地区风电场道路综合排水系统设计要点

【摘要】在丘陵地区建设风电场．需修筑上山道路满足风机设备运输及运维期的检修要求，道路的修筑改变了丘陵山坡雨水自然汇流路径，在低技术标准、低投资的普遍情况下，为保证风电场道路稳定和运行安全，减少水土流失和生态破坏？科学合理的综合排水系统设计是风电场道路建设的重点．

【关键词】丘陵地区风电场；道路排水系统；设计；要点分析

1概况

目前国内丘陵地区风电场道路建设标准一般介于乡村公路与四级公路之间，其平曲线半径小，纵坡大（最小平曲线半径15m，最大纵坡16％），各种排水、防护工程措施技术标准低（往往采用简易边沟加土沟的形式）。而道路修筑时，将会对原有水流路径进行分割或汇集，改变原山坡雨水的自然流态，此时，道路的排水、防护措施不当将会导致冲刷径流，破坏排水构筑物甚至冲毁路基，进而引起水土流失和环境污染，造成工程成本增加及不良社会影响。做好丘陵山区风电场道路综合排水系统，一方面是保证路基稳定，满足风机设备运输的基础；另一方面是减少水土流失，保护生态的关键。本文结合广东阳江新洲已建成鸡山风电场项目对丘陵地区风电场道路综合排水系统设计要点进行分析研究。

2综合排水系统设计目的

结合自然地形、地貌、小流域特性，对道路的排水系统进行综合设计，形成一套适用的、经济的、安全耐用的排水系统，使其既能满足风机设备运输及检修要求又能减少建设过程中的水土流失和环境污染问题，同时达到节约投资与提高企业形象的目的。

3综合排水系统设计原则

丘陵地区风电场道路综合排水系统设计是一个从线到面到点，再由点及面至线的综合的、系统的、总体的一种设计。按由线到面到点进行详细分析、调查、研究，了解各自的水文特征、核心辅助功能、地形地质条件、自然水系布局以及农业设施规划，再由点到面到整个线进行系统综合研究和选择。丘陵山区道路路排水系统设计一般遵循以下原则：（1）遵循“集中、及时、通畅’’的排水原则。我国南方山区气象条件恶劣，降雨集中．雨量大，汇流时间短，流速快，对道路路基路面、构造物的冲击力量大，破坏严重，将水及时排出是道路正常通行的保障。（2）丘陵地区风电场道路应注重排水的系统性和综合性，排水设施应自然、系统、完善。风电场道路排水系统是由各种拦截、汇集、拦蓄、输送、排放等各种地表水排水设施和构造物组成的总体，将各种不同结构物连成有机整体，是最大限度发挥排水系统作用的关键。（3）充分重视关键部位排水系统。根据各路段水文特征、地形地质条件、自然水系走向以及农业设施规划考虑，风电场道路排水可分为如下几种典型路段：挖方边坡路段、填方边坡路段、填挖交接路段、半填半挖路段。对于丘陵山区风电场道路路而言，其区别于平原地区的路段有高填方路段、深挖方路段、高填深挖结合部及长陡坡段，而这些路段又是水毁多发路段，对这些路段进行排水系统的设计研究尤其重要。

4综合排水系统设计方法

4．1小流域特忭分析

4．1．1小流域调查阳江鸡山风电场位于阳江市区东南侧约50km的丘陵山区。该区域属南亚热带海洋季风气候，雨量充沛，台风暴雨频繁，年平均降雨量为1024．5mm，最大降雨量高达2808．5mm；工程场址区冲沟发育，冲沟地表水流受大气降水影响较大，雨天时水量大；山坡植被茂密。场内道路总体由山脚向山顶风机平台蜿蜒爬升，局部路段上下坡交替向前。道路把原自然山坡不同汇水区域纵向联通，水平分割，彻底改变了原山坡的雨水自然汇流路径和汇流量。4．1．2小流域特性分析（以鸡山风电场9号风机支线道路为例）9号风机支线道路经村道而人，从山麓东侧，沿山体北面、西面盘山而至风机平台，共计1．125km。经现场调査，K0＋000？K0＋050为农田，K0＋05O？K0＋055处跨越小河，其路经山体汇流区域依次为：K0＋050？K0＋130、K0＋130？K0＋250、K0＋250？K0＋450、K0＋450？K0＋800、K0＋800？K0＋1000、K1＋000？K1＋125，山体汇流区域单元共6个（山脊间原始独立汇流面为1个汇流单元），道路以上山坡汇流面积表见表1。

4．2小流域洪水流fti卜筇及排水构筑物确定

4．2．1暴雨强度计算暴雨强度参照广东佛山市城建局按照历时雨水资料按照数理统计法编制的暴雨强度公式为：9＝1930（1＋0．581gP）／（＾＋9）0－66（1）式中P——设计暴雨重现期，采用P＝5年。设计降雨历时：t＝t＼－＼￣mt2（2）式中延缓系数，自排取1；／，地面集水时间，取15min；t－i沟渠流行时间，取5min。由此可得9＝293．9［L／（vS？hm2）］（3）4．2．2汇水流量计算Q＝qipF（4）式中Q——雨水设计流量，L／s；q设计暴雨强度，L／（s？hm2）；ip径流系数，取0．7；F——汇水面积，hm2。以9号风机支线道路排水系统设计为例：据现场地形实际调查，9号风机支线道路与山坡山脊相交里程桩号分别为K0＋260、K0＋430、K0＋570、K0＋810、K0＋920；山坡汇水凹面相交里程桩号分别为K0＋180、K0＋360、K0＋520、K0＋700、K0＋900。按山坡自然汇流面划分汇流区，并选择在冲沟处设置涵管泄水，因道路前进方向均为上坡，每道涵管只考虑排泄其大桩号方向的汇水，进行排水分区设计洪水计算，计算结果见表2经现场汇水路径比对，山坡汇水约50％？80％的水流量顺山坡冲沟汇排。路基排水边沟按排水渠设计洪水量的50％考虑。4．2．3道路排水沟结构确定结合现场施工条件及成本控制，初选路基排水边沟为砖砲结构和土质结构。砖砌排水沟为40cmX30cm（宽X高，下同）的矩形断面，过水面以M10砂浆抹面压光；土质排水沟为40cmX20cm的矩形断面（原状土区挖槽形成）。沟或管泄水能力计算：Qr＝vA（5）式中Qr——沟或管的泄水能力，mVs；v——沟或管的平均流速，m／s；A——过水断面面积，m2。平均流速计算公式：v＝R2，3l＇／2／n（6）式中n——沟臂或管臂的粗糙系数，按照JTG／TD33—2012《公路排水设计规范》取值，土质明沟取〇．022，砖砌抹面明沟取0．045；R——水力半径，砖砌明沟i？＝（0．4＋0．4＋0．4V（0＿4X0．4）＝7．5，土质明沟i？＝（0．2＋0．4＋0．2）／（0．2X0．4）＝10；I——水力坡度，按照JTG／TD33—2012《公路排水设计规范》取沟的底坡。按照水力坡度计算砖砌、土质排水沟沟内水流平均速度叫＿、叫，具体值见表3。按照JTG／TD33—2012《公路排水设计规范》查取砖砌抹面tW＝4．0m／s，土质边沟iw＝0．8m／s；故上述汇流区不适合设置土质边沟。按照40cmX20cm土质边沟最大允许流速0？8m／s反算，设置土沟的道路纵坡应不大于0．7％，故设置土质边沟段，必须进行水力计算复核，否则均设置砖砌排水沟或采取防渗水土工布铺底M10砂浆抹面成沟，以满足过水及防冲刷要求。以40cmX30cm砖砌排水沟验算，9号风机支线道路K0＋700？K0＋900段不能满足泄排要求，其余段〉〇！＊？；，均满足排水要求。对于不满足泄排要求的排水沟，可采取加大过水断面或在中间段增设涵管分流的措施来满足泄排要求。经查勘现场K0＋700？KO＋900段中K0＋730￣K0＋810段为挖方路堑，不便增设涵管分流，故采取加大排水沟过水断面方案。以40cmX40cm砖砌排水沟验算，按以上水力公式计算％＝1．30m／s，（208L／S）＞QRic（187．2L／s），满足排水要求。综上，9号风机支线道路排水边沟设计除K0＋700？K0＋900段外，在挖方边坡单侧设置40cmX30cm的砖砌排水边沟；K0＋700？K0＋760段设置40cmX40cm的砖砌排水边沟，排水沟坡度与道路纵坡一致。经现场实践，满足排水要求。4．2．4跨路基涵管尺寸确定（1）拟安装净空为灼〇〇的钢筋混凝土管涵，排水坡度为2％。按照JTG／TD33—2012《公路排水设计规范》中沟或管泄水能力计算：＝Qb＝245．3L／s。与计算洪水汇流量比对，上述断面安装邦00钢筋混凝土管涵不能满足洪流量泄排要求。（2）拟安装净空为f750的钢筋混凝土管涵，排水坡度为2％。按照JTG／TD33—2012《公路排水设计规范》中沟或管泄水能力计算：QC＝M，Qw＝719L／s。与计算洪水汇流量比对，上述断面安装好50钢筋混凝土管涵满足洪流量泄排要求。9号风机支线道路K0＋180，K0＋360，K0＋520，K0＋700，K0＋90O安装奵50钢筋混凝土管涵进行泄排洪流量，经现场实践，满足排水要求。

5综合排水系统形成

在排水系统设计中应注重与当地的自然水系、已有的或规划的水利设施（灌溉排水、河川治理或水土保持等）协调配合。且各项排水设施应重视流末处理，防止排泄水冲毁农田及其水利设施，防止冲刷地表引起水土流失，或者污染水源。具体做好以下几种形式的排水：（1）填方路段排水。做到路面排水、坡面排水和边坡防护措施的相互结合。高边坡段可设置急流槽防冲刷，设置填方路肩边沟汇集路面排水，边沟、排水沟、截水沟、涵管连接处设置跌水井，对水流起到缓冲作用。（2）填挖结合段排水。主要设计内容包括路面排水和坡面排水。路面排水除了常用到的排水设施外．还可在边沟过渡高差大于lm处设置急流槽连接，急流槽与填方边沟相接处设置跌水井；路面表面水汇人边沟后，通过急流槽与填方排水沟交汇排出路堤范围，或者直接汇人填方排水沟。坡面排水包括挖方坡面排水和填方坡面排水，常用的排水设施主要有截水沟、边沟、排水沟和急流槽等，将所有排水设施布置成网状结构，利于水的快速排出。（3）半填半挖段排水。主要设计内容是路面表面排水。在路基填方一侧设置拦水带，路面表面水通过横坡流向拦水带，集中通过急流槽排出路基；在较高挖方边坡侧设置截水沟；按前述排水设计方法计算汇水量？根据汇水量设置横向排水管将挖方边沟水引排至填方排水沟。（4）长下坡段排水。长下坡是丘陵山区风电场道路的排水特点及难点，其纵坡大，按常理来讲长下坡段排水对于坡面排水是有利的，但是由于风电场道路路面结构简单不抗冲刷的特点，长下坡段容易造成大水流急速冲刷问题，对此，必须按照前述排水设计方法计算．采取适合的排水结构形式。另排水末端与坡脚自然河沟的良好衔接，也是保证排水系统有效运行的关键。阳江鸡山风电场9号支线道路的综合排水系统研究经现场实践．整体效果良好，很好地验证了上述排水设计方法的正确性。

6结语

本文依托广东阳江鸡山风电场工程实践，对丘陵山区风电场道路综合排水系统设计进行简单分析研究。（1）总结了丘陵山区风电场综合排水系统设计的设计理念，结合丘陵地区风电场道路建设特点，探讨了丘陵地区风电场道路综合排水系统的特点和设计原则。（2）运用科学数理统计与实践验证的方法，阐述了丘陵地区风电场道路排水系统的特点，探讨了丘陵地区风电场道路排水系统设计的具体方法。（3）鉴于风电场道路主要是满足风机备运输与后期检修的特点，其排水系统应从规划设计阶段至完工后维护阶段皆要保持高度重视，确保道路排水系统长期有效运行，减少建设期投资成本与运维期维护成本。（4）通过对丘陵地区风电场道路排水系统的精确设计，减少风电场建设对当地环境的污染和生态的破坏，真正让风电资源的利用正面促进当地经济发展，取得良好的经济效益的同时也取得良好的社会效益。

作者：王昌元 李亮 单位：中国水利水电第十四工程局有限公司