利用測風資料推求設計風速的研究★

胡 進 寶

(中國電力工程顧問集團西北電力設計院有限公司，陜西 西安 710032)

利用測風資料推求設計風速的研究★

胡 進 寶

(中國電力工程顧問集團西北電力設計院有限公司，陜西 西安 710032)

通過對已有測風資料的收集整理，依據氣象臺站與測風塔的位置關系，采用氣象臺站日最大風速與測風塔對應風速建立關系，從而將氣象臺站不同頻率設計風速移用到測風塔處，與實際工程設計風速相比，該結果合理。

設計風速，最小一乘法，修正系數

0 引言

風荷載與設計風速的平方成正比，設計風速取值越高，電力工程抗擊風的能力就越強，發生超越設計風速的概率就越低，電力工程安全運行的保證率就越高，但隨之導致工程造價也增加，而設計風速取值太小則不安全，甚至會造成安全事故，引發巨大經濟損失[1-3]。

設計風速的確定一般依據附近氣象臺站幾十年實測風速資料分析計算而得，但近年來，城市化發展迅猛等原因改變了氣象臺站周圍環境，使氣象站觀測的風速值逐年變小，往往導致設計風速偏低；此外，氣象臺站基本上都位于地勢相對平坦的小盆地，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站較遠的野外，這些地方基礎資料少。風速又極易受地形、海拔和植被等因素的影響產生差異，因此，對依據氣象臺站的實測風速資料確定的設計風速移用到電力工程所在位置，就成為難題[4-10]。氣象臺站一般是根據縣一級行政區域設站，而某些地區，由于地域遼闊，氣象臺站存在著代表性嚴重不足的問題。

針對氣象臺站代表性不足的問題，用的較多的是修正系數，存在的問題是修正系數的取值存在較大的任意性，忽略了經濟合理性。此外，修正系數的適用范圍也存在著較大的不足，如規定山區風壓調整系數如下：山間盆地、谷地等閉塞地形，調整系數為0.75～0.85；與大風方向一致的風口，1.20～1.50。這種規定前提條件是氣象臺站具有充分代表性，如氣象站受地形影響，導致實測風速資料嚴重偏小，存在采用修正系數取值無法解決實際問題的情形。

本文通過對已有測風資料的收集整理，依據氣象臺站與測風塔的位置關系，分析影響因素對風速的影響，得出一般結論，以期為同類型設計風速提供依據和參考。

1 數據

選取測風塔與氣象站同期1年數據作為研究對象，測風塔與氣象站位置關系如表1所示。

2 對比分析

2.1 平均風速對比

觀測期間測風塔與氣象站逐月平均風速對比見圖1。

觀測期間甲測風塔與氣象站相比，月平均風速最大相差0.9 m/s；最小相差0.4 m/s；全年相差0.6 m/s。乙測風塔與氣象站相比，月平均風速最大相差1.9 m/s；最小相差0.8 m/s；全年相差為1.3 m/s。丙測風塔與氣象站相比，月平均風速最大相差為3.2 m/s；最小相差為0.6 m/s；全年相差為2.1 m/s。觀測期間測風塔與氣象站逐時平均風速對比見圖2。

觀測期間甲測風塔與氣象站相比，日平均風速最大相差1.2 m/s；最小相差0.3 m/s。乙測風塔與氣象站相比，日平均風速最大相差1.9 m/s；最小相差0.8 m/s。丙測風塔與氣象站相比，日平均風速最大相差為3.2 m/s；最小相差為1.2 m/s。

2.2 大于3 m/s出現次數對比

分扇區統計測風塔與氣象站大于3 m/s風速出現次數，結果如表2所示。

從表2可知，甲測風塔大于3 m/s出現次數為2 555 h，比氣象站大于3 m/s風速出現次數多1 555 h，乙測風塔大于3 m/s風速出現次數為4 232 h，比氣象站大于3 m/s風速出現次數多2 773 h，丙測風塔大于3 m/s風速出現次數為5 506 h，比氣象站大于3 m/s風速出現次數多3 607 h。

通過統計月平均風速、日平均風速和大于3 m/s風速出現次數結果可知，由于氣象站受周邊環境影響，導致實測風速較測風塔明顯偏小，如將氣象站風速計算結果值應用于工程處，存在安全隱患，需要進行修正。

3 相關分析

設計風速的推求需要多年實測最大風速資料，而測風塔處缺少這方面的多年資料，因此需要將氣象站設計風速推算到測風塔處，通過一年的風速實測資料將氣象站設計風速移用到測風塔處。

3.1 方法介紹

3.2 結果分析

采用最小一乘法進行優化計算，得到的結果如圖3所示。

圖3中，甲氣象站測風塔風速較氣象站偏大11%，乙氣象站測風塔風速較氣象站偏大20%，丙氣象站測風塔風速較氣象站偏大19%。根據甲氣象站逐年最大風速資料采用極值Ⅰ型進行頻率計算，極值Ⅰ型分布亦稱耿貝爾(Gumbel)分布，其分布函數為：

F(v)=1-exp{-exp[-a(v-u)]}。

其中，u為分布的位置參數；v為風速，m/s；a為分布的尺度參數。

甲氣象站50年一遇最大風速為30.4 m/s，換算到測風塔處為33.7 m/s，與該工程實際設計風速取值一致。乙氣象站50年一遇最大風速為26.3 m/s，換算到測風塔處為31.6 m/s，采用本方法略大于工程實際風速取值31 m/s。丙氣象站50年一遇最大風速為29.3 m/s，換算到測風塔處為34.9 m/s，采用本方法略大于工程實際風速取值33.9 m/s。上述結果說明采用本方法計算測風塔處設計風速與工程實際情形基本一致。

4 結語

設計風速主要依據氣象臺站逐年最大風速資料確定，近年來，氣象臺站由于受周邊環境影響，導致實測風速逐年偏小，移用到工程處需要進行設計風速修正。本文首先分析了測風塔與氣象站的風速，結果表明由于受周邊建筑物影響，氣象站實測風速存在明顯偏小的情形。通過對已有測風資料的收集整理，依據氣象臺站與測風塔的位置關系，采用氣象站日最大風速及其對應測風塔作為計算數據，采用最小一乘法進行優化計算，以實際工程為例，結果說明采用本方法計算測風塔處設計風速與工程實際情形一致，成果具有合理性，具有推廣價值。

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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★：西北電力設計院有限公司科研項目(XB1-TM08-2016)

胡進寶(1982- )，男，高級工程師