)、浪、潮影響時，應(yīng)再加50年一遇的浪爬高。不同機組容量的發(fā)電廠區(qū)防洪標(biāo)準(zhǔn)見表1。

表1 火力發(fā)電廠廠區(qū)防洪標(biāo)準(zhǔn)

2.2 一般變電站的防潮、浪標(biāo)準(zhǔn)

對于一般的變電站，《變電站總布置設(shè)計技術(shù)規(guī)程》[10]指出，該標(biāo)準(zhǔn)適用于電壓等級為110～750 kV新建或擴建變電站的總布置設(shè)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(shè)計可參照使用。

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

3 海岸換流站的潮、浪設(shè)計重現(xiàn)期標(biāo)準(zhǔn)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(qū)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(shè)施布置高度集中。換流站的堤防一旦遭受潮、浪災(zāi)害失事后，電力設(shè)施將損失巨大，后果嚴(yán)重。如果單獨設(shè)置海堤作為防護結(jié)構(gòu)，勢必占用大量的土地，并投資巨大，故工程設(shè)計采用圍墻兼用防浪墻的設(shè)計思路。

3.2 海岸換流站設(shè)計潮位的重現(xiàn)期標(biāo)準(zhǔn)分析

根據(jù)SL 435-2008《海堤工程設(shè)計規(guī)范》，若海堤工程級別按1級考慮，其防潮標(biāo)準(zhǔn)的重現(xiàn)期為≥100年；若海堤工程級別按2級考慮，其防潮標(biāo)準(zhǔn)的重現(xiàn)期為50～100年，但規(guī)范中提到，當(dāng)遭受潮災(zāi)害或海堤工程失事后損失巨大、對防護區(qū)造成嚴(yán)重影響的海堤工程，其級別可選高一級別。因此，從換流站內(nèi)基礎(chǔ)設(shè)施的重要程度考慮，海岸換流站設(shè)計潮位的重現(xiàn)期標(biāo)準(zhǔn)也不應(yīng)低于50年一遇。

《核電廠海工構(gòu)筑物設(shè)計規(guī)范》[11]中指出，設(shè)計水位的重現(xiàn)期應(yīng)根據(jù)核電廠海工構(gòu)筑物的物項安全等級分別確定。根據(jù)不同防護工程防護內(nèi)容的重要性程度不同，將采用不同的設(shè)計潮位標(biāo)準(zhǔn)，對于核島區(qū)護岸、重要廠區(qū)護岸、取水防波堤、導(dǎo)流堤、取水工程攔污防護設(shè)施等建筑物均采用100年一遇的設(shè)計高水位?？紤]到海岸換流站的設(shè)防等級不宜高于核電廠，因此海岸換流站設(shè)計潮位的重現(xiàn)期標(biāo)準(zhǔn)也不宜高于100年一遇。

根據(jù)上述分析，海岸換流站設(shè)計潮位的重現(xiàn)期標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)不低于2級海堤工程的50年一遇防潮標(biāo)準(zhǔn)，也不宜高于核電廠的100年一遇防潮標(biāo)準(zhǔn)。同時考慮到沿海地區(qū)遭遇臺風(fēng)暴潮頻繁，從防潮的角度出發(fā)，海岸換流站設(shè)計潮位可采用100年一遇的重現(xiàn)期標(biāo)準(zhǔn)。

3.3 海岸換流站設(shè)計波浪的重現(xiàn)期標(biāo)準(zhǔn)分析

《海港水文規(guī)范》[12]中關(guān)于設(shè)計波浪的規(guī)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(wěn)定性計算時，設(shè)計波浪的重現(xiàn)期應(yīng)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(shè)計波浪的重現(xiàn)期可采用25年。對于大水深的重要建筑物，當(dāng)重現(xiàn)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(shè)計波浪的重現(xiàn)期可采用100年，其極端高水位的重現(xiàn)期可相應(yīng)調(diào)整為100年”。由此可見，海港工程高標(biāo)準(zhǔn)建筑物的設(shè)計波浪標(biāo)準(zhǔn)一般采用50年一遇或歷史實測波浪，并未出現(xiàn)100年一遇重現(xiàn)期的設(shè)計波浪標(biāo)準(zhǔn)。

雖然《大中型火力發(fā)電廠設(shè)計規(guī)范》中提到“位于廣東、廣西、福建、浙江、上海、江蘇、海南風(fēng)暴潮嚴(yán)重地區(qū)的海濱火力發(fā)電廠設(shè)計潮位可取200年一遇”，但設(shè)計波浪并沒有提高到200年一遇，也沒有潮位與波浪設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)必須同頻率組合的規(guī)定，風(fēng)暴潮嚴(yán)重地區(qū)的波浪重現(xiàn)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(shè)防要求宜介于大中型火力發(fā)電廠和一般變電站之間，目前現(xiàn)行對波浪的設(shè)計重現(xiàn)期標(biāo)準(zhǔn)均為50年一遇，因此海岸換流站設(shè)計波浪也可采用50年一遇的重現(xiàn)期標(biāo)準(zhǔn)。

4 結(jié)語

考慮海岸換流站的規(guī)模、重要性和可能受災(zāi)的影響程度，在分析現(xiàn)行海堤工程等級的基礎(chǔ)上，結(jié)合現(xiàn)行核電、火電、港口等行業(yè)領(lǐng)域設(shè)計潮、浪的重現(xiàn)期分析，同時兼顧現(xiàn)行電力設(shè)施關(guān)于大中型火力發(fā)電廠和一般變電站的設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)，探討了海岸換流站設(shè)計潮位和設(shè)計波浪的重現(xiàn)期標(biāo)準(zhǔn)，提出了100年一遇高潮位疊加50年一遇波浪的設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)組合，可為今后海岸地區(qū)換流站的工程設(shè)計提供借鑒。

[1]江蘇省水利廳.江蘇省江海堤防達標(biāo)建設(shè)修訂設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)[S].1997.

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

[3]浙江省水利廳.浙江省海塘工程技術(shù)規(guī)定[S].1999.

[4]福建省水利水電廳.福建省圍墾工程設(shè)計技術(shù)規(guī)程（試行）[S].1992.

[5]廣東省水利水電科學(xué)研究院.DB 44/T182-2004廣東省海堤工程設(shè)計導(dǎo)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(shè)計防御標(biāo)準(zhǔn)[S]. 1991.

[7]中國水利學(xué)會灘涂濕地保護與利用專業(yè)委員會，浙江省圍墾技術(shù)開發(fā)中心.SL 389-2008灘涂治理工程技術(shù)規(guī)范[S].北京：中國水利水電出版社，2008.

[8]水利部水利水電規(guī)劃設(shè)計總院，廣東省水利水電科學(xué)研究院.SL 435-2008海堤工程設(shè)計規(guī)范[S].北京：中國水利水電出版社，2008.

[9]中國電力企業(yè)聯(lián)合會.GB 50660-2011大中型火力發(fā)電廠設(shè)計規(guī)范[S].北京：中國計劃出版社，2011.

[10]西北電力設(shè)計院.DL/T 5056-2007變電站總布置設(shè)計技術(shù)規(guī)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(gòu)筑物設(shè)計規(guī)范[S].2011.

[12]中交第一航務(wù)工程勘察設(shè)計院有限公司.JTS 145-2-2013海港水文規(guī)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(chuàng)新人才培養(yǎng)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(shè)計工作。