[發明專利]獨立山丘地形風速修正系數計算方法

有效

• 申請號: 201810327851.5
• 申請日: 2018-04-12
• 公開（公告）號: CN108595801B
• 公開（公告）日: 2022-03-18
• 發明（設計）人: 趙永勝;胡昌盛;劉德平;曾渠豐;饒貞祥;丁杰華;陳全勇;張文杰;王瑋瑋;邵太華;黃傳華;桂紅華;劉志進;田文文;員江斌
• 申請（專利權）人: 中國電力工程顧問集團中南電力設計院有限公司
• 主分類號: G06F30/20
• 分類號: G06F30/20;G06F111/10
• 代理公司: 武漢開元知識產權代理有限公司 42104
• 代理人: 陳家安

本發明提供了一種獨立山丘地形風速修正系數計算方法，其特征在于包括以下步驟：第一步，測量山體全高H，單位為m；第二步，測量迎風坡山體坡度α，單位為角度；第三步，測量迎風坡建筑物位置地表海拔高度z，單位為m；第四步，將山體高度、山體坡度和建筑物位置地表海拔高度代入公式，計算得出風度修正系數。本發明的目的就是針對現有技術中直接取修正系數為1的計算方式，提供一種獨立山丘地形迎風坡風速修正系數計算方法，彌補了現有規范的不足，提高了山丘地形的計算精度。

技術領域

本發明涉及山地風研究技術領域，具體涉及一種獨立山丘地形迎風坡風速修正系數計算方法。

背景技術

自然界的各類微地形中，獨立山丘、抬升、埡口、峽谷等地形都會對風速產生較大的影響。國內外學者對山地風加速效應在觀測、理論分析和數值模擬計算方面都做了很多研究和探討，也取得了很多有意義的成果。

在現實自然風環境下進行測風觀測實驗是進行山地風研究最直接有效的方法。在20世紀80年代，國外進行了若干現場測風實驗，主要有黑山實驗，Blashaval Hill實驗，Askervein Hill實驗，Kettles Hill和Hjardemal實驗。在這些觀測實驗中，AskerveinHill實驗是最為知名和被引用最廣泛的一個例子。為了驗證數值模式對復雜地形風的模擬結果，丹麥國家實驗室丹麥技術大學(DTU)和維斯塔斯技術研發中心(VestasTechnology RD)聯合于2007年底至2008年初在丹麥的Bolund半島上進行了一個現場測風實驗，研究結果表明Bolund半島坡頂處風速修正系數約為1.3，CFD軟件對該地區風場模擬結果與實際觀測基本一致。

為了能更好地在實際工程應用中估算地形對風速的影響，一些學者在實際觀測和風洞試驗的基礎上進一步提出了計算山地風速的模型公式。Jason和Hunt最先通過解析方法提出了光滑山體加速效應的理論計算方法。Mason和Sykes在Jason和Hunt的理論基礎上將其計算方法推廣到了三維山體。Taylor等推出了通過計算不同山體最大風速修正系數從而進一步計算離地面不同高度處風速修正系數的模型，稱為“original guidelines”，隨后Wensong Weng又對“original guidelines”模型作了進一步的改善，改善后的模型稱為“MSFD”模型[12]。我國部分科研機構也就地形對風速的影響進行了一些很有意義的研究。華北電力設計院和中國氣象科學研究院合作采用Taylor和Lee的Guide模型，進行了平地與高山風速轉換。中南電力設計院1991年與國家氣象中心氣候應用室對“南方高山-平地氣象條件關系”進行了研究，考慮不同地形和地表粗糙度對山頂風速的影響，并針對實際工作中資料的選取情況，對模式進行了改進，也取得了不錯的效果。

由于進行現場測風需要耗費巨大的人力物力，且受自然環境等諸多因素影響，而數值模擬能將實際下墊面的空氣運動進行定量化研究。上世紀70年代Anthes和Warner建立了適合于討論空氣污染等中尺度天氣問題的數值模式，Machrer和Pielke建立了復雜地形上的氣象模擬模式，這類三維中尺度模式包含的物理過程多，對初始資料及計算機條件要求高，主要用于理論研究。中尺度大氣數值模式在上世紀80年代已有相當發展，進入90年代，一些中尺度大氣數值模式和模擬系統已發展的相當先進，并在世界范圍廣為使用。在氣象領域，對風速的數值模擬分析多采用中尺度模式，如MM5、WRF等。近年來，計算流體力學(Computational Fluid Dynamics，CFD)類的模式在國際科學研究中得到了廣泛應用，尤其在風工程計算方面。國內李磊等人通過CFD軟件Fluent，選取北京地區佛爺頂地面觀測站的周邊區域進行了數值模擬試驗，通過與觀測資料的對比，探討Fluent用于復雜地形風場模擬的可行性和準確性。

根據《建筑結構荷載規范》(GB 50009-2012)第8.2.2條規定提出了獨立山丘山坡頂點風速修正系數計算公式，迎風坡山腳和背風坡山腳風速修正系數均為1，坡面上的風速修正系數由山頂與山腳系數線性插值方法計算。但根據現場實測、風洞試驗和數值模擬三種方法研究表明，背風側風速修正系數小于1，與規范不一致。

發明內容