不同长宽比及水深对水库溃坝流量过程的影响分析

［收稿日期］２０２０－０１－２０ ［作者简介］康国亮（１９８５－），男，辽宁义县人，工程师，从事水利工程管理工作。
— ９５—
２０２０年 第 ２期 （第 ４８卷）
黑 龙 江 水 利 科 技 ＨｅｉｌｏｎｇｊｉａｎｇＨｙｄｒａｕｌｉｃＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ
Ｎｏ２２０２０ （ＴｏｔａｌＮｏ４８）
２２ 长宽比对水库溃坝流量过程影响 ２２１ 对溃坝峰顶流量及峰现时间的影响
随着长宽比 的 增 长，溃 坝 峰 顶 流 量 及 峰 现 时 间 的变化规律如表所示，随着长宽比的增长，溃坝峰顶 流量值变化 不 大，基 本 维 持 在 一 定 值 附 近。 峰 顶 流 量达到时间变化也不大。说明在同一水库深度情况 下，库区长度 变 化 对 溃 坝 峰 顶 流 量 及 峰 现 时 间 的 影 响不大，见表 ２。
２０２０年 第 ２期 （第 ４８卷）
黑 龙 江 水 利 科 技 ＨｅｉｌｏｎｇｊｉａｎｇＨｙｄｒａｕｌｉｃＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ
文章编号：１００７－７５９６（２０２０）０２－００９５－０２
Ｎｏ２２０２０ （ＴｏｔａｌＮｏ４８）
不同长宽比及水深对水库溃坝流量过程的影响分析
康国亮
（辽宁省水资源管理集团，沈阳 １１００００）
在保证同一库容大小、溃口宽度不变情况下，分 析库区水深变化对湖泊形和狭长形水库溃坝洪峰流 量及峰现时间产生的不同的影响。以湖泊形水库为 基础形状，研究水库在长宽比（Ｌ／Ｂ，Ｂ不变）及水深 变化时产 生 的 规 律，分 析 长 宽 比 （Ｌ／Ｂ）和 水 深 变 化 两因素 对 水 库 溃 坝 洪 水 的 影 响 程 度。 具 体 方 案 见 表 １。
表 １ 不同长宽比及水深计算方案
水库库形 库形尺寸 ／ｍ） 溃口宽度 ／ｍ 库区水深 ／ｍ
长宽比
湖泊形
狭长形
长 ×宽 ＝２００×２００
长 ×宽 ＝４００×１００
１００
１００
１０、２０、３０、４０
Ｌ／Ｂ＝１、２、３、４、５、６、７、８、９、１０（初始尺寸 ２００×２００）
模型参数：上游库区水深为 １０ｍ，下游水 深 为 ０ｍ；下游出口开边界设为水位常数 ２ｍ；干水深 ｈｄｒｙ＝ ０００５ｍ，淹没水深 ｈｆｌｏｏｄ＝００５ｍ，湿水深 ｈｗｅｔ＝０１ｍ； 库区 底 床 摩 擦 力 采 用 曼 宁 数 表 示，设 为 定 值 Ｍ ＝ ３２ｍ１／３／ｓ；涡黏系数采用 Ｓｍａｇｏｒｉｎｓｋｙ公式确定，Ｓｍａ ｇｏｒｉｎｓｋｙ系数 Ｃｓ选定为 ０２８。
０ 前 言
利用经验公 式 进 行 溃 坝 洪 水 计 算 简 单 易 行，经 济实惠，在 我 国 众 多 中 小 型 水 库 中 应 用 较 广。 但 此 种方法将各种水库溃坝过程都概化为一种简单的过 程线形式，只考虑库容及坝前水位情况，没能考虑不 同宽深比及水深对溃坝流量的影响。重点分析研究 同一库容条件下不同不同宽深比及水深对于溃坝洪 水的影响，以提供更加精准 的 溃 坝 洪 水 计 算 结 果。 为广大采用经验公式计算溃坝洪水的中小型水库提 供参考，以便制定出更加符合实际、更利于保护下游 人民生命财产安全的防灾、减灾措施 。 ［１－３］
表 ２到达时间 ／ｓ Ｌ／Ｂ
峰顶流量 ／ｍ３·ｓ－１ 到达时间 ／ｓ
１ ３５４７７２
１９ ６ ３５３８５８ １８
２ ３５３８４２
１９ ７ ３５３８７６ １８
３ ３５３３００
１９ ８ ３５３５６１ １９
４ ３５４３６２
１９ ９ ３５３５５４ １９
摘 要：使用 ＭＩＫＥ２１软件中水动力模块进行数值模拟计算，重点研究分析同一库容条件下不 同长宽比及水深对于溃坝洪水的影响，结果表明同一水库情况下，水深变化主要影响溃坝后峰 顶流量值大小及峰顶流量达到时间，长宽比变化主要影响溃坝流量过程线形状。 关键词：库容；长宽比；水深；溃坝流量；影响分析 中图分类号：ＴＶ１２２４ 文献标识码：Ｂ
２ 不同长宽比对溃坝流量影响分析
２１ 研究方案及模型参数选择
应用 ＭＩＫＥ２１中的 ＦｌｏｗＭｏｄｅｌＦＭ 模型进行模 拟，对水库进行瞬时溃坝洪水计算。为了方便计算， 更直观地得到不同水库形状对于溃坝洪水的影响， 在本次研究中，暂时不考虑水库上游来流、风、浪、潮 汐、温度、盐度 和 支 流 入 汇 等 因 素 的 影 响；同 时 糙 率 用曼宁值表示，设定为常数 Ｍ ＝３２ｍ１／３／ｓ；库区水深 为 １０ｍ，下游无水。
１ 软件适用性
ＭＩＫＥ２１是专业 的 二 维 自 由 水 面 流 动 模 拟 系 统 工程软件包，适 用 于 湖 泊、河 口、海 湾 和 海 岸 地 区 的 水力及其相关现象的平面二维仿真模拟。主要用于 河口、河流、海 洋、水 库 等 地 表 水 体 流 动、波 浪、水 环 境变化、泥 沙 运 移 等 二 维 水 利 专 业 工 程 软 件。 目 前 该软件在国 内 得 到 了 广 泛 的 应 用，如 碧 流 河 水 库 下 游洪水淹没损失计算、辽河左岸防洪风险图的编制， 大连理工大学的王领元利用 ＭＩＫＥ２１水动力模块对 二维溃坝进行了数值模拟，结果较符合实际［４－６］。
５ ３５３８１４
１９ １０ ３５３７１０ ２０
２２２ 对流量过程线的分析 随着长宽比 的 增 大，对 溃 坝 流 量 过 程 线 峰 前 过
程影响不大，不同长宽比时峰前过程线基本重合，峰 顶流量及峰现时间亦基本重合。但对峰后过程影响 较大。当 Ｌ／Ｂ＝１时，峰后流量快速下降。随着 Ｌ／Ｂ 值的增大，峰 后 过 程 线 有 明 显 的 下 降 后 又 回 升 的 波 动，Ｌ／Ｂ值越大，下降回升后的高流量值持续时间越 长，待流量在较高位置下降后，过程基本相同。由于 长宽比的增大，库区越狭长，溃坝初期溃口附近水体 迅速向下游 倾 泻，而 狭 长 形 水 库 的 水 量 供 应 主 要 从 水库上游方 向，溃 坝 负 波 未 到 之 处 的 水 体 是 不 受 影 响的，故溃口 附 近 水 体 迅 速 下 泄 后 上 游 库 区 不 能 及 时大量供应水体，使溃坝流量产生短暂的下降过程。 随着溃坝逆 行 波 向 上 游 传 递，上 游 水 量 会 持 续 向 溃 口处涌动，从而使流量反弹并持续，直至库区水量减 少到一定程度，溃坝流量开 始 下 降 至 泄 空 库 容，见 图 １。