福建典型山地微地形下输电线路设计风速修正

翁兰溪 鄢庆锰 尹元 郑凤林 李扬森 江能明

（1中国电建集团福建省电力勘测设计院有限公司2国网福建省电力有限公司 福建福州 350003）

1 概述

微地形是大地形中的一个局部狭小而又特殊的地形范围，对福建山地输电线路而言，影响较大的是微地形造成的风速增大。受山地微地形的影响，气象台站观测的风速仅代表气象站附近一定范围的特征，对距离气象台站较远的位置失去代表性。本文选取一处山体作为典型微地形效应分析对象，对比国内外相关规范［1～6］风速修正及CFD仿真分析结果。

2 规范介绍

《110kV～750kV 架空输电线路设计规范》［1］规定：山区输电线路宜采用统计分析和对比观测等方法，由邻近地区气象台、站的气象资料推算山区的基本风速，并应结合实际运行经验确定。当无可靠资料时，宜将附近平原地区的统计值提高10%。

《电力工程气象勘测技术规程》［2］规定：山区工程地点设计风速应按工程实际情况进行大风调查和对比观测，分析订正附近气象参证站设计风速至工程地点。当无实测资料时，可由参证站设计风速相应的风压值乘以表1所列调整系数，再反算得出设计风速。规范条文说明拟合出了山顶与山麓间设计风速的换算关系。

表1 山区风压调整系数

其他相关规范［3～6］，在考虑到风通过山地地形时，设计风压或风速考虑地形系数进行修正。

3 各规范对比分析

选取福建厦门1处山体作为微地形效应分析对象（图1）。采用大型流体计算软件Fluent，选取合适的湍流模型，对倒塔所在场地的风场进行三维数值模拟，从而获取关键控制点迎风侧山坡、山顶及背风侧山坡上的风速信息，分析不同位置处风速加速比随地形因素的变化规律。

为分析Fluent数值模拟与各规范推荐值间偏差，将山体简化为3-D对称的山体。简化山体模型如图2所示。以下各标准的计算输入参数：地面粗糙度为B类（根据《建筑结构荷载规范》），地形高 H=600m，L=1000m，分别参照 NBC 2015、ASCE 74、GB50009及AS/NZS 1170.2规定原则计算风荷载的地形影响因子。见图3。

分别对越山风山顶与迎/背风坡山腰位置地形影响因子进行对比分析，可以看出：

（1）各国规范对越山风山顶风速修正系数随高度的增加呈现近线性递减，数值模拟曲线则抛物曲线变化规律；近地面60m范围内数值模拟风速修正结果较规范算值偏小，超过60m则数值模拟大于规范算值；规范算值与数值模拟偏差较大。除《建筑结构荷载规范》与《电力工程气象勘测技术规程》外，其余规范计算值比较接近，《建筑结构荷载规范》推荐值较为保守。

综合比较数值模拟及规范算值，推荐近地面200m范围内山顶风速修正系数可近似取1.5。见表2。

（2）各规范中，迎风坡、背风坡风速修正没区别，即迎风坡与背风坡风速修正系数相等。图4中，规范所得的迎风坡、背风坡山腰处风速修正系数曲线相同，Fluent数值模拟曲线分迎风坡、背风坡。

表2 山顶位置处风速修正系数

对于迎风坡山腰风速修正系数而言（如图4所示），上述规范推荐值与变化规律均比较统一，迎风坡山腰风速修正系数随高度呈线性轻微变化。Fluent数值模拟、GB50009和DL/T5158推荐值集中在 1.25～1.35区间，NBC、AS/NZS与 ASCE推荐值则分布在1.1～1.2区间段。推荐近地面200m范围内山顶风速修正系数可近似取1.35。

对于背风坡山腰风速修正系数而言（如图4所示），各规范对越山风迎背风坡风速修正没有区别。背风侧山坡由于山体遮挡的影响，Fluent数值模拟随高度增加逐渐增加，山体遮挡主要集中体现在近地面100m范围内。规范计算值与Fluent模拟值在近地面100m范围内偏差大，离地高度大于100m时则比较吻合。当无可靠资料时，迎风坡、背风坡山腰风速修正系数可近似参考表3、表4取值。

表3 迎风坡、背风坡山腰风速修正系数η

表4 迎风坡、背风坡山腰、山顶风速修正系数η

4 小结

（1）根据实际地形CFD仿真分析，山顶和迎风侧山坡风速放大效应明显高于背风侧山坡。山顶处无遮挡，风速放大效应最明显，近地面风速急剧增加。山体地形对风速影响集中在近地面100m范围内，随高度增加，影响效应减小。近地面100m范围内山顶修正系数可近似取1.5。

（2）背风坡山腰风速修正系数，NBC、AS/NZS与 ASCE计算值在 1.1～1.2区间，GB50009和 DL/T5158计算值在 1.25～1.35区间。

近地面100m范围内，CFD仿真分析结果随离地高度增加逐渐增加，在0.5～1.0区间。

（3）迎风坡山腰风速修正系数，CFD仿真分析结果与规范推荐值与变化规律均比较统一，迎风坡山腰风速修正系数随高度呈线性轻微变化。CFD仿真分析结果、GB50009和DL/T5158推荐值集中在 1.25～1.35区间；NBCC、AS/NZS与 ASCE推荐值则分布在1.1～1.2区间段。

（4）以上各标准与CFD仿真分析的对比，都以一处实际山体作为分析对象，存在局限性。具体线路设计时应对线路沿途的地形地貌做详细考察与分析。当无可靠资料时，迎风坡、背风坡山腰、山顶风速修正系数可近似参考下表取值。