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高鐵沿線最大瞬時風速水平分布特征

應用模式（1）至（3）可以計算出高鐵沿線距軌面4m高處100m×100m空間網(wǎng)格點上，最大瞬時風速2年一遇設(shè)計值V4_2max。計算結(jié)果表明：我國高鐵沿線V4_2max水平分布與地形關(guān)系密切，系隨特殊風環(huán)境的不同呈現(xiàn)獨特特征，尤以20m以上高架橋、特大橋、高路堤、埡口、峽谷、狹管效應區(qū)間瞬時風速最大，而深路塹和山谷瞬時風速最小。

特殊風環(huán)境下動車組傾覆臨界風速

選擇京津城際、京滬高速鐵路、東南沿線高速鐵路特殊風環(huán)境（特大橋、高架橋、高路堤彎道及埡口、峽谷等區(qū)間），采用近年來高鐵沿線安全防災風監(jiān)測點WXT520超聲波6要素風向風速傳感器高密度、高精度監(jiān)測數(shù)據(jù)，分析強橫風天氣條件下動車組特殊風環(huán)境安全運營情況，結(jié)果表明：高速鐵路特殊風環(huán)境中，特大橋彎道和高路堤彎道強橫風區(qū)間動車組傾覆臨界風速均為25m/s，深路塹為40m/s，特大橋強橫風區(qū)間為30m/s。

高鐵沿線強風區(qū)間確定

應用氣象模式和極值Ⅰ型概率模式計算出高速鐵路距軌面4m高度處1km×1km空間網(wǎng)格點上最大風速設(shè)計值，再將空間分布與沿線各里程的強風系數(shù)、路堤高和橋高增速系數(shù)、不同下墊面特征下冪指數(shù)相結(jié)合，建立距軌面4m高度處100m×100m空間網(wǎng)格點上最大瞬時風速預測模式，結(jié)合線路走向與強風主風向之間夾角和特殊風環(huán)境下傾覆臨界風速，從而確定高鐵沿線強橫風區(qū)間（如圖1所示）。

強風災風險評估與區(qū)劃方法

依據(jù)高鐵沿線近800個基本氣象站50年（1961～2010年）年平均大風日數(shù)，以及2000個自動氣象站和100個防災安全風監(jiān)測站近10年（2001～2009年）各月大風日數(shù)、日最大瞬時風速資料，強風災風險評估與區(qū)劃采用三級區(qū)劃指標體系：第一級區(qū)劃指標為8級及以上年平均大風日數(shù)；第二級區(qū)劃指標為最大瞬時風速2年一遇設(shè)計值（以下簡稱為V4_2max）；第三級區(qū)劃指標為四季大風日數(shù)占年平均大風日數(shù)百分比。依據(jù)等概率分區(qū)原則，我國高鐵沿線風災危險分為5個大區(qū)，分別用羅馬字符Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ表示，其中，Ⅰ為特強重大危險區(qū)，Ⅱ為強重大危險區(qū)，Ⅲ為重大危險區(qū)，Ⅳ為中度危險區(qū)，Ⅴ為較輕危險區(qū)。我國高鐵沿線風災以蘭新二線百里風區(qū)強橫風區(qū)間特強重大危險區(qū)危害最大，建議在高鐵特強重大危險區(qū)間設(shè)置明洞（防風隧道）。

強風災防控措施

基于對我國高鐵強風災風險評估與區(qū)劃方法的研究，我國高鐵強風災防控措施應由風災信息管理系統(tǒng)與防風柵和防風隧道防護技術(shù)組成。防風柵和防風隧道防護技術(shù)是指在強風危險區(qū)間安裝防風柵、建設(shè)防風隧道的防護技術(shù)，通過風災信息管理系統(tǒng)、防風柵和防風隧道減小作用在列車上的氣動力，防止傾覆翻車事故的發(fā)生。

結(jié)論

1綜合分析近50年歷史資料與近10年大風監(jiān)測站短期資料，結(jié)果表明：高鐵沿線大風日數(shù)的分布特征受天氣系統(tǒng)和地形影響的制約，以山口、埡口、峽谷、河谷、特大橋和高路基彎道區(qū)間強風與大風日數(shù)最多，其中蘭新二線百里風區(qū)橫風區(qū)間是我國乃至世界高鐵風災之冠。

2在分析大量詳實資料的基礎(chǔ)上，建立距軌面4m高度處100m×100m空間網(wǎng)格點上最大瞬時風速預測模式，結(jié)合線路走向與強風主風向之間夾角和特殊風環(huán)境下動車組傾覆臨界風速，從而確定高鐵沿線強風區(qū)間。這與日本鐵路強風對策相關(guān)研究結(jié)論基本一致，差異在于可以預測高鐵沿線風監(jiān)測點以外區(qū)間最大瞬時風速，使其具有空間和時間上的可比性及可操作性。

3采用三級區(qū)劃指標體系和等概率分區(qū)原則，將我國高鐵風災劃分為5個大區(qū)，Ⅰ特強重大危險區(qū)、Ⅱ強重大危險區(qū)、Ⅲ重大危險區(qū)、Ⅳ中度危險區(qū)、Ⅴ較輕危險區(qū)；并制定各危險度等級標準。以不同級別的形式來反映瞬時最大風速在線路上的規(guī)律性，提出概率風險評估方法，為高鐵動車組安全運行以及高鐵風災防控技術(shù)措施制定提供理論支撐。

作者：馬淑紅馬韞娟單位：新疆氣象服務中心清華大學