向陽　劉樹潔

摘要：我國西南高山峽谷地區(qū)風(fēng)能水能資源豐富，水電工程建設(shè)會改變庫區(qū)地貌，從而間接影響區(qū)域內(nèi)風(fēng)資源分布情況。利用MeteodynWT軟件對西南某水電站庫區(qū)移民安置點(diǎn)附近風(fēng)速進(jìn)行模擬計算，以分析水電站蓄水以及移民安置點(diǎn)旁石料場開采對移民安置點(diǎn)風(fēng)況的影響。計算結(jié)果顯示，水庫蓄水會增加移民安置點(diǎn)位置的風(fēng)速，增加山谷風(fēng)速，并減小山谷位置的風(fēng)速梯度，減小山脊位置的風(fēng)速，石料場開采對移民安置點(diǎn)風(fēng)速變化影響不大。

關(guān)鍵詞：MeteodynWT;地形;風(fēng)速;移民安置點(diǎn)

1項目背景

西南地區(qū)某水電站庫區(qū)移民安置點(diǎn)，位于大壩上游約30km處，高程855m～890m，面積約510畝，布置于河道右岸。水庫設(shè)計淹沒水位825m。由于項目位于西南高山峽谷地區(qū)，距離主城鎮(zhèn)較遠(yuǎn)，交通運(yùn)輸不便，為滿足移民安置點(diǎn)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)和房屋工程建設(shè)需求，需要就近使用石料加工生產(chǎn)人工砂石骨料。規(guī)劃石料場位于移民安置點(diǎn)西北側(cè)530m，規(guī)劃料場面積250畝，開采高程930m～830m。由于石料場位于主河道和移民安置點(diǎn)之間，石料場開采后山頭高程降低較大，地貌變化明顯，安置點(diǎn)風(fēng)速可能會增加，從而影響安置點(diǎn)居住條件[1]。因此需要分析計算水電站蓄水以及石料場開采對移民安置點(diǎn)風(fēng)速的影響情況。移民安置點(diǎn)和石料場平面示意圖見圖1。

2模擬計算

2.1軟件介紹

本次計算使用的MeteodynWT軟件是法國政府環(huán)境與能源署支持開發(fā)的，基于流體力學(xué)計算的風(fēng)資源評估及微觀選址軟件，是國內(nèi)外風(fēng)電專業(yè)用于進(jìn)行風(fēng)能，風(fēng)資源評估的常用軟件之一[2]。

模擬過程需要在計算區(qū)域內(nèi)設(shè)立測風(fēng)塔，收集至少一整年的風(fēng)向、風(fēng)速等數(shù)據(jù)，結(jié)合輸入的地形及粗糙度數(shù)據(jù)，模擬計算整個區(qū)域內(nèi)的風(fēng)向、風(fēng)速、風(fēng)能分布情況，為風(fēng)電場風(fēng)能資源評估，風(fēng)機(jī)布置與優(yōu)化，發(fā)電量評估等提供數(shù)據(jù)支持。

2.2計算方法

由于項目所在地位于西南山區(qū)，風(fēng)能資源豐富，在移民安置點(diǎn)西北側(cè)8.5km處有一座測風(fēng)塔，測風(fēng)塔測風(fēng)高度80m，海拔高度為2190m。選取2014年一個完整年作為測風(fēng)年，統(tǒng)計風(fēng)資源各項參數(shù)后，可得該塔80m高度測風(fēng)年平均風(fēng)速5.24m/s，主導(dǎo)風(fēng)向為NE，風(fēng)向玫瑰圖見圖2。

根據(jù)國內(nèi)外研究資料顯示，山區(qū)地形下，起伏地貌和水位高程會對山谷與山脊位置風(fēng)速、風(fēng)能分布造成影響[3，4，5]。

本項目區(qū)域主要地貌為高山峽谷，地形較復(fù)雜，采用在國內(nèi)外廣泛使用的MeteodynWT風(fēng)能計算軟件模擬區(qū)域風(fēng)速及風(fēng)向分部情況。計算時采用該區(qū)域1：10000數(shù)字化地形圖建模。分析區(qū)域選擇為包含測風(fēng)塔與移民安置點(diǎn)的矩形區(qū)域，矩形區(qū)域邊長8km，計算區(qū)域選擇為分析區(qū)域外擴(kuò)4km，以消除計算邊界位置的計算誤差。計算區(qū)域、分析區(qū)域劃分以及測風(fēng)塔位置示意圖見圖3。通過調(diào)整不同高程地形的粗糙度來實(shí)現(xiàn)水庫蓄水高程變化。

2.3工況設(shè)定

根據(jù)水庫工程和移民安置點(diǎn)建設(shè)順序，設(shè)定三個計算工況，分別為：工況一，庫區(qū)淹沒前，礦區(qū)開挖前;工況二，庫區(qū)淹沒后，礦區(qū)開挖前;工況三，庫區(qū)淹沒后，礦區(qū)開挖后。

對比工況一和工況二即可得出水庫蓄水前后，由于水位上升對移民安置點(diǎn)位置風(fēng)速的影響，對比工況二和工況三即可得出水庫蓄水后，石料場開挖導(dǎo)致山頭高程減小對移民安置點(diǎn)風(fēng)速的影響。

選取石料場山頭位置和庫區(qū)移民安置點(diǎn)中心位置作為特征點(diǎn)位，對不同工況特征點(diǎn)位風(fēng)速進(jìn)行對比。

3計算結(jié)果

3.1風(fēng)速圖譜

經(jīng)過輸入測風(fēng)塔數(shù)據(jù)和地形數(shù)據(jù)后，MeteodynWT軟件計算出該區(qū)域的風(fēng)速圖譜結(jié)果如圖4。

通過風(fēng)速圖譜可以看出，隨著水庫蓄水，山谷間水位上升，水面高程風(fēng)速增加，山谷間風(fēng)速增加，且梯度更加平緩，風(fēng)速分布更加均勻，山脊風(fēng)速減小。

3.2風(fēng)速計算結(jié)果

讀取特征點(diǎn)風(fēng)速數(shù)據(jù)后，整理計算結(jié)果后匯總為下表：

通過對比風(fēng)速計算結(jié)果可知，水庫蓄水對庫區(qū)風(fēng)速影響較大，當(dāng)水位淹沒至825m設(shè)計高程后，石料場及移民安置點(diǎn)風(fēng)速均有增大趨勢，石料場所在山頭風(fēng)速從2.7～3.4m/s增加至32～3.4m/s，平均增幅8.2%;移民安置點(diǎn)中心風(fēng)速從2.3～2.7m/s增加至26～3.0m/s，平均增幅12.0%。石料場開采對移民安置點(diǎn)風(fēng)速影響較小，水庫淹沒至825m設(shè)計高程后，石料場開挖前后，采石場山頭所在位置風(fēng)速減小12.1%，移民安置點(diǎn)風(fēng)速基本沒變。

4結(jié)論

（1）項目所在地位屬于于高山峽谷地貌，山谷風(fēng)受水位影響較大，水面高程風(fēng)速增加，山谷間風(fēng)速增加，且梯度更加平緩，風(fēng)速分布更加均勻，山脊風(fēng)速減小;

（2）由于移民安置點(diǎn)和石料場均位于水庫淹沒線附近，水庫蓄水后移民安置點(diǎn)和石料場風(fēng)速均有增加;

（3）由于移民安置點(diǎn)位于石料場東南側(cè)，而該地區(qū)主導(dǎo)風(fēng)向為NE，石料場山頭高度對移民安置點(diǎn)不造成影響;

（4）石料場開挖后，石料場山頭所在位置風(fēng)速因山頂高程降低而減小，且終采后風(fēng)速與移民安置點(diǎn)風(fēng)速基本一致。

參考文獻(xiàn)：

[1]趙鈺湲，謝勤.云南省山區(qū)地形移民安置點(diǎn)場地規(guī)劃設(shè)計要素分析[J].云南水力發(fā)電，2019，35（03）：3-4.

[2]劉東生，余波，崔軍玲，廖翔，張術(shù)彬.基于MeteodynWT的河谷地帶風(fēng)電場微觀選址[J].人民長江，2017，48（S1）：190-192.

[3]陳平.地形對山地丘陵風(fēng)場影響的數(shù)值研究[D].浙江大學(xué)，2007.

[4]楊瑞，王強(qiáng)，王小麗，張志勇.起伏地形對風(fēng)場風(fēng)速的影響[J].蘭州理工大學(xué)學(xué)報，2017，43（03）：61-67.

[5]A.D.Griffiths，J.H.Middleton.Simulationsofseparatedflowovertwo-dimensionalhills[J].JournalofWindEngineering&IndustrialAerodynamics，2009，98（3）.