1、1探究中小型水利工程设计风速取值问题摘要：本文通过对设计中常用的规范及参考资料进行研究，对水工计算中波浪计算进项了探讨。 关键词：水利工程；风速取值；波浪计算 中图分类号：TV 文献标识码： A 文章编号： 1水工建筑物荷载设计规范(DL5077-1997)规范中 14.1.3 条规定：“计算风速取值应遵循下列规定： l)当浪压力参与荷载的基本组合时，采用重现期为 50 年的年最大风速； 2)当浪压力参与荷载的特殊组合时，采用多年平均年最大风速。 ”在规范附录 G 波浪要素和爬高计算中指出：“年最大风速。系指水面上空10m 高度处 10min 平均风速的年最大值。陆地测站的风速，应参照有关资料
2、进行修正。 ” 本规范公式中风速值为计算风速与正文对应，并且针对陆地测站数据，规范指了出应参照有关资料修正，但如何修正、参照什么资料修正，规范却没有说明。 2混凝土重力坝设计规范(SL319-2005) 在规范附录 B 荷载计算公式中，该规范复制了(水工建筑物荷载设计规范的有关部分。 3堤防工程设计规范(GB50286-98) 2该规范在附录 C.1.1 条中“风速应采用水面以上 10m 高度处的自记10min 平均风速” 。C.1.4 条中“对河、湖堤防，设计波浪要素可采用风速推算方法，并按本附录第 C.1.3 条计算规定。设计波浪的计算风速可采用历年汛期最大风速平均值的 1.5 倍” 。但
3、该风速是气象台站实侧风速还是水面以上 10m 高度处的自记 10min 平均风速，全凭设计者自定。另外该规范在波浪计算公式中风速值解释为计算风速；在风塑水面高度公式中又解释为设计风速，按计算波浪的风速确定，让设计者不知如何确定。 4水闸设计规范(SL265-2001) 在规范附录 E 浪压力计算中，对莆田公式的符号解释里规定：“计算风速，当浪压力参与荷载的基本组合时，可采用当地气象台站提供的重现期为 50a 的年最大风速；当浪压力参与荷载的特殊组合时，可采用当地气象台站提供的多年平均年最大风速” 。可以说这是这几本规范中，对风速的计算应用值解释最明确、在设计中可操作性是最强的，将气象台站实测值
4、与计算风速值的关系交代得十分明确。 5土坝设计(1978 年) 该书在其第六章中对波浪计算的问题进行了阐述，在波浪高计算公式中常用库面风速(指库面上 10m 处风速)。库而风速往往比陆地气象站测得的风速大。可以用计入 K，及 K：两种参数的方法来确定可能增大的风速。K，为考虑气象台站隐蔽情况的影响系数；凡为考虑气象台站所在地的地形高低的影响系数。根据气象站所在地情况，查得 K1 及 K2 后，再根据其乘积由气象台站风速与库面风速的关系曲线查得修建水库后的3库面风速，见表 1，表 2。该书中没有提到风速仪高度修正问题。 表 1 考虑气象台站隐蔽情况的系数 K1 备注：1.气象台站风速仪距地面高度
5、在 10m 以上；2 水库宽度不小于500m 表 2 考虑气象台站所在地的地形商低的系数 K2 该手册第四卷土石坝，在第十七章主要设计标准和荷载计一算中，介绍了水面上空 10m 高度处最大风速(10min 的平均风速)确定步骤：l)我国气象台站的风速仪的高度一般为 10m.如某气象台站的风速仪的高度不是 10m 时，应将该台站测得的风速换算成离地面 10m 高处的风速。(公式及系数同前而介绍的碾压式土石坝设计规范)2)将陆地气象台站测得的离地面 10m 高处的风速换算成库面风速的步骤如下：考虑气象台站隐蔽情况的系数 K1；考虑气象台站所在地的地形高低的系数 K2；根据陆地气象台站测得的风速值和
6、 K1K2 的乘积值，查出库面风速值。(图表同前土坝设计)。该手册将风速仪高度修正和气象台情况修正一并提出。限于当时的计算手段及条件，修正系数都为查表查图，虽然数值都很具体，但查图读数仍有一定的人为性。该手册是现有资料中对有关问题介绍最全面的一本资料。 综上所述，除水闸设计规范将气象台站实测值与计算风速值的4关系交代得十分明确外，其余规范都引人了年最大风速的概念(堤防工程设计规范中也应是此概念)，在设计中建议采用水工建筑物荷载设计规范的解释：“系指水面上空 10m 高度处 10min 平均风速的年最大值” 。应按照水工手册第四册中提供的确定步骤，进行高度和气象台位置情况修正。再根据不同的运用条
7、件将其修正为计算风速，进行波浪计算。计算风速即为设计风速，建议将两个概念统一。堤防中可用风速推算方法计算波浪要素时，应视具体情况来定，对于江河泡塘的堤防，堤前水域宽阔，垂直于堤防方向水流速较小，也应参照上述方法进行计算，如果是堤距较窄的供、排水沟道堤防，由于有垂直于堤防方向水流速等问题的影响，应根据实际观测资料进行专门研究讨论，确定波浪问题。 7 计算实例 7.1 概况 计算实例选取浙江省临海市溪口水库。溪口水库为中型水库,等工程,主要建筑物级别为 3 级,设计洪水标准为 100 年一遇,校核洪水标准为5000 年一遇,大坝最大坝高 21.8m,坝型为粘土心墙坝。原设计风速值情况为:设计工况
8、24m/s,校核工况 16m/s。 7.2 设计风速计算 7.2.1 计算风速规定碾压式土石坝设计规范规定,1、2、3 级和3 级以下坝高大于 30m 的碾压式土石坝设计风速的取值应遵守:(1)正常运用条件下的 1、2 级坝采用多年平均年最大风速的 1.52 倍;(2)正常运用条件下的 3、4、5 级坝采用多年平均年最大风速的 1.5 倍;(3)非常运用5条件下的 15 级采用多年平均年最大风速。溪口水库大坝级别为 3 级,根据规范要求,设计工况设计风速取多年平均年最大风速的 1.5 倍,校核工况设计风速取多年平均年最大风速。 7.2.2 气象台站选择工程所在地及邻近地区的气象台站主要有椒江洪
9、家站,由建筑结构荷载规范图表中查得重现期 10 年一遇、50 年一遇、100 年一遇基本风压分别为 0.35kN/m2、0.55kN/m2、0.65kN/m2,测站地面高程 1.3m(56 黄海基准,下同)。 3.2.3 调整系数选值海岛屿风速调整系数、风振系数、体形系数根据实际情况取 1.0。(1)风速地形调整系数库区按山间盆地、谷地闭塞地形考虑,地形风速调整系数取 0.87。(2)高度调整系数工程所在地地形(水面)粗糙度类别为 A 类,设计工况的水面高程 26.12m,风速高度调整系数取1.13。 7.2.4 计算成果经计算,设计工况下,洪家站设计风速为 25.5m/s;校核工况下,洪家站
10、设计风速为 17.0m/s。溪口水库原设计风速值设计工况24m/s,校核工况 16m/s,本次验算成果与原设计基本一致。 8 结束语 国标建筑结构荷载规范适用于各行各业,水利水电行业标准水工建筑物荷载设计规范也规定采用国标建筑结构荷载规范的风压、风速有关公式和图、表,能满足工程设计要求。本次计算风速的公式根据上述规范的公式和图、表推算出来的,经验算成果较合理,能满足水库、堤坝波浪爬高所需的设计风速的确定。如工程所在地及邻近地区列入国标建筑结构荷载规范的气象台站较少,计算成果与实际可能存在一定6的误差,最科学的方案建议还是根据历年实测风速值经过分析计取。 参考文献： 1中华人民共和国建设部.GB50009-2001 建筑结构荷载规范S.北京:中国建筑工业出版社,2002. 2中华人民共和国电力工业部.DL5077-1997 水工建筑物荷载设计规范S.北京:中国电力出版社,1997. 3中华人民共和国水利部.SL274-2001 碾压式土石坝设计规范S.北京:中国水利水电出版社,2002. 4谢运华糯扎渡送出工程设计风速取值分析J电力勘测设计，2011，(3) 5朱瑞兆风压计算的研究M北京：科学出版社，1976
