港口风速仪区域使用情况分析

张建国

（天津港欧亚国际集装箱码头有限公司，天津 300461）

0 引言

近年来，随着我国沿海城市开放程度的加大，对港口的开发力度也越来越大。因为港口是我国出口贸易的主要通道，但是同时由于大风导致许多港口的楼房、设备以及相关设施经常发生意外事故，这样不仅给当地的经济带来了较大损失，严重时甚至带来人身安全问题，所以对于港口不同位置的风速进行提前测定并找到其规律已经成为相关部门考虑的重点问题[1]。同时，国家也在这方面出台了相关的港口防风规定，对于港口的具体风速安全等级作出了详细报告分析[2]。

1 风速仪的应用与原理

风速仪可以应用在很多领域，广泛用于港口、高楼以及容易出现台风的海边，为当地企业带来一定的经济收入，同时随着风速仪的发展，现在的风速仪不只是能对风速进行测定，而且还能对风温以及风向进行及时的测定[3]。在每一个季节以及当测量的具体位置发生变化时，均会导致风速和风向的变化，所以在不的位置俩研究风力的大小，更有利于人们提前去做好相关措施。当前市场中，风速仪的形状是多种多样的，但是基本上是箭的形状，这样在进行风速测定的时候，风速仪转向标会随着入大风而转动[4]。风速仪主要由传感器和测量仪两部分组成，传感器大部分是热球传感器，测量风速全靠传感器上部的一个玻璃球，因为在玻璃球的内部有镍铬丝线圈以及两个相互串连的热电偶，同时存在磷铜质，将它与热电偶的冷端进行相互连接[5]。最后在将此直接与空气进行互通，如果有电流存在于热线圈中的时候，玻璃球的温度会产生一定变化，而温度的变化与空气的流速有关，流速大的时候温度则更低[6]。

根据热平衡原理，风速仪也可以分为恒温风速仪与恒流风速仪两大类。恒温风速仪具有很小的热滞后反应，反应非常快，因为它的频率响应非常宽，所以能够进行大范围的测定[7]。目前，恒温风速仪在现在市场中已经占据了重要地位，其应用范围比恒流风速仪更广。

2 平均风速、瞬时风速、风力等级和风压的概念及对应关系

一般来说，平均风速是在几分钟内对一个位置的风速进行多次测定然后最后取的平均值，一般规定是10 min。而瞬时风速是指在几秒内的风速测定值。最大风速则是表示与测量平均值相差最大的风速值，同时还有极大风速，它表示瞬时风速最大值。

为了更好的区分风的大小，国家将风按等级进行分类，不同等级的风大小不同[8]。

风压是表示风吹打在某个物体上时，在上面形成的压强大小，它直接体现了风对物体造成的伤害大小。风压P 与风速v 的函数关系可以表示为[9]：

式中 P——具体的风压，N/m2

v——具体的风速，m/s

3 风速情况统计

随着目前对风速数据准确性的相关要求，对风速区域性情况进行数据统计：欧亚、五洲和煤码头风速监测位置3 个点位间隔为2.5 km 左右，这3 个监测点覆盖区域5 km；数据选取近1～3 个月的业务楼顶风速进行对比。

3.1 欧亚风速数据统计

对风速仪的数据进行了近3 个月的数据采集，业务楼顶风速最大26.68 m/s。对岸桥每天的最大风速和业务楼顶的最大风速进行比对，楼顶每天最大风力与岸桥最大风力平均差值为1.04 m/s（表1）。

表1 欧亚岸桥和业务楼顶每天的最大风速

由表1 可以发现，楼顶最大风力与岸桥最大风力平均差值发生在6 月2 日，在大多数情况下欧亚岸桥的风速都是要大于欧亚楼顶的风速，且两处的风速基本都在20 m/s 以下。

绘制了两处的风速曲线，并进行了对比。从图1 可以看出，总体风速趋势基本相同，但是对于最大风速，岸桥上面的风速总是大于楼顶的风速的。而且，相对于楼顶的最大风速，岸桥的最大风速总是有一定的延迟，这时因为两地所处的位置不一样，风速先经过欧亚楼顶以后才经过岸桥，所以岸桥的风速更大。另外，通过谷歌地图对两地的距离进行测量，两地相距约1.27 km（图2）。

3.2 五洲风速数据统计

五洲业务楼顶的近一个月风速如图3 所示：风速最大为31.1 m/s，发生在9 月初的前几天；最小风速为4 m/s，且在8 月份的风速相对比较平稳，变化不大，最大风速仅仅为20 m/s；而在9 月，风速的变化相差比较大，毫无规律可言。

3.3 煤码头风速数据统计

煤码头业务楼顶近3 个月风速如图4 所示：楼顶风速最大17.4 m/s，发生在6 月初；最小风速为4.6 m/s，发生在8 月的最后几天，且煤码头的总体风速变化非常大；在6～9 月，风速大小错综复杂，不过最大风速基本上发生在月初。

图1 欧亚岸桥和业务楼顶的风速曲线

图2 欧亚岸桥和业务楼顶的距离

图3 五洲业务楼顶近一个月的风速曲线

图4 煤码头业务楼顶近3 个月的风速曲线

3.4 3 个公司的风速数据统计分析

对3 个公司所处位置3 个月以来的风速大小进行对比可以发现，尽管它们的最大风速情况不一样，在前一个多月，欧亚岸桥的风速基本是最大的，而在后一个多月五洲楼顶的风速最大值却远远的大于其他3 处的风速，但是对于同一天4个地方的风速大小来看，它们出现风速峰值的大小趋势基本一致（图5）。

图5 3 个公司的风速曲线汇总

对图5 中风速变化大的区域做进一步分析，6 月5—13 日的风速变化较小。所以，专门绘制了针对此变化区域的风速和风向图（图6）。

通过上图的对比可看出，欧亚楼顶的风速基本上大于煤码头楼顶的，且煤码头楼顶的风速变化范围差在2 m/s 以内。但是欧亚楼顶与煤码头两处的风向是混乱的，未能找到明显的风速。在8 月29 日—9 月16 日这段时间内，风速值区别较大，因此对这段时间的风向、风速进行了对比（图7）。

通过图7 可以看出，五洲楼顶在这半个月内风速出现过3次大于30 m/s，且欧亚楼顶的风速与煤码头楼顶的风速大小基本一致，保持在约10 m/s。对比3 个位置的风向可以看出明显的规律，同一天出现的风向是相同的。

图6 6 月5—13 日的风速和风向

图7 8 月29 日—9 月16 日的风速和风向

为观察港区内的风速的区域特性，通过持续一段时间的跟进，选取两个相邻的码头（欧亚和联盟）自2019 年10 月—2020年4 月对每日瞬时最大风速数据进行了对比（图8）。

通过图8 可以知道，10 月份到11 月份两个月之间，欧亚楼顶和联盟楼顶每天的最大瞬时风速数据是一样的，它们的曲线基本重合，且最大瞬时风速发生在11 月份，数值为25 m/s。

图9 为2020 年1—4 月的欧亚和联盟的数据对比情况。通过图9 可以看出，1—4 月的最大瞬时风速与10—11 月的情况基本一致。最大瞬时风速发生在3 月（最大值为30 m/s），两个码头的瞬时大风整体趋势基本相同。

图8 2019 年10—11 月每日瞬时最大风速数据

图9 2020 年1—4 月欧亚和联盟的每日瞬时最大风速数据

总体来说，每个地方的风速与风速仪所处的大方有关，也与季节有很大关系，通过相关卫星图片可知3 个码头的总距离为4.96 km：煤码头和五洲直线距离2.64 km，五洲和欧亚距离2.32 km（图10）。

图10 3 个码头的位置与距离

4 总结

随着港口的高楼以及施工设备与日俱增，如果不对港口周围的环境进行风速以及风向的预测，就很容易造成较大的损失。针对这种情况，本文使用风速仪对某港口的3 个不同位置的风速与风向情况进行了分析。根据风速数据的对比可以看出，同一天出现的风速峰值在3 个地方基本是一致的，但是部分大风情况下五洲的风速值会高于欧亚和煤码头，因为五洲码头处于欧亚与煤码头中间，相近的码头的瞬时最大风速基本一致。同时通过欧亚楼顶与岸桥的分析，发现建筑物的本身高度也对风速有一定的影响，阵风发生的区域性、高度等综合因素对于风速数据有不同程度的影响。本文对类似港口的风速分析具有一定参考性。