某水電站蓄水及石料場開采對移民安置點風況影響分析

向陽　劉樹潔

摘要：我國西南高山峽谷地區風能水能資源豐富，水電工程建設會改變庫區地貌，從而間接影響區域內風資源分布情況。利用MeteodynWT軟件對西南某水電站庫區移民安置點附近風速進行模擬計算，以分析水電站蓄水以及移民安置點旁石料場開采對移民安置點風況的影響。計算結果顯示，水庫蓄水會增加移民安置點位置的風速，增加山谷風速，并減小山谷位置的風速梯度，減小山脊位置的風速，石料場開采對移民安置點風速變化影響不大。

關鍵詞：MeteodynWT;地形;風速;移民安置點

1項目背景

西南地區某水電站庫區移民安置點，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。水庫設計淹沒水位825m。由于項目位于西南高山峽谷地區，距離主城鎮較遠，交通運輸不便，為滿足移民安置點基礎設施建設和房屋工程建設需求，需要就近使用石料加工生產人工砂石骨料。規劃石料場位于移民安置點西北側530m，規劃料場面積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，安置點風速可能會增加，從而影響安置點居住條件[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風速的影響情況。移民安置點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軟件是法國政府環境與能源署支持開發的，基于流體力學計算的風資源評估及微觀選址軟件，是國內外風電專業用于進行風能，風資源評估的常用軟件之一[2]。

模擬過程需要在計算區域內設立測風塔，收集至少一整年的風向、風速等數據，結合輸入的地形及粗糙度數據，模擬計算整個區域內的風向、風速、風能分布情況，為風電場風能資源評估，風機布置與優化，發電量評估等提供數據支持。

2.2計算方法

由于項目所在地位于西南山區，風能資源豐富，在移民安置點西北側8.5km處有一座測風塔，測風塔測風高度80m，海拔高度為2190m。選取2014年一個完整年作為測風年，統計風資源各項參數后，可得該塔80m高度測風年平均風速5.24m/s，主導風向為NE，風向玫瑰圖見圖2。

根據國內外研究資料顯示，山區地形下，起伏地貌和水位高程會對山谷與山脊位置風速、風能分布造成影響[3，4，5]。

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

2.3工況設定

根據水庫工程和移民安置點建設順序，設定三個計算工況，分別為：工況一，庫區淹沒前，礦區開挖前;工況二，庫區淹沒后，礦區開挖前;工況三，庫區淹沒后，礦區開挖后。

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位置風速的影響，對比工況二和工況三即可得出水庫蓄水后，石料場開挖導致山頭高程減小對移民安置點風速的影響。

選取石料場山頭位置和庫區移民安置點中心位置作為特征點位，對不同工況特征點位風速進行對比。

3計算結果

3.1風速圖譜

經過輸入測風塔數據和地形數據后，MeteodynWT軟件計算出該區域的風速圖譜結果如圖4。

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

3.2風速計算結果

讀取特征點風速數據后，整理計算結果后匯總為下表：

通過對比風速計算結果可知，水庫蓄水對庫區風速影響較大，當水位淹沒至825m設計高程后，石料場及移民安置點風速均有增大趨勢，石料場所在山頭風速從2.7～3.4m/s增加至32～3.4m/s，平均增幅8.2%;移民安置點中心風速從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風速影響較小，水庫淹沒至825m設計高程后，石料場開挖前后，采石場山頭所在位置風速減小12.1%，移民安置點風速基本沒變。

4結論

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

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

（3）由于移民安置點位于石料場東南側，而該地區主導風向為NE，石料場山頭高度對移民安置點不造成影響;

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

參考文獻：

[1]趙鈺湲，謝勤.云南省山區地形移民安置點場地規劃設計要素分析[J].云南水力發電，2019，35（03）：3-4.

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

[3]陳平.地形對山地丘陵風場影響的數值研究[D].浙江大學，2007.

[4]楊瑞，王強，王小麗，張志勇.起伏地形對風場風速的影響[J].蘭州理工大學學報，2017，43（03）：61-67.

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