SL∕T164-2019 溃坝洪水模拟技术规程(水利).pdf

ICS 07.060 P 58 SL 中华人民共和国水利行业标准SL/T 164- 2019 替代SL164-2010 溃坝洪水模拟技术规程Technical code for simulation of dam -break flow 2019 -11 -13发布很但也dvm飞飞2020 - 02 -13实施中华人民共和国水利部发布中华人民共和国水利部关于批准发布水利安全生产标准化通用规范等3项水利行业标准的公告2019年第15号中华人民共和国水利部批准水利安全生产标准化通用规范CSL/T 789-2019)等3项为水利行业标准，现予以公布。序号标准名称标准编号替代标准号发布日期实施日期水利安全生产标准化通用SL/T 789-2019 2019.11. 13 2020.2. 13 规范2 溃坝洪水模SL!T 164-2019 SL 164-2010 2019.11. 13 2020.2. 13 拟技术规程水利水电工3 程施工导流和SL!T 163-2019 SL 163-2010 2019. 11. 13 2020. 2. 13 截流模型试验规程水利部2019年11月13日前根据水利技术标准制修订计划安排，按照SL1-2014 (水利技术标准编写规定的要求，对SL164-2010 (溃坝洪水模拟技术规程进行修订。本标准共7章和2个附录，主要技术内容有:明确研究大纲、基本资料中应包括的内容;二溃坝洪水模型试验中相似准则、试验设备与测量仪器、模型设计、模型制作与安装、模型率定和验证、试验方案和观测内容等相关内容规定和要求;-费坝洪水数值模拟中基本方程、求解方法、定解条件、边界处理、计算断面和网格剖分、模型率定和验证、计算方案等相关内容规定和要求。溃坝洪水模拟资料整理与分析和研究成果及报告编写等相关内容规定和要求。本次修订的主要内容有:修订了本标准的适用范围和引用标准;对基本规定内容进行补充和完善;在溃坝洪水模型试验增加图像采集分析相关内容;在溃坝洪水数值模拟增加三维数学模型相关内容;将渍坝洪水模型试验和愤坝洪水数值模拟中资料整理及成果分析相关内容合并单列资料整理与分析将研究报告编写试验研究成果和计算研究成果等节合并单列研究成果及报告编写在附录B巾增加三维数学模型基本控制方程。本标准所替代标准的历次版本为:SL 164-95 SL 164-2010 本标准批准部门:中华人民共和国水利部本标准主持机构:水利部水利水电规划设计总院本标准解释单位:水利部水利水电规划设计总院本标准主编单位:长江水利委员会长江科学院本标准参编单位:长江勘测规划设计研究有限责任公司本标准出版、发行单位:中国水利水电出版社本标准主要起草人:周赤黄明海徐照明邢领航曾祥郭辉李静本标准审查会议技术负责人:鸟毓淦吴一红雷兴JII页本标准体例格式审查人:于爱华本标准在执行过程中，请各单位注意总结经验，积累资料，随时将有关意见和建议反馈给水利部国际合作与科技司(通信地址:北京市西城区白广路二条2号;邮政编码100053;电活:010 -63204533;电子邮箱bzhmwr.gov. cn) ，以供今后修订日才参考。目次1 总则-2 术语23 基本规定33. 1 研究大纲33. 2 基本资料34 溃坝洪水模型试验44. 1 模型相似准则4 4. 2 试验设备与最测仪器44. 3 模型设计.4 4. 4 模型制作与安装 11. 5 模型率定和验证6 11. 6 试验方案和观测内容65 溃坝洪水数值模拟75.1 基本方程及求解方法75. 2 定解条件及边界处理75.3 计算断面和网将剖分.8 5./ 模型率定和验证8 5.5 计算方案96 资料整理与分析. . . . . . . . . . . . . 10 7 研究成果及报告编写17.1 试验研究成果17. 2 计算研究成果117.3 报告编写.口附录A溃坝洪水模型试验测量精度要求12附录B溃坝洪水数学模型基本控制方程13标准用词说明16标准历次版本编写者信息、17条文说明1总则1. O. 1 为规范溃坝洪水模拟技术和方法，提高模拟研究成果的准确性和可靠性，为水利水电工程建设提供科学依据，制定本标准。1. O. 2 本标准适用于各类坝的渍决洪才叫莫型试验和数值模拟，俨自可供围堪、堤防和堪塞本等类似工程前决洪水模拟参考。SL 155 SL 104 1. O. 5 溃坝关标准的1 2术语2. 0.1 攒坝洪水dam - break flow 堤坝或其他挡水建筑物愤决，发生水体突?世所形成的洪水。2.0.2 概化模型general model 不针对具体的实际地形和地貌条件进行模拟，而是选取特征值如坝高、坝型等进行系列模拟的模型，以开展试验研究总结规律和机理。2 3基本规定3. 1研究大纲3.1.1 应根据研究任务和要求编制研究大纲，在研究过程中可作必要的修订。3.1.2 研究大纲内容可包括:项目概况、工程基本资料、研究目的和内容、研究依据和遵循的技术标准、技术路线和研究方案、试验设备和测量仪器、进度计划、预期成果、人员组织、质量保证措施等。3.2基本资料3.2.1 应收集研究区域地形和相关设施布置资料o地形资料应满足研究需要o3.2.2 应收集工程规模、总体布置、泄水(导流)建筑物布置、堤坝类型、形状及材料等资料。3.2.3 应收集研究范围内典型洪水资料，包括入库洪水和下游入汇支流洪水、出口断面水位流量关系及洪泛区内特征点的历史洪水水位等。3.2.4 应收集水库库容曲线、大坝设计洪水、泄水建筑物泄流能力等资料。3.2.5 应收集下游影响溃坝洪水传播的建筑物和防洪工程资料。3.2.6 应收集愤坝洪水影响区域城镇、重要建筑物和设施分布及其防洪标准o3 4 溃坝洪水模型试验4. 1模型相似准则4.1.1 模型应满足几何相似、水流运动相似和|动力相似要求。动力相似应遵循弗劳德相似准则。4.1.2 模型应满足水流阻力相似要求。4.2.3 4.2.4 4.3模型设计4.3.1 模型设计应符合4.1节规定的模型相似准则。4.3.2 应根据工程规模、试验目的确定模拟范围，结合试验场地、设备和测试技术等条件合理选择模型类型和比尺。4.3.3 愤坝模型包括整体模型、局部模型和概化模型等，应按下列要求选择:1 研究溃坝后洪水对下游城镇、重要设施等的影响，直采4 用整体正态模型，几何比尺不宜小于1: 300;当研究范围很大，难以采用正态模型时，可采用变态模型，但几何变率不宜大于5。2 研究愤坝过程水流条件及对下游局部区域的影响，应采用局部正态模型，几何比尺不宜小于1: 100。3 开展愤坝水流及传播特性等机理研究时，可采用概化模型或断面模型。4.3.4 库区模拟范围宜包括全库区j;佳均模拟全库区时库区，由范围模拟可简化，适当模拟库区河道长 度A但应准确模拟水库库容曲线。/-、1 4.3.7 装置。距不宜大于100cm，地形复杂河段可力1在J!r面或采用等高线法。4.4.3 应按主要城镇、建筑物和重点控制位置，设置水位、流速和压力等测量仪器。4.4.4 库区和下游岸坡应设置高程标尺，下游河道直绘制反映平面位置的方格网。4.4.5 模型地形制作、常规仪器设备安装应符合SL155的规定。4.4.6模型 制作安装完成后，应进行检查与校核，并有完整记录。5 4.5 模型率定和验证4.5.1 模型水位验证和糙率校正应符合SL155的规定o4.5.2 应验证模型水库的水位库容关系o4.5.3 应率定水位自动调控设备控制精度。4.6 试验方案和观测内容4.6.1 应按可能出现的读坝型式、遭遇不同频率洪水和坝前水位等拟定试验方案o有支流入汇河段，应进行不同频率洪水组合。4.6.2 X见测宜包括下列内容:1 坝址及上、下游河道典型断面水位变化过程。2 坝下游典型位置水位、流速变化过程。3 溃坝洪水过程、下游洪水演进和淹没范围变化过程。4.6.3 观测精度应按照附录A的要求执行。6 5 i贵坝洪水数值模拟5. 1 基本方程及求解方法5.1.1 溃坝洪水数学模型基本控制方程宜采用圣维南方程组或雷诺时均N-S方程组，可采用附录B所列基本控制方程。5.1.2 数值模拟可采用一维数学模盟、平面二维数学模型和三维数学模型及其榈合模型。应根据研究目的、研究对象特点等选择适宜的数学模型。5.1.3 模型求解方法宜采用有限体积法、有限差分法、有限单元法等，并适应溃坝洪水在干河床上演进过程模拟要求，能准确捕捉溃坝洪水间断波。5.2 定解条件及边界处理5.2.1 模拟范围应根据研究吕的及内容确定o5.2.2 一维数学模型定解条件宜按下列方法选取:1 初始条件:取溃坝前沿程流量和水位o2 上游边界条件:模拟范围包含库区时，取入库流量过程;模拟下游河道时，取溃口下世流量过程或可能的泄水建筑物下泪流量过程。3 下游边界条件:取水位流量关系或水位过程o4 内边界条件:由口处按内边界处理，选用下泪流量过程。5.2.3 平面二维数学模型定解条件宜按下列方法选取:1 初始条件:取愤坝前水位和流速。2 入流边界条件:模拟范围包含库区时半，取入库流量过程;模拟下游河道时，取i赁口下?世流量过程或可能的世水建筑物下泪流量过程。3 出流边界条件:取水位流量关系或水位过程O4 内边界条件:愤口处按内边界处理，选用下泄流量过程。5 固壁条件:采用法向速度为零。6 动边界条件:可采用干湿单元动边界处理技术。5.2.4 三维模型定解条件宜按下列方法选取:1 初始条件:取愤坝前水位和流速。2 边界条件:人流边界条件取流量或水位过程，其余开边界变量梯度为零。3 固壁条件:采用法向速度为零。5.2.5 5.3.1 3 5.3.3 模拟逐渐溃愣口挺有边:在时可采用动网格模拟技术，反映、渍口形状变化过程。1J 5.3.4 应进行计算网格无关性分析。气、j5.4 模型率定和验证5.4.1 宜采用实测、调查洪水资料或模型试验资料对模型糙率进行率定，同时应进行模型水位、流量验证。5.4.2 当无资料时，宜进行模型参数敏感性分析，应对模型计算结果进行合理性分析。5.4.3 模型验证结果与实际洪水过程的水位误差应不大于lOcffio8 5.5计算方案5.5.1 溃口形态宜动态描述，计算方案宜按4.3.5条和4.6.1条的要求拟定。5.5.2 有支流入汇河段，应进行不同频率洪水的组合。9 6 资料整理与分析6.0.1 试验和计算数据应进行可靠性与合理性分析。6.0.2 资料分析整理宜包括下列内容:1 坝址断面及上、下游河道典型断面水位变化过程线，最高水位及相应出现时间。2 坝址断面流量随愤口形状和溃决历时的变化过程。3 坝址断面流量随不同入库流量的变化过程。4 坝址断面流量随不同坝前水位的变化过程o5 溃坝波向下游演进和向上游传播的过程。6 下游典型位置的水位、流速、淹没水深变化过程o6.0.3 攒坝洪水影响分析宜包括下列内容:1 榄坝洪水演进特征。2 横坝洪水涉及的岸坡、建筑物等淹没范围。3 溃坝洪水对城镇、重要设施等影响。10 7 研究成果及报告缩写7. 1试验研究成果7.1.1 论述溃坝洪水物理模型设计和制作的特点。7.1.2 阐述物理模型参数率定和模型验证结果o7.1.3 坝体逐渐模决试验应给出引冲槽体型、尺寸及其引冲效果结论与建议。7.1.4 阐述各种溃决方案的愤坝洪水演进特征，包括流量最大峰值、流态特征、行进路线、洪水波到达城镇和重要设施的时间、淹没植固、流速、水深、流量等变化过程o7.1.5 提出减少溃坝洪水损失的措施。7.2计算研究成果7.2.1 论述苦苦坝洪水数学模型的特点。7.2.2 阐述璜坝洪水数学模型参数率定和模型验证结果。7.2.3 论述计算结果可靠性和合理性。7.2.4 计算结果除应满足7.1. 4条的要求外，二维、三维数学模型还应给出计算区域流场等研究成果。7.2.5 提出减少憬坝洪水损失的措胞。7.3报告编写7.3.1 模型试验报告内容宜包括:前言、工程概况、试验目的与内容、试验范围确定、模型设计与制作、量测方法、模型验证或率定试验、试验结果与分析、结论与建议等。7.3.2 数学模型计算报告内容宜包括:前吉、工程概况、计算目的与内容、计算泡固、数学模型及计算方法、参数率定或模型验证计算、计算方案与条件、计算结果与分析、结论与建议等。7.3.3 研究成果提交形式宜包括研究报告、电子文档、录像和照片等。11 附录Ai贵坝洪水模型试验测量精度要求施视IJ对象水位流速流量12 表A溃坝洪水模型试验测量精度要求测试仪器水位测针电磁流量计、超声波精度要求训IJ针零点高程的精度应控制在流量计、量水堪|土1%注意事项扭i)IJ杆应安装牢固并呈铅应定期维护和检定附录Bj贵坝洪水数学模型基本控制方程B.O.l 一维模型基本控制方程如下:式中连续性方程为动力方程为工方向运动方程为3Q I 3A azlat q 3ZM， 1N一一+一一十一3o.Jt . Jx Jy (B. O. 1 1) (B. O. 1 2) q二00(B.0.2l) 3M , 3uM , 3vM , 3 Z g112 M,/u2 + V2 一十十=-gh石_2川Jt 1x 1y (B.0.22) y方向运动方程为3N I 3uN I 3vN _ 1 3Z g7I2N.Ju2十，2十十一=-gh石h4/3Jt Jx Jy CB. O. 2 3) 13 式中h 水深m;U, V二立和y方向的流速，m/s; M、N-x和y方向的单宽流量m2/s0B.O.3 三维模型基本控制方程如下:连续性方程为雷诺日才均动量方程为组十业生二OJt J工，(B. O. 3 -1) 年十哈:Jl仨十二川)(去世)g(B.0.3-2) 走方程为斗且十当些主=i(十叫乒1十GEdt dXj dXi LVk / dXi J (B.0.3-3) E方程为与三十吨旦)主i(十叫三l+Ccl孚GCAJ dt dXj dXi L / dXi J -k -, k (B. O. 3 -4) F方程为JF, JF, JF, JF 十u:+v: +=0 Jt Jx Jy Jz (B.0.3-5) 式中 流体密度，kg/m3; 川、工J坐标分量(i，j=1, 2, 3), m; U、Uj一一一速度分量。，J二1，2, 3), m/s; 修正压力，Pa; 一一麓t:生系数，m2/s; t 紊动教性系数，Pa. S; gi-Z方向的重力加速度分量，m/s2; 走紊功能，kgo m2/s2; E 紊功能耗散率，kgom2/s3; 14 G 紊功能产生项;的、民紊动能走和紊功能耗散率E对应的普朗特数，分别取值1.0、1.3; Cd、Ce2紊流模型经验常数，分别取值1.44、1.92; F 流体体积分数，取值范围为OL15 16 标准用词必须严禁应不宜可标准用词说明严格程度很严格，非这样做不可这样做标准历次版本编写者信息SL 164- 95 本标准主编单位:中国水利水电科学研究院本标准参编单位:南京水利科学研究院、长江科学院本标准主要起草人:庞昌俊黄种为叫许玉林周名德伍超万里巍17 中华人民共和国水利行业标准溃坝洪水模蚁技术规程SL/T 164-2019 条文说明目次1 总则.3 基本规定.23 4 愤坝洪水模型试验255 愤坝洪水数值模拟.6 资料整理与分析.t.1.34 20 1总则1. O. 1 溃坝水流是极为复杂的水流运动。在总结已有溃坝洪水模拟的理论和实践的基础上，制定本标准，对规范模拟技术和方法，提高模拟成果的准确性和可靠性，为水利水电资源开发利用提供科学依据，对保障工程安全运行具奋斗目分重要的意义o(1)大坝属于带病运行，在运行过程中出现过异常状况。(2)大坝的设计及校核洪水标准不满足防洪要求。(3)泄洪及防洪建筑物不能正常有效运行;且大坝属于可能发生溃坝洪水的土石坝，有出现愤坝洪水的可能性。(4)大坝及枢纽工程已接近退役年限或超期服役。(5)愤坝对下游村庄城镇、田地、工厂企业、公共建筑、道路交通等影响达到一定程度的。21 1. O. 3 苦苦坝洪水模拟主要方法包括模型试验(不包括离心机溃坝试验)和数值模拟两种。这两种模型具有各自的优势，应结合实际工程要求进行选择，也可采用模型试验、数值模拟两者相结合的研究方法。模型试验多用于坝体自身溃决过程模拟或河段较短、三维性较强的榄坝洪水模拟等;数值模拟多用于长距离一维和市围较大的平面二维苦苦坝洪水演进的计算。另外，这两种模拟方法的选择和使用还与工程的重要性有关。1. O. 5 开展溃坝试验还应采取安全防范和应急保障措施o22 3基本规定3.1研究大纲3.1.2 承担由坝洪水模拟任务的研究人员应广泛听取设计、管理、施工等部门的意见，及时进行信息反馈，确保按时、准确地完成任务，为工程设计、施工提供切实可行的科学依据o3.2基本资料基本资料是开展溃顷洪水模拟工作的前提条件，其测量精度和代表性影响到研究成果的精度和可靠性。使用资料时应对资料进行认真校核和分析，发现问题应仔细考证，及时与提供资料的部门进行商酌并加以纠正，并对资料的更正做好相关记录，以备王军证。3.2.1 溃坝洪水模拟研究区域主要包括库区、下游河道和洪泛区等可能淹没区。收集地形资料应充分考虑研究区域的平面、高程范罔，对堤防、公路、铁路、渠道等高出或低于地面的线状阻水或导水建筑物等，还应特别注意收集其高程信息。库区和下游淹没区地形精度一般不小于15000，洪泛区等淹没区域地形精度一般不小于1: 50000。水库下游淹没区既包括河道，也包括河道两岸的洪泛区，一般情况两者的地形资料精度不同，一般分别限定。水库工程与河道治理工程在设计阶段，按相关规范要求均需进行地形测量，因此库区与河道一般均具备1: 5000以仁精度的地形资料;目前我国1: 50000地形图已覆盖大部分国土面积，因此洪泛区一般采用大于1: 50000比例尺地形资料。模拟历史洪水采用的基础资料一般与发生时间一致或相近。如测图时间与洪水时间间隔较长，应分析该时间段内地形变化及其对溃坝洪水模拟结果的影响。3.2.2 坝体材料参数包括粒径级配、茹性系数、比重等，坝体23 形状参数包括坝高、坝宽、坡度等。对于围堪、堤防等渍决洪水模拟，应收集围堪、堤防的形状、填筑材料及愤坝洪水淹没区地形和相关设施等资料。对于堪塞体等溃决洪水模拟，还以应收集垣塞体体型(地形)、材料组成和堪塞体上下游河道地形、相关设施和水文资料。3.2.3 研究区域出口断面水位流量关系可根据实测洪水资料和下边界水文站水位流量关系确定;不同频率入库洪水过程用于不同方案下的愤坝洪水模拟;模拟河段范围白，的实测或历史大洪水24 4 溃坝洪水模型试验4. 1模型相似准则4.1.1 遵循弗劳德数相似准则，即各主力要素符合表1所示的模型比尺关系。tl. 合理性，4.2.1 根据溃坝洪水模型试验需要，自4斗是计制作的试验设备应保证强度和精度o试验前应组织检查和率定。4.2.2 在有条件的情况下，试验使用的量测仪器应具有自动采集、记录的功能，其技术指标应符合试验测试要求。在模型试验中采用全场实时测速技术实现对模型中表面流场的自动测量十分必要。在有条件的情况下，可采用图像采集分析系统(如表面流场粒子图像测速系统PIV)测量分析愤口和近坝区溃坝水流流速，采用图像采集分析系统观测分析溃坝洪水流态，对愤坝洪水模型试验流场和流态测量技术手段形成有力的补充和完善。25 4.2.4 凡是成为商品出售的量测仪器，均必须有经过国家或行业计量部门出具的检定合格证书。单位自制或相关单位内销的专用仪器，必须经过率定或检定，具有合格证书或相应的证明文件。测量使用的J次、二次仪器仪表和数据采集系统的检定(校验)周期为12年。4.3模型设计4.3.1 模型按弗劳德相似准则设计，同时必须满足水流阻力相似要求。4.3.2 对于湖泊型水库，可直接以坝顶高程水平向库尾和水库周边延伸，所得到的封闭平面以下部分即为库区淹没分析的模拟范围。对于1可道型水库，首先应确定坝址水位为坝顶高程时库区田水末端，沿库区纵向连接回水末端与坝顶高程范围点，将此连线平推至岸边，所得到的封闭面以下部分即为河道型水库库区的模拟范围。水库下游洪水演进模拟范围确定时可按以下步骤进行:首先，确定横坝洪水计算的下边界，如大水体(海、湖或下游水库)、下游子流河道(水库位于支流时)或溃坝洪水流量小子下游防洪标准之处(可用经验公式粗估下游沿程流量，当该流量小于下游河道防洪标准时伞，则为下游边界);然后，根据项高2/3处的高程至下游边界水位高程，按线性递减方法，确定沿程高程，沿相应高程的包络线即为愤坝洪水平n最大地量洪水的模拟范围。4.3.3 研究愤坝后洪水对下游城镇、重要设施等的影响，宜采用整体正态模型，几何比尺不宜小子1: 300是根据长江科学院、南京水利科学研究院等单位的研究经验提出的。研究溃坝过程水流条件及对下游局部区域的影响，应采用局部正态模型，几何比尺不宜小子1100是根据长江科学院、清华大学等单位的研究经验提出的。4.3.4 水库的容积和长度直接关系到愤坝泄流流量和泄流时间，26 至关重要。因此，当不可能对水库作全模拟时，应根据库容曲线模拟不同库水位的库容，根据原型水库回水范围模拟水库内问道长度o4.3.5 可按坝体材料起动流速相似准则选择模型坝体材料。4.3.6 模型糙率是根据实测或实地调查，综合分析所确定的原型河道的平均糙率，然后根据糙率比尺推算出要求的模型糙率，据此设计模型的加糙方法o4.3.7 坝体横决方式的模拟，目前尚无成熟的经验o对于瞬间愤坝型，可考虑将溃决口门设计成提拉(挡板)、击碎(决口采用玻璃)、爆破(易爆材料)或其他方法，根据所采用的愤决方式设计坝体溃决的自动控制设备。4.4 模型制作与安装4.4.1 根据拟定的几何比尺和模拟范围确定模型场地大小，根据模拟河道的洪峰流量和流量比尺判别试验室动力设备是否满足要求。4.5 模型率定和验证4.5.1 根据实测和调查历史洪水水面线，检验模型中相应流量下的沿程水位。模型率定的水位上下限范围应覆盖试验模拟的水位范围。如果模型水位与实测和调查洪水水位不一致，应通过调整模型糙率，使之符合要求o4.5.2 水库库容是决定溃坝洪水影响程度的重要因素，模型设计时要尽量达到不同水位下的水库库容相似。4.6 试验方案和观测内辛辛4.6.1 溃坝可分为大呗漫顶苦苦决和非漫顶溃决，因此试验方案应包含超标准人库洪水时发生的漫顶溃决和非超标入库洪水时发生的非漫顶j费决。由于愤坝失事:机理的复杂性和溃口发展的不确定性，试验方案应包括多种溃口口门形状和渍决历时等多种组合27 工况。溃坝方式分瞬间溃决和逐渐溃决两种，逐渐愤决又可分为逐渐全愤和逐渐局部憬，局部渍又可分为竖向局部愤和横向局部溃。瞬间溃决(又称瞬愤)，分为瞬间局部愤决、瞬间全部愤决;一般发生在重力坝或拱坝，其愤决时间很短。重力坝溃坝原因以基础破坏为多，其溃口形状多呈矩形。拱坝破坏最初发生在岩基地质薄弱处，继而导致全部溃决。连拱坝一般由于支墩不起支撑忡可作用而全部愤决。为偏于年些假定，吨时中决的大坝按全渍考虑。28 5 溃坝洪水数值模拟5. 1 基本方程及求解方法5.1.1 二维溃坝波的传播通常由浅水方程来描述，它是N-S方程组在不可压缩流体和静水压的假设下沿垂向积分的平均值o5.1.2 一维数学模型可用于模拟溃坝出J电在库区以及下游河道5.1.3 一维模型可采用普莱斯曼格式、迎风格式、戈杜诺夫格式、艾布特六点隐式差分格式等。平面二维模型常用的计算方法主要有有限体积法、有限差分法等。三维模型紊流模型常采用标准k-E:紊流模型、RNGk-E:紊流模型和雷诺应力模型(RSM)等。三维数学模型可采用流体体积法(VOF法)追踪自由水面。水量守恒是溃坝洪水数学模型必须满足的条件。溃坝洪水数29 学模型应具有能模拟计算河段内急流和缓流功能o选用的数值格式应能模t到这种非恒定性极强的水流运动和能捕捉间断波。为确保数学模型计算成果的精度，显格式时间步长应满足相应的收敛性条件，隐格式时间步长不宜过大，一般不大于3050基于愤坝波的特点，常用的求解浅水方程组的差分方法和有限元法在计算溃坝水流时常遭遇失败、失稳或出现非物理性振荡现象、或间断被抹平而分辨率低o可参考有关研究成果解决该问题，如采用Godunov格式结合中心差分法求解一维、二维的浅水流动方程;把有限差分法的TVD概念引入有限体积法，构造高分辨率的有限体积1去TVD格式;采用高分辨率三阶半离散中心迎风格式求解工浅水方程o5.2 定解条件及边界处理5.2.2 一般情况下，一维数学模型边界条件由水位过程线、流量过程线及水位流量关系表示，缓流一般以流量过程线作为人流断面边界条件、水位过程线或水位流量关系作为出流断面边界条件，急、流应在入流断面给出其中两种条件。具体到溃坝洪水数值模拟，因河段中各断面(包括出口断面)的水流流态(急流和缓流)是变化的。按上述要求给出边界条件比较困难o一种比较可行的做法是人流断面边界取流量过程线，出流断面边界条件取水位流量关系。当榄坝洪水数学模型具有能模拟计算河段内急流和缓流相间的性能时，采用这样的边界条件能获得合理的计算结果。由于苦苦坝水位和流量大于实测资料范围，应对实测的水位流量关系曲线进行外延。外延的方法步骤为:根据已有水位流量关系的趋势给出外延曲线的大致范围;取同流量下水位偏高的水位流量关系曲线进行洪水演进计算，这样得到的计算结果，出口断面水位会高于其上游若干个断面;通过逐渐调低同流量下的水位，当计算的各级流量下出口断面水位不再高于上游断面的水位时作为外延计算用的出口断面水位流量关系的上限;计算时从偏30 不安全考虑，取这一上限o当数学模型的下游边界为大水体(海洋或大型湖库等)时，溃坝洪水对下游边界的水位过程影响很小，下游边界的水位过程主要还是受其自身条件所控制，此时下游边界条件可取大水体的水位过程。5.2.3 动边界条件处理技术方法有虚拟水深法、水位冻结法、窄缝法和渗透介质法等。5.3 计算断面和网格划分5.3.1 计算前校核一维模型断面左、右端点高程，以免计算过程中断面端点高程低于愤坝洪水位而影响模型结果计算成果的合理性。计算边界应不影响横口溃决洪水和溃坝洪水演进过程的模拟结果，因此下游边界应远离愤口、跨河建筑物、防洪工程等敏感区域。5.3.2 采用平面二维模型时，一般使用能较好拟合边界的非结构阿格或贴体坐标有结构网格，主要有三角形、非结构四边形、贴体四边形和矩形网格o在网格剖分时，需要充分考虑地形地物、防洪工程分布、河流主要参照断面、重要地点分布，以及高出地面的线状阻水或导水建筑物(公路、铁路、渠道等)等方面的因素，网格的布设要做到疏密得当o(1)在主河槽部分，网格尺度相对较小，一般以30200m 为宜;(2)对于重点关注的区域或者地形地物变化较大的区域，网格应适当加密;(3)对于地势较为平坦、地形地物变化不大的区域，网格尺度可以适当放大乡但最大面积不宜超过lkm205.4 模型率定和验证5.4.1 根据实测和调查历史洪水水面线或模型试验资料9检验模型中相应流量下的沿程水位和校正糙率，当模拟范阳较大、地31 形和地貌变化较大时可分区设置糙率。模型率定的水位上、下限范围应覆盖试验试验模拟的水位范围。如果模型水位与实测或调查洪水水位差异较大时，需要通过调整模型糙率，使之符合要求。5.4.2 溃坝洪水数学模型应当通过可获取相关资料的实际溃坝洪水资料或愤坝模型试验资料检验其合理性。对于大多数愤坝洪水数学模型，因无溃坝和最大泄量洪水的实际资料，可选择历史洪水实测或调查资料进行模型的率定和验证，。如无资料，无法对模型参数率定和模型验证时一般对模型阿格l单元大小、计算时间步长和糙率等参数进妇敏惑官贺龙且，并呆用?贵坝理论解、经验坦化，应检查计算结果是否符合这一特点。(5)与已有类似的实际溃坝洪水实测或调查资料进行对比，在整体上把握计算结果的合理性。5.4.3 对于部分大江大河，在发生大洪水时水位变幅很小，但流量变l幅可能很大(如嫩江江桥站50年一遇设计洪水位与100年一遇设计洪水位仅相差19cm.但设计流量相差3300m3/s.占100年一遇设计流量的17.4%).因此模型验证结果应同时考虑流量的计算误差。32 5.5计算方案5.5.1 瞬间全愤与瞬间部分渍决的溃坝洪水过程，可采用宽顶堪流量公式计算愤口流量过程。逐渐溃决的愤口流量过程，可按以下步骤分析:(1)先给定初始溃口的形状和尺寸(溃口的形状一般假定为梯形、矩形和三角形)，同时假定该形状在溃口发展过程中一直保持不变，然后根据泥沙冲刷率公式飞伺一时段溃口处的泥沙冲刷量。，计算下一时刻的溃口出流量。33 6 资料整理与分析6. 0.1 对模型试验和数值模拟成果的合理性进行仔细考证，确保试验成果的科学性、可靠性。6.0.2 对于溃坝洪水模型试验，由于目前尚无有效的溃口断面流速分布动态测量技术，坝址断面流量及其变化过程一般通过水库水位变化测量结果，利用水位库容关系推算得到o计算成果还应包括计算域内的最高水位、最大流速及最大淹没水深的分布图。34 7 研究成果及报告缩写7. 1试瞌研究成果7.1.1-7.1. 3 应对横坝模型设计、制作、加糙方法、自愤坝引冲槽的效果以及测量资料、试验成果的可靠程度等方面阐明正确性和合理性。7.1.4 库区下游人口、设施、资产等防洪保护对象受影响程度的分析，重点是要阐明溃坝洪水流态特征、坝址最大洪峰，洪水行进路线，前峰和洪峰到达个重点地区的时间，洪水淹没范围和持续时间O这是提出结论和建议的基础。7.1.5 根据下游各城镇的人口、社会和经济发展情况9现有防护设施标准等9分析溃坝洪水对下游各居民点及各类建筑设施的影响程度和淹没范围9为估算愤坝洪水可能造成的损失提供依据，提出减小溃坝洪水可能造成损失的防起措施或防护规划的意见或建议o7.3报告缩写7.3.1 模型试验报告正文可以参考下列格式和内容编写:(1)前言:说明研究项目的由来、目的、主要内容、技术路线、基本资料、研究依据、参考资料等，以及其他需要出明的问题。(2)工程概况:介绍工程所在位置、流域，水库特饪指标9枢纽布置，泄水(导流)建筑物尺寸，对施工围堪攒堪洪水模拟应介绍工程施工期间的导流程序9水文资料等。(3)试验范围确定。(4)模型设计方法:包括模型相似条件、模型限制条件、模型中各比尺的选择和计算、模型平面布置及仪器设备等。(5)模型制作及量测仪器设备，模型制作的方法和精度控35 制，主要量测仪器设备的性能及精度。(6)模型率定和验证试验。(7)试验方案拟定。(8)各试验方案成果分析，包括:观测数据的可靠性和精度分析;坝址断面及下游河道各特征断面水位、流量和流速随时间的变化过程线;如果有需要，还包括坝址上游水库特征断面水位流量和流速随时间的变化过程线;愤决洪水淹没范围随时间的变化关系;愤坝波到达各特征断面的时间和梅均速度，各特征断面情况、现有类建筑设施7.3.2 数学模型计算报告古文可参考下罗格武和内容编写:(1)前言:说明研究项目的由来、目、气主要内容、技术路线、基本资料、研究依据、参考资料等，以及其他需要说明的问题。(2)工程概况:介绍工程所在位置、流域，水库特征指标，枢纽布置，泄水(导流)建筑物尺寸，对施工围堪愤堪洪水模拟应介绍工程施工期间的导流程序，水文资料等。(3)数学模型介绍:包括基本方程、计算方法、计算范围确定、边界处理和有关参数的选取、一维模型计算断面的确定、二维模型或三维数学模型网格划分等。36 (4)模型率定、验证:包括模型计算参数率定、数学模型的可靠性分析和计算精度。(5)计算方案拟定。(6)计算方案成果分析，包括:计算数据的可靠性和精度分析;坝址断面及下游河道各特征断面水位、流量和流速随时间的变化过程线，如果有需要，还包括坝址上游水库特征断面水位流量和流速随时间的变化过程线;溃决洪水淹没范围随时间的变化关系;愤坝波到达各特征断面的时间卢呵进速度，各特征断面最高水位、最大流量和最大流速值以淹没时各特征点状和溃决历时规律，渍坝坝洪水随愤口口门形频率洪水来流的变化发展情况，现有防各类建筑设施的损失，提出减小37 水利水电技术标准咨询服务中心简介中国水利水电出版社标准化出版分社中国水利水电出版社，一个创新、进取、严谨、团结的文化团队，一家把握时代脉搏、紧跟科技步伐、关注社会热点、不断满足读者需求的出版机构o作为水利部直属的中央部委专业科技出版社，成立于1956年，1993年荣膺首批全国优秀出版社的光荣称号。经过多年努力，现已发展成为一家以水利电力专业为基础、兼顾其他学科和门类，以纸质书刊为主、兼顾电子音像和网络出版的综合性出版单位，迄今已经出版近四万种、数亿余册(套、盘)各类出版物o水利水电技术标准咨询服务中心(中国水利水电出版社标准化出版分社)是水利部指定的行业标准出版、发行单位，主要负责水利水电技术标准及相关出版物的出版、宣贯、推广工作，同时还负责水利水电类科技专著、工具书、文集及相关职业培训教材编辑出版工作。感谢读者多年来对水利水电技术标准咨询服务中心的关注和垂爱，中心全体人员真诚欢迎广大水利水电科技工作者对标准、水利水电图书出版及推广工作多提意见和建议，我们将秉承服务水电，传播科技，弘扬文化的宗旨，为您提供全方位的图书出版咨询服务，进一步做好标准和水利水电图书出版、发行及推广工作。购买标准电子版或其他电子图书，欢迎登录http，j/www.shuizhishi. cn，或扫描下方二维码。m肌ON-守审问H叫中华人民共和国水利行业标准溃坝洪水模拟技术规程SL/T 164-2019 155170.506 关中国水利水电出版社出版发行(北京市海淀区玉渊潭南路1号D座100038) 网址www.wat盯. cn E-mail: 电话[phone] (营销中心)北京科水图书销售巾心(零售)电话[phone]全国各地新华书店和相关出版物销售网点经售清淤永业(天津)印刷有限公司印刷9唔140mmX 203mm 32开本1. 375印张37千字2019年10月第1版2019年10月第1次印刷* 书号155170 506 定价24.00元凡购买我社规程，如有缺页、1JJ页、脱页的，本社营销中心负责调换版权所有侵权必究