浅析小地形中高度差对风速的影响情况-北极星风力发电网

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摘要：在对具体区域进行风速分析和研究时，由于涉及因素较多，通常需要对各个因素逐一进行分析。在众多影响小地形风速的因素中，地形的特点是核心，尤其在山丘区域，高度差对于风速影响极大。本文对风向、地形、地势和风速的关系进行了简要分析，对工程设计提供辅助支撑。

1 引言

在影响风速的众多因素中，地形地貌是最为复杂的一种情况，山地、林区、丘陵、平原等各种地貌，其风速分析方式都多少有各自的差异。在众多差异中，对实际工程和设计影响较大的因素有高差、林地阻隔等等。由于对于小地形的影响最大的还是地势，因此本文仅对地形和风向的不同组合下风速所受影响情况进行浅析。

2 分析基础：地形与风向关系梳理

对于一个确定自然区域来讲，地形地貌通常是长久不变的，尤其在时间跨度较小的、地质条件稳定的前提下。然而风向随着季节、温度、环境干扰等，会随时发生变化。因此在对地形和风向进行关系梳理时，组合很多，工作量较大。为便于问题的分析，我们选取几种典型的地形与风向关系作为讨论基础。以图1所描述的关系为例：

QQ截图20200430175818.jpg

图1 风向与地形关系

（1）迎风面

迎风面即风与地形主体正对，整个地貌正面直接受风。图中可见，正对着山坡倾向面的向坡风即为这种关系中的风的研究主体。

（2）背风面

背风面与迎风面正好相对应，是与地形主体背面相对的，地貌背部直接受风。这种与向坡风对应的反向的风被称为背坡风。

（3）顺风面

顺风面的含义是与地形整体走势一致或很相近的风与地势相应受风面的关系，这种关系下，地形对风的阻碍和影响最小，这种风被称为顺坡风。

（4）过渡带

以上三种均为正对坡面、坡背和顺坡的风和地形本身之间的关系。而过渡带则是结余这三种关系两两之间的过渡区域的受风情况所对应的地形和风，而组成关系的这种风也被称为过渡带风。

为明确本文分析主体，这里就对风与地形的关系归纳为以上四点。

3 高度差对风速的影响分析

为实现高度差对风速的影响分析，这里选用对比站进行数据采集，并进行相应的分析对比。首先将对对比站选择原则进行阐述，然后对地形高差对风速的影响进行分析，最后对分析结果进行侧面印证。

3.1 对比站选择原则

在对比站选择时，首先需要确定对比站的应用方法。本文采用对比站100m高差改正数的方法来完成。对于该方法，其对比站选择原则如下：

（1）依照地质环境、测量精度以及方法本身特点，需要在40公里以内的范围内选择对比站，且观测站高度差应大于100米。这一原则是为了尽可能降低地形差异对于数据的影响。

（2）在选择目标地形时，需要选择没有分水岭且在山峰上。避免V型地形两峰的差异以及其他地貌对数据的影响。

3.2 高差影响分析

在对比站选择时，由于存在种种限制条件，导致对比站很难恰巧处于同一竖直面上，这就使得在分析的时候不能简单用各对比站数据进行分析，而是需要综合考量方向、地形倾向，综合前文所述几种关系，对数据进行处理和统计。

要在分析中引入数值修正概念，就要确定分析的基础。由于站与站不在竖直面上，因此可以看做站与站之间的连线与坡向存在一定角度差异。我们在分析对比站高差改正数的时候，需要考虑风向和站间坡向的关系。

通过3.1所描述的原则，对对比站进行筛选，并获取到相应站点的测量数据，进行上述处理。最终获得如表1所示的测量数据。

QQ截图20200430175905.jpg

表1 分析结果表

在对数据进行整理过程中发现，其中有多个负值，根据分析可以得知负值为偶然误差，不符合逻辑规律，因此删去。与此同时存在为0的改正值。此外的所有参数均为正改正值。为进一步分析这些改正值的的参考意义，特意对有效统计数进行了计算，并将各个改正值与有效统计数进行比值运算，最终得到符合度参数。根据这一原则，可以得知这样几个结论和规律：向坡风改正值存在0值、若干负值以及26个正值，其符合度为86%，在向坡风的规律上，平均增加100m，则风速增加0.66m/s；顺坡风中负值8个，0值4个，符合度83%，在顺坡风的规律上，每增加100米，风速增加0.55m/s；背坡风中仅存在一个0值，且其符合率100%，在背坡风的规律中，每增加100米，则风速增大0.66m/s；过渡带风存在6个负值，不存在0值，其符合率为86%，在过渡带风的规律上，每增加100米高度，风速增大0.55m/s。

以上则是针对各对比站数据进行综合处理后的结果。

3.3 结果理性分析

通过上述数据和归纳出的规律来看，可以初步认为：风速将随着动力条件的变化而变化。顺坡风作为典型的非规则地形运行状态，与过渡带风一样，会受到地形本身的各种影响，例如地面沟壑和突起的梁等等特殊地貌。这就使得这个过程中风收到的方向性干扰较大。因此这种情况下，高度对于风俗的影响就会变得比较小。从前文中该数据也能佐证过渡带风和顺坡风的这一特点，且过渡带风的符合率处于各符合率中间，而顺坡风符合率最低。而背坡风和顺坡风虽然在地貌特征上很像，但是由于顺坡风在运动过程中不断扩散和下沉，与原本的高差对对风速的积极影响进行了抵消，因此其风速在此段的衰减与迎风坡随高度增加而增加的风速变化值几乎一致，因此两者高差改正值近似。

通过上述对数据的反推分析，可以发现，风速在高差上的影响起始于地貌特征有极大关系。与此同时，各种地形和风向的关系对风速的影响也有些许差异。但总体规律是风速会随着高差的增加而增加，且符合率都在83%以上。这一点就直接证明在工程设计和勘探过程中，要考虑地形地貌和风的关系，就应当如本文所述进行风俗的高程改正研究和计算。

4 改正数实践

在对改正数进行计算时，首先需要对观测站高程进行计算，然后对待评估面高程进行计算。最后根据我们对数据的总结，选取一个以100米为高差度量区间的最大风速改正数对其进行修正。即可获得总改正数。

这里以一个实例对其进行分析验证。如图2所示场景。

QQ截图20200430175913.jpg

图2 某地形场景风类型图

这里选取NS方向堤坝的最大W向风风速计算作为样例。在计算点通常没有可直接用于获取数据的截面，因此需要借助高差对现有C站的数据进行修正，以获得目标截面的所需数据。从风类型图可看出，所要求的W向风实际上属于过渡带风。根据前文计算，过渡带风的平均年最大风速100米地形高差改正数应为0.55m/s。这里仅需再知道C站剧当前测量截面高差，即可估算出所需风速。

5 结语

本文对小地形下高度差对风速的影响进行了探析，使用实际数据进行了推论和验证，并以实际案例对目标断面风速利用高差改正数进行估算的方法进行了实践检验。事实证明差异存在且有利用规律，对于山地丘陵地区工程有参考意义。

个人拙见，仅供参考。

( 来源: 风电小志 )

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