水利电力运输与气象

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1、第四章第四章水利、电力、通讯与气象水利、电力、通讯与气象Date1本章主要内容（4学时）1 水库调度和综合利用与气象2 核电站选址和工程设计与气象3 架空线路与气象Date2本章重点难点本章重点：本章难点：可能最大降水、洪峰流量、洪尾拦蓄、计划 蓄水线、龙卷风压、电线振动、污闪和雷击密度 等概念。可能最大降水的估算，水库调度中的气 象决策，龙卷风与核电站核心结构设计，电线积 冰形成的影响因子分析。可能最大降水估算，龙卷风压和龙卷风概 率估算，电线积冰荷载极值推算。Date3水库调度和综合利用与气象基本概念水库调度即对水库调蓄能力的控制运用，以达除 害兴利，综合利用水资源，极大地提高社会 经济效

2、益的目的。防洪调度 发电调度防凌调度灌溉调度Date4水库调度和综合利用与气象防洪调度就是通过蓄、泄、滞、分等措施人为改变 天然洪水的时、空分布规律，以达到减免洪水 灾害的目的。 发电调度以发电为主的水库调度，可分为日 、周、年调节，以适应电力负荷变化， 扩大水电站容量效益，替代火电站承担 尖峰负荷，从而降低系统单位电能的燃 料消耗量。Date5水库调度和综合利用与气象灌溉调度在充分掌握下游灌溉面积、作物组成、需 水定额和时段分布的基础上，分析灌溉需水过 程曲线，运用气象实况资料和短期天气预报对 未来水和需水进行平衡调解，运用径流调节计 算结果，发挥水库塘堰配合作用，进行客观调 度。防凌调度河

3、流在进行“武开河”时，以形 成凌汛，为防止凌汛进行的调度行为 。 Date6水库调度和综合利用与气象黄河开河分“文开河 ”、“武开河”。“文开河”即河道封冻后，河槽内水量较小，大地回春 之时，水温逐渐升高，封冻自上而下开始解冻，冰水安全 下泄或就地消融，凌情解除。而“武开河”是指河道封冻 期间，由于上下河段气温差异较大，冰厚、冰量、冰塞亦 有差异。春暖花开之际，气温升高，在水量较大的情况下 ，上段河道先行解冻，而下段河道因纬度偏北，冰凌仍然 固封，冰水齐下，水鼓冰开。在“武开河”时，有时大量 冰块在弯曲形的窄河道内容易堵塞，形成冰坝，使水位上 升，形成严重凌汛。Date7水库调度和综合利用与气

4、象综合利用水库调度通则（水利部1993年月12月1日水管199361号通知颁发）Date8水库调度和综合利用与气象-防洪调度防洪调度的判别条件：常以库内水位、入库流量和指标站降雨量 作为调度的判别条件。防洪调度的一般原则：少留专供调洪库容，减少无益弃水，充分 发挥和提高水库综合效益。所用气象资料主要包括：降雨 、蒸发、气温、风向风速。Date9水库调度和综合利用与气象-防洪调度第十三条 防洪调度的原则：1、在保证大安全的前提下，按下游防洪需要对洪水进 行调蓄；2、水库与下游河道堤防和分、滞洪区防洪体系联合运 用，充分发挥水库的调洪人作用；3、防洪调度方式的判别条件简明易行，在实时调度中 对各种

5、可能影响泄洪的因素要有足够的估计；4、汛期限制水位以上的防洪库容调度运用，应按各级 防汛指挥部门的调度权限，实行分级调度。Date10水库调度和综合利用与气象-防洪调度为了提高水库综合经济效益。必须充分运用天气预 报，及时蓄水，尽量多次重复利用有效库容。在汛期的 每次洪水后尽可能多蓄水，然后尽快消落，腾库容以迎 接下次洪水。遇有暴雨要少蓄多用，而面临干旱时要多 蓄少用，抓住洪水尾，以减少弃水提高径流利用率。准确、及时气象预报的关键作用要求在洪水期每天发布几次降雨预报，包括降雨的 时空分布，并且要求短、中、长天气预报紧密结合，以 便确定水库泄洪方案及时控制泄量。准确的长期天气预报，在编制年、月水

6、力发 电计划中能起到有利的长、中期发电调度作用， 并利用中短期预报随时修正发电计划，做到以水 定电，保证灌溉，防止水害。Date11水库调度和综合利用与气象-发电调度发电调度的气象服务利用长期趋势预报-枯水年份，特枯年份，丰水年份利用短期天气预报利用中期天气预报使中、长期预报相结合，短、中期 预报相结合，充分发挥水库的调节功能 。Date12水库调度和综合利用与气象-灌溉调度小水库调度中的气象决策中型水库水位调度中的气候最优决策实际方案、信任方案、完善预报方案水位调度决策的损失函数；水位调度最小损失的决策参数；水位调度的气候决策；不同水位调度的经济效益比较。Date13水库调度主要是针对流域、

7、水库和电站开展未来趋 势预测和历史资料分析、统计等功能的软件， 其包括短期洪水预报、中期径流预报、长期水 文预报、发电调度、防洪调度、风险分析、决 策支持等内容。 水库调度决策支持系统（RSDSS）多模型、多方法 防洪与发电联合调度 实时调度组态设计，可扩展能力强 Date14水库调度Date15核电站选址和工程设计中的气象学应用气象学在核电站建设和运行中的应用 ，主要表现为站址选择，参与结构设计和 异常事故出现时的放射性核素大量排放影 响检测。前者主要估算大气如何有效地稀释核 电站排放的放射性污染物，后者研究大气 扩散对可能事故提供的安全因素的大小。Date16核电站选址和工程设计中的气象学

8、应用核电站选址核电站选址不仅取决于经济、技术因素 ，还必须考虑在常规和事故情况下放射性核 素排放的特点和影响、周围居民分布以及地 理、地形环境特征。即必须考虑当地可能出 现的最严重的地震、海啸、热带风暴、龙卷 、洪水等自然灾害。Date17核电站选址和工程设计中的气象学应用必须对较大区域的气候资料进行统计分 析，主要包括地面和500米高度风向、风速 、最大风速、年平均风速、静风频率；气温 、大气稳定度、逆温层高度、湿度、云出现 频率、降水量和降水期。初选后的现状考察检测，包括不同 天气条件下 的示踪物扩散模拟。Date18核电站选址和工程设计中的气象学应用核电站的设计和结构据大气扩散参数确定放

9、射性核素排放持续 时间、喷射速度、烟囱高度、隔绝地区尺度、 与附近建筑物和地形的相对位置。保证核电站对龙卷风具有足够的抵御能力 ，主要考虑：龙卷气流直接作用于结构上引起 的风压动力作用、龙卷移过结构大气压力场变 化效应以及龙卷风飞掷物产生的冲击力等三个 方面。Date19核电站选址和工程设计中的气象学应用核电站正常运行和可能异常事故正常运行时对气象要求最低，但像持续静 风等不利大气扩散的特定天气预报要重视。一旦出现意外放射性核素排放，必须掌 握烟羽轨迹，估算浓度和下风向辐射水平， 要求提供地面、500米高度风向风速实况和 预报，大气稳定度和逆温层底高度、降水资 料、并掌握大尺度天气系统如伴随的

10、锋的6- 12h预报以及更长时间和更大下风距离的气 流轨迹。重大事故之后要求充分的气象资料 包括雨区降水收集分析作为评估依据。Date20架空线路与气象线路机械性能随气象条件的变化电线积冰污闪跳闸事故与气象绝缘配合计算的气象条件雷电的电磁干扰及防护Date21架空线路与气象架空线路包括输电线、通讯线、电气化 铁路接触网。架空线路在选线、设计中必须考虑气象 资料，主要考虑的要素为风、积冰和温度。一般取15年一遇的最大风力、最大积冰 厚度、最高和最低气温作为计算依据。特别 重要的线路，包括特大跨越地段，还应考虑 更长的重现期的风力、冰厚和温度极值，按 特殊荷载考虑。Date22线路机械性能随气象条

11、件的变化档距：两相邻杆塔悬挂点间的水平距离称为档距。弧垂或驰度：把连接两相邻悬挂点间的水平线与导线最 低点间的垂直距离称为弧垂或驰度。临界档距：表示在最大外加荷载条件下（拉长作用 ）与最低温度（伸长作用）同时出现时导线 材料所受的最大应力状态的档距。Date23线路机械性能随气象条件的变化杆塔承受压缩力、拉伸力、弯曲力、扭 力等各种作用。杆塔机械荷载受风力、积冰、导线自重 的作用，常用比载计算，其单位为kg/（ m.mm2），积冰的重量有时超过导线的自 重，是严重积冰区线路设计的控制因素。Date24线路机械性能随气象条件的变化综合比载越大，气温越高，则弧垂越 大，缩短档距可减小弧垂。计算最大

12、弧垂目的在于保证对地的安全 距离和防止风偏造成的闪络。计算各种气象条件下导线的拉力、档距 和弧垂及其相互关系，可作为杆塔设计和导 线防振动的设计依据。Date25线路机械性能随气象条件的变化电线的振动因气象因素引起的导线振动，包括 颤动、舞动、脱冰跳跃、次档距振荡和 横向碰击。Date26线路机械性能随气象条件的变化颤动由横向微风引起，与导线成4590 角 ，0.55m/s风速在背风面产生空气涡旋， 使导线上下振动，造成线夹附近金属疲劳， 以致断股。舞动由阵风引起，频率低，振幅大，可造成 导线地线闪络、断路。档距与弧垂越大，舞 动振幅越大。Date27线路机械性能随气象条件的变化脱冰跳跃是积冰

13、脱落时，因突然减轻荷载 而上跳，包括不均匀覆冰时产生的上拔力 ，也产生舞动，可造成闪络、导线地线短 路、绞线损伤。次档距振荡发生于并排导线下风侧导线受 上风侧导线对气流干扰产生的乱流而引起 的振荡。当风向与电线交角大于45，风 速大于15m/s，积冰较重时，最易发生次 档距振荡。并排导线摆动不同步易产生横 向碰击，并发生闪络和短路。Date28电线积冰电线积冰：是指水汽、水滴和（或）雨滴在寒冷或 严寒情况下，凝聚粘附在电线上形成的一种 冻结物。电线积冰冰层增长方式：干增长：所有撞击到电线、杆塔上的水 都产生冻结，没有从其表面流失者。湿增长：撞击到冰面上的一部分水会离 开冰面。Date29电线积

14、冰电线积冰形态：晶淞或雪淞雾淞雨淞混合淞引起电线积冰的天气现象：雨凇、雾凇、湿雪或者它们的混合物。Date30电线积冰晶淞或雪淞-雪晶碰撞导线，表面水膜降温而 冻结在导线上，发生于0-3m/s风速和-2条 件下，也可在-10 以下的低温由水汽直接 在导线上凝华形成。质轻，结构松散，易脱落 ，密度小（0.1g/cm3），出现几率小，对高 频衰减有影响，一般无危害。雨凇-由较大过冷却雨滴碰撞冻结而成，形成 时风速一般较大，气温为-1-3；白色透明 ，结构坚硬，密度大0.5-0.9g/cm3，出现几 率小，但危害最大。Date31电线积冰雾凇-由过冷雾滴碰撞冻结而成，呈乳白色， 不透明，在5m/s风

15、速和-8条件下形成，淞 结物具有迎风生长呈三角形截面特征。密度 0.2-0.5g/cm3，也较易脱落，在湿润地区因 持续时间长，强度大，出现几率大，危害甚大 。混合淞-俗称粗冰，由形成雾凇和雨凇的条件 交替出现而混合组成，密度0.5-0.6g/cm3， 出现几率小，但危害很大。Date32电线积冰电线积冰的观测http:/ 3715585200731994953268/Date33电线积冰电线积冰引发电网事故的常见形式：杆塔因覆冰而损坏线路各档距覆冰不均匀引发事故导线覆冰事故绝缘子串覆冰事故Date34电线积冰电线积冰是导线半径、云、雾含水量、滴 谱、风向风速、气温和天气过程持续时间的函 数。

16、积冰形状在风小时（0-4m/s）呈圆形， 风稍大（3、4级）呈椭圆形或具有迎风生长 的三角形截面形态，当气温分布不稳定时， 水滴直径随之变化，可出现不规则状混合淞 ；当风力为5、6级时，不活动杆塔上出现散 射状积冰，呈迎风梳齿形态。积冰温度条件 在0-10范围内均可出现，但主要发生在- 5以上。Date35电线积冰冰厚随电线直径和高度的变化积冰厚度与电线直径有关，但随风速、气 温、云雾滴谱而异，变化比较复杂。细线，对 流场影响小，易于收集小水滴，热容量小，易 于冻结，易于扭转，积冰量常比粗线严重。粗 线不易扭转，风大时，电线越粗积冰越重，尤 其是在雨凇条件下。相对于线径为4mm的覆冰厚度，线径为 10、15、20mm的折减乘数，分别为0.89 ，0.82，0.77。Date36电线积冰电线积冰与架空高度密切相关，国内研 究表明：积冰厚度随高度的变