永定桥水库溃坝洪水计算及对下游影响分析
永定河泛区洪水预报与分级运用口门洪水调度的研究

二、泛区概况
永定 河泛区 位于 永定河 下游 ,上 起梁 各庄 ,下 至屈 家店 ,由 左右 大堤 及屈 家店 枢纽 组成 ,是 1939年大水在梁各庄决口改道后逐渐 形成的。总长度 73公里 ,左右大堤堤 间距一般为 6~ 7公里 ,
洪
省
最宽处 达 15公 里 ,总面 积为 545平方 公里 , 分属于北京 市大兴县 , 河北省 廊坊市 安次区、永清 县 , 天津市武清县、北辰区。泛区左岸有天堂 河、龙河支流 入泛区 ,右 岸有中泓故道等平 原沥水河道汇
(怀殿文 乔德信 ) ▲固 安县水利局 紧紧围绕 1998年“世界水 日”、“中国水 周”的宣传 主题 , 开展了 形式多 样、内 容丰富、声势 浩大的 宣传活 动。 3月 18日至 20日组织了《水法》知识问答、《水法》宣传一条街活动 ;县水资办主任 在县电视台发表了“世界水日 ”电视讲 话。使 广大人民群众进一步了解水、关注水 , 为今后合理开发利用水资源 , 打下了基础。
本文利用 1939年典型洪水 ( 50年一遇 )进行预报和调度。卢沟桥下泄洪峰 2500立方米每秒 ,经河道 (下 渗 )汇流和泛区调蓄后 ,屈家店洪峰流量为 1435立方米每秒。若加上北运河入流 (相应 20年一遇 ) 100~ 150 立方米每秒 ,则屈家店洪峰流量为 1535~ 1585立方米每秒 ,此数值与 1993年国务院批准的永定河洪水调度 方案中的卢沟桥发生 50年一遇洪水时 ,屈家店洪峰流量 1600立方米每秒基本相符 ,说明此方案具有一定的 可靠性 ,可供防汛调度部门决策参考。
水库溃坝对下游地区的影响

水库溃坝对下游地区的影响水库是人类利用水资源的重要工程,它们起到调节水源、蓄洪防洪、供水灌溉等多种功能。
然而,由于各种原因,水库溃坝的风险一直存在。
水库溃坝意味着大量的水量以及沉积物从水库中迅速释放出来,对下游地区造成重大影响。
本文将探讨水库溃坝对下游地区的影响。
1. 水库溃坝对下游地区的洪水影响当水库溃坝时,大量的水量会突然涌入下游地区,形成洪水。
这将导致下游地区出现剧烈的水灾。
洪水可能淹没城市、农田和居民区,给人民的生命和财产安全造成威胁。
洪水还可能冲毁桥梁、道路和其他基础设施,导致交通瘫痪,对下游地区的经济、社会和生活产生严重破坏。
2. 水库溃坝对下游地区的土壤侵蚀水库溃坝时,释放的水量携带着大量的流沙和泥沙,对下游地区的土壤造成严重侵蚀。
泥沙的沉积和淤积可能导致土壤贫瘠和退耕,进而影响当地的农田和粮食生产。
土壤侵蚀还可能导致土地变得不稳定,增加滑坡和泥石流的风险,给下游地区的安全带来潜在威胁。
3. 水库溃坝对下游地区的生态环境影响水库溃坝时,大量的水和泥沙迅速释放到下游地区,对生态环境产生重大影响。
水库溃坝可能导致下游地区的水质恶化,破坏当地的生态系统。
溃坝所带来的泥沙淤积还可能堵塞河道和湖泊,影响水生态的平衡。
此外,溃坝还可能导致鱼类死亡和栖息地破坏,对当地的渔业和生态多样性造成不可逆转的影响。
4. 水库溃坝对下游地区的经济损失水库溃坝对下游地区的经济影响也是巨大的。
洪水和土壤侵蚀会严重破坏农田、工厂和基础设施,导致巨额经济损失。
此外,溃坝还可能导致水源断供,影响下游地区的供水和灌溉,对当地的农业、工业和居民生活造成严重影响。
修复和重建所需的资金和时间也是巨大的挑战。
综上所述,水库溃坝对下游地区的影响是多方面的,包括洪水、土壤侵蚀、生态环境破坏和经济损失。
因此,加强水库安全管理和监测是保护下游地区安全的重要举措。
通过建立健全的防洪减灾机制、定期检查和维护水库,在提高水库安全性和减少灾害风险的基础上,可以最大程度地减少水库溃坝对下游地区的不利影响,保障人民生命和财产的安全。
加快永定河河道综合治理,提升防汛抗洪能力

992023年12月下 第24期 总第420期工程设计施工与管理China Science & Technology Overview0引言永定河作为京津冀地区的重要河流,具有重要的经济、社会和生态功能。
2023年,北京面临台风“杜苏芮”的袭击,永定河遭受史无前例的洪水侵袭,带来了严峻的考验。
这场突发的洪灾不仅给人们的生命和财产安全带来了巨大威胁,也给城市基础设施和生态环境带来了巨大破坏。
为提高北京城市的防洪抗灾能力,加快永定河河道的综合治理已成为当务之急。
因此,应加大对永定河河道的治理力度,通过清淤、疏浚和生态修复等手段,确保河道的畅通和水位的控制。
此外,政府部门应加强河道沿岸的堤坝建设和加固工作,以提高河道的容水能力,减轻洪水对城市的威胁。
本文重点关注永定河的防汛抗洪能力,提出加快河道综合治理的策略,以应对未来类似灾害的挑战。
1永定河河道综合治理情况1.1永定河河道原有设施及建筑永定河地处京畿要地,其防洪治水工作一直受到人们的高度关注。
新中国建立以来,政府一直在对永定河进行综合整治,采取“上蓄、中疏、下排”的策略,在上游修建了官厅水库和斋堂水库,在中游修建了三家店枢纽、卢沟桥枢纽和永定河滞洪水库,在中下游进行了疏浚和加固,形成了一套比较完整的防洪体系。
1989年,北京市人民政府通过《北京市市属水利工程管理范围、保护范围、清障范围》(1989)厅秘字第13号文件,确定了永定河北京段的管辖范围。
其中,永定河谷地段仅以清障为界,清障水位为永定河50年一遇的设计洪水水位,未划分管辖、保护区域;2000年以来,永定河南岸大堤在黄良铁路大桥下游30多公里的左岸拓宽至25m,在大堤外侧修建13个应急平台,使大堤的宽度超过了1989年确定的河道管理权。
2007年,经海委和市政府批准的《北京市永定河防洪规划》,对永定河的管理范围和保护范围作了进一步的调整和完善。
在《北京市永定河防洪规划》中,官厅峡谷断面将在“50年一遇行洪线”的范围内进行修建,“20年一遇行洪线”以下一律严禁修建。
溃坝流量计算(原创)

溃坝下游桥址处流量计算 溃坝后坝体残 水库库 水库溃坝下 坝址至桥址 河道洪水期 调整系 桥址出流量 断面最大平 、 QLM(m/s) 数K 留高度h (m) 区长L 泄水量体积W 间距离Lc(m) 均流速v 0.0 900.0 405000.00 7596 5 1.5 347.80922
坝体溃决口 溃坝时坝体上游水深 H0,可取坝高(m) 门平均宽度b 58.4860 10.0
溃坝下游桥址处流量计算 河道洪水期 溃坝后坝体残 水库库 水库溃坝下 坝址至桥址 调整系 桥址出流量 断面最大平 、 间距离Lc(m) QLM(m/s) 数K 留高度h (m) 区长L 泄水量体积W 均流速v 0.0 900.0 405000.00 7596 5 1.5 342.504461
水库基本情况 理论公式 水库名称
坝体溃决口门平均宽度b(m)计算
库容V 坝长 坝高 安全系数 坝体建材系数 材质系数 4 3 K1=1.1~1.3 K2=1.2或2.0 K3=6.6或9.1 (10 m ) B(m) H(m) 131.7 180 10 1.3 2 9.1
注:系数K值的取整值为大于22小于30的奇数时,需自行查桥渡水文P360页表17-48得出
水库基本情况 经验公式 水库名称
坝体溃决口门平均宽度b(m)计算
库容V 坝长 坝高 安全系数 坝体建材系数 材质系数 4 3 K1=1.1~1.3 K2=1.2或2.0 K3=6.6或9.1 (10 m ) B(m) H(m) 131.7 180 10 1.3 2 9.1
宽度b(m)计算
坝址断面溃坝最大流量计算
坝体溃决口 溃坝时坝体上游水深 系数K值 坝址区域重 坝址处溃坝 H0,可取坝高(m) 门平均宽度b 桥渡水文P360 力加速度g 最大流量Qm 58.4860 10.0 0.4123 9.8 2387.0379
汉源永定桥飞水沟堰塞湖成因及应急处理建议

等因素 ,经研究 比较推荐采用在右岸扩挖泄流槽方案 ,泄流槽进 口底高程 1 5 3 6 . O 0 m,底宽 1 6 m,开挖边 坡1 :2 . 0 ,泄流槽沿河长度约 2 0 0 m,底坡 i - 5 ‰ ,泄流槽末端顺接下游陡坡 。开挖工程量约 2 . 0 万m 。 泄流槽泄流计算按堰流公式 :
力坝和导流洞仍将带来不利影响。 3 ) 若泄流明渠泄流量过大 , 将人为加剧下游洪水流量 , 对堰塞体下游河道防护及首部枢纽建筑物安
全带 来长 期 冲击 。 根 据现 场 地形 条件 ,泄流 明渠 充 分结 合堰 塞 体低 洼 沟渠进 行 布置 。综 合 开槽 施工 工程 e
式 中 ,流量 系数 取 m = O . 3 ,侧 收 缩 系数 s取 0 . 9 2 8 ,B为泄槽 宽度 ,Q为泄 流能力 ,H为 槽 口处 水 头 。 泄 流 明渠可 泄流 1 6 9 m / s 相 当于 五年 一遇 洪水 。 4 . 2导 流 洞淤 堵应 急处 理 为防止导流洞淤堵 ,尽量将堰塞体溃坝形成的大块石拦截 ,考虑采取在河道 内设置拦沙坎方案进行
5 结论及 建议
1 ) 滑坡体为局地大暴雨条件下诱发 的卸荷拉裂岩体倾倒滑移崩塌型滑坡 , 该滑坡造成流沙河堵江堰 塞成湖 , 库容约 1 9 5 万m ,规模属小 ( 1 ) 型堰塞湖。 2 ) 滑坡堆积体顺河长约 2 0 0 m、 宽约 3 5 0 m,总方量约 2 0 0 万r n 。其 中前缘为堰塞体 , 宽度约 1 3 0 m, 平 均 厚约 3 0 m,方量 约 6 0万 i n 。堰塞体 主要组 成物 质为 弱风 化坚 硬 的灰岩 孤块碎 石 ,其组 成物 质块度 较 大 ,抗 冲能力较强 ,透水性较好 ,为极强透水体 ,坝体整体稳定 ,溃坝的可能性小。 3 ) 左侧危岩体 以Ⅱ区一 1 对下部堰塞体处置岸坡残留体危害较大 , 建议在处置堰塞体前先进行疏导飞 水沟 水 ,再对 Ⅱ区一 1 上部 强卸 荷拉 裂变 形严 重 的松动 、松 散块 体 主动爆破 排 除 。 4 ) 上 游 土质滑 坡在 暴雨 工况 下稳 定性 差 , 极易 形成 覆盖 层滑 坡 。 在 雨水 作用 下滑 塌后转 换 为泥石 流 , 对堰塞体处置施工人员等安全有一定影 响,建议提前进行适当清坡 ,并作好坡体表部排水 、防水措施 , 同时 作好 安全 监测 。 5 ) 流沙河流域属暴雨区,本流域 目 前 已经进入汛期 ,遇较大降水 ,河水起涨非常迅速 ,为此 ,建议 尽快恢复并加强本流域各水 、雨情监测点 的监测 ,以便及时了解和掌握本流域水雨情变化。 6 ) 开挖导流槽 ,并根据现场实际条件及时调整深化方案。同时为保证汛期安全泄洪 ,对下游导流洞 要加 强进 行 防护 处理 。
北京永定河防汛问题分析与对策

防汛与抗旱CHINAWATERRESOURCES2018.5北京永定河防汛问题分析与对策吕红霞,王超,刘心远,张淼,苗杰(北京市永定河管理处,100165,北京)关键词:永定河曰北京市;防汛防洪曰河道管理中图分类号:TV87 文献标识码:B文章编号院1000-1123(2018)05-0040-02永定河是全国四大重点防洪河流之一,直接关系首都北京的防洪安全。
经过多年建设,永定河防洪体系逐步建立,但依然不完善,防洪安全存在诸多隐患。
因此研究分析永定河防汛存在的问题,进一步提出完善防洪体系的措施与建议,对于提高永定河防洪安全保障能力具有非常重要的现实意义。
一、永定河概况永定河是海河流域的主要水系之 一,位于华北西北部,其上游两大支流在河北省怀来县朱官屯汇合后,始称永定河,下游流经北京、河北、天津,经永定新河入渤海。
永定河北京市境内长172 km,流域面积3 152 km2,防洪保护区内有北京市、天津市和河北省16个区县。
历史上永定河洪水灾害严重,新 中国成立后永定河进行了大规模整治,防洪体系逐步形成。
1951年,永定河上修建了新中国成立后的第一座大型水库---官厅水库,总库容41.6亿m3,控制流域面积占永定河流域的92.3%,发挥了巨大的防洪减灾效益。
至今,永定河上已修建大型水库3座,中型水库19座,小型水库528座,总库容达57亿m3;兴建了三家店、卢沟桥、屈家店3座大型水闸枢纽;开辟了小清河分洪区、永定河泛区、三角淀等蓄滞洪区,在蓄滞洪区内修建了避险台等避险设施。
收稿日期=2018-01-17作者简介:吕红霞,高级工程师。
水40经过多年治理和建设,永定河北京段已形成了由堤防、水库、水闸、蓄滞洪区组成的防洪工程体系,防洪标准基本达到100年一遇。
与此同时,逐步加强了防汛非工程措施建设,建成了无线通信系统、雨情自动遥测系统、重点水利工程工情信息监控与采集系统、安全监测和闸门监控系统,为防汛工作提供了重要技术支撑。
永定桥水利工程大冲沟下游覆盖层边坡稳定性分析与支护设计

水电站设计第"4卷第2期D H P S2018 年 6 月永定桥水利工程大冲沟下游覆盖层边坡稳定性分析与支护设计王广巍(中国电建集团成都勘测设计研究院有限公司,四川成都610072)摘要!永定桥水利工程位于四川省雅安市汉源县境内流沙河上游,是瀑布沟水电站移民安置配套工程。
因此,水库岸坡必须稳定,以确保正常向汉源新县城、农村移民安置区提供生活和灌溉用水。
该水利工程水库库容较小,兴利库容仅991.5万4$本文对左岸库中段大冲沟下游覆盖层边坡进行了稳定性计算、失稳模式分析,并结合现场地质条件提出了相应的支护设计方案。
关键词!永定桥水利工程&大冲沟下游覆盖层边坡&稳定性分析&支护设计中图分类号!TV223 文献标志码:B文章编号!1003 -9805(2018)02-0047 -041工程概况永定桥水利工程位于四川省雅安市汉源县境内 流沙河上游,水库坝址位于三交乡河坝村永定桥下 游3.3 km,距离下游宜东乡约3 km,距汉源县城约 53 km,交通便利,是瀑布沟水电站移民安置的配套 工程,用以满足汉源新县城城市用水、农村移民安置 区生活和灌溉用水。
永定桥水利工程水库正常蓄水位为1 543.0 4, 正常蓄水位以下库容1 114万m3,死库容122. 6万 43,兴利库容991.5万m3。
2015年12月31日,水 库正式向汉源新县城供水,因为水库库容较小,要求 水库岸坡必须稳定,保证有效兴利库容,保证汉源新 县城、农村移民安置区生活和灌溉用水&坝址上游左 岸“大冲沟下游堆积体”在水库蓄水及运行期必须 确保岸坡稳定。
2基本地质条件“大冲沟下游覆盖层岸坡”位于库中段流沙河 左岸,距坝址约1.6km。
流沙河总体以近东西向流 经坡体前缘。
该段坡体顺河长约300 m,前缘接近 河边,高程约1 500 m,后缘至左岸坝顶改线公路,高 程约1 705 m。
坡体前缘(高程1 620 m以下)地形 较陡,坡度35。
水利工程对下游河道洪水影响分析

26m /s,2015a水 流量 最大 值为 54m /s、 中值为 24m。/s。 帮扶 ,也 有 助于 大 坝等 一 系列 水利 工 程 建筑 能 得 到地 区
可 发 现 ,2O14年水 流 量最 大值 与 中值 明显 大于 2015a ; 居 民的 良好 保护 ,从 而发挥 最大 功效 。
’
节 ,并可通过 有效使 用水利工 程 ,实现 对下游 水域天然 自
(1)2014年全 年水位 平均 值为40.41m。,2015年 全年 循环 系统 的持 续 利用 , 以帮助 天然 自循环 系 统 更为 有 效
水位平均值为27m。。可发现2Ol5年水位较2014年 明显下 运转 。
降 ; (2)2014年 水位 最 大值 为86m。、中值 为26m。,2015 3 对 大型水 利工 程提 出的 对策 与建议
年 有 一定 下 降 ; (2)2014年含 沙 量最 大 值 为 74kg/m。、 社会 基 础建 设 ,在 大 型水 利 工程 使 用过 程 中要从 更 全面
中值 为 13kg/m。,2015年 水 位最 大 值 为 50kg/m。、 中值 为 的视 角 出发 ,在充 分 实 现大 型 水利 工程 中大坝 对 水流 、
3.1 大型 水利工 程 的科学 化
2.2 针 对含 沙量
水利 工 程 的修 建 除 了可 以对 下游 河流 的河 道进 行 充
(1)2014年 全年 含 沙 量平 均 值为 25kg/m。,2015年 分 改 造 ,实 现对 下 游径 流 的治 理 之 外 ,还 可借 助 水力 发
全年 水 位平 均值 为24kg/m。。可发 现2015年 含 沙量较 2014 电 、借 助水 库 搞好 水 产养 殖 业等 。为此 ,作 为现 代经 济
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1引言溃坝洪水由于其突发性与破坏性极强,往往给下游造成毁灭性灾害,是危害极大的灾害现象。
在四川省,处于地震带上的水库,存在一定的溃坝风险,溃坝洪水一旦发生,将对下游人民的生命财产安全造成严重威胁。
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小到最小程度,有必要进行溃坝洪水计算。
水库溃坝洪水及其演进分析是编制水库大坝安全管理应急预案的基础,是水库大坝发生突发性安全事故时避免或减少人员伤亡的重要非工程措施。
论文以具有较强代表性的四川省汉源县流沙河永定桥水库为例,对川西山区水库溃坝洪水计算及洪水演进进行分析。
2水库概况永定桥水库位于四川省雅安市汉源县,在大渡河一级支流流沙河上,集水面积143km2。
水库校核标准为500年一遇,永定桥水库溃坝洪水计算及对下游影响分析Analysis on Flood Calculation and Impact on Downstream of Dam-Break ofYongding Bridge Reservoir崔鹏1,祝文静2(1.黄河勘测规划设计有限公司,郑州450003;2.郑州黄河河务局惠金黄河河务局,郑州450045)CUI Peng1,ZHU Wen-jing2(1.Yellow River Engineering Consulting Co.Ltd.,Zhengzhou450003,China;2.Yellow River Bureau of Huijin,Zhengzhou,Zhengzhou450003,China)【摘要】四川省地震多发区修建的水库,在地震等因素作用下,有可能会产生溃坝。
结合四川山区实际,优选溃坝洪水计算与洪水演进模型,并以四川省汉源县流沙河永定桥水库为例,分析确定相关参数,分析指出水库溃坝形态以全溃为主,具有溃坝洪水量极大、洪水演进迅速的特点,采用DAMBRK溃坝模型及一维水动力学模型进行溃坝模拟和洪水演进分析。
研究不仅可为永定桥水库制定大坝安全管理应急预案提供技术支撑,也为该地区水库溃坝洪水及其影响分析提供参考借鉴。
【Abstract】Under the factors such as earthquakes,dam-break is easy to happen to the reservoirs in earthquake-prone areas of Sichuan.Combined with the reality in Sichuan mountains,dam-break flood calculation and flood evolution model are optimized.Taking Yongding bridge reservoir of Liusha River in Hanyuan County,Sichuan Province as an example,the related parameters are analyzed and determined.The analysis indicates that the dam-break is mainly total dam-break with the characteristics of huge-volume flood and high-speed evolution.DAMBRK model and one-dimensional hydrodynamic model are adopted to simulate the dam-break and flood evolution.The research can not only provide technical support for contingency plans of dam safety management of Yongdingqiao reservoir,but also provide reference for dam-break flood and its impact in this area.【关键词】溃坝模型;洪水演进;影响分析【Keywords】dam-break model;flood evolution;influence analysis【中图分类号】TV133.2;TV122+.4【文献标志码】A【文章编号】1007-9467(2016)11-0082-04【DOI】10.13616/ki.gcjsysj.2016.11.139【作者简介】崔鹏(1982 ̄),男,河南郑州人,工程师,从事水文分析及研究。
相应洪峰流量722m 3/s 。
大坝为碾压混凝土重力坝,坝体剖面为三角形,坝顶长度161m ,坝顶高程为1545.50m ,防浪墙顶高程1546.70m ,水库总库容1659×104m 3,工程任务为供水,水库至大渡河口河道长度约41km [1]。
3溃坝洪水计算3.1边界条件溃口参数主要是指口门的形态和溃口形成的时间。
溃口形成的影响因素很多,但对其形成的物理机制尚不清楚。
据资料统计,溃坝原因由于洪水超过工程泄洪能力而导致溃坝的约占35%,设计施工缺陷占40%,渗漏、管涌、沉陷、滑坡等原因占25%[2,3]。
3.1.1溃坝因素永定桥水库坝型为碾压混凝土重力坝,具有强度高、防渗性好、顶部可溢流等特点。
考虑本工程区地理位置,溃坝因素主要为超标准地震、超标准洪水、上游及库岸发生滑坡形成的堰塞体溃决。
3.1.2溃坝时水位漫顶溃坝水位一般取坝顶高程加最大漫顶高度,即:Z 漫顶=Z 坝顶+h 漫顶(1)式中,Z 漫顶为漫顶溃坝时的水库坝前水位,m ;Z坝顶为坝顶高程,m ,本次取防浪墙顶高程1546.7m ;h 漫顶为漫顶高度,m 。
Singh 等[4](1982)利用20个溃坝实例首次定量评估了漫顶高度,在0.15~0.61m 之间。
考虑本工程为碾压式混凝土重力坝,坝顶泄流能力较强,因此,本次分析漫顶高度取1m ,即采用1547.7m 作为水库溃决时的漫顶溃坝水位。
3.2溃口洪水计算永定桥水库溃坝洪水计算采用美国国家气象局DAMBRK 溃坝洪水计算数学模型。
模型以溃坝历时和溃口最终形状及尺寸为输入数据,假定溃口底部从一个点开始,其宽度以线性速率在整个历时内增长,一直到溃口最终宽度,同时溃口的底部高程也不断发展,直到最终位置。
根据流体力学理论计算坝址泄水过程。
该模型通过调洪演算法和水力学动力演算法,考虑水位的消落和入库流量过程的影响,用堰流公式结合Newon-Raphon 迭代法计算溃坝泄流过程。
漫坝的溃坝洪水由宽顶堰流公式计算,考虑行进流速及下游水位对堰流可能产生的淹没影响。
根据永定桥水库大坝溃决参数,向DAMBRK 模型输入溃口高程、宽度、边坡的几何形态及其随时间变化的过程。
考虑到本次分析为瞬时全溃,最大溃口形成时间设定为8min ,并假定8min 内呈线性扩大。
同时,向模型输入水库库容曲线、入库流量等边界条件,计算步长取1s 。
永定桥水库的各方案溃坝时坝址处洪峰流量极大(见图1),且溃坝时水位越高,洪峰流量越大。
在漫顶水位情况下溃决的洪峰流量为26000m 3/s ,在位于正常蓄水位时全部溃决的洪峰流量为19800m 3/s ,在位于正常蓄水位情况下半溃的洪峰流量为14300m 3/s 。
经分析,水库大约在30min 时泄空,各方案溃口处洪水过程线如图1所示,最大洪峰流量见表1。
表1永定桥水利工程首部枢纽溃坝洪峰流量成果表项目方案1方案2方案2溃坝方案地震诱发溃坝瞬时全溃地震诱发溃坝瞬时半溃超标准洪水诱发瞬时全溃溃坝时水位m 154315431547.7溃口宽度/m 159~11980~60161~119溃坝时入库流量Z/(m 3/s )00722溃坝瞬时流量m 3/s198001430026000注:本案例水位高程以黄海海平面为海拔基准面。
图1永定桥水库溃坝洪水过程线表2永定桥水库溃坝洪水沿程最大流量成果表编号距坝里程m位置描述不同溃坝方案洪峰流量/(m 3/s )方案1方案2方案3DM-030永定桥坝址198001430026000DM-158228梨园乡桥13400969017900DM-2719104向溪嘴大桥(富庄社区)7980636010900DM-3629627九襄镇梨坪村333029504850DM-4541020金龙桥(瀑布沟库区)254023403850图3永定桥水库溃坝洪水坦化图3.3溃坝洪水的传播永定桥水库下游的流沙河河道断面形状窄深,基本为U 形河谷,从数学模型研究的意义考虑,该段河流的水流表现为比较典型的一维特征,模型计算采用一维水流模型。
AMBRK 模型采用水力学方法或水文扩散法进行溃坝洪水向下游的的演进计算,基本方程为圣维南一维非恒定流方程式[5]:坠Q x +坠(A +A 0)t-q =0(2)坠Q 坠t +坠(Q 2/A )坠x +gA (坠h 坠x +S f +S e )=0(3)式中:x 为顺水流方向的距离,m ;t 为演进时间,min ;A 为主河槽过水面积,m 2;A 0为滩地过水面积,m 2;q 为沿河道单位距离的侧向入流或出流流量,m 3/s ;S f 为摩阻比降;S e 为局部损失比降。
该模型以有限差分代数方程表示偏微分方程,采用Presimann 四点偏心隐格式对方程进行求解,可得到任一时刻的水位h 值和流量Q 。
在用差分法求解非恒定流方程时,须求出初始时刻(t =0)各断面的水位h 和流量Q ,本模型假定初始时刻为恒定非均匀流,各断面的初始流量由式(4)计算:Q i =Q i -1+q i -1(4)式中,Q i 为i 断面处的流量,m 3/s ;Q i -1为i -1断面处的流量,m 3/s ;q i -1为i -1~i 断面间支流初始时刻入流量,m 3/s ,(i =2,3,…,N )。
初始时刻的水位由式(5)计算:(Q 2/A )i+1-(Q 2/A )iΔx +g [A i +A i +12][h i+1-h i Δx i+n 2(Q i +Q i+1)2(B i +B i+1)4/32(A i +A i +1)10/3]=0(5)式中,A 为过水面积,m 2;B 为过水断面顶宽,m ;n 为糙率;Δx 为断面间距,m ;i 为断面号;g 为重力加速度,m/s 2。
式(5)用Newton-Raphson 法求解:首先由曼宁公式求出下游末端水位,由于流量和河道几何断面形状已知,故可求得末端水位[6]。
溃坝洪水在向下游的演进过程中,受沿程地形地物影响及河槽的作用,溃坝洪水过程线将发生变形。