水库溃坝洪水计算
水电工程溃坝洪水计算
水电工程溃坝洪水计算1 前言水电是洁净能源，是西部地区重要的能源资源，开发西部水电，实现“西电东送”是实施“ 西部大开发”战略的重要举措，也是西部地区脱贫致富的重要途径之一。
但水电站往往处于深山峡谷，甚至高地震区中，水电站的溃决将造成巨大的损失，为了预估溃坝洪水带来的影响，并提早采取相应的措施，将洪水灾害造成的影响减少到最小程度，有必要进行溃坝洪水计算。
本次计算电站地处青藏高原东南缘，区域内地势较高，平均海拔在4 000m左右。
且电站坝址区覆盖层深厚，构造裂隙较发育，是我国西部著名的强地震带。
电站下游主要的城镇为某城市，该城为我国西部少数民族集居区，经济以农牧业为主。
2 数学模型2.1 模型结构本次计算采用美国国家气象局编制的溃坝洪水预报模型DAMBRK 模型〔１〕。
该模型由三部分组成：1）大坝溃口形态描述。
用于确定大坝溃口形态随时间的变化，包括溃口底宽、溃口顶宽、溃口边坡及溃决历时。
2）水库下泄流量的计算。
3）溃口下泄流量向下游的演进。
2.1.1溃口是大坝失事时形成的缺口。
溃口的形态主要与坝型和筑坝材料有关。
目前，对于实际溃坝机理仍不是很清楚，因此，溃口形态主要通过近似假定来确定。
考虑到模型的直观性、通用性和适应性，一般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。
若溃决历时小于10分钟，则溃口底部不是从一点开始，而是由冲蚀直接形成最终底宽。
溃口形态描述主要由四个参数确定：溃决历时（τ），溃口底部高程（h bm），溃口边坡（z）。
由第一个参数可以确定大坝溃决是瞬溃还是渐溃。
由后面三个参数可以确2.1.2水库下泄流量计算水库下泄流量由两部分组成，一是通过溃口下泄流量Q b，二是通过泄水建筑物下泄的流量 Q s，即Q=Q b＋Q sQ b=C1(h－h b)1.5+C2(h－h b)2.5其中C1=3.1b i C v K S，C2=2.45ZC v K S当t b≤τ时,h b=h d－(h d－h bm)·t b/τb i=b·t b/τ当t b>τ时，b=h bmb i行进流速修正系数C v=1.0＋0.023Q＇2/〔B＇2d(h＇－h bm)2(h＇－ h b)〕K s=1.0 当(h＇t－h＇b)/(h＇－h＇b)≤0.67K S=1.0－27.8〔(h＇t－h＇b)/(h＇－h＇b)－0.67〕3当(h＇t－h＇b)/ (h＇－h＇b)>0.67式中h b为瞬时溃口底部高程；h bm为终极溃口底高程；h d为坝顶高程；h f为漫顶溃坝时的水位；h为库水位高程；b i为瞬时溃口底宽；b 为终极溃口底宽；t b为溃口形成时间；C v为行进流速修正系数（Brat er1959）；Q为水库总下泄流量；B d为坝址处的水库水面宽度；K s为堰流受尾水影响的淹没修正系数（Venard1954）；h t为尾水位（靠近坝下游的水位）。
防洪工程常用计算公式
(式中：Qm设——洪水设计流量；Fs——设计控制面积；Fz——附近典型水文站的控制面积；Qmz——水文站的标准流量。)
⑵经验公式设计洪水：经验公式有两种计算公式。
一是洪水面积相关法：Qm=KnFn
(式中：Qm——洪水设计流量；Kn——不同重现期的8个洪水频率系数和不同分区的6个地形系数，洪水设计计算系数是28-48个系数；Fn——控制面积，F上面的n是面积系数。面积系数是12-24个，根据地形地貌状况确定。这种计算方法在1000平方公里内可以应用，超过1000平方公里控制面积慎用。在《XXX水文手册》里面可以查到。)
洪水的类型：洪水的类型一般分为六种，一是暴雨洪水，暴雨洪水又分为山洪和泥石流两种。二是融雪洪水，三是冰川洪水，四是冰凌洪水，五是雨雪混合洪水，六是溃坝洪水。
洪水分级：根据国家《水文情报预报规范》，按洪水重现期的大小，把洪水分为常见洪水（8-10年一遇）、较大洪水（10-50年一遇）、大洪水（50-150年一遇）、特大洪水（大于50年一遇
明渠等速流洪水的类型和水力计算要素：
①梯形断面的过水断面面积计算公式：ω=（b+mh）h
(式中：ω——过水断面面积，单位：平方米；b——底宽，单位：米；h——水深，单位：米；m——边坡系数，表示斜坡的垂直距离每增加1米，则水平距离相应增加m米；)
过水断面宽度计算公式：B=b+2mh
⑷蓄满产流：年降雨量充沛，地下水位高，包气带土层不厚，下层容易常达田间持水量，缺水量不大，不容易形成超渗产流，在土壤缺水量满足后全部产生径流的蓄流方式，称为满蓄产流。
⑸汇流过程：降雨或者溃坝形成的洪水，从产生的地点到流域出口断面的汇集过程，称为汇流过程。也可以称为流域汇流。流域汇流分为坡地汇流和河网汇流两个阶段。
基于对溃坝洪水计算的分析
基于对溃坝洪水计算的分析[摘要]兴修水库，对防洪、灌溉、发电、航运、养殖都起着很大的作用，一般情况下，必须而且可以确保大坝的安全。
但是，由于某些特殊原因，例如战争、地震、超标洪水、大坝的施工质量不佳，地基不良及水库调度管理不当等，都会使坝体突然遭到破坏，而形成灾难性的溃坝洪水，给下游带来极其严重的危害。
因此，研究和预估溃坝洪水，对于合理确定水库的防洪标准和下游安全措施是非常必要的。
【关键词】洪水；计算；分析1.前言溃坝可分为瞬时全溃、部分溃和逐渐全溃。
不过，由于导致溃坝的因素甚为复杂，难于事先全面考虑，从最不利的结果着想，可以认为溃坝是瞬时完成的。
因此，以下仅对瞬时全溃或部分溃的情况进行讨论，所谓全溃是指坝体全部被冲毁；部分溃则指坝体未全冲毁，或溃口宽度未及整个坝长，或深度未达坝底，或二者兼有的情况。
实验表明溃坝水流的物理过程，如图1所示，溃坝初期，库内蓄水在水压和重力作用下，奔腾而出，在坝前形成负波，逆着水流方向向上游传播，称为落水逆波；在坝下形成正波，顺着水流方向向下游传播，称为涨水顺波。
由于波速随水深而增加a，所以落水逆波前边的波速总大于后面的波速，使其波形逐渐展平；坝下游涨水顺波的变化正相反，因为后面的波速总大于前面的波速，于是形成了后波赶前波的现象，使波额变陡，成为来势凶猛的立波。
例如，1928年美国圣弗兰西斯科坝失事，下游2.2km处观测得波额高达37m，万吨大的混凝土巨块都被冲走，不过，经过一段河槽调蓄及河床阻力作用之后，立波逐渐坦化，最终消失。
图2示意地表示出一次溃坝洪水在坝址及下游各断面的流量过程线，从图上可以看出，坝址处峰形极为尖瘦，溃坝后瞬息之间即达最大值，然后随时间的推移而急速下降，呈乙字形的退水线。
随着溃坝洪水向下游的演进，过程线逐渐变缓。
1.坝址断面（第I断面）；2.坝下游第II断面；3.坝下游第III断面；4.坝下游第IV断面。
根据对溃坝水流物理过程的试验研究，曾提出许多关于溃坝流量过程计算方法及其向下游传播的演算方法，其中有些在理论上是比较严密的。
溃坝计算
水电工程溃坝洪水计算赵太平（国家电力公司水电水利规划设计总院）摘要：某电站为一待建电站，位于高山峡谷区，河道比降较大。
其下游为某城市，一旦大坝溃决，将对人民的生命财产安全造成极大的威胁。
为此，进行溃坝洪水计算，可预测溃坝后，洪水的淹没范围和程度，以便提早采取相应的措施，减少损失。
关键词：溃坝; 洪水; 预测; 不恒定流1 前言水电是洁净能源，是西部地区重要的能源资源，开发西部水电，实现“西电东送”是实施“ 西部大开发”战略的重要举措，也是西部地区脱贫致富的重要途径之一。
但水电站往往处于深山峡谷，甚至高地震区中，水电站的溃决将造成巨大的损失，为了预估溃坝洪水带来的影响，并提早采取相应的措施，将洪水灾害造成的影响减少到最小程度，有必要进行溃坝洪水计算。
本次计算电站地处青藏高原东南缘，区域内地势较高，平均海拔在4 000m左右。
且电站坝址区覆盖层深厚，构造裂隙较发育，是我国西部著名的强地震带。
电站下游主要的城镇为某城市，该城为我国西部少数民族集居区，经济以农牧业为主。
2 数学模型2.1 模型结构本次计算采用美国国家气象局编制的溃坝洪水预报模型DAMBRK模型［１］。
该模型由三部分组成：1）大坝溃口形态描述。
用于确定大坝溃口形态随时间的变化，包括溃口底宽、溃口顶宽、溃口边坡及溃决历时。
2）水库下泄流量的计算。
3）溃口下泄流量向下游的演进。
2.1.1 溃口形态确定溃口是大坝失事时形成的缺口。
溃口的形态主要与坝型和筑坝材料有关。
目前，对于实际溃坝机理仍不是很清楚，因此，溃口形态主要通过近似假定来确定。
考虑到模型的直观性、通用性和适应性，一般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。
若溃决历时小于10分钟，则溃口底部不是从一点开始，而是由冲蚀直接形成最终底宽。
溃口形态描述主要由四个参数确定：溃决历时（τ），溃口底部高程（h bm），溃口边坡（z）。
由第一个参数可以确定大坝溃决是瞬溃还是渐溃。
某水库洪水溃坝分析
第1期（总第219期）摘要︓文中通过利用我国中小型水库常用的溃坝模型对某水库如果发生溃坝时的溃坝洪水计算与洪水演进分析，确定相关参数，计算得到最大洪峰流量为43862.09m 3/s ，泄空时间为0.625h ，溃坝洪水量极大、洪水演进迅速。
通过分析溃坝洪水过程及其对下游的影响，为当地相关部门采取措施，防止溃坝洪水对下游造成的危害提供依据。
关键词：水库；溃坝洪水；洪水演进中图分类号：TV122+.4文献标识码：BAnalysis on Flood Dam-break of a ReservoirNING Guo-feng Abstract:In this paper ，the dam-break flood calculation and flood routing analysis of a reservoir are carried out byusing the dam-break models commonly used in medium and small-sized reservoirs in China ，and the related parametersare determined.The maximum peak discharge is 43862.09m 3/s ，and the discharge time is 0.625h ，the amount of dam-break flood is very large and the flood routing is rapid.Through the analysis of the process of dam-break flood andits impact on the downstream ，the paper provides the basis for local departments to take measures to prevent the damagecaused by dam-break flood to the downstream.Key words ：reservoir ；dam-break flood ；flood routing某水库洪水溃坝分析宁国锋（晋中市水利勘测设计院山西晋中030600）收稿日期：2020-11-12修回日期：2020-11-17作者简介：宁国锋（1986-），女，2013年工程硕士研究生毕业于北京工业大学水利水电工程专业，工程师。
防洪工程常用计算公式
防洪工程常用计算公式2010-8-28 强新泉摘自新浪强新泉的博客在抗洪抢险中，经常遇到一些技术问题，也就是暴雨、洪水、河道、水库的设计洪水、校核洪水、河道过洪能力计算问题，本人把一般常用的水利水电工程计算公式摘录如下，以供大家在抗洪抢险中参考、探讨：㈠暴雨洪水设计⑪暴雨设计：暴雨：12小时降雨量达到30毫米或者24小时降雨量达到50毫米时称为暴雨。
每小时以内的降雨量达到20毫米也称为暴雨。
设计暴雨的计算公式：①设计点雨量计算公式：Htp=KpHt(式中：Ktp——设计点雨量；Kp——皮尔逊曲线值；Ht——最大雨量均值；t——欲求时间；)②设计面雨量计算公式：Ht面=atHt（式中：Ht面——设计面雨量；at——暴雨线性系数；Ht——设计历时点雨量；at、bt——暴雨线性拟合系数；）③暴雨系数计算公式：at=（式中：at、bt——线性拟合参数；F——流域面积；）④多年平均径流量计算公式：Wp=1000yF(式中：Wp——多年平均径流量；y——多年平均径流深；F——流域面积；)⑤设计频率年径流深计算公式：yp=yKp(式中：y——多年平均径流深；Kp——频率模比系数；)⑥多年平均年径流系数计算公式：α=y/x =W/1000Fx（式中：α——多年平均年径流系数；y——年径流深；x——多年平均降雨量；）⑫洪水设计：①洪水特征：一般常用洪峰流量、洪水总量、洪水过程线三个要素表示。
洪水设计的概念：一次降雨形成的洪水过程线，反映洪水的外形，过程线上的最大值就是洪峰流量，用Q表示。
洪峰最高点就是洪峰水位，用Z表示。
洪水过程线和横坐标所包围的面积，经过单位面积换算求得，就是洪水总量，用W表示。
洪水过程线的底宽是洪水总历时，用T表示。
从开始涨水到洪峰流量的历时称为涨水历时，用t1表示。
从洪峰到洪水下落到终止的历时称为落水历时，用t2表示。
洪水总历时等于涨水历时和落水历时之和。
即T=t1+t2。
一般情况下，一次降雨形成的洪水过程称为单式洪水过程。
溃坝洪水计算
2171411.0HB KW 2141411.0HB KW b3.2 大坝溃决分析3.2.1可能导致大坝溃决的主要因素**水库可能出现大坝溃决的主要因素、形式见3.1.1条。
3.2.2可能发生的水库溃坝形式水库溃坝的主要形式有漫坝溃决、管涌溃决。
**水库可能发生的水库溃坝形式是发生了超标准洪水超过泄洪能力造成洪水漫坝溃坝。
3.2.3 溃坝洪水计算**水库坝型为钢筋混凝土面板堆石坝，坝高*** m ，坝顶高程*** m ，防浪墙顶高程***m ，最大库容10460万m 3，坝顶长度***m 。
**水库采用洪水漫坝造成水库逐渐溃决进行洪水计算。
(1)溃坝决口宽度估算①根据铁道科学研究院推荐的经验公式估算。
计算公式为： b= 式中：b 溃坝决口宽度(m)，W 水库总库容(万m3)，B 坝顶长度(m)，H 最大坝高(m)，K 经验系数，对于该水库属土石混合坝K 值为1.19。
b=26.18m②根据黄河水利委员会经验公式估算式中：b 为溃口宽度(m)，W 为水库总库容(万m 3)，B 为主坝长度(m)，H 为坝高(m)，K 为经验系数(粘土类取0.65，壤土取1.30)。
b=26.84m③参考中国水利水电科学研究院陆吉康经验公式计算。
b = 0.180×3×kW 0.32 H 0.19H 为溃决水深(水库溃决时刻水位- 坝址断面平均底高程)(m),W 为水库有效下泻库容(m 3),b 为最终溃口的平均宽度(m),K 为修正系数,对于漫顶造成的溃决K = 1 。
b=25.32m以上三种方法计算决口宽度均在经验误差范围内，取情况最恶劣计算坝址溃坝最大流量，即溃坝决口宽度26.84m。
(2) 溃口坝址最大流量估算溃口坝址最大流量根据肖克列奇经验公式估算:式中：Q max溃口坝址最大流量(m3/s)，B坝顶长度(m)，b溃坝决口宽度(m)，H0溃坝前上游水深(m)。
Q max = 38768.09 m3/s**水库坝址处溃坝最大流量：38768.09 m3/s。
水利计算6-防洪水利计算
5）水库溢洪道设闸，便于考虑洪水预报，提前预泄腾 空库容
二、有闸门控制防洪水利计算
• 特点：随着闸门的启闭，泄流方式是属于控制泄流和 闸门全开的自由泄流中转换。
• (一)防洪方案的拟定 • 组成防洪方案因素很多：如溢洪道宽度B、堰顶高
程Z堰、防洪限制水位Z限、闸门顶高程Z门等，或非 常泄洪设施，其位置、类型、规模、启用水位等，这 些因素中只要有一因素改变，则构成一个拟定方案。
• 3、防洪限制水位Z限是指汛期水库允许经常维持的上 限水位。设计条件时， Z限是调洪开始时的起跳水位。 该水位反映了兴利库容与调洪库容结合的程度 • • Z堰≦Z限≦ Z蓄 • 正确的Z限应是在不破坏设计供水的原则下取最低值， 可用试算法求出。
水库情况不同，调洪方式也不尽一致
• (二) 拟定泄流方式 • 随着闸门的启闭，泄流方式是在控制泄
• 第四节
入库洪水计算
• 入库洪水的定义： • • • • • 坝址洪水： 入库洪水与坝址洪水的差异 1）产流条件的变化 2）汇流条件的变化 3）调蓄作用的变化
•
V=f（Z，Q） （9） • 式中 ; Z—坝前水位 Q—入 库流量 • 将式（9）关系绘制成以Q为 参数的曲线簇即为水库动库 容曲线（右图）
• 三、考虑动库容的调洪演算
就固定不变的洪水入库断面而言，水库蓄水量 V由与坝前水位Z相应的静库容Vs和与水面坡度 有关的楔形库容Vd组成。 从水力学上看，在坝前水位一定的条件下，入库 流量愈大则动库容愈大； 在入库流量一定的条件下，坝前水位愈高，入库 断面以上的天然河道槽蓄容积被淹没后变成静库容的 愈多，则动库容愈小。 由此特性可知，动库容的大小由坝前水位和入库流 量所决定。其在调洪过程中的变化可表示为
第二节 水库调洪计算的原理和方法 • 一.洪水调节计算原理
溃坝洪水计算中计算工况的合理选择
大坝高 １０４ ８ｍ，坝顶高程 ６５４ｍ，设计洪水重现期
表１
３ ２ 调洪分析
收集水库水文资料，该水库各频率洪水特性
如表 １。
各频率洪水特性
洪水频率
洪峰流量（ ｍ ３ ／ ｓ）
洪量（ 万
ｍ ３）
Ｑ ０ ０２％
Ｑ ０ ０５％
Ｑ ０ ２％
２２２６６２０Biblioteka ２５１７２１９５１５０
４５１０
年汛前坝高 ６５３ ８５ｍ；在导流洞部分下泄（ ５０％）
条件下，５０００ 年一遇洪水，坝前最高水位也只有
６３５ ８６ｍ，同样不会发生漫顶。 故 ２０２０ 年汛期溃
坝计算若考虑漫顶溃坝显然是不合理的，因此仅
考虑管涌溃坝。 但对于 ２０１９ 年汛期溃坝计算而
言，在导流洞正常运行下，上游来 ２００ 年一遇洪
（１２） ：９１－９７＋１０３．
〔６〕 曹 伟．水库溃坝数值模拟及风险分析［ Ｄ］ ． 太原：
太原理工大学，２０１５．
参考文献
〔７〕 赵 荣，陈丙咸． ＧＩＳ 支持下的曹娥江上游洪泛区
洪水演进模型的建立［ Ｊ］ ． 南京大学学报（ 自然科学版） ，
〔１〕 解家毕，孙东亚． 全国水库溃坝统计及溃坝原因
· ４２·
２０２０ Ｎｏ ６
许增培：溃坝洪水计算中计算工况的合理选择
情况考虑管涌发生的条件，即管涌时坝前水位及
１００ 年，校核洪水重现期 ２０００ 年。 工程设无压泄
洪洞，底板高程 ５９８ｍ，弧形闸门控制；两孔溢洪
管涌开始发展的高程。
道，底板高程 ６３３ ５ｍ，采用 ＷＥＳ 实用堰。 该工程
异较大，选择适当溃坝计算工况能有效地提高应
概率极小，此情况下考虑漫顶溃坝显然是不合理
防洪工程常用计算公式
防洪工程常用计算公式在抗洪抢险中，经常遇到一些技术问题，也就是暴雨、洪水、河道、水库的设计洪水、校核洪水、河道过洪能力计算问题，本人把一般常用的水利水电工程计算公式摘录如下，以供大家在抗洪抢险中参考、探讨：㈠暴雨洪水设计⑴暴雨设计：暴雨：12小时降雨量达到30毫米或者24小时降雨量达到50毫米时称为暴雨。
每小时以内的降雨量达到20毫米也称为暴雨。
设计暴雨的计算公式：①设计点雨量计算公式：Htp=KpHt(式中：Ktp——设计点雨量；Kp——皮尔逊曲线值；Ht——最大雨量均值；t——欲求时间；)②设计面雨量计算公式：Ht面=atHt（式中：Ht面——设计面雨量；at——暴雨线性系数；Ht——设计历时点雨量；at、bt——暴雨线性拟合系数；）③暴雨系数计算公式：at=（式中：at、bt——线性拟合参数；F——流域面积；）④多年平均径流量计算公式：Wp=1000yF(式中：Wp——多年平均径流量；y——多年平均径流深；F——流域面积；)⑤设计频率年径流深计算公式：yp=yKp(式中：y——多年平均径流深；Kp——频率模比系数；)⑥多年平均年径流系数计算公式：α=y/x =W/1000Fx（式中：α——多年平均年径流系数；y——年径流深；x——多年平均降雨量；）⑵洪水设计：①洪水特征：一般常用洪峰流量、洪水总量、洪水过程线三个要素表示。
洪水设计的概念：一次降雨形成的洪水过程线，反映洪水的外形，过程线上的最大值就是洪峰流量，用Q表示。
洪峰最高点就是洪峰水位，用Z表示。
洪水过程线和横坐标所包围的面积，经过单位面积换算求得，就是洪水总量，用W表示。
洪水过程线的底宽是洪水总历时，用T表示。
从开始涨水到洪峰流量的历时称为涨水历时，用t1表示。
从洪峰到洪水下落到终止的历时称为落水历时，用t2表示。
洪水总历时等于涨水历时和落水历时之和。
即T=t1 t2。
一般情况下，一次降雨形成的洪水过程称为单式洪水过程。
相邻两次以上的降雨，前面降雨形成的洪水没有泄完，后面降雨形成的洪水接踵而来，称为复式洪水过程。
吐鲁番市煤窑沟水库溃坝洪水分析计算
水ｉ ｆ ， ０ 科技 与 经 济
Ｗａ ｔ ｅ ｒ Ｃｏ ｎ ｓ ｅ ｒ ｖ ａ ｎ ｃ ｙ Ｓ ｃ ｉ ｅ ｎｃ ｅ ａ ｎ ｄ Ｔｅ ｃ ｈ ｎ ｏ ｌ ｏ ｇ ｙ ａ ｎ ｄ Ｅｃ ｏ ｎ ｏ ｍｙ
Ｖ０ １ ．１ ９ Ｎｏ ． ４
以及 生态 保护等 效益 的综合 利用 的水利 枢纽 工程 ， 水库
总库容为９ ８ ０×１ ０ ｍ 。
２ ）瞬时全部 溃 坝最 大洪水 的计 算 。根 据 中华人 民 共 和 国防洪条 例 ， 此类 状况水 库应 处在保 证下 游一 般用 水 的正常水位以下 。因此 ， 假定 水库未 淤积 时 ， 坝前 水深 选３ ４ ． ３ ｍ。 假定死水位为９ ４ ４ ． ８ ｍ时 ， 坝前水深选１ ７ ． ５ ｍ。
３ ２ １ ｍ， 平均宽为３ ９ １ ｍ。 ．
间。煤窑沟河发 源于博 格达 山海拔４ ２ ９ ９ ｍ处 的冰 川上 ， 自东 向 西 流 ， 流 域 海拔 最 高４ ３ ７ ９ ｍ， 流 域 平 均 坡 度 ６ １ ． ７ ‰， 河长４ ６ ｋ ｍ， 出山 Ｉ ： １ 以上集水 面积为４ ８ １ ｋ ｍ ２ ， 多年
的情况下 ， 形成漫坝洪水 。
１ 流 域 概 况
煤窑沟河流域位于 吐鲁番 盆地 中部 ， 吐鲁番市 北部 ，
地处 Ｎ ４ ２ 。 ４ ３ ４ ２ ” 一Ｎ ４ ３ 。 ２ ７ ２ ４ ” ， Ｅ ８ ９ 。 １ １ １ ４ ” 一 Ｅ ８ ９ 。 ２ ６ ０ ２ 之
Ａｐ ｒ ．， ２ ０１ ３
吐 鲁 番 市 煤 窑 沟 水 库 溃 坝 洪 水 分 析 计 算
蔡建 军， 阿迪 力 ・ 阿不都热合 曼
基于hec-ras的二维溃坝洪水计算
Əｕ
Əｕ
Əｕ
ƏＨ
Ə２ ｕ Ə２ ｕ
＋ｕ
＋ｖ
＝－ｇ
＋ ｖｔ( ２ ＋ ２ ) － ｃｆ ｕ ＋ ｆ ｖ (２)
Əｔ
Əｘ
Əｙ
Əｘ
Əｘ Əｙ
Əｖ
Əｖ
Əｖ
ƏＨ
Ə２ ｖ Ə２ ｖ
＋ｕ
＋ｖ
＝－ｇ
＋ ｖｔ( ２ ＋ ２ ) － ｃｆ ｕ ＋ ｆ ｕ (３)
Əｔ
Əｘ
Əｙ
Əｘ
Əｘ Əｙ
式中: ｕ 和 ｖ 是 ｘ 和 ｙ 方向的速度分量ꎬ ｇ 是
(３) 输入溃坝数据
模拟区的边界多边形ꎬ设置合理大小的计算单元
格并设定糙率等相关参数ꎮ 输入宝石桥水库库区
边界ꎬ并设置库容曲线等相关参数ꎮ 将二维模拟
区和宝石桥水库通过水库大坝进行连接ꎬ并输入
大坝的相关参数ꎬ如坝顶高程 ４８４ ６８ｍꎬ最大坝高
本次溃口底部高程为管涌发生位置的高程ꎬ
为 ４６４ ００ｍꎬ形成底宽 ５０ｍꎬ左边坡 １ ４ꎬ 右边坡
１ ７ 的溃口ꎬ溃口形成时间取 １ｈꎬ溃口尺寸见图
２ ３ ２ 输入计算条件
根据二维模拟区的 １ / １００００ 数字化航 测 图
( ＣＡＤ 版本) ꎬ通过 ＡｒｃＧＩＳ 软件将等高线和高程
(１) 边界条件
①水 库 边 界 条 件: 用 水 库 入 库 洪 水 过 程 线
点图层转化为 ｓｈｐ 格式ꎬ并将转化出的 Ｐｏｌｙｌｉｎｅ、
Ｑ( ｔ) 来表示ꎬ在计算洪水波向下游演进时ꎬ Ｑ( ｔ)
上ꎬ水库枢纽由主坝、一副坝、二副坝、溢洪道构
性) 和动量守恒原理ꎮ 这两个定律以偏微分方程
水利水电工程设计洪水计算规范
水利水电工程设计洪水计算规范&SL4493Regulation for calculating design floodof water resources and hydropower projects19930311199312201 总则2 基本资料3 根据流量资料计算设计洪水4 根据暴雨资料推算设计洪水5 设计洪水的地区组成6 干旱、岩溶、冰川地区设计洪水7 水利和水土保持措施对设计洪水的影响附录A 洪水频率计算附录B 暴雨及产流汇流计算附录C 可能最大暴雨附加说明11.0.1 为满足水利水电工程设计需要，统一设计洪水计算的基本原则和方法，特制订本《规范》。
1.0.2 本《规范》适用于大中型水利水电工程各设计阶段的设计洪水计算。
河流规划或小型水利水电工程的设计洪水计算可参照本《规范》执行。
1.0.3 水利水电工程设计所依据的各种标准的设计洪水，包括洪峰流量、时段洪量、洪水过程线等，可根据工程设计要求计算其全部或部分内容。
1.0.4 水利水电工程设计洪水一般可采用坝址洪水。
对具有水库的工程，当建库后产汇流条件有明显改变，采用坝址设计洪水对调洪结果影响较大时，应以入库设计洪水作为设计依据。
1.0.5 计算设计洪水必须重视基本资料。
当实测水文资料缺乏时，应根据设计需要，设立水文站或水位站。
1.0.6 计算设计洪水，应充分利用已有的实测资料，并重视、运用历史洪水、暴雨资料。
1.0.7 根据资料条件，设计洪水可采用以下一种或几种方法进行计算。
（1）坝址或其上、下游邻近地点具有30年以上实测和插补延长洪水流量资料，并有调查历史洪水时，应采用频率分析法计算设计洪水。
（2）工程所在地区具有30年以上实测和插补延长暴雨资料，并有暴雨洪水对应关系时，可采用频率分析法计算设计暴雨，推算设计洪水。
（3）工程所在流域内洪水和暴雨资料均短缺时，可利用邻近地区实测或调查暴雨和洪水资料，进行地区综合分析，估算设计洪水。
水利水电工程设计洪水计算规范S048
理性 对近期发生的特大暴雨和特大洪水 应根据设计洪水计算需要 及时进行调查 历史洪水 暴雨的重现期 应根据调查资料和历史文献 文物等资料 分析调查期或考证期
内大洪水 暴雨发生的次数和量级 合理确定
水利部 中华人民共和国
能源部
关于发布 水利水电工程设计
洪水计算规范
的通知
水规
号
ＹＮＤ－ＹＮＤ－ＹＮＤ－ＹＮＤ－ＹＮＤ－ＹＮＤ－ＹＮＤ－ＹＮＤ－ＹＮＤ－ＹＮＤ－ＹＮＤ－ＹＮＤ－ＹＮＤ－ＹＮＤ
根据部水利水电技术标准制 修 订计划的要求 由水利水电规划设计总院委托长江水
利委员会等单位 对 水利水电工程设计洪水计算规范
在调查考证期 年中有特大洪水 个 其中有 个发生在 项连序系列内 这类不连序洪水 系列中各项洪水的经验频率可采用下列数学期望公式计算
个特大洪水的经验频率为
个连序洪水的经验频率为
或
ＹＮＤ－ＹＮＤ－ＹＮＤ－ＹＮＤ－ＹＮＤ－ＹＮＤ－ＹＮＤ－ＹＮＤ－ＹＮＤ－ＹＮＤ－ＹＮＤ－ＹＮＤ－ＹＮＤ－ＹＮＤ
频率曲线的线型一般应采用皮尔逊 型 特殊情况 经分析论证后也可采用其它线型 频率曲线的统计参数采用均值 变差系数 和偏态系数 表示 统计参数的估计可按 下列步骤进行 采用矩法或其它参数估计法 初步估算统计参数 采用适线法调整初步估算的统计参数 调整时 可选定目标函数求解统计参数 也可采用 经验适线法 当采用经验适线法时 应尽可能拟合全部点据 拟合不好时 可侧重考虑较可靠的大 洪水点据 适线调整后的统计参数应根据本站洪峰 不同时段洪量统计参数和设计值的变化规律 以 及上下游 干支流和邻近流域各站的成果进行合理性检查 必要时可作适当调整 当设计流域的洪水和暴雨资料短缺时 可利用邻近地区分析计算的洪峰 洪量统计参数 或 相同频率的洪峰模数等 进行地区综合 用于设计流域 对设计洪水标准较低的工程 如设计流域缺乏洪水和暴雨资料 但工程地点附近已调查到 可靠的历史洪水 其重现期又与工程的设计洪水标准接近时 可直接采用历史洪水或进行适当调 整 作为该工程的设计洪水
基于HEC-RAS和GIS的溃坝洪水计算
二、溃坝洪水模拟 1．研究区域概况 枕头坝一级水电站位于大渡河中游，下游距乐山市金口 河区 5km，为大渡河干流水电梯级规划的第十九个梯级电 站，其最大坝高 86.5m，水库总库容 0.469 亿 m3，坝址处 控制流域面积 73,057km2，河道平均坡降为 1.8‰，多年平 均流量 1,360m3/s。坝址下游可能受影响范围内梯级电站有 沙坪一级水电站（尚未开工，距离枕头坝坝址 20km）和沙 坪二级水电站（在建，距离枕头坝坝址 28.5km），主要人口 聚集点有金口河城区、永和镇及金河镇，坝址下游主要交通 干线为 S306 省道和成昆铁路。 2．模型建立及验证 （1）模型建立 利用 Arc-GIS 软件在 30m 精度 DEM 模型上绘出河道、 堤岸和边滩并提取计算断面，通过 HEC-GeoRAS 软件将计 算模型导入 HEC-RAS 进行计算。计算河道范围从枕头坝水 电站库尾沿大渡河至沙坪一级水电站坝址，共 34,300m，其 中枕头坝坝址上游库区 16,000m，坝址下游 18,318m。模 型共布设 50 个控制断面，每个断面距离不超过 1km，平均 间距约 0.7km，弯道处至少布设 3 个断面。
水库作为水资源调控措施的重要组成部分，其安全至关
重要。通过溃坝模拟，对其影响进行预先估算，以便做出相
应合理应对措施，对减少生命财产损失具有重要意义，因此
前人利用一维和二维模型针对溃坝模拟做出了大量的工作。
吴钢峰等[1]利用结构网格，采用有限体积法建立二维水动力
学模型，模拟溃坝洪水在复杂地形下的流动过程；陈景秋等[2]
采用改进的时空守恒元和解元方法建立大坝瞬间全溃所致的
洪水演进和反射过程的数学模型；王晓玲等[3]采用耦合 VOF
防洪工程常用计算公式
防洪工程常用计算公式2010-8-28 强新泉摘自新浪强新泉的博客在抗洪抢险中，经常遇到一些技术问题，也就是暴雨、洪水、河道、水库的设计洪水、校核洪水、河道过洪能力计算问题，本人把一般常用的水利水电工程计算公式摘录如下，以供大家在抗洪抢险中参考、探讨：㈠暴雨洪水设计?暴雨设计：暴雨：12小时降雨量达到30毫米或者24小时降雨量达到50毫米时称为暴雨。
每小时以内的降雨量达到20毫米也称为暴雨。
设计暴雨的计算公式：①设计点雨量计算公式：Htp=KpHt(式中：Ktp——设计点雨量；Kp——皮尔逊曲线值；Ht——最大雨量均值；t——欲求时间；)②设计面雨量计算公式：Ht面=atHt（式中：Ht面——设计面雨量；at——暴雨线性系数；Ht——设计历时点雨量；at、bt——暴雨线性拟合系数；）③暴雨系数计算公式：at=（式中：at、bt——线性拟合参数；F——流域面积；）④多年平均径流量计算公式：Wp=1000yF(式中：Wp——多年平均径流量；y——多年平均径流深；F——流域面积；)⑤设计频率年径流深计算公式：yp=yKp(式中：y——多年平均径流深；Kp——频率模比系数；)⑥多年平均年径流系数计算公式：α=y/x =W/1000Fx（式中：α——多年平均年径流系数；y——年径流深；x——多年平均降雨量；）?洪水设计：①洪水特征：一般常用洪峰流量、洪水总量、洪水过程线三个要素表示。
洪水设计的概念：一次降雨形成的洪水过程线，反映洪水的外形，过程线上的最大值就是洪峰流量，用Q表示。
洪峰最高点就是洪峰水位，用Z表示。
洪水过程线和横坐标所包围的面积，经过单位面积换算求得，就是洪水总量，用W表示。
洪水过程线的底宽是洪水总历时，用T表示。
从开始涨水到洪峰流量的历时称为涨水历时，用t1表示。
从洪峰到洪水下落到终止的历时称为落水历时，用t2表示。
洪水总历时等于涨水历时和落水历时之和。
即T=t1+t2。
一般情况下，一次降雨形成的洪水过程称为单式洪水过程。
小型水库溃坝洪水演算探讨
溃 坝 模 型 试 验 可 以研 究 溃 坝 水 流 的 物 理 机
理， 验证 数学模 型 的计算成 果 ， 复杂地 形 中给 在 出直 观 的概念 。 其参 数是工程设计和施工 的主要
法、 有限元法 、 有限体积 法等， 上述方法各 有特色， 在工程实践中得 到了广泛 的应 用。
些假定任意性较 大， 如何考 虑溃 口发展过程仍
然是 目前 溃坝 计算模 型 中没有 得 到很好 解决 的 重要技术 问题 。
２ 溃坝洪水 简算 法
我国小型水库众 多， 病险率高 ， 其中大 多数修 建在农村 ， 果发 生渍 坝将造成严重 的经 济损失 如 和 巨大 的社会 问题 ， 因此有必要对其进行 溃坝洪
１３ 数 值 模 拟 ．
１ 溃 坝 洪 水 研 究 方 法
溃坝洪 水的研究 方法包括实验研 究 、 近似方
法和 数 值模 拟 三种 。
１１ 实 验 研 究 ．
值 求 解 圣 维 南 方 程 组 的黎 曼 问题 逐 渐 成 为 了 研
究溃坝波的主要手段， 特别是在研究 区域 的边值 条件和初始条件较为复杂时， 数值模拟 的优越性 更为 明显 。目前 求解圣维南方程组的数值方法很
产 转 移 提 供 重 要 依 据 。 本 文 根 据 国家 防 总 《 库 水
防洪应急预案编制导则》 试行 ） （ 中对于溃坝洪 水
计 算成果 的要 求 ． 即给 出溃坝洪水影响范 围及 洪 水 到达 时间 。 比较分析现 有溃坝洪水演算方法 在 的基础 上 ， 荐一种在小型水 库溃坝洪水计算 中 推
Ａ
６ 日 ：
（） ２