溃坝洪水计算

FCD

水利水电工程 初步设计阶段 溃坝洪水计算大纲范本

水利水电勘测设计标准化信息网

1997年8月

水电站技术设计阶段 溃坝洪水计算大纲范本

主 编 单 位: 主编单位总工程师: 参 编 单 位: 主 要 编 写 人 员: 软 件 开 发 单 位: 软 件 编 写 人 员:

勘测设计研究院

年 月

目 次

1. 流域及工程概况 ............................................... 4 2. 设计依据 .................................................... 4 3. 基本资料 .................................................... 5 4. 计算原则 ..................................................... 7 5. 溃坝计算方法及内容 ........................................... 8 6. 溃坝洪水计算成果及分析 ...................................... 10 7. 应提供的设计成果 ............................................ 11

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1 流域及工程概况

提示: (1) 本工程的位置，所在河流的径流及洪水概况，以及水库和枢纽下游沿河两岸的植被、地形、地貌、河道形态及比降变化情况。并收集下游洪泛区社经资料。 (2) 水库入库洪水特点、库区支流分布、干支流水库长度、水库运行方式、各种特征水位及相应库容大小。 (3) 本工程设计(或施工)概况，主要包括：大坝的结构形式、枢纽布置、大坝及孔口的尺寸，大坝的设计及防洪标准等。 (4) 应有的附图： 1) 水库及下游洪泛区平面示意图； 2) 大坝下(或上)游立视图。 2 设计依据 2.1 有关本工程的文件

(1) 设计任务书； (2) 可行性研究报告；

(3) 可行性研究报告审查文件。 2.2 主要规范

(1) SL 44－93 (2) DL/T5015－1996 (3) SD 138－85 (4) DL/T5064－1996 (5) DL 5021－93 2.3 主要参考资料

(1) 谢任之，溃坝水利学，山东科学技术出版社；

(2) 唐友一，溃坝水流状态计算方法的探讨，水利水电技术，1962年第4期；

(3) 美国天气局，溃坝洪水预报程序DAMBRK及用户指南，水电部南京水文水资源研究所，1987年11月； (4) 山西省水利勘测设计院，水利动能设计手册，水库溃坝计算，1983年； (5) 水电部十一局研究院，土坝溃坝流量计算方法的研究，1977年6月； (6) 天津勘测设计院，孙国洁等，溃坝洪水计算国内外概况；

(7) 水电部四川勘测设计院，大中型水电站水能设计第十五章，溃坝流态计算，1977年1月； (8) 黄委会科研所，溃坝水流计算方法初步探讨，水利科技情报，1976年9月；

(9) 彭登模，溃坝最大流量及溃坝流量过程计算的体会及建议，人民长江，1965年第5期。

3 基本资料

3.1 地形资料

(1) 水库及下游河道地形图； (2) 坝址横断面图；

水利水电工程设计洪水计算规范； 水利水电工程水利动能设计规范； 水文情报预报规范；

水电工程水库淹没处理规划设计； 水利水电工程初步设计报告编制规程。

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(3) 下游河道纵横断面资料。

提示: 下游横断面选取，原则上尽量使流段中比降、糙率及断面形状是缓变的，在三者有突变处或有大支流汇入处应设断面，断面间距，靠近坝址处要小一些，以后可适当加长，一般以五公里左右为宜。如无实测资料，也可以从大比例尺地形图上截取。 3.2 水库库容曲线 收集水库原始库容及运行若干年后的剩余库容曲线。

表 1 水 库 库 容 曲 线

水 位， m 原始库容，万m 年后剩余库容，万m 33 3.3 挡水建筑物及枢纽布置 (1) 坝高 m；坝顶高程 m; (2) 坝顶长度 m；

(3) 坝底长度 m；坝底高程 m； (4) 表孔(溢洪道)：坎底高程 m；

孔数 ，孔口尺寸：b×h m× m； (5) 中孔：坎底高程 m；

孔数 ，孔口尺寸：b×h m× m; (6) 底孔：坎底高程 m；

孔数 ，孔口尺寸：b×h m× m。 3.4 枢纽泄流曲线

表 2 枢 纽 泄 流 表

水 位，m 表孔流量，Q，m/s 中孔流量， Q，m/s 底孔流量， Q，m/s 机 组Q， m/s 总 计Q， m/s 33333 3.5 入库洪水过程及支流入流过程 表 3 入 库 洪 水 过 程

时 间 t，h 流 量 Q，m/s 支流1 Q，m/s 支流2 Q，m/s 333 提示: 如果溃坝是由入库大洪水造成，则应收集造成溃坝的入库洪水过程；如果溃坝是由其他原因造成，则应假设流入库流量过程。 3

3.6 河道糙率

(1) 收集河道历史洪水调查水面线并计算河道糙率。

(2) 收集本流域各水文站实测n－Q关系线及国内外河道糙率表。

(3) 根据上述资料和本计算河段的植被、地质及河道地形变化等条件，确定溃坝洪水计算糙率。

表 4 下 游 各 河 段 糙 率

断 面 号 距 坝 距 离 历史调查洪水计算n值 溃坝计算采用n值 3.7 坝址下游各断面水位－流量关系线

(1) 收集下游河道实测或调查的水位－流量资料；

(2) 根据实测及洪水调查资料绘制各断面的水位－流量关系线； (3) 对高水部分不够的断面，进行水位流量关系线的延长。

提示: 用数学模型计算时，一般不必提供下游每个断面的H－Q的关系线，只需要提供下游末端的边界条件(如水位－流量关系线，或有坝或其他泄流建筑物控制)。 3.8 下游洪泛区的社经情况

下游洪泛区的居民点、厂矿、交通线路、闸坝等各种建筑物的防洪标准、高程、范围、材料、经济影响、人口、土地、作物、交通工具、避险转移条件、距离、通讯条件等有关社经资料。

4 计算原则

4.1 溃坝原因分析

根据大坝坝型结构、材料、所在流域的自然条件(洪水特征等)、勘测设计及施工情况分析溃坝原因。

提示: 溃坝原因很多，概括起来，大致可分如下五种： (1) 战争破坏； (2) 特大洪水； (3) 设计与施工质量及运行管理不当； (4) 强烈地震； (5) 地质条件。 溃坝往往不是一种原因造成，而是多种原因综合作用的结果。 4.2 计算中假定条件 (1) 大坝发生溃决时，水库的运行状态，各孔口开启情况，坝前水位。 (2) 水库内泥沙淤积情况： 泥沙淤积年限 a； 坝前泥沙淤积高程 m。

(3) 区间入流与区间水量损失，如果相对溃坝流量比较小时，可以忽略不计。 4.3 溃坝形式

溃坝形式以时间过程来分，要分为瞬时溃决和逐渐溃决两类；以溃决范围大小，可分为全溃和局部溃决。

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根据大坝的结构形式、地基地质条件、溃坝原因及大坝所在位置的重要性，要考虑到各种可能的最不利的情况，与水工等有关专业人员共同研究确定溃坝形式。 4.4 溃坝有关参数

(1) 溃口部位及高程；

(2) 溃口的形态及溃口边坡系数； (3) 溃口尺寸； (4) 溃决历时。

提示: 对所有模型计算要求提供最终溃口形成历时。 (5) 时间步长t和距离步长x。

提示: 用数学模型计算必须提供此参数。 4.5 溃坝计算方案拟定 根据溃坝形式，溃口参数及计算中的假定条件等与有关专业共同拟定溃坝计算方案。方案较多时可列表说明。

表 5 溃 坝 计 算 方 案

方 案 I II III 溃 坝 形 式 或 假 定 条 件 提示: 因溃决形式及最终溃口形态、尺寸、溃决历时等有关参数尚无较好的确定方法，因此建议在计算中可采用多种方案，以较大溃口尺寸和较短溃决历时计算出洪水位的上限和最小传播时间；以较小溃口尺寸和较长溃决历时计算出洪水位的下限和最大传播时间。然后在多种方案中选用较为合理的成果。 表 6 各 方 案 溃 坝 参 数 表 方 案 初 始 库水位 m I II III 溃决时 库水位 m 溃口底部 高 程 m 溃 口 底 宽 m 溃口边坡 溃 决 历 时 可 溃 库 容 万m 3 系 数 h 提示: 对于梯级水库连续溃坝计算，可以将上游梯级溃坝洪水过程，作为下一梯级的入库洪水过程，进行梯级水库溃坝洪水计算。 5 溃坝计算方法及内容 5.1 计算方法选择

提示: 溃坝洪水计算方法很多，基本上可分为两类，一类简算法，另一类是详算法即特征线法和有限差分法(又称数学模型法)。 根据下游防护对象的重要程度及基本资料情况等，确定采用哪一种方法计算。 5.2 计算工作内容

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5.2.1 用简单法计算

(1) 溃坝最大流量计算

提示: 溃坝洪水最大流量计算的方法较多，目前常用的方法有： (1) 波流与堰流相交法； (2) 圣维南公式： (3) 肖克利契公式： (4) 美国水道试验站公式： 对于当地材料坝，逐渐溃决： (1) 黄委会公式： (2) 水电部十一局公式： 计算公式很多，应根据计算条件确定相应的计算方法。 (2) 溃坝坝址流量过程线计算 提示: 常用概化过程线法计算。 (3) 溃坝洪水向下游演进计算 提示: 常用水量平衡法用图解法进行计算。 5.2.2 用数学模型计算 提示: 数学模型计算，一般是将水库和下游河道联系在一起计算。 (1) 了解模型的编制、验证及使用情况； (2) 掌握模型的基本原理及使用条件； (3) 该模型对本工程的适用性分析；

(4) 根据模型使用手册的要求整理有关输入资料，并输入计算机。

6 溃坝洪水计算成果及分析

6.1 溃坝洪水计算成果

(1) 各方案溃坝最大流量；

提示: 采用简算法计算时，可同时采用多种公式进行比较计算，经比较确定各方案的溃坝最大流量。 (2) 坝址流量过程线； (3) 大坝下游沿程溃坝洪峰流量及最高水位图(附图)；

提示: 图中应标明大坝下游各重要城镇及各类建筑物所在地位置及高程。 (4) 大坝下游沿程溃坝计算成果表： 表 7 溃 坝 计 算 成 果 表

断面号 距坝距离 km 洪峰流量 m/s 3最高水位及出现时间 H, m T, h 流 速 m/s (5) 大坝下游沿程溃坝洪峰流量及最高水位过程线(附图)； 6

(6) 溃坝洪水淹没过程图。

提示: 必要时或有比例合适的地形图时可绘制此图。 6.2 计算成果分析 (1) 成果合理性分析

提示: 坝址溃坝最大流量及流量过程的合理性分析，溃坝洪水向下游演进的规律，沿程衰减情况，不同方案相互比较合理性分析。 (2) 精度分析 提示: 计算方法的简化、参数的选取、计算条件的假定及基本资料的精度等，对计算成果精度的影响分析。 6.3 溃坝洪水对下游影响分析 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，估算溃坝洪水可能造成的损失，提出减小溃坝洪水可能造成损失的防范措施或防护规划的意见或建议。

必要时应根据溃坝洪水到达时间制定人员转移计划。

7 应提供的计算成果

7.1 计算报告和计算书

(1) 溃坝洪水计算报告 (2) 溃坝洪水计算书 7.2 附图及附表

(1) 大坝下游沿程溃坝洪峰流量及最高水位图； (2) 大坝下游沿程溃坝洪峰流量及最高水位过程线； (3) 溃坝洪水淹没过程图； (4) 附表；

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