基于对溃坝洪水计算的分析_潘成书
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【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，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。
2.坝址处溃坝最大流量的计算 调查溃坝的情况表明，中小水库的土坝、堆石坝短时间局部溃的 较多，刚性坝（如拱坝）和山谷中的土坝容易瞬间溃毁，为安全计，对 于设计情况可考虑按瞬间溃坝处理，以瞬间全溃及局部溃的最大水 流理论为指导，在总结国内外各种计算方法的基础上，对所做600多 次试验资料综合归纳，得到了适合于瞬间全溃或局部溃的坝址处溃 坝最大流量计算公式。经使用200多组溃坝试验记录和实际的溃坝 资料，对该公式和国内外的其他公式进行检验，表明该公式适用条件 广、计算精度高，误差均不超过20%。 Qm=0.27√g（L/B）1/10(B/b)1/3b（H-K’h）3/2 （1） 式中：Qm——坝址处溃坝最大流量（m3/s）；
g——重力加速度（m/s2）； B——坝址处在库面宽（m），通常就等于坝长； H——坝前水深（m），对于设计条件，可取坝高值； L——库区长度（m），一般可采用坝址断面至库区上游库面突 然缩小处的距离。 b —— 溃口的 平 均 宽 度（m），最 大（全 溃 时）等 于 坝 长， 此值可按 以下方 法 估 计 ：当溃 坝 时 的蓄 水量V≥10 0万m 3时，按 b=k1V1/4B1/7H1/2估计（k1称坝体材质系数）。 对粘土类坝、粘土心墙或斜墙坝和混凝土坝取1.19，均质壤土坝 取1.98）：当V＜100万m3时，按b=k2（VH）1/4估计（坝体施工和管理 质量好的k2取6.6差的取9.1）。两式中，B、b、H的单位为m，V的单位 为万m3。B/b一般不应超过17；一溃口处残留坝体的平均高度（m）， 为安全计，对于设计条件可取h=0；
K’——经验系数，近似按K’=1.4（bh/BH）1/3估计。 3.溃坝最大流量向下游演进的计算
正如从图所看到的那样，坝址处的溃坝流量过程线在向下游演 进中，将不断展平，溃坝的最大流量将很快衰减。我们可以用非恒定 流解法，由坝址处的溃坝流量过程逐段演算出下游各断面处的流量 过程，从而得到各断面处的最大溃坝流量和出现时间，不过，这种做 法非常麻烦，工作量很大，中小水库设计中使用的不多，这里只介绍 一些使用简便且有一定精度的经验公式方法。
DOI:10.13751/j.cnki.kjyqy.2012.24.113
工程技术
百度文库
基于对溃坝洪水计算的分析
潘成书 黑龙江省农垦总局建三江管理局七星农场水务局 黑龙江建三江 156300
【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。
参考文献 [1]柴贺军,董云,李绍轩,蒋洋.大型天然土石坝的溃坝方式及
环境效应分析[J].地质灾害与环境保护,2005年02期 [2]李发文.洪灾避迁决策理论及其应用研究[D].河海大学,2005
年
《科技与企业》杂志 2012年12月（下） 187
3.1水库下游某断面溃坝最大流量的计算 溃坝在下游某断面处形成的最大流量，根据国内外许多单位的 研究，大都采用下面的经验 公式计算：Qm，l=V/(V/Qm+L/KVv) （2） 式中：Qm——坝址处的溃坝最大流量（m3/s）； Qm，l——Qm演进至距坝址L处的溃坝最大流量（m3/s）； V——溃坝时的水库有效蓄水容积（m3）； v——洪水期间河道断面最大平均流速（m/s）； kv——经验系数； kVv值相当于洪水传播速度。 3.2溃坝最大流量到达下游某断面所需时间的计算 除了要知道溃坝之后在下游各断面形成的最大流量外，还需要 估计它们在下游各断面什么时候出现，即需要计算溃坝最大流量从 坝址下游某处的传播时间。 τ=kτ（L7/5/V1/5H1/2hm1/4） （3） 式中τ——溃坝最大流量从坝址到下游L处的传播时间（s）； hm——下游断面处最大流量的平均水深（m），可根据式（2）计 算的Qml查该断面的水位流量关系曲线和水位平均水深关系曲线求 得； kτ— — 经 验 系 数，等 于 0 . 8-1. 2，水 深 小 时取 小 值，大 时取大 值； H——溃坝时的坝前水深（m）； 总之，溃坝洪水的计算，均属于经验性公式，由于情况复杂，资 料又往往不足，故各种方法的计算成果可能相差较大。目前对于十分 重要的水库，都倾向于用物理模型结合详算法的电算来进行，而简化 公式仅作为粗估之用。
图1 溃坝水流状态示意 图2 溃坝洪水沿程演进示意 1. 坝 址 断 面（第 I 断 面）；2 . 坝 下游 第 I I 断 面；3 . 坝 下游 第 I I I 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。但这些方法计算工作量大，资料条件要求高，限于溃坝 的边界条件难以定准，其计算成果的精度并不一定高。因此，对于中 小水库，多采用具有一定精度、且较为简便的半理论半经验公式或经 验公式，计算坝址处溃坝最大流量及其向下游的传播。
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，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。
2.坝址处溃坝最大流量的计算 调查溃坝的情况表明，中小水库的土坝、堆石坝短时间局部溃的 较多，刚性坝（如拱坝）和山谷中的土坝容易瞬间溃毁，为安全计，对 于设计情况可考虑按瞬间溃坝处理，以瞬间全溃及局部溃的最大水 流理论为指导，在总结国内外各种计算方法的基础上，对所做600多 次试验资料综合归纳，得到了适合于瞬间全溃或局部溃的坝址处溃 坝最大流量计算公式。经使用200多组溃坝试验记录和实际的溃坝 资料，对该公式和国内外的其他公式进行检验，表明该公式适用条件 广、计算精度高，误差均不超过20%。 Qm=0.27√g（L/B）1/10(B/b)1/3b（H-K’h）3/2 （1） 式中：Qm——坝址处溃坝最大流量（m3/s）；
g——重力加速度（m/s2）； B——坝址处在库面宽（m），通常就等于坝长； H——坝前水深（m），对于设计条件，可取坝高值； L——库区长度（m），一般可采用坝址断面至库区上游库面突 然缩小处的距离。 b —— 溃口的 平 均 宽 度（m），最 大（全 溃 时）等 于 坝 长， 此值可按 以下方 法 估 计 ：当溃 坝 时 的蓄 水量V≥10 0万m 3时，按 b=k1V1/4B1/7H1/2估计（k1称坝体材质系数）。 对粘土类坝、粘土心墙或斜墙坝和混凝土坝取1.19，均质壤土坝 取1.98）：当V＜100万m3时，按b=k2（VH）1/4估计（坝体施工和管理 质量好的k2取6.6差的取9.1）。两式中，B、b、H的单位为m，V的单位 为万m3。B/b一般不应超过17；一溃口处残留坝体的平均高度（m）， 为安全计，对于设计条件可取h=0；
K’——经验系数，近似按K’=1.4（bh/BH）1/3估计。 3.溃坝最大流量向下游演进的计算
正如从图所看到的那样，坝址处的溃坝流量过程线在向下游演 进中，将不断展平，溃坝的最大流量将很快衰减。我们可以用非恒定 流解法，由坝址处的溃坝流量过程逐段演算出下游各断面处的流量 过程，从而得到各断面处的最大溃坝流量和出现时间，不过，这种做 法非常麻烦，工作量很大，中小水库设计中使用的不多，这里只介绍 一些使用简便且有一定精度的经验公式方法。
DOI:10.13751/j.cnki.kjyqy.2012.24.113
工程技术
百度文库
基于对溃坝洪水计算的分析
潘成书 黑龙江省农垦总局建三江管理局七星农场水务局 黑龙江建三江 156300
【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。
参考文献 [1]柴贺军,董云,李绍轩,蒋洋.大型天然土石坝的溃坝方式及
环境效应分析[J].地质灾害与环境保护,2005年02期 [2]李发文.洪灾避迁决策理论及其应用研究[D].河海大学,2005
年
《科技与企业》杂志 2012年12月（下） 187
3.1水库下游某断面溃坝最大流量的计算 溃坝在下游某断面处形成的最大流量，根据国内外许多单位的 研究，大都采用下面的经验 公式计算：Qm，l=V/(V/Qm+L/KVv) （2） 式中：Qm——坝址处的溃坝最大流量（m3/s）； Qm，l——Qm演进至距坝址L处的溃坝最大流量（m3/s）； V——溃坝时的水库有效蓄水容积（m3）； v——洪水期间河道断面最大平均流速（m/s）； kv——经验系数； kVv值相当于洪水传播速度。 3.2溃坝最大流量到达下游某断面所需时间的计算 除了要知道溃坝之后在下游各断面形成的最大流量外，还需要 估计它们在下游各断面什么时候出现，即需要计算溃坝最大流量从 坝址下游某处的传播时间。 τ=kτ（L7/5/V1/5H1/2hm1/4） （3） 式中τ——溃坝最大流量从坝址到下游L处的传播时间（s）； hm——下游断面处最大流量的平均水深（m），可根据式（2）计 算的Qml查该断面的水位流量关系曲线和水位平均水深关系曲线求 得； kτ— — 经 验 系 数，等 于 0 . 8-1. 2，水 深 小 时取 小 值，大 时取大 值； H——溃坝时的坝前水深（m）； 总之，溃坝洪水的计算，均属于经验性公式，由于情况复杂，资 料又往往不足，故各种方法的计算成果可能相差较大。目前对于十分 重要的水库，都倾向于用物理模型结合详算法的电算来进行，而简化 公式仅作为粗估之用。
图1 溃坝水流状态示意 图2 溃坝洪水沿程演进示意 1. 坝 址 断 面（第 I 断 面）；2 . 坝 下游 第 I I 断 面；3 . 坝 下游 第 I I I 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。但这些方法计算工作量大，资料条件要求高，限于溃坝 的边界条件难以定准，其计算成果的精度并不一定高。因此，对于中 小水库，多采用具有一定精度、且较为简便的半理论半经验公式或经 验公式，计算坝址处溃坝最大流量及其向下游的传播。