近年兰新线和南疆线主要风区大风特征研究.pdf

2023 年 7 月（总第 441 期）53研究与交流STUDY AND COMMUNICATIONS第 51 卷Vol.51第 7 期No.7铁 道 技 术 监 督RAILWAY QUALITY CONTROL收稿日期：2022-11-04作者简介：史永革，正高级工程师；刘斌，高级工程师；韩诚，工程师；李奕超，高级工程师1概述新疆铁路沿线风区是全世界内陆铁路大风风速最高、风灾最严重的风区之一。新疆铁路自开通运营以来，受沿途兰新线百里、南疆线前百公里等风区大风影响，曾发生多起行车安全事故，因大风造成的列车停轮次数较多，严重影响铁路运输安全和经济效益。为了能实时掌握风区的风力数据，为行车指挥提供依据，中国铁路乌鲁木齐局集团有限公司构建了由 98 个风力监测点组成的大风监测网络。大风监测网络已成为铁路运输生产不可缺少的行车指挥辅助系统。兰新线百里、南疆线前百公里 2 个主要风区测风站建站较早，设备应用年限比较长，应用环境恶劣，陈旧和老化问题比较突出。部分站点早期采用电力贯通线供电，遇到极端大风天气时，会出现供电线路被刮断而造成设备停电的事故。再加上数据通信网络采用模拟音频传输方式，通信数据存在误码和丢帧现象，造成 2014 年以前的大风数据不完整。2014 年完成系统更新改造后，设备性能得以改善，20152021 年对大风的监测数据较为完整。通过对 20152021 年新疆铁路沿线 2 个主要风区测风站大风记录数据统计分析，归纳总结近年新疆铁路沿线 2 个主要风区大风特征和规律，为完善新疆大风区铁路行车组织办法和防风减灾对策，近年兰新线和南疆线主要风区大风特征研究史永革，刘斌，韩诚，李奕超（中国铁路乌鲁木齐局集团有限公司科学技术研究所，新疆 乌鲁木齐 830011）摘要：为完善新疆大风区铁路行车组织办法和防风减灾对策，为今后的研究工作提供依据，利用兰新线百里风区、南疆线前百公里风区大风特征统计数据，归纳出 2 个风区具有风速高、风期长、季节性强、风向稳定的规律，得到风区的风速地域分布特征。根据兰新线百里风区和南疆线前百公里风区的主要测风站统计数据，出现 8 级及以上大风年平均天数分别超过 120 d 和 150 d，最大瞬时风速分别达 52.1 m/s 和61.6 m/s。2 个风区年极值风速大多出现在冬春交替之际，大风风向均在西北偏西和东北偏北之间。通过统计分析测风站记录的最大 2 min 平均风速平均值，得到风区风速地域特征分布曲线。关键词：兰新铁路；南疆铁路；风区；大风；特征；统计分析中图分类号：U216.413P425.47文献标识码：A文章编号：1006-9178（2023）07-0053-07Abstract：In order to improve the organization of train operation in wind areas of Xinjiang and wind protection anddisaster mitigation projects,and to provide a basis for future research work,statistical analysis data on the characteristics of gale in a long stretch of the wind area of the Lanzhou-Urumqi Raillway and the Turpan-Kashgar Raillwaywere used to summarize the two wind areas with high wind speeds,long wind periods,strong seasonality and stablewind patterns,and to obtain the characteristics of the geographical distribution of wind speeds in the wind areas.Theannual average days of strong wind above Grade 8 at the wind measuring stations in the two wind areas of the Lanzhou-Urumqi Raillway and the Turpan-Kashgar Raillway exceed 120 d and 150 d respectively,and the maximum instantaneous wind speed can reach 52.1 m/s and 61.6 m/s respectively.The maximum annual extreme values in the two windareas are mostly at the turn of winter and spring,and the strong wind direction is between northwest by west and northeast by north.The regional characteristic distribution curve of wind speed in the wind areas is obtained by statisticalanalysis of the maximum 2 min average wind speed recorded by the wind measuring station.Keywords：Lanzhou-Urumqi Railway;Turpan-Kashgar Raillway;Wind Area;Gale;Characteristics;StatisticalAnalysis54近年兰新线和南疆线主要风区大风特征研究研究与交流以及大风的研究工作提供依据。2风力等级划分风力等级划分采用中国气象台的风力等级标准，除风向和年极值风速统计采用风速瞬时值外，其余特征指标的统计均采用 2 min 平均风速。风力等级划分见表 1。表 1风力等级划分m/s风力等级0345678瞬时风速09.910.012.913.016.917.019.920.023.924.027.92 min 平均风速05.45.57.98.010.710.813.813.917.117.220.7风力等级910111212瞬时风速28.031.932.035.936.038.939.042.042.02 min 平均风速20.824.424.528.428.532.632.736.937.0注：大风一般指风力等级在 8 级及以上的风。3兰新线百里风区大风特征统计3.1年平均大风天数兰新线百里风区各测风站年平均大风天数如图1 所示。250220190160130100年平均大风天数/d了墩了墩西红层红层西 1红层西 2红柳十三间房猛进东猛进大步东大步红台小草湖西小草湖西 2十三间房西152.1175.9183.1183.4137.1159.4193.4210.3179.0224.7216.0230.7217.7207.0124.4测风站图 1兰新线百里风区各测风站年平均大风天数根据 20152021 年大风数据统计，兰新线百里风区 15 个测风站年平均大风天数均超过 120 d。其中：十三间房西站大风天数最多，达到了 230.7 d；风区两端测风站，如了墩站、了墩西站、小草湖西站、小草湖西 2 站的年平均大风天数相对较少，了墩站大风天数最少，为 124.4 d。年平均大风天数呈现出风区中心天数多，风区边缘天数少的分布规律。3.2月平均大风天数兰新线百里风区各测风站月平均大风天数如图2 所示。3020100月平均大风天数/d123456789101112月份了墩；了墩西；红层；红层西 1；红层西 2；红柳；十三间房；十三间房西；猛进东；猛进；大步东；大步；红台；小草湖西；小草湖西 2图 2兰新线百里风区各测风站月平均大风天数根据 20152021 年大风数据统计，兰新线百里风区每年大风主要集中在 39 月。其中，以 58 月最多，1 月和 12 月最少，即冬春、春夏交替季节大风天数较多，春末至夏末尤盛，秋冬交替季节大风天数相对较少。3.3年极值风速兰新线百里风区各测风站历年极值风速统计见表 2，兰新线百里风区各测风站历年平均极值风速如图 3 所示。序号123456789测风站了墩了墩西红层红层西 1红层西 2红柳十三间房十三间房西猛进东极值风速2015 年37.646.643.039.038.545.646.046.443.62016 年42.350.242.542.541.252.147.250.144.62017 年35.552.046.444.241.450.245.349.044.32018 年42.751.748.849.646.351.949.049.846.32019 年40.442.043.446.239.150.644.946.442.92020 年37.945.645.744.539.548.345.345.841.52021 年42.446.242.446.343.450.847.647.945.3表 2兰新线百里风区各测风站历年极值风速统计m/s55铁道技术监督第 51 卷第 7 期514947454341平均极值风速/（m/s）了墩了墩西红层红层西 1红层西 2红柳十三间房猛进东猛进大步东大步红台小草湖西小草湖西 2十三间房西39373549.947.844.644.641.346.547.948.343.544.138.441.842.241.139.8测风站图 3兰新线百里风区各测风站历年平均极值风速根据 20152021 年大风数据统计，兰新线百里风区最大瞬时风速可达 52.1 m/s，出现在红柳站。根据历年平均极值风速，兰新线百里风区风速以红柳站为最大，猛进站、十三间房西站、了墩西站次之，并以这 4 个测风站为中心，分别向东西两侧递减。值得注意的是，大步东站在 20162021 年间的历年极值风速均较小，并且与其相邻测风站的极值风速差异较大，这可能与其周围地形等因素有关。3.4最大年极值风速出现月份兰新线百里风区最大年极值风速出现的月份见表 3。表 3兰新线百里风区最大年极值风速出现的月份年份2015201620172018201920202021最大极值风速/（m/s）46.652.152.051.950.648.350.9测风站了墩西红柳了墩西红柳红柳红柳猛进月份32125834根据 20152021 年大风数据统计，兰新线百里风区出现最大年极值风速的频率以 3 月居多，其次是 2 月、4 月、5 月、8 月、12 月，1 月、6 月、7 月和 911 月未出现最大年极值风速。风区最大年极值风速出现频次最高的测风站是红柳站，其次是了墩西站和猛进站。3.5盛行风向兰新线百里风区各测风站大风盛行风向统计见表 4。表 4兰新线百里风区各测风站大风盛行风向统计测风站了墩了墩西红层红层西 1红层西 2红柳十三间房十三间房西猛进东猛进大步东大步红台小草湖西小草湖西 2盛行风向西北西北偏北西北偏北东北偏北西北偏北东北偏北西北偏北西北偏北东北偏北西北偏北东北偏北西南东北偏北西北偏北西北偏北盛行风向频率/%416140545012875772386210634561次盛行风向西北偏北西北西北偏西东北西北东北西北西北西北偏北西北东北西南偏南东北西北正北次盛行风向频率/%36183115351261612910991811根据 20152021 年大风数据统计，兰新线百里风区各测风站大风盛行风向较为稳定，集中在西北偏北和东北偏北方向。3.6风速分布地域兰新线百里风区各测风站历年同一场风最大2 min 平均风速见表 5，兰新线百里风区各测风站历年同一场风最大 2 min 平均风速平均值如图 4 所示。序号101112131415测风站猛进大步东大步红台小草湖西小草湖西 2极值风速2015 年46.444.141.437.536.243.12016 年48.737.546.240.141.738.12017 年47.736.242.042.042.739.22018 年51.438.245.442.948.742.92019 年46.837.142.342.442.340.42020 年46.337.041.842.040.442.82021 年50.938.845.645.943.341.1续表 256近年兰新线和南疆线主要风区大风特征研究研究与交流292827262524最大 2 min 平均风速平均值/（m/s）232228.025.926.025.925.127.527.828.426.326.524.225.224.924.023.0了墩了墩西红层红层西 1红层西 2红柳十三间房猛进东猛进大步东大步红台小草湖西小草湖西 2十三间房西测风站图 4兰新线百里风区各测风站历年同一场风最大 2 min 平均风速平均值根据表 5 和图 4 可知，最大 2 min 平均风速猛进东站最大，红柳站次之，并分别以 2 个站为中心，向东西两侧递减。4南疆线前百公里风区大风特征统计4.1年平均大风天数南疆线前百公里风区各测风站年平均大风天数如图 5 所示。根据 20152021 年大风数据统计，南疆线前百公里风区 17 个测风站中，有 13 个测风站年平均大风天数超过 150 d。其中：三个泉特大桥站达到262.6 d；风区东端 1 个、西端 3 个测风站年平均大风天数相对较少。风区以年平均大风天数最多的三个泉特大桥站为中心，向风区两侧呈年平均大风天数逐渐减小的趋势。4.2月平均大风天数南疆线前百公里风区各测风站月平均大风天数如图 6 所示。根据 20152021 年大风数据统计，南疆线前百公里风区每年大风主要集中在 310 月。其中，以 58 月最多，1 月和 12 月最少，即冬春、春夏交替季节大风天数较多，春末至夏末尤盛，秋冬交替季节大风天数相对较少。4.3年极值风速南疆线前百公里风区各测风站历年平均极值风速如图 7 所示，南疆线前百公里风区各测风站历年极值风速统计见表 6。序号123456789101112131415测风站了墩了墩西红层红层西 1红层西 2红柳十三间房十三间房西猛进东猛进大步东大步红台小草湖西小草湖西 2最大 2 min 平均风速2015 年23.926.226.225.325.328.528.028.129.328.025.926.925.221.925.32016 年22.425.725.024.424.828.027.628.627.926.323.926.125.022.724.02017 年22.425.825.425.225.327.527.228.327.825.923.526.124.823.824.52018 年24.327.827.727.725.928.628.027.928.626.924.626.625.626.126.42019 年22.825.325.526.525.127.526.826.827.926.023.725.825.224.624.52020 年22.624.925.726.624.727.927.427.328.425.923.725.925.224.324.42021 年22.425.526.026.424.928.127.327.828.726.524.126.825.624.425.0表 5兰新线百里风区各测风站历年同一场风最大 2 min 平均风速m/s测风站图 5南疆线前百公里风区各测风站年平均大风天数年平均大风天数/d2802602402202001801601401201008089.6111.0112.4162.9183.4180.3174.9180.7227.1230.4262.6248.4223.1209.6156.4159.0126.3吐鲁番西东湖沟墩果勒特大桥铁泉特大桥头道河特大桥珍珠泉东白杨河红山渠西小垭布尔加依望布东鱼儿沟托克逊西珍珠泉西红山渠东托克逊东三个泉特大桥57铁道技术监督第 51 卷第 7 期测风站图 7南疆线前百公里风区各测风站历年平均极值风速平均极值风速/（m/s）656055504540353032.942.341.236.6吐鲁番西东湖沟墩果勒特大桥铁泉特大桥头道河特大桥珍珠泉东白杨河红山渠西小垭布尔加依望布东鱼儿沟托克逊西珍珠泉西红山渠东托克逊东三个泉特大桥44.253.659.652.758.543.349.847.546.544.041.439.637.835123456789101112302520151050月平均大风天数/d月份吐鲁番西；东湖沟；墩果勒特大桥；头道河特大桥；铁泉特大桥；三个泉特大桥；珍珠泉东；珍珠泉西；白杨河；红山渠东；红山渠西；托克逊东；托克逊西；小垭；望布东；布尔加依；鱼儿沟图 6南疆线前百公里风区各测风站月平均大风天数根据 20152021 年大风数据统计，南疆线前百公里风区最大瞬时风速可达 61.6 m/s，出现在红山渠东站。从历年平均极值风速看，南疆线前百公里风区风速分布以红山渠东站为最大，三个泉特大桥站次之，并以这 2 个站为中心分别向东西两侧递减。4.4最大年极值风速出现月份南疆线前百公里风区最大年极值风速出现月份见表 7。表 7南疆线前百公里风区最大年极值风速出现月份年份2015201620172018201920202021最大年极值风速/（m/s）57.361.261.361.661.159.760.4测风站三个泉特大桥铁泉特大桥三个泉特大桥红山渠东三个泉特大桥三个泉特大桥三个泉特大桥月份113258311序号1234567891011121314151617测风站吐鲁番西东湖沟墩果勒特大桥头道河特大桥铁泉特大桥三个泉特大桥珍珠泉东珍珠泉西白杨河红山渠东红山渠西托克逊东托克逊西小垭望布东布尔加依鱼儿沟极值风速2015 年33.736.433.839.650.457.351.542.248.054.442.939.339.635.137.537.030.12016 年39.247.647.347.761.257.752.645.853.960.749.349.751.439.148.642.429.92017 年38.039.940.642.955.161.353.243.446.760.547.145.241.935.639.237.630.82018 年35.541.150.046.654.759.452.542.251.961.650.051.846.338.740.935.335.82019 年38.141.540.942.947.961.156.142.154.655.344.448.241.541.439.835.230.82020 年35.740.043.443.751.259.749.841.248.358.944.646.342.840.640.138.027.42021 年35.741.640.246.354.760.453.446.045.358.047.552.144.446.543.839.245.8表 6南疆线前百公里风区各测风站历年极值风速统计m/s58近年兰新线和南疆线主要风区大风特征研究研究与交流根据 20152021 年大风数据统计，南疆线前百公里风区出现最大年极值风速的频率以 3 月、11月居多，2 月、5 月、8 月次之。风区最大年极值风速出现频率最高的测风站是三个泉特大桥站，其次是铁泉特大桥站和红山渠东站。4.5盛行风向南疆线前百公里风区各测风站大风盛行风向统计见表 8。序号1234567891011121314151617测风站吐鲁番西东湖沟墩果勒特大桥头道河特大桥铁泉特大桥三个泉特大桥珍珠泉东珍珠泉西白杨河红山渠东红山渠西托克逊东托克逊西小垭望布东布尔加依鱼儿沟盛行风向西北偏北西北偏北西北偏北西北偏西西北西北西北偏北西北西北西北偏北西北西北偏北西北偏北西北偏北东北偏北西北偏北西北偏西盛行风向频率/%4265595450417162576248443527544244次盛行风向西北西北西北西北西北偏北西北偏北正北西北偏北西北偏北西北西北偏西东北偏北西北西北东北西北西北次盛行风向频率/%2121162840241337362032101613191536表 8南疆线前百公里风区各测风站大风盛行风向统计根据 20152021 年大风数据统计，南疆线前百公里风区各测风站大风盛行风向稳定，主要集中在西北偏北和西北偏西方向。4.6风速分布地域南疆线前百公里风区各测风站历年同一场风最大 2 min 平均风速见表 9。序号12345678910测风站吐鲁番西东湖沟墩果勒特大桥头道河特大桥铁泉特大桥三个泉特大桥珍珠泉东珍珠泉西白杨河红山渠东最大 2 min 平均风速2015 年23.125.224.926.529.633.030.724.827.929.92016 年22.924.824.627.030.633.731.225.728.430.62017 年22.524.724.226.830.333.731.226.527.629.82018 年23.025.625.327.330.634.531.326.727.431.12019 年23.324.924.726.228.132.730.225.826.029.52020 年23.024.624.626.628.933.229.525.626.529.22021 年22.925.024.927.529.734.030.526.927.730.5表 9南疆线前百公里风区各测风站历年同一场风最大 2 min 平均风速m/s59铁道技术监督第 51 卷第 7 期南疆线前百公里风区各测风站历年同一场风最大 2 min 平均风速平均值如图 8 所示。最大 2 min 平均风速平均值/（m/s）36343230282624222021.323.723.725.726.030.125.927.426.033.530.729.726.824.825.023.023.3吐鲁番西东湖沟墩果勒特大桥铁泉特大桥头道河特大桥珍珠泉东白杨河红山渠西小垭布尔加依望布东鱼儿沟托克逊西珍珠泉西红山渠东托克逊东三个泉特大桥测风站图 8南疆线前百公里风区各测风站历年同一场风最大 2 min 平均风速平均值由表 9 和图 8 得出，以三个泉特大桥站 2 min平均风速为最大，红山渠东站次之，并分别以这 2个站为中心向东西两侧递减。5结论（1）大风风期长。兰新线百里风区 15 个测风站年平均大风天数均超过 120 d，十三间房西站大风天数最多，达到 230.7 d。南疆线前百公里风区17 个测风站中，有 13 个测风站年平均大风天数超过 150 d，三个泉特大桥站达到 262.6 d。（2）大风分布特征明显。兰新线百里风区每年大风主要集中在 39 月，58 月最多，1 月和 12 月最少。南疆线前百公里风区每年大风主要集中在 310 月，58 月最多，1 月和 12 月最少。（3）风力强劲。兰新线百里风区最大风速可达 52.1 m/s，红柳站为最大，猛进站、十三间房西站、了墩西站次之。南疆线前百公里风区最大风速可达 61.6 m/s，三个泉特大桥站最大，红山渠东站次之。（3）最大年极值风速季节分布特征明显。兰新线百里风区出现最大年极值风速的频率以 3 月居多，911 月未出现过最大年极值风速。风区最大年极值风速出现频次最高的测风站是红柳站。南疆线前百公里风区最大年极值风速的出现频率以 3月、11 月居多。风区最大年极值风速出现频率最高的测风站是三个泉特大桥站。（4）盛行风向稳定。兰新线百里风区各测风站大风风向中盛行风向较为稳定，集中在东北偏北和西北偏北方向。南疆线前百公里风区各测风站大风风向中盛行风向稳定，主要集中在西北偏北和西北偏西方向。（5）风速地域分布特征明显。兰新线百里风区风速以猛进东站、红柳站为最大。南疆线前百公里风区风速以三个泉特大桥站为最大，红山渠东站次之。参考文献1 马玲霞，李新东，李彦杰，等老风口生态区偏东大风统计特征分析J 新疆气象，2006，29（2）：8-102 阿尼尔卡拉帕，道然加帕依东疆大风的统计分析J 沙漠与绿洲气象，2008（3）：41-433 葛盛昌，蒋富强兰新铁路强风地区风沙成因及挡风墙防风效果分析J 铁道工程学报，2009（5）：1-44 乌鲁木齐铁路局，中南大学强风地区行车组织办法研究R 20105 中国铁路乌鲁木齐局集团有限公司科学技术研究所，新疆维吾尔自治区气象服务中心，中南大学兰新线百里风区大风趋势预报技术研究R 20206 唐士晟，史永革，张小勇新疆铁路百里风区大风特征统计分析J 铁道技术监督，2011，39（1）：36-407 牛权，史永革，张小勇新疆铁路百里风区既有防风沙工程薄弱点分析J 铁道技术监督，2011，39（8）：43-45（编辑牛建利）序号11121314151617测风站红山渠西托克逊东托克逊西小垭望布东布尔加依鱼儿沟最大 2 min 平均风速2015 年26.125.225.822.523.523.920.92016 年26.425.326.423.423.823.921.02017 年25.825.025.722.723.624.421.62018 年26.127.626.523.524.122.421.42019 年25.125.524.624.323.320.820.62020 年25.125.825.224.223.123.420.52021 年26.427.925.825.224.324.122.7续表 9