公路风吹雪流场测定及仿真分析

　　风吹雪这一自然现象在我国寒冷地区分布非常广泛，它会造成公路风吹雪雪害，影响了交通正常运行和经济持续发展，需要对风吹雪害的形成过程和影响因素进行研究，进而发现风吹雪形成机理，并逐步实现有效防治和预警。国外对公路风吹雪雪害的研究已经开展多年，尤其在防治方面效果明显。我国部分学者也已经开始对公路风吹雪进行了研究，取得了一定的成果，但大多是从工程防治的角度出发研究，并且防治的效果也不是非常的理想，原因在于对于风吹雪雪害形成机理的研究和探索还不成熟、不系统。

　　公路风吹雪的形成关键是一定的雪量、风速和特定的地形，分析其形成机理就要对风吹雪流场分布特性和雪粒子在流场内的运动特性进行研究。本文将以全路堑这种断面形式的公路为例，结合野外观测数据，初步分析其流场风速分布特性、风吹雪运动特性、路面积雪形成过程以及雪害形成的主要影响因素，探索公路风吹雪形成机理。

　　1 全路堑风吹雪流场风速野外观测

　　通过对黑龙江、内蒙古和吉林等地进行的多年连续风吹雪野外观测，获取了大量不同类型道路横断面的流场分布、积雪位置以及雪粒子运动特性等相关数据。本文以其中一个全路堑风速观测为例进行介绍，该观测点选在黑龙江省省道 S308 依勃路段K15+500处进行。路基宽度为 12m，两侧均有边沟，沿公路走向距右侧边坡上边缘 4.9m 处修建了一段高 4m、宽 0.5m、长 300m 左右的挡雪墙，如图 1 所示。根据走访调查，由于受周围地形、地貌的影响，此处未设挡雪墙前个别年份积雪可达到 5～ 6m 左右。

　　观测采用 8 路风速廓线仪系统(包括风速杯、风向标、测杆、导线、主机等)，进行了风速流场的测定，同时使用水准仪、GPS、皮卷尺、罗盘等测定不同路基断面形式所在地点的经纬度、路的走向及所设风速杯之间高程、高差、距离。在整个公路横断面上同时设置了 6 个测杆，每个测杆上分别有3 ～ 4 个风速杯，风速杯安装在测杆相应的测点位置，比如测杆 6 上的四个风速杯即安装在 0.2m、0.5m、1m 和 2m 四个高度，此次观测共用了 23 个风速杯。由于每个风速廓线仪系统可以同时连接 8 个风速杯，所以本次观测使用了 3 个风速廓线仪系统来进行控制，各风速杯和测杆具体布设位置见图2。观测采样间隔 10s，即每隔 10s 测量一次流场风速，共采集 10 次。每次采集的数据自动记录并存储在风速廓线仪系统中，采集完成后，将数据导进计算机中。风速廓线仪系统中不同高度风速杯所采集的风速即为公路风吹雪流场中不同位置的风速。