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1、中小型水利工程设计风速取值探讨【摘要】作为水利工程波浪爬高的一项重要计算参数，风速可通过设置专门的观测点进行収 值。在中小型的水利工程中，由于缺乏具体的观测点，因而大多采取类似工程或根据经验取 值的方法。但此类取值方法未能对具体的匸程提点进行充分考虑，且不具备充分的规范依据, 因而在参数取值方而存在随意性。本文以浙江台州市为研究对象，对工程设计的风速取值进 行了推导，结果各项参数均符合规定要求，与经验取值相比，更具合理性，可满足工程设计 需求。【关键词】中小型水利工程；设计风速取值；风压值1. 提出问题在水利工程设计过程中，风速取值的规范操作便是在现场设置相关观测站，通过设备 対多年最大平均风
2、速进行测量，再根据有关要求将相应设计的频率计算出來。例如我国制 定并执行的碾压式土石坝的设计规范及其他水利工程专业的设计规范，均对风速帝根据 多年平均最人风速的一定倍数进行取值作出了明确规定。碾压式土石坝的设计规范中， 指出设计风速的具体值如下:在正常运用的条件下，1,2级坝为多年平均年最人风速的1.5 倍值至2倍值，3,4,5级坝为多年平均年最大风速的1.5倍值；而在非正常的运用条件下， 1级至5级坝应采用多年平均年的最大风速值。因此，设计风速的计算基础即为多年平均年 的最大风速。对于中小型水利工程而言，由于其缺乏先进的专业技术及充足的设备投入，因而在实 际操作方面存在一定的困难。当前，中小
3、型水利工程在设计风速取值时，多采用经验数值 的方法，由于未能对工程特点进行充分考虑，因而参数值可能不符合实际情况，需要进行慎 重对待。2. 研究思路在我国制定的有关建筑物荷载的设计规范中，均对风速提出了明确的规定与要求，并 给出了部分基站在无观测点时相对应频率的风压值，以及风速与风压之间的转换关系，并对 工程和对应的修正因子作出了规定。根据这一思路，并以规范要求范围为标准，对设计风速 值进行确定。2.1标准站点的风压与风速间的转换在国家制度的建筑结构荷载的标准规范中，指出了台州市四个具体台站及和邻地区两个 站台的10年、50年以及100年一遇的风压值。我们可以根据建筑结构荷载规范中的相 关公式
4、及条件，将各站台和对应的风速值计算出来。各台站的风压值及计算出的风速值情况 具体如表1所示。表1 各台站风压值及风速值情况站名海拔高度风压值（kN/n?）风速值（m/s）(m)10年50年100年10年50年100年临海市括苍山1383. 20. 600. 901.0530. 9837. 9540. 99椒江洪家1.40. 350. 550. 6523. 6629. 6632. 25椒江下大陈86.20. 901.401.6537. 9547. 3351.38玉环坎门95.80. 701.201.4533.4743. 824& 17睬州市104.40.250. 400. 5020. 0025.
5、3028. 28温州市6. 10. 350. 600. 7023. 6630. 9833. 472. 2求解参数在知道对应台站及频率风速值的基础上，需对站点多年平均年的最大风速进行求解，再 按照要求将设计风速求出。在建筑结构荷载规范中，指出了风速频率年最大值需采川 极值1型概率进行分布，分布函数如下：在式中，U指的是分布的位置参数，1则为分布的尺寸参数。其中，分布参数与标准 差。、均值可根据下列公式进行确定：1.282 55a =0. 577 22U = u a此外，平均重现期为R的最大风速心则可下列公式进行计算:-丄In Dn(a针对基本站点，我们己经知道其10年、50年、100年平均重现期
6、最人风速，则可根据 、式将未知参数求出，其中，求出的均值U便是站点多年平均年的最大风速值。具 体计算结果见表2。表2 各台站的计算结果會站名现期分布吸效 的尺度敢a分命吸敢的位*r均(ft#/ (m *1 )100 一遇30 aiB10 -遇风压/(kN m2)风速/()风圧/ (kN E风速/2) (m - a*1)风压/(kN m*2)风連/10-1000. 234821.39605.463123.8547LOS40.990.9037.950.6030.98ft江淡底10 - 1000.273615.43554.688117.54540.6$32.250.5529.660.3523.66儆
7、江陈10 1000.175025.09157.329628.3903L6S51.381.4047.330.9037.95玉歼县坎门10-1000.159919.39558.022823.00621.454& 171.2043.820.7033.47練州市10 - 1000. 283812.07234.518914.10610.5028.280.4025.300.2520.00淤州市10-1000.239614.26745.354016.67700.7033.470.6030.980.3523.662. 3系数修正分析上述计算结果，可知基本站点的多年平均年的最大风速参数值，然而在建筑结构 荷载规
8、范中，其规定工程的具体区域应在此棊础上根据实际所处高度及地形等进行修正。其一，地形的调整系数。当地形条件为与人风方向一致的山口、谷其风压值为邻近 地区基木风压乘以(0. 750. 85),风速值为邻近地区基木风速乘以(0. 870. 92)；当为山间 谷地、盆地等闭塞地形时，其风压值为邻近地区基木风压乘以(1.201.50),风速值为邻近 地区基本风速乘以(1. 101.23)。其二，高度修正系数。针对较为平坦的地形，其风压与风速的高度变化系数应以地血的 粗糙度的类别进行确定，具体见表3。表3高度修正公式情况粗糙度风压沿高度变化系数风速沿高度变化系数A类4 儿=1.379 () 0 2410v
9、r=京0. 12类B 儿=1.()()()(佥)皿=京0. 16C类C=1.616(令 z=(Z)100. 22类1)=1. 318()0-6010=(Z)1()0. 30在表3 Z指的是高度，A类指的是近海海面以及海岸、海岛、沙漠等地；B类指乡 村、从林，以及房屋稀少的乡镇；C类指的是建筑群密集的城市地区；D类则是指建筑群密 集且房屋较高的城市地区。在我国制定的有关水工建筑物的设计规范中，就明确规定位于水 闸、大坝等地的建筑物顶部结构，应采用A类风压高度变化系数，其三，海岛的调整系数。当缺乏相应的实测资料时，海岛基本风压的取值即为陆地基木 风压乘以表4中调整系数。表4海岛的调整系数与海岸间的
10、距离风速调整系数风压调整系数小于401.01.040 至 601.00-1.051.0-1. 160 至 1001.05-1. 101. 1-1.2通过采取上述三步骤，可将工程对应多年平均年的最人风速值求出，在根据专业的设计 要求，即可在相应参数范围内进行设计风速取值。2. 4频率的直接计算方案在碾压式土石坝设计规范中，缺乏有关设计频率的概念。然而在实际设计过程中， 对频率及风速均有所要求。根据表1可得知各站点10年、50年及100年对应频率的风速值, 那么就可将其他对应频率的风速值求出，再通过修正相应数值便可得出具体工程的要求值。 在有关建筑结构的荷载规范中，就对在已知部分重现期风压的条件下
11、，其他重现期R的值进 行明确规定。有关计算公式如下：xr = xio + (xio()- 咒 10)(- 1)在式小，R为吏现期，xr为所求重现期的风压值，X】。为10年一遇的风压，Xu为100 年一遇的风压。据此町以将对应频率数值简单计算出來，再修正具体数值便可得到相应工程的设计风速 值。经计算，各站点20年一遇的风压具体如表5所示。表5各个站台20年一遇的风速值与风压值站名海拔高度5)风速值(m/s)风压值(kN/m2)临海市括苍山1383.234. 300. 74椒江洪家104.426. 540. 44椒江下大陈86.242.441. 13玉环坎门95.838. 490. 93嗦州市1.
12、4.422.810. 33温州市6. 126. 990. 46现在，我们以括苍山站为研究对象，考虑到频率的设计理念，对括苍山站20年一遇的 风速值，在影响区域内的冇关工程对修正系数进行适当考虑便可将设计风速求出，也即V设 计二修正系数X34.3。但是，根据有关专业规范的具体规定可得知，工程设计风速值应当为V 设计二23.85X修正系数X对应参数。经対比发现，两组计算方法中，得出的设计风速值的差别 本质上为对应参数存在的差别，此时只有对应参数为1.44时，方能确保二者相等。而在碾 压式土石坝的设计规范中，明确规定了不同频率对应的风速值为定值，与建筑结构荷载 规范中的频率设计理念存在出入。但由于规
13、范已得到实践检验，具备一定的应用价值，因 而我们可以结合考虑使用。3. 结语本文中使用的方法由于基本站点比较少，因而的到的风值不可避免与实际存在一定的谋 差，但对于缺乏具体参数的一般水利工程来说，耍比根据有关规范推导出的参数更为精确。 需要注意的是，本文中的方法仅作为一般工程的设计取值，当条件允许时，应尽可能采取现 场设计观测站点对风速值直接读取的方法。通过频率法将对应频率设计风速值肓接计算出的方式，充分体现了设计频率不同的数值 存在差异，在实际设计小具有更高的准确性。因此，建议采用频率法将设计风速值求出，同 时还nJ将水工的专业规范规定范围作为适当校核，并注意对比不同站点对于工程的适用程 度，从而充分确保数值的准确度.【参考文献】1李童生.中小型水利工程设计中存在的问题及其对策探索J水利科技与经 济,2014, 23(07): 88-89.朱英杰，张志荣，刘林松.中小型水利工程设计风速取值探讨J.人民长 江,2012,43(05):36-38.
