溃坝洪水数值模拟

　第 2期 2005年 6月 水 利 水 运 工 程 学 报 HYDRO2SC IENCE AND ENGINEERING No. 2Jun. 2005 　　收稿日期 : 2004 - 12 - 13 　　基金项目 : 国家重大基础研究 计划 项目进度计划表范例计划下载计划下载计划下载课程教学计划下载 (973)项目 (2003CB415203) 　　作者简介 : 谢作涛 (1979 - ) ,男 ,湖北洪湖人 ,硕士 ,主要从事河流水力学的数值模拟研究. 溃坝洪水数值模拟 谢作涛 1 , 张小峰 1 , 袁　晶 1 , 梅志宏 2 (1. 武汉大学 水资源与水电工程科学国家重点实验室 , 湖北 武汉 　430072; 2. 国家电力公司 昆明勘测设计 研究院 , 云南 昆明 　650051) 摘要 : 在已有溃坝洪水数学模型基础上建立的溃坝洪水计算模型 ,可对洪水由库尾向坝址的传播过程、溃坝洪 水向下游的推进过程、溃坝洪水漫过堤防后在下游城镇内的淹没过程进行水动力学模拟 . 利用所建立的溃坝洪 水计算模型 ,对某水电站大坝溃坝洪水在拟定的各工况下进行的坝下游洪水预测表明 ,溃坝历时、水库上游来 流量及溃坝时不同的坝前水位是影响该模型计算结果的主要因素. 关 　键 　词 : 一、二维非恒定水流 ; 溃坝洪水 ; 溃坝历时 ; 水库上游来流量 ; 溃坝时坝前水位 ; 数值模拟 中图分类号 : TV122. 4　　 　文献标识码 : A　 　　文章编号 : 1009 - 640X (2005) 02 - 0009 - 09 Num er ica l sim ula tion of dam 2break floods X IE Zuo2tao1 , ZHANG Xiao2feng1 , YUAN J ing1 , ME I Zhi2hong2 (1. S ta te Key L abora tory of W ater R esources and Hydropow er Engineering S cience, W uhan U niversity, W uhan　 430072, Ch ina; 2. Kunm ing Hydroelectric Investiga tion, D esign and R esea rch Institu te, S ta te E lectric Pow er Co. , Kunm ing　650051, Ch ina) Abstract: The dam 2break flood mathematical model, which is developed on the basis of the p revious research of dam2break floods, can simulate the p ropagation of a dam2break flood from the reservoir tail to the dam site, the advancing of a dam 2break flood in the downstream channel, and the submergence of a dam2break flood in the downstream town using a hydrodynam ics method. By use of the developed dam 2break flood model, p rediction results of a dam2break flood with several p lanned working conditions show that the dam2break duration, the up stream flow of the reservoir and the water levels before the dam during the dam2break are the main influencing factors of the calculation results of the model. Key words: one2dimension and two2dimension unsteady flow; dam2break flood; dam2break duration; up stream flow of reservoirs; water levels before the dam during the dam2break; numerical simulation 开发和利用水利水电资源时 ,常需在江河中修筑大坝 ,施工期还要修建围堰. 由于水电站大坝 (或围堰 ) 的上、下游水位差一般较大 ,一旦大坝溃决 ,将形成巨大的洪水并向下游推进 ,给下游人民的生命财产安全造 成极大威胁. 因此 ,模拟溃坝洪水 ,准确预测溃坝洪水的传播、推进过程 ,为事故早期预警等提供信息 ,并对防 灾、保护人民生命财产安全以及确定大坝 (或围堰 )的设计高程和泄水建筑物 标准 excel标准偏差excel标准偏差函数exl标准差函数国标检验抽样标准表免费下载红头文件格式标准下载 等具有十分重要的意义. 水 利 水 运 工 程 学 报 2005年 6月 溃坝洪水影响的河段一般较长 ,且多采用一维非恒定水流数学模型模拟. 而在模拟溃坝水流时 ,由于坝 址断面处水流的间断 ,故无法通过水动力学模型计算溃口处的流量 ,而只好用经验公式 [ 1 ]如波额流量法、宽 顶堰流公式、波流与堰流相交法计算等. 同时 ,根据经验公式计算得到的坝址流量及上游来流情况 ,采用调洪 演算法来考虑水库水位消落 ,以模拟坝前水位. 一般这只适用于水库的水位整体或分段按同一值变化的情 况 ,并与水库水位比降的实际动态变化过程相差较大. 这类模型 [ 2 - 3 ]的框架主要借鉴美国气象局提出的 DAMBRK模型 [ 4 ] ,且主要由溃决口门的几何形状及其随时间变化、溃口断面的泄流过程和溃坝洪水在下游 河道中的推进等 3个模块组成. 这类模型均未能考虑大坝上游洪水至坝址的水动力学演进过程. 由于溃坝造成的洪水大大超出下游河道的最大安全泄量 ,致使洪水漫过 (或冲毁 )堤防进入下游城镇 , 从而使干流的水位和流量发生变化 ,而一维水流数学模型却不能反映这些变化. 需在二维洪水演进模拟的基 础上 ,掌握洪水在下游城镇内的淹没历时、淹没深度及流场分布等情况 ,模拟溃坝洪水在河道中的演进过程 及下游城镇内的淹没过程 ,这就要运用一、二维联算模型. 本文在已有溃坝洪水数学模型基础上 ,新建了模拟 溃坝洪水计算模型 ,该模型可对洪水由库尾向坝址传播及溃坝洪水向下游的推进过程、溃坝洪水漫过堤防后 在下游城镇内的淹没过程进行水动力学模拟. 1　新建模型框架 新建模型主要由溃口形状确定、水库下泄流量计算、洪水演进过程 (包括大坝上游洪水至坝址及溃坝洪水 在下游河道中推进传播过程 )、洪水在下游城镇内的淹没过程等 4个模块组成. 新建模型框架示意图见图 1. 大坝失事时形成的缺口 ———溃口的形状主要与坝型和筑坝材料有关. 由于目前对溃坝机理仍不清楚 ,因 此 ,仍通过近似假定来确定溃口形状. 本文在确定溃口形状时借鉴了美国气象局提出的 DAMBRK模型 [ 4 ]所 采用的方法. 即假定溃口底宽从一点开始 ,在溃决历时内 ,按线性比率扩大 ,直至形成最终底宽. 且主要由溃 决历时、溃口最终底宽、溃口底部高程和溃口边坡等 4个参数描述溃口形状. 溃决历时可以确定大坝是瞬间 还是逐渐溃决 ,另 3个参数决定溃口断面形状 (矩形、三角形或梯形 )是局部或全部溃决. 水库下游流量由通过溃口下泄的流量和经泄水建筑物下泄的流量组成. 其中 ,溃口下泄流量可用堰流公 式 [ 3 ]计算 ,泄水建筑物下泄流量一般可由坝前水位根据泄水建筑物泄流曲线插值得出. 图 1　新建模型框架示意图 Fig. 1　Sketch of the developed model structure 本文采用一维非恒定水流数学模型描述洪水波的传播过 程. 模拟大坝上游洪水至坝址的传播过程时 ,上游边界条件为 水库的入流过程线 ,下边界为水库下泄流量过程 ;模拟溃口下 泄流量在下游河道的推进过程时 ,上边界条件为水库下泄流量 过程线 ,下边界一般为计算河段出口断面水位流量关系曲线. 当溃坝洪水位漫过下游城镇堤防顶后 ,此时城镇的淹没进 水过程将使干流水位、流量发生变化. 本文采用一、二维联解模 型同时模拟溃坝洪水在下游河道及城镇内的淹没过程. 2　一维非恒定水流模型 2. 1　基 本 方 程 一维非恒定水流基本方程包括水流连续性方程和水流运动方程 : 　　水流连续性方程 9Q9x + 9A9 t = ql (1) 　　水流运动方程 9Q9 t + 99x βQ2A + gA 9Z9x + g n2 Q QAR4 /3 = 0 (2) 式中 : Q为流量 (m3 / s) ; x为沿程距离 (m) ; A为过水断面面积 (m2 ) ; t为时间 ( s) ; ql 为侧向单位长度注入流 量 (m2 / s) ;β为动能修正系数 ; g为重力加速度 (m / s2 ) ; Z为水位 (m ) ; n为糙率系数 ; R为断面水力半径. 采 01 Administrator 线条 Administrator 线条 Administrator 线条 Administrator 线条 Administrator 线条 Administrator 线条 Administrator 线条 Administrator 线条 Administrator 线条 Administrator 线条 Administrator 线条 Administrator 线条 Administrator 线条 Administrator 线条 Administrator 线条 Administrator 线条 Administrator 线条 Administrator 线条 Administrator 线条 Administrator 线条 Administrator 线条 Administrator 线条 Administrator 线条 Administrator 线条 Administrator 线条 Administrator 线条 Administrator 线条 Administrator 线条 Administrator 线条 Administrator 线条 Administrator 线条 Administrator 线条 Administrator 线条 Administrator 线条 Administrator 线条 Administrator 线条 Administrator 线条 Administrator 线条 Administrator 线条 Administrator 线条 Administrator 线条 Administrator 线条 Administrator 线条 Administrator 线条 Administrator 线条 Administrator 线条 　第 2期 谢作涛 ,等 : 溃坝洪水数值模拟 用有限体积法 [ 5 ]求解一维模型 ,并采用迎风 格式 pdf格式笔记格式下载页码格式下载公文格式下载简报格式下载 [ 6 ]处理其中的对流项. 模型的离散详见文献 [ 6, 7 ]. 2. 2　一维模型精度分析 由于缺少溃坝洪水的实测资料 ,故难以用实测资料对所建立的溃坝洪水计算模型进行验证. 可行的办法 是将模型计算结果与室内溃坝试验资料及溃坝理论解进行比较 ,以分析新建模型的计算精度和可靠性. 2. 2. 1　与室内溃坝试验资料比较 试 验 1　在等宽水槽中设置一个截面为三角形的阻水物体 ,距其左端 15. 50 m处设有闸门 ,闸门上游 水深 0. 75 m,闸门与阻水物体之间无水 ,水槽末端为高 0. 15 m的挡水堰 ,它与三角形阻水物体之间保持 0. 15 m深的静水 [ 8 ] (见图 2). 在 t = 0时 ,突然移去闸门 ,形成溃坝水流. 计算中对下游边界作了简化处理 ,不 考虑水槽末端的挡水堰 ,而是将下游当作静水深为 0. 15 m的无限长渠道. 计算断面间距均为 0. 5 m,时间步 长Δt = 0. 01 s,取糙率系数 n = 0. 012 5. 图 3为 x = 19. 5 m处的水位随时间变化的计算值与试验测值的比 较. 可见 ,二者符合较好. 图 4为 t = 10 s时的水面线沿程分布. 可见 ,数学模型能正确捕捉水跃的发生 ,且在水 跃的间断处计算结果不发生数值振荡. 图 2　溃坝流动试验装置示意图 Fig. 2　Sketch of the dam2break flow experiment 　　　　　图 3　x = 19. 5 m处水位变化过程 　　　　 　　　　　图 4　水面线的沿程分布 ( t = 10 s) 　　Fig. 3　Variation of the water level at x = 19. 5 m　　　　 　　Fig. 4　W ater surface p rofile ( t = 10 s) 试 验 2　实验水槽的中部有一个收缩扩散段 ,闸门位于水槽中最窄断面处 [ 9 ] (见图 5). 模型计算条件 为上游水深 30 cm、下游水深 10. 1 cm ,水槽底坡为 0,闸门于 t = 0时刻瞬时打开. 计算中取糙率系数 n = 0. 012,断面间距均为 0. 5 m ,时间步长Δt = 0. 01 s,下游末端的边界条件为矩形薄壁堰的水位流量关系. 图 6 为水槽中两个断面的水位随时间变化的计算值与实测值的对比. 可见 ,水位随时间变化的计算值与实测值符 合良好. 图 5　实验水槽平面示意图 Fig. 5　Layout of the experimental flume 11 Administrator 线条 Administrator 线条 Administrator 线条 Administrator 线条 Administrator 线条 Administrator 线条 Administrator 线条 Administrator 线条 Administrator 线条 Administrator 线条 水 利 水 运 工 程 学 报 2005年 6月 　　　　　　　　 ( a) 　闸门上游 8. 5 m处　　　　　　　　　　　　　　　　 ( b) 　闸门上游 4. 0 m处 图 6　实验水槽中两个断面的水位随时间变化 Fig. 6　Variation of water level with time at two cross sections in the experiment flume 2. 2. 2　与溃坝理论解比较　当坝下游无水 ,坝的上、下游断面均为矩形 ,底坡 i = 0,并假定溃坝初期水流惯 性力占主导 ,且可忽略水流阻力. 在这些条件下 ,结合圣维南方程组特征线理论 ,可得出溃坝波波形为二次抛 物线方程式 ,即 R ittor解 [ 3 ] . 当计算条件为坝前水位 H0 = 10 m,计算中时间步长Δt = 0. 01 s,断面间距Δx = 0. 5 m,计算结果如图 7. 可见 ,在溃坝波波形下段计算结果与理论解有一定偏差外 ,其它各处符合甚好. 再据 肖克利契 ( Schoklitsch)水槽试验 [ 3 ] ,当下游干涸无水时 ,坝址以上和紧接坝址以下的波形与 R ittor解符合甚 好 ,但坝下游河段由于边界对水流的阻力 ,随着距离的增加会逐渐变陡 ,与忽略水流阻力得出的理论波形有 一定偏离. 由此可知 ,模型的水位计算结果是合理的. 　　　　　　　　　　 ( a) 　t = 5 s　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 ( b) 　t = 50 s 图 7　水位的比较 Fig. 7　Comparison of water levels 此外 , Stoker根据特征线理论分析给出了河道断面为矩形、底坡极小、忽略水流阻力、河道下游有一定静 止水深情况下的瞬时全溃水流运动的理论解 [ 10 ] . 运用本文的模型计算时 ,取上游水位 h1 = 10 m,下游水位 h2 = 1 m,时间步长Δt = 0. 01 s,断面间距Δx = 0. 5 m. 计算得出 t = 10和 20 s的水位、流速与 Stoker的理论解 比较分别见图 8和图 9. 可见 ,当下游有一定静止水深情况下 ,本文模型计算结果与理论解吻合良好. 综上可见 ,一维非恒定水流模型在模拟室内溃坝试验及具有理论解的溃坝水流流动时 ,具有较高的 精度 . 图 8　t = 10 s时的水位比较 Fig. 8　Comparison of water levels when t = 10 s 21 Administrator 线条 　第 2期 谢作涛 ,等 : 溃坝洪水数值模拟 　　　　　　　　　　 ( a) 　t = 10 s　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 ( b) 　t = 20 s 图 9　t = 20 s时的流速比较 Fig. 9　Comparison of velocities when t = 20 s 3　平面二维非恒定水流模型 平面二维非恒定水流基本方程包括水流连续性方程和水流运动方程 :9z9 t + 9M9x + 9N9y = 0 (3)9M9 t + 9uM9x + 9vM9y = - gh 9 ( h + zb )9x - gn2 u u2 + v2h1 /3 +γt 92M9x2 + 92M9y2 (4)9N9 t + 9uN9x + 9vN9y = - gh 9 ( h + zb )9y - gn2 v u2 + v2h1 /3 +γt 92 N9x2 + 92 N9y2 (5) 其中 :M = uh, N = vh, h为水深 , u和 v分别为 x和 y方向的流速 ; zb 为河床高程 ;γt 为紊动粘性系数. 方程离 散时空间上采用有限体积法 ,运用守恒格式对水流连续性方程进行离散 ,保证计算域内水量守恒 ;时间上采 用蛙跳法 ,使用交错网格计算物理量的分布 ,采用冻结法处理干河床. 模型详细离散过程见文献 [ 11 ]. 由于问题的复杂性 ,目前尚未见到有关二维溃坝水流解析解的文献. 现利用室内试验结果与数学模型计 算结果进行比较. 在实验室内制作了能观测堤防决口后水流在堤后地面上流动的小型装置 ,底坡为 0的平地 边长为 1. 84 m. 平地的一侧为水箱 ,中间用堤防隔开. 位于堤防中间的决口口门宽为 0. 2 m ,堤防决口后 ,水 流前沿位置的数值计算结果和试验结果的比较见图 10. 可见二者基本吻合. 图 10　溃堤水流前沿位置计算结果与试验结果的比较 Fig. 10　Comparison between calculated and experimental front2locations of the dam2break flow 本文的一、二维非恒定水流维模型是在溃坝洪水漫过河道堤防进入城镇的入口处的交界面上连接的. 一、二维联算模型在交界面上的连接条件是 : 　　水位相等 ZB = ∫ B 0 zdy (6) 式中 : Z为位于交界面处的一维断面水位 ; B 为交界面的水面宽度 , z为交界面网格点的水位. 　　流量相等 Q = ∫ B 0 uhdy (7) 31 Administrator 线条 Administrator 矩形 Administrator 线条 Administrator 线条 Administrator 线条 Administrator 线条 Administrator 线条 水 利 水 运 工 程 学 报 2005年 6月 式中 : Q为通过交界面的流量 ; u和 h分别为交界面网格点的垂线平均流速和水深. 4　溃坝洪水模型的应用 4. 1　计算溃坝洪水的模拟 方案 气瓶 现场处置方案 .pdf气瓶 现场处置方案 .doc见习基地管理方案.doc关于群访事件的化解方案建筑工地扬尘治理专项方案下载 某水电站施工设计方案中的大坝设计高程分别为 ý 242 m和 ý 248 m,并以此做为两个计算方案. 取计 算河段为坝址上游 65 km至坝下游约 184 km. 坝下游沿程依次有 A , B , C和 D 4个重要城镇 ,它们距坝址的 距离分别为 42, 113, 127和 147 km. 由于溃坝失事机制的不确定性及溃口扩展参数 [ 3 ]不易确定等 ,本计算中 运用了美国 DAMBRK模型 [ 4 ]采用的简化方法 ,以计算溃口发展过程. 在制定溃坝洪水模拟方案时 ,考虑了大 坝的溃决历时、上游来流量及溃坝时坝前水位等主要因素的不确定性对计算结果的影响. 方案一与方案二分 别考虑的各种工况见表 1. 表 1　模型计算工况 Tab. 1　Calculation conditions of the model 方 案 一 工 　况 溃坝时坝前水位 / m 上游入库洪水 溃坝历时 / h 1 - 1 237. 0 30年一遇 1 1 - 2 237. 0 30年一遇 3 1 - 3 230. 0 20年一遇 3 1 - 4 242. 5 50年一遇 2 1 - 5 242. 5 50年一遇 3 1 - 6 242. 5 100年一遇 2 1 - 7 242. 5 100年一遇 3 方 案 二 工 　况 溃坝时坝前水位 / m 上游入库洪水 溃坝历时 / h 2 - 1 242. 5 50年一遇 1 2 - 2 242. 5 50年一遇 3 2 - 3 248. 5 100年一遇 2 2 - 4 248. 5 100年一遇 3 2 - 5 248. 5 200年一遇 2 　 　 　 　 　 　 　 　 对于每种工况 ,溃坝洪水模型计算中均分为 4个阶段 : ①起算后一段时间内 ,库尾上游来流给定为一恒 定基流流量 ,并以此计算非恒定流计算阶段开始时刻的沿程流量和水位. 其中 ,坝址断面的流量和水位关系 由导流洞总泄流流量和水位关系曲线确定. 当计算到沿程各断面流量相等时 ,转入非恒定流计算阶段 ; ②由 于上游来流过程随时间变化 ,库区流量和水位也随之变化. 涨水过程中 ,导流洞泄流流量小于上游来流流量 , 水库水位上涨. 进入坝下游河道的流量为导流洞流量之和 ; ③当坝前水位继续上涨并达到该工况设定的溃坝 水位时 ,坝体出现溃口. 溃口流量由宽顶堰流量公式计算 ,同时 ,导流洞的下泄流量由下泄流量和水位关系曲 线确定 ; ④溃口发生后 ,溃口尺寸随时间的推移而扩大 ,通过溃口的流量不断增加 (进入坝下游河道的流量 为溃口流量和导流洞流量之和 ). 水库水位开始下降 ,直到泄空 ,计算结束. 以上 4个阶段应连续计算. 如果 下游城镇处河道断面的洪水位已超出该处堤防高程 ,将调用一、二维联算模型模拟洪水在城镇内的淹没 过程. 4. 2　影响模型计算结果的几个主要因素 4. 2. 1　溃坝历时对计算结果的影响 　由于无法预测大坝的溃决历时 ,令计算方案一和方案二中均为其它条 件不变 ,仅改变溃坝历时的计算结果见表 2和表 3. 可见 ,随着溃坝洪水向下游的推进 ,溃坝历时的变化对坝 址断面洪峰流量和对下游 4城镇所在各断面处的最大流量和最高水位的影响逐渐减弱 ;但当溃坝历时较短 时 ,各城镇处的最高水位的出现时间明显提前. 工况 1 - 1与工况 1 - 2相比 ,城镇 A、城镇 B、城镇 C处均提 前了约 1. 6 h,城镇 D处提前 1. 35 h. 工况 2 - 1和工况 2 - 2的计算结果也基本上反映了这一现象. 据此 ,可 认为 : ①溃坝历时对坝址断面流量峰值有较大影响 ,但随着溃坝洪水向下游推进 ,这一影响迅速减小 ; ②溃坝 历时对坝下游的几个重要城镇断面处的最大流量及最高水位的影响均不大 ,但溃坝历时较短时 ,各断面处最 高水位的出现时间有较明显的提前. 41 Administrator 线条 　第 2期 谢作涛 ,等 : 溃坝洪水数值模拟 表 2　方案一的工况 1 - 1和 1 - 2计算结果比较 Tab. 2　Comparison between calculation results of working conditions 1 - 1 and 1 - 2 for Scheme One 断 面 位 置 最大流量 / (m3 ·s- 1 ) 工况 1 - 1 工况 1 - 2 差 　值 最高水位 / m 工况 1 - 1 工况 1 - 2 差 　值 水位峰现时间 / h 工况 1 - 1 工况 1 - 2 差 　值 坝 　址 31 988 26 170 5 818　 237. 00 237. 00 0 　 0 　 0 　 0 　 城镇 A 23 493 22 771 722　 198. 00 198. 76 0. 07 3. 15 4. 10 0. 95 城镇 B 19 827 19 789 38　 147. 84 147. 83 0. 01 7. 00 7. 95 0. 95 城镇 C 19 630 19 599 31　 145. 18 145. 10 0. 08 7. 50 8. 40 0. 90 城镇 D 18 524 18 512 12　 134. 96 134. 96 0 　 10. 85 11. 90 1. 05 表 3　方案二的工况 2 - 1和 2 - 2计算结果比较 Tab. 3　Comparison between calculation results of working conditions 2 - 1 and 2 - 2 for Scheme Two 断 面 位 置 最大流量 / (m3 ·s- 1 ) 工况 2 - 1 工况 2 - 2 差 　值 最高水位 / m 工况 2 - 1 工况 2 - 2 差 　值 水位峰现时间 / h 工况 2 - 1 工况 2 - 2 差 　值 坝 　址 38 776 31 415 7 361 242. 00 242. 00 0 　 0 　 0 　 0 　 城镇 A 27 416 26 280 1 136 201. 34 201. 28 0. 06 3. 30 4. 25 0. 95 城镇 B 22 700 22 673 　 27 149. 64 149. 63 0. 01 7. 20 8. 00 0. 80 城镇 C 22 480 22 460 　 20 147. 05 147. 05 0 　 7. 45 8. 40 0. 95 城镇 D 20 991 20 997 　 6 137. 02 137. 04 0. 02 11. 05　 12. 05　 1. 00 4. 2. 2　上游来流量对计算结果的影响 　对于工况 1 - 4与 1 - 6以及工况 2 - 3与 2 - 5,令计算方案一 和方案二中对应的溃坝历时和溃坝时坝前水位不变 ,仅改变上游来流量的计算结果见表 4和表 5. 可见 ,当 其它条件不变时 ,上游不同的来流量对溃坝洪水在下游各城镇断面处造成的流量峰值、最高水位及水位峰现 时间均无明显影响. 表 4　方案一的工况 1 - 4和 1 - 6计算结果比较 Tab. 4　Comparison between calculation results of working conditions 1 - 4 and 1 - 6 for Scheme One 断 面 位 置 最大流量 / (m3 ·s- 1 ) 工况 1 - 4 工况 1 - 6 差 　值 最高水位 / m 工况 1 - 4 工况 1 - 6 差 　值 水位峰现时间 / h 工况 1 - 4 工况 1 - 6 差 　值 坝 　址 33 909 34 023 114　 242. 50 242. 50 0 　 0 　 0 　 0 　 城镇 A 27 151 27 207 56 201. 60 201. 63 0. 03 3. 25 3. 65 0. 40 城镇 B 23 039 23 074 35 149. 84 149. 85 0. 01 7. 40 7. 50 0. 10 城镇 C 22 820 22 853 33 147. 26 147. 27 0. 01 7. 80 7. 95 0. 15 城镇 D 21 276 21 278 　2 137. 27 137. 27 0　 11. 40　 11. 65　 0. 25 表 5　方案二的工况 2 - 3和 2 - 5计算结果比较 Tab. 5　Comparison between calculation results of working conditions 2 - 3 and 2 - 5 for Scheme Two 断 面 位 置 最大流量 / (m3 ·s- 1 ) 工况 2 - 3 工况 2 - 5 差 　值 最高水位 / m 工况 2 - 3 工况 2 - 5 差 　值 水位峰现时间 / h 工况 2 - 3 工况 2 - 5 差 　值 坝 　址 41 401 41 639 238 248. 50 248. 50 0 　 0　　 0　　 0　 城镇 A 32 444 32 632 188 204. 69 204. 81 0. 12 3. 60　 3. 60　 0　 城镇 B 26 871 27 113 242 151. 94 152. 05 0. 11 7. 20　 7. 30　 0. 10 城镇 C 26 592 26 830 238 149. 39 149. 50 0. 11 7. 60　 7. 75　 0. 15 城镇 D 24 475 24 614 139 139. 61 139. 73 0. 12 11. 15　 11. 35　 0. 20 51 Administrator 线条 水 利 水 运 工 程 学 报 2005年 6月 4. 2. 3　溃坝时坝前水位对计算结果的影响 　对于工况 1 - 2、工况 1 - 3和工况 1 - 5的溃决历时、上游来流 量均相同 ,溃坝时坝前水位分别为 ý 230 m、ý 237 m和 ý 242. 5 m的计算结果见表 6. 可见 ,溃坝开始时 ,坝 前水位对下游各城镇处的流量峰值和最高水位均有较大影响. 坝前水位越高 ,各城镇断面处的流量峰值和最 高水位也越高. 随着溃坝洪水向下游的推进 ,各工况之间的流量峰值、最高水位的差值逐渐减小. 表 6　方案一的工况 1 - 2、1 - 3和 1 - 5流量和水位计算结果比较 Tab. 6　Comparison of calculated discharges and water levels of working conditions 1 - 2, 1 - 3 and 1 - 5 for Scheme One 断 面 位 置 流量峰值 / (m3·s- 1 ) 工况 1 - 2 坝前水位 ý 230 m 工况 1 - 3坝前水位 ý 237 m 工况 1 - 5坝前水位 ý 242. 5 m 最高水位 / m工况 1 - 2坝前水位 ý 230 m 工况 1 - 3坝前水位 ý 237 m 工况 1 - 5坝前水位 ý 242. 5 m 坝 　址 20 649 26 170 31 326 230. 00 237. 00 242. 50 城镇 A 18 146 22 771 26 586 195. 13 198. 76 201. 55 城镇 B 16 005 19 789 23 014 145. 12 147. 83 149. 84 城镇 C 15 859 19 599 22 801 142. 33 145. 18 147. 26 城镇 D 15 112 18 512 21 276 132. 13 134. 96 137. 28 4. 3　大坝坝高对下游淹没的影响 根据模型计算结果 (以下游城镇 C为例 ) ,方案一 (即大坝坝顶高程为 ý 242 m)发生溃坝后 ,溃坝洪水在 城镇 C断面处最高水位的可能变化范围为 ý 142. 33～ý 147. 27 m,高出城镇 C处堤顶高程约 5. 0～7. 0 m, 溃坝洪水漫过堤防进入城镇 C. 工况 1 - 1城镇 C内淹没进水时对应的洪水前沿位置示意图见图 11. 方案二 (即大坝坝顶高程为 ý 248 m )发生溃坝后 ,溃坝洪水在城镇 C 断面处最高水位的可能变化范围为ý 147. 05～ý 149. 50 m,高出城镇 C处堤顶高程约 6. 7～9. 2 m. 可见 ,坝顶高程为 ý 242 m时的溃坝洪水对 下游城镇的危害要小于坝顶高程为 ý 248 m. 但坝顶高程为 ý 248 m的大坝的失事概率要比坝顶高程为 ý 242 m的大坝小得多. 因此 ,确定水电站大坝坝顶高程除需要综合考虑大坝造价、施工进度安排及发电效益 等因素外 ,仍需参考溃坝洪水的计算结果. 图 11　工况 1 - 1城镇 C淹没洪水前沿位置示意图 Fig. 11　Sketch of front2location of submergence flood in Town C with working condition 1 - 1 5　结　语 (1)在已有溃坝洪水模型的基础上 ,本文建立的溃坝洪水计算模型 ,可对洪水由库尾向坝址的传播过 程、溃坝洪水向下游的推进过程、溃坝洪水漫过堤防后在下游城镇内的淹没过程进行水动力学模拟. 经对本 文溃坝洪水模型的核心模块 (即一、二维非恒定水流模型 )进行的验证结果表明 ,其计算结果与室内溃坝试 验及溃坝水流理论解较为吻合 , 说明 关于失联党员情况说明岗位说明总经理岗位说明书会计岗位说明书行政主管岗位说明书 了该模型应用于溃坝洪水计算的可行性. (2)利用所建立的溃坝洪水计算模型 ,对某水电站大坝溃坝洪水在拟定的各工况下的计算结果表明 :λ溃坝历时对坝址处的流量峰影响较大 ,但随着溃坝洪水向下游推进 ,这一影响迅速减小. 溃坝历时对 61 Administrator 线条 Administrator 线条 Administrator 线条 Administrator 线条 　第 2期 谢作涛 ,等 : 溃坝洪水数值模拟 坝下游城镇处的最高水位的影响不大 ,但溃坝历时较短时 ,各城镇处的最高水位出现时间有较明显的提前 ;µ由于水库上游来流量超过洪水设计标准引起的漫顶溃坝 ,在其它条件相同的情况下 ,上游来流量对下 游各城镇的流量峰值、最高水位及出现时间均无明显影响 ;ν 溃坝时的坝前水位对下游城镇各断面处的流量峰值和最高水位影响较大. 坝前水位越高 ,下游各城镇 断面处的流量峰值和最高水位也就越高. 随着溃坝洪水向下游推进 ,各工况之间的流量峰值和最高水位的差 值逐渐减小 ; (3)溃坝洪水计算结果还表明 ,确定水电站大坝坝顶高程时 ,在综合考虑大坝造价、施工进度安排及发 电效益等因素的同时 ,还应参考溃坝洪水的计算结果. 参 　考 　文 　献 : [ 1 ]　赵太平. 水电工程溃坝洪水计算 [ J ]. 泥沙研究 , 2003, (2) : 48 - 53. [ 2 ]　李杰友 , 吴永强 , 杨树滩 , 等. 泉水水库溃坝洪水模拟计算 [ J ]. 河海大学学报 , 2002, 30 (6) : 35 - 39. [ 3 ]　谢任之. 溃坝水力学 [M ]. 济南 : 山东科学技术出版社 , 1993. [ 4 ]　水利电力部水利水电规划设计院译. 美国国家气象局溃坝洪水预报模型 [ Z]. 北京 : 水利电力部水利水电规划设计院 , 1984. [ 5 ]　谭维炎. 计算浅水动力学 [M ]. 北京 : 清华大学出版社 , 1998. 97 - 103. [ 6 ]　张小峰 , 中川一 , 许全喜. 一阶迎风格式的精度问题 [ J ]. 武汉大学学报 , 2001, 34 (1) : 6 - 10. [ 7 ]　谢作涛 , 张小峰 , 谈广鸣 , 等. 一维洪水演进数学模型研究及应用 [ J ]. 武汉大学学报 , 2005, 38 (1) : 69 - 72. 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