報告書番号

SS21003

タイトル（和文）

遠方の高標高地形による風速の割り増しを加味した簡易増速率評価法の提案

タイトル（英文）

Proposal of Simple Evaluation Method for Wind Speed-Up Ratio Including Effect of High-Elevation Topographies in the Distance

概要 （図表や脚注は「報告書全文」に掲載しております）

背景
送電用鉄塔の設計風速の算定において地形による増速効果を適切に考慮することが重要となる．当所では様々な形状の崖状地形を対象とした2次元気流解析結果（増速率図）に基づき，鉄塔地点周辺の2次元地形断面図から増速率を簡易に算定するツールk1-adviserを開発してきた．しかし， 2019年の台風15号によって鉄塔倒壊被害が生じた地点では，数km離れた風上の高標高地形による3次元的な気流変化の発生が指摘され，直近地形の2次元的な気流特性に基づくk1-adviserでは増速率を過小に評価することが確認された．このような地形における増速率は3次元気流解析等によって詳細に評価されることが望ましい．一方，k1-adviserについては，気流解析を実施しない場合の代替として，同地形の増速率を安全側に評価することが望まれる．

目的
遠方に高標高の地形をもつ地点を対象とした3次元気流解析結果の分析に基づき，同地形において気流解析と比較して安全側の増速率を簡易に得るための手法を提案し，k1-adviserの適用範囲拡大を図る．

主な成果
1. 遠方高標高地形による3次元気流特性と2次元気流解析による上空での増速率の把握
k1-adviserの改善点を明らかにするため，当所開発コードNuWiCCによる合計1400地点程度の3次元気流解析結果を分析した．分析対象地点は風上8km以内に高標高の地形を有する．これらの地点で高い増速率が生じる理由の一つとして，この地形による増速域が風下側に伸び，鉄塔に接近する風速を増大させる事例を確認した．また，尾根状の単純地形を対象とした2次元気流解析を行い，この地形によって上空の高度における風速が最大20%程度割り増されることを明らかにした．

2. 遠方高標高地形の影響を加味した簡易増速率評価法の提案
従来のk1-adviserで得られる増速率には上記の地形効果が含まれないため，これを加味した新たな増速率評価法を構築し，k1-adviserに導入した．また，従来のk1-adviserのアルゴリズムとして導入されていた，風上の地形状況をもとに鉄塔地点で増速が生じないことを判定する条件や，実地形から2次元地形に置き換える際の標高のスムージング方法を見直した．これにより，新たなk1-adviserは，遠方に高標高地形をもつ地点の多くで気流解析に比べて安全側の増速率を与えることを確認した．

今後の展開
実務での高度な地形影響評価に向け，k1-adviserと気流解析の精度・実用性向上を図る．

概要 （英文）

We have developed a simple evaluation method, called "k1-adviser", to calculate the wind speed-up ratio, which describes two-dimensional topographic effects on strong leeward winds. However, this method underestimated the ratio in comparison with that estimated by computational fluid dynamics (CFD) at a location where two towers collapsed owing to the typhoon Faxai in 2019. This simple method must be modified to evaluate a higher conservative ratio by introducing findings from CFD analysis for estimating the design wind speed of overhead transmission towers. In this study, we analyze many results of the speed-up ratio by a CFD model at towers with high-elevation topographies in the distance and propose a new simple method to obtain the conservative ratio. Several CFD results show that owing high-elevation topographies, speed-up areas spread downstream and the wind speed increases closer to the tower. Since the conventional simple method does not have an algorithm to evaluate the effect of high-elevation topographies in the distance, a correction coefficient for that effect is proposed. The correction is based on the notion that the wind speed at the nearest topography to the tower increases to that at the upwind topography. Moreover, the correction considers the effect of wind speed-up at a gradient height due to the upwind topographies, which is approximately 20%. The proposed method results in estimating higher ratios compared to the ones estimated by CFD at most locations with high elevation topographies in the distance.

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