某水电站蓄水及石料场开采对移民安置点风况影响分析

向阳　刘树洁

摘要：我国西南高山峡谷地区风能水能资源丰富，水电工程建设会改变库区地貌，从而间接影响区域内风资源分布情况。利用MeteodynWT软件对西南某水电站库区移民安置点附近风速进行模拟计算，以分析水电站蓄水以及移民安置点旁石料场开采对移民安置点风况的影响。计算结果显示，水库蓄水会增加移民安置点位置的风速，增加山谷风速，并减小山谷位置的风速梯度，减小山脊位置的风速，石料场开采对移民安置点风速变化影响不大。

关键词：MeteodynWT;地形;风速;移民安置点

1项目背景

西南地區某水电站库区移民安置点，位于大坝上游约30km处，高程855m～890m，面积约510亩，布置于河道右岸。水库设计淹没水位825m。由于项目位于西南高山峡谷地区，距离主城镇较远，交通运输不便，为满足移民安置点基础设施建设和房屋工程建设需求，需要就近使用石料加工生产人工砂石骨料。规划石料场位于移民安置点西北侧530m，规划料场面积250亩，开采高程930m～830m。由于石料场位于主河道和移民安置点之间，石料场开采后山头高程降低较大，地貌变化明显，安置点风速可能会增加，从而影响安置点居住条件[1]。因此需要分析计算水电站蓄水以及石料场开采对移民安置点风速的影响情况。移民安置点和石料场平面示意图见图1。

2模拟计算

2.1软件介绍

本次计算使用的MeteodynWT软件是法国政府环境与能源署支持开发的，基于流体力学计算的风资源评估及微观选址软件，是国内外风电专业用于进行风能，风资源评估的常用软件之一[2]。

模拟过程需要在计算区域内设立测风塔，收集至少一整年的风向、风速等数据，结合输入的地形及粗糙度数据，模拟计算整个区域内的风向、风速、风能分布情况，为风电场风能资源评估，风机布置与优化，发电量评估等提供数据支持。

2.2计算方法

由于项目所在地位于西南山区，风能资源丰富，在移民安置点西北侧8.5km处有一座测风塔，测风塔测风高度80m，海拔高度为2190m。选取2014年一个完整年作为测风年，统计风资源各项参数后，可得该塔80m高度测风年平均风速5.24m/s，主导风向为NE，风向玫瑰图见图2。

根据国内外研究资料显示，山区地形下，起伏地貌和水位高程会对山谷与山脊位置风速、风能分布造成影响[3，4，5]。

本项目区域主要地貌为高山峡谷，地形较复杂，采用在国内外广泛使用的MeteodynWT风能计算软件模拟区域风速及风向分部情况。计算时采用该区域1：10000数字化地形图建模。分析区域选择为包含测风塔与移民安置点的矩形区域，矩形区域边长8km，计算区域选择为分析区域外扩4km，以消除计算边界位置的计算误差。计算区域、分析区域划分以及测风塔位置示意图见图3。通过调整不同高程地形的粗糙度来实现水库蓄水高程变化。

2.3工况设定

根据水库工程和移民安置点建设顺序，设定三个计算工况，分别为：工况一，库区淹没前，矿区开挖前;工况二，库区淹没后，矿区开挖前;工况三，库区淹没后，矿区开挖后。

对比工况一和工况二即可得出水库蓄水前后，由于水位上升对移民安置点位置风速的影响，对比工况二和工况三即可得出水库蓄水后，石料场开挖导致山头高程减小对移民安置点风速的影响。

选取石料场山头位置和库区移民安置点中心位置作为特征点位，对不同工况特征点位风速进行对比。

3计算结果

3.1风速图谱

经过输入测风塔数据和地形数据后，MeteodynWT软件计算出该区域的风速图谱结果如图4。

通过风速图谱可以看出，随着水库蓄水，山谷间水位上升，水面高程风速增加，山谷间风速增加，且梯度更加平缓，风速分布更加均匀，山脊风速减小。

3.2风速计算结果

读取特征点风速数据后，整理计算结果后汇总为下表：

通过对比风速计算结果可知，水库蓄水对库区风速影响较大，当水位淹没至825m设计高程后，石料场及移民安置点风速均有增大趋势，石料场所在山头风速从2.7～3.4m/s增加至32～3.4m/s，平均增幅8.2%;移民安置点中心风速从2.3～2.7m/s增加至26～3.0m/s，平均增幅12.0%。石料场开采对移民安置点风速影响较小，水库淹没至825m设计高程后，石料场开挖前后，采石场山头所在位置风速减小12.1%，移民安置点风速基本没变。

4结论

（1）项目所在地位属于于高山峡谷地貌，山谷风受水位影响较大，水面高程风速增加，山谷间风速增加，且梯度更加平缓，风速分布更加均匀，山脊风速减小;

（2）由于移民安置点和石料场均位于水库淹没线附近，水库蓄水后移民安置点和石料场风速均有增加;

（3）由于移民安置点位于石料场东南侧，而该地区主导风向为NE，石料场山头高度对移民安置点不造成影响;

（4）石料场开挖后，石料场山头所在位置风速因山顶高程降低而减小，且终采后风速与移民安置点风速基本一致。

参考文献：

[1]赵钰湲，谢勤.云南省山区地形移民安置点场地规划设计要素分析[J].云南水力发电，2019，35（03）：3-4.

[2]刘东生，余波，崔军玲，廖翔，张术彬.基于MeteodynWT的河谷地带风电场微观选址[J].人民长江，2017，48（S1）：190-192.

[3]陈平.地形对山地丘陵风场影响的数值研究[D].浙江大学，2007.

[4]杨瑞，王强，王小丽，张志勇.起伏地形对风场风速的影响[J].兰州理工大学学报，2017，43（03）：61-67.

[5]A.D.Griffiths，J.H.Middleton.Simulationsofseparatedflowovertwo-dimensionalhills[J].JournalofWindEngineering&IndustrialAerodynamics，2009，98（3）.