利用测风资料推求设计风速的研究★

胡 进 宝

(中国电力工程顾问集团西北电力设计院有限公司，陕西 西安 710032)

利用测风资料推求设计风速的研究★

胡 进 宝

(中国电力工程顾问集团西北电力设计院有限公司，陕西 西安 710032)

通过对已有测风资料的收集整理，依据气象台站与测风塔的位置关系，采用气象台站日最大风速与测风塔对应风速建立关系，从而将气象台站不同频率设计风速移用到测风塔处，与实际工程设计风速相比，该结果合理。

设计风速，最小一乘法，修正系数

0 引言

风荷载与设计风速的平方成正比，设计风速取值越高，电力工程抗击风的能力就越强，发生超越设计风速的概率就越低，电力工程安全运行的保证率就越高，但随之导致工程造价也增加，而设计风速取值太小则不安全，甚至会造成安全事故，引发巨大经济损失[1-3]。

设计风速的确定一般依据附近气象台站几十年实测风速资料分析计算而得，但近年来，城市化发展迅猛等原因改变了气象台站周围环境，使气象站观测的风速值逐年变小，往往导致设计风速偏低；此外，气象台站基本上都位于地势相对平坦的小盆地，与之相比，电力工程尤其是输电线路工程由于受走廊限制，基本上都走在距离气象台站较远的野外，这些地方基础资料少。风速又极易受地形、海拔和植被等因素的影响产生差异，因此，对依据气象台站的实测风速资料确定的设计风速移用到电力工程所在位置，就成为难题[4-10]。气象台站一般是根据县一级行政区域设站，而某些地区，由于地域辽阔，气象台站存在着代表性严重不足的问题。

针对气象台站代表性不足的问题，用的较多的是修正系数，存在的问题是修正系数的取值存在较大的任意性，忽略了经济合理性。此外，修正系数的适用范围也存在着较大的不足，如规定山区风压调整系数如下：山间盆地、谷地等闭塞地形，调整系数为0.75～0.85；与大风方向一致的风口，1.20～1.50。这种规定前提条件是气象台站具有充分代表性，如气象站受地形影响，导致实测风速资料严重偏小，存在采用修正系数取值无法解决实际问题的情形。

本文通过对已有测风资料的收集整理，依据气象台站与测风塔的位置关系，分析影响因素对风速的影响，得出一般结论，以期为同类型设计风速提供依据和参考。

1 数据

选取测风塔与气象站同期1年数据作为研究对象，测风塔与气象站位置关系如表1所示。

2 对比分析

2.1 平均风速对比

观测期间测风塔与气象站逐月平均风速对比见图1。

观测期间甲测风塔与气象站相比，月平均风速最大相差0.9 m/s；最小相差0.4 m/s；全年相差0.6 m/s。乙测风塔与气象站相比，月平均风速最大相差1.9 m/s；最小相差0.8 m/s；全年相差为1.3 m/s。丙测风塔与气象站相比，月平均风速最大相差为3.2 m/s；最小相差为0.6 m/s；全年相差为2.1 m/s。观测期间测风塔与气象站逐时平均风速对比见图2。

观测期间甲测风塔与气象站相比，日平均风速最大相差1.2 m/s；最小相差0.3 m/s。乙测风塔与气象站相比，日平均风速最大相差1.9 m/s；最小相差0.8 m/s。丙测风塔与气象站相比，日平均风速最大相差为3.2 m/s；最小相差为1.2 m/s。

2.2 大于3 m/s出现次数对比

分扇区统计测风塔与气象站大于3 m/s风速出现次数，结果如表2所示。

从表2可知，甲测风塔大于3 m/s出现次数为2 555 h，比气象站大于3 m/s风速出现次数多1 555 h，乙测风塔大于3 m/s风速出现次数为4 232 h，比气象站大于3 m/s风速出现次数多2 773 h，丙测风塔大于3 m/s风速出现次数为5 506 h，比气象站大于3 m/s风速出现次数多3 607 h。

通过统计月平均风速、日平均风速和大于3 m/s风速出现次数结果可知，由于气象站受周边环境影响，导致实测风速较测风塔明显偏小，如将气象站风速计算结果值应用于工程处，存在安全隐患，需要进行修正。

3 相关分析

设计风速的推求需要多年实测最大风速资料，而测风塔处缺少这方面的多年资料，因此需要将气象站设计风速推算到测风塔处，通过一年的风速实测资料将气象站设计风速移用到测风塔处。

3.1 方法介绍

3.2 结果分析

采用最小一乘法进行优化计算，得到的结果如图3所示。

图3中，甲气象站测风塔风速较气象站偏大11%，乙气象站测风塔风速较气象站偏大20%，丙气象站测风塔风速较气象站偏大19%。根据甲气象站逐年最大风速资料采用极值Ⅰ型进行频率计算，极值Ⅰ型分布亦称耿贝尔(Gumbel)分布，其分布函数为：

F(v)=1-exp{-exp[-a(v-u)]}。

其中，u为分布的位置参数；v为风速，m/s；a为分布的尺度参数。

甲气象站50年一遇最大风速为30.4 m/s，换算到测风塔处为33.7 m/s，与该工程实际设计风速取值一致。乙气象站50年一遇最大风速为26.3 m/s，换算到测风塔处为31.6 m/s，采用本方法略大于工程实际风速取值31 m/s。丙气象站50年一遇最大风速为29.3 m/s，换算到测风塔处为34.9 m/s，采用本方法略大于工程实际风速取值33.9 m/s。上述结果说明采用本方法计算测风塔处设计风速与工程实际情形基本一致。

4 结语

设计风速主要依据气象台站逐年最大风速资料确定，近年来，气象台站由于受周边环境影响，导致实测风速逐年偏小，移用到工程处需要进行设计风速修正。本文首先分析了测风塔与气象站的风速，结果表明由于受周边建筑物影响，气象站实测风速存在明显偏小的情形。通过对已有测风资料的收集整理，依据气象台站与测风塔的位置关系，采用气象站日最大风速及其对应测风塔作为计算数据，采用最小一乘法进行优化计算，以实际工程为例，结果说明采用本方法计算测风塔处设计风速与工程实际情形一致，成果具有合理性，具有推广价值。

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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★：西北电力设计院有限公司科研项目(XB1-TM08-2016)

胡进宝(1982- )，男，高级工程师