利用測(cè)風(fēng)資料推求設(shè)計(jì)風(fēng)速的研究★

胡 進(jìn) 寶

(中國電力工程顧問集團(tuán)西北電力設(shè)計(jì)院有限公司，陜西 西安 710032)

利用測(cè)風(fēng)資料推求設(shè)計(jì)風(fēng)速的研究★

胡 進(jìn) 寶

(中國電力工程顧問集團(tuán)西北電力設(shè)計(jì)院有限公司，陜西 西安 710032)

通過對(duì)已有測(cè)風(fēng)資料的收集整理，依據(jù)氣象臺(tái)站與測(cè)風(fēng)塔的位置關(guān)系，采用氣象臺(tái)站日最大風(fēng)速與測(cè)風(fēng)塔對(duì)應(yīng)風(fēng)速建立關(guān)系，從而將氣象臺(tái)站不同頻率設(shè)計(jì)風(fēng)速移用到測(cè)風(fēng)塔處，與實(shí)際工程設(shè)計(jì)風(fēng)速相比，該結(jié)果合理。

設(shè)計(jì)風(fēng)速，最小一乘法，修正系數(shù)

0 引言

風(fēng)荷載與設(shè)計(jì)風(fēng)速的平方成正比，設(shè)計(jì)風(fēng)速取值越高，電力工程抗擊風(fēng)的能力就越強(qiáng)，發(fā)生超越設(shè)計(jì)風(fēng)速的概率就越低，電力工程安全運(yùn)行的保證率就越高，但隨之導(dǎo)致工程造價(jià)也增加，而設(shè)計(jì)風(fēng)速取值太小則不安全，甚至?xí)斐砂踩鹿剩l(fā)巨大經(jīng)濟(jì)損失[1-3]。

設(shè)計(jì)風(fēng)速的確定一般依據(jù)附近氣象臺(tái)站幾十年實(shí)測(cè)風(fēng)速資料分析計(jì)算而得，但近年來，城市化發(fā)展迅猛等原因改變了氣象臺(tái)站周圍環(huán)境，使氣象站觀測(cè)的風(fēng)速值逐年變小，往往導(dǎo)致設(shè)計(jì)風(fēng)速偏低；此外，氣象臺(tái)站基本上都位于地勢(shì)相對(duì)平坦的小盆地，與之相比，電力工程尤其是輸電線路工程由于受走廊限制，基本上都走在距離氣象臺(tái)站較遠(yuǎn)的野外，這些地方基礎(chǔ)資料少。風(fēng)速又極易受地形、海拔和植被等因素的影響產(chǎn)生差異，因此，對(duì)依據(jù)氣象臺(tái)站的實(shí)測(cè)風(fēng)速資料確定的設(shè)計(jì)風(fēng)速移用到電力工程所在位置，就成為難題[4-10]。氣象臺(tái)站一般是根據(jù)縣一級(jí)行政區(qū)域設(shè)站，而某些地區(qū)，由于地域遼闊，氣象臺(tái)站存在著代表性嚴(yán)重不足的問題。

針對(duì)氣象臺(tái)站代表性不足的問題，用的較多的是修正系數(shù)，存在的問題是修正系數(shù)的取值存在較大的任意性，忽略了經(jīng)濟(jì)合理性。此外，修正系數(shù)的適用范圍也存在著較大的不足，如規(guī)定山區(qū)風(fēng)壓調(diào)整系數(shù)如下：山間盆地、谷地等閉塞地形，調(diào)整系數(shù)為0.75～0.85；與大風(fēng)方向一致的風(fēng)口，1.20～1.50。這種規(guī)定前提條件是氣象臺(tái)站具有充分代表性，如氣象站受地形影響，導(dǎo)致實(shí)測(cè)風(fēng)速資料嚴(yán)重偏小，存在采用修正系數(shù)取值無法解決實(shí)際問題的情形。

本文通過對(duì)已有測(cè)風(fēng)資料的收集整理，依據(jù)氣象臺(tái)站與測(cè)風(fēng)塔的位置關(guān)系，分析影響因素對(duì)風(fēng)速的影響，得出一般結(jié)論，以期為同類型設(shè)計(jì)風(fēng)速提供依據(jù)和參考。

1 數(shù)據(jù)

選取測(cè)風(fēng)塔與氣象站同期1年數(shù)據(jù)作為研究對(duì)象，測(cè)風(fēng)塔與氣象站位置關(guān)系如表1所示。

2 對(duì)比分析

2.1 平均風(fēng)速對(duì)比

觀測(cè)期間測(cè)風(fēng)塔與氣象站逐月平均風(fēng)速對(duì)比見圖1。

觀測(cè)期間甲測(cè)風(fēng)塔與氣象站相比，月平均風(fēng)速最大相差0.9 m/s；最小相差0.4 m/s；全年相差0.6 m/s。乙測(cè)風(fēng)塔與氣象站相比，月平均風(fēng)速最大相差1.9 m/s；最小相差0.8 m/s；全年相差為1.3 m/s。丙測(cè)風(fēng)塔與氣象站相比，月平均風(fēng)速最大相差為3.2 m/s；最小相差為0.6 m/s；全年相差為2.1 m/s。觀測(cè)期間測(cè)風(fēng)塔與氣象站逐時(shí)平均風(fēng)速對(duì)比見圖2。

觀測(cè)期間甲測(cè)風(fēng)塔與氣象站相比，日平均風(fēng)速最大相差1.2 m/s；最小相差0.3 m/s。乙測(cè)風(fēng)塔與氣象站相比，日平均風(fēng)速最大相差1.9 m/s；最小相差0.8 m/s。丙測(cè)風(fēng)塔與氣象站相比，日平均風(fēng)速最大相差為3.2 m/s；最小相差為1.2 m/s。

2.2 大于3 m/s出現(xiàn)次數(shù)對(duì)比

分扇區(qū)統(tǒng)計(jì)測(cè)風(fēng)塔與氣象站大于3 m/s風(fēng)速出現(xiàn)次數(shù)，結(jié)果如表2所示。

從表2可知，甲測(cè)風(fēng)塔大于3 m/s出現(xiàn)次數(shù)為2 555 h，比氣象站大于3 m/s風(fēng)速出現(xiàn)次數(shù)多1 555 h，乙測(cè)風(fēng)塔大于3 m/s風(fēng)速出現(xiàn)次數(shù)為4 232 h，比氣象站大于3 m/s風(fēng)速出現(xiàn)次數(shù)多2 773 h，丙測(cè)風(fēng)塔大于3 m/s風(fēng)速出現(xiàn)次數(shù)為5 506 h，比氣象站大于3 m/s風(fēng)速出現(xiàn)次數(shù)多3 607 h。

通過統(tǒng)計(jì)月平均風(fēng)速、日平均風(fēng)速和大于3 m/s風(fēng)速出現(xiàn)次數(shù)結(jié)果可知，由于氣象站受周邊環(huán)境影響，導(dǎo)致實(shí)測(cè)風(fēng)速較測(cè)風(fēng)塔明顯偏小，如將氣象站風(fēng)速計(jì)算結(jié)果值應(yīng)用于工程處，存在安全隱患，需要進(jìn)行修正。

3 相關(guān)分析

設(shè)計(jì)風(fēng)速的推求需要多年實(shí)測(cè)最大風(fēng)速資料，而測(cè)風(fēng)塔處缺少這方面的多年資料，因此需要將氣象站設(shè)計(jì)風(fēng)速推算到測(cè)風(fēng)塔處，通過一年的風(fēng)速實(shí)測(cè)資料將氣象站設(shè)計(jì)風(fēng)速移用到測(cè)風(fēng)塔處。

3.1 方法介紹

3.2 結(jié)果分析

采用最小一乘法進(jìn)行優(yōu)化計(jì)算，得到的結(jié)果如圖3所示。

圖3中，甲氣象站測(cè)風(fēng)塔風(fēng)速較氣象站偏大11%，乙氣象站測(cè)風(fēng)塔風(fēng)速較氣象站偏大20%，丙氣象站測(cè)風(fēng)塔風(fēng)速較氣象站偏大19%。根據(jù)甲氣象站逐年最大風(fēng)速資料采用極值Ⅰ型進(jìn)行頻率計(jì)算，極值Ⅰ型分布亦稱耿貝爾(Gumbel)分布，其分布函數(shù)為：

F(v)=1-exp{-exp[-a(v-u)]}。

其中，u為分布的位置參數(shù)；v為風(fēng)速，m/s；a為分布的尺度參數(shù)。

甲氣象站50年一遇最大風(fēng)速為30.4 m/s，換算到測(cè)風(fēng)塔處為33.7 m/s，與該工程實(shí)際設(shè)計(jì)風(fēng)速取值一致。乙氣象站50年一遇最大風(fēng)速為26.3 m/s，換算到測(cè)風(fēng)塔處為31.6 m/s，采用本方法略大于工程實(shí)際風(fēng)速取值31 m/s。丙氣象站50年一遇最大風(fēng)速為29.3 m/s，換算到測(cè)風(fēng)塔處為34.9 m/s，采用本方法略大于工程實(shí)際風(fēng)速取值33.9 m/s。上述結(jié)果說明采用本方法計(jì)算測(cè)風(fēng)塔處設(shè)計(jì)風(fēng)速與工程實(shí)際情形基本一致。

4 結(jié)語

設(shè)計(jì)風(fēng)速主要依據(jù)氣象臺(tái)站逐年最大風(fēng)速資料確定，近年來，氣象臺(tái)站由于受周邊環(huán)境影響，導(dǎo)致實(shí)測(cè)風(fēng)速逐年偏小，移用到工程處需要進(jìn)行設(shè)計(jì)風(fēng)速修正。本文首先分析了測(cè)風(fēng)塔與氣象站的風(fēng)速，結(jié)果表明由于受周邊建筑物影響，氣象站實(shí)測(cè)風(fēng)速存在明顯偏小的情形。通過對(duì)已有測(cè)風(fēng)資料的收集整理，依據(jù)氣象臺(tái)站與測(cè)風(fēng)塔的位置關(guān)系，采用氣象站日最大風(fēng)速及其對(duì)應(yīng)測(cè)風(fēng)塔作為計(jì)算數(shù)據(jù)，采用最小一乘法進(jìn)行優(yōu)化計(jì)算，以實(shí)際工程為例，結(jié)果說明采用本方法計(jì)算測(cè)風(fēng)塔處設(shè)計(jì)風(fēng)速與工程實(shí)際情形一致，成果具有合理性，具有推廣價(jià)值。

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Abstract： Apply the wind speed correction to the project position. Based on the relationship between the meteorological station and the wind observing tower, the maximum wind speed of the meteorological station is used to establish the relationship between the wind speed of the meteorological station and the corresponding wind speed. Wind tower, compared with the actual design wind speed, the results is reasonable.

Keywords: design wind speed, least absolut deviation, correction factor

Reseachondesignwindspeedcalculationbyusingsiteobservingwindspeeddata★

HuJinbao

(NorthwestElectricPowerDesignInstituteCo.,LtdofChinaPowerConsultingGroup,Xi’an710032,China)

1009-6825(2017)25-0039-03

TU973.32

A

2017-06-21★：西北電力設(shè)計(jì)院有限公司科研項(xiàng)目(XB1-TM08-2016)

胡進(jìn)寶(1982- )，男，高級(jí)工程師