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