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。
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）。
工程初步设计阶段溃坝洪水计算大纲
工程初步设计阶段溃坝洪水计算大纲1 流域及工程概况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 水利水电工程设计洪水计算规范；(2) DL/T5015－1996 水利水电工程水利动能设计规范；(3) SD 138－85 水文情报预报规范；(4) DL/T5064－1996 水电工程水库淹没处理规划设计；(5) DL 5021－93 水利水电工程初步设计报告编制规程。
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；(3) 下游河道纵横断面资料。
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。
水库库容曲线表 13.3 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。
对唐家山堰塞湖溃坝洪水计算的主要认识_徐照明
研究中主要 计算分 析了 溃至 720 (1/ 3 溃)、695 (1/ 2 溃)、 663 m(全溃)3 类典型 方案 , 在 1/ 3 溃 及 1/ 2 溃 时 , 溃口 最终形 状为顶宽 340 m、底宽 35 m 的等腰梯形 , 在全溃时 , 溃口最终形 状为顶宽 340 m、底宽 100 m 的等腰 梯形 。 溃口的 溃决 历时考 虑了 1 ～ 6 h 的不同情况 。
同时 , 起溃 水位 越高 , 可 泄洪量 越大 , 坝 址洪峰 流量 也越 大 ;②
在起溃水 位相同时 , 溃决 历时越短 , 断面扩 大速度越快 , 坝址 洪
峰流量越大 。 因此 , 在制定除险方案时 , 一方面考虑了通过开 挖 泄流渠等措施有效降低起 溃水位 和减小 可泄水 量 ;另 一方面 考
北川 1:22 2 :14 3 :10 1:14 2 :06 3 :02 1:06 1 :48 2 :28 3:02 3 :38 4:04
通口电 站 2:06 3 :00 3 :50 1:42 2 :32 3 :26 1:24 2 :14 2 :52 3:26 4 :10 4:40
将军石 2:26 3 :14 4 :06 2:00 2 :48 3 :40 1:36 2 :16 2 :56 3:34 4 :26 4:56
760 136234
752 132537
742 95030
730 62408
720 42058
表 3 全溃方案坝址洪峰流量
洪峰流量/(m3 · s-1)
2h
3h
4h
5h
69692 48452 37475 30710
65686 44497 34085 28011
48730 33517 25749 20981
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。
对唐家山堰塞湖溃坝洪水计算的主要认识
第39卷第22期2008年11月 人 民 长 江Y angtze River Vol.39,No.22Nov.,2008收稿日期作者简介徐照明,男,长江水利委员会设计院规划处,工程师,硕士。
文章编号:1001-4179(2008)22-0086-03对唐家山堰塞湖溃坝洪水计算的主要认识徐照明 王永忠 宁 磊(长江水利委员会设计院,湖北武汉430010)摘要:通过溃坝计算可以对堰塞坝的溃决影响作出定量估计,以制定有效的除险方案和避险措施。
采用M IKE11溃坝洪水计算模型,对唐家山堰塞湖不同溃决历时、溃口形状及溃口发展过程情况下的溃坝洪水进行了计算分析,并对河道糙率、通口电站滞洪、干流洪水遭遇等条件进行了敏感性分析。
通过上述计算分析,提高了对溃坝洪水及下游洪水演进的基本认识。
关 键 词:溃坝洪水;敏感性分析;洪水计算;唐家山堰塞湖中图分类号:P315.9 文献标识码:A 2008年5月12日,四川汶川发生了里氏8.0级大地震,在距北川县城4.6km 的涪江支流通口河唐家山附近形成了堰塞湖。
堰塞坝横河向长612m ,坝高82～124m ,坝顶最低点高程752m ,坝上游水库容积3.16亿m 3(752m 水位)。
由于坝高库容大,堰塞坝一旦溃决将严重威胁下游沿岸人民的生命财产安全。
通过溃坝计算,可以对水库(堰塞湖)的溃决影响做出定量估算,从而制定有效的除险方案和避险措施。
采用M I KE 11溃坝洪水计算模型,对唐家山堰塞湖不同溃决历时、溃口形状及溃口发展过程的溃坝洪水进行计算分析,并对数学模型中河道糙率、通口电站滞洪、干流洪水遭遇等条件进行了敏感性分析,在上述工作基础上,提高了对溃坝洪水及其在下游演进的基本认识。
1 M IKE11溃坝模型简介溃坝洪水计算模型在国内外得到了广泛的应用。
史宏达、刘臻[1]对溃坝水流数值模拟的研究进展进行了总结,一维溃坝问题有传统差分方法、近似黎曼解的G odunov 型格式、Lattice Boltzmann 方法、流矢量分裂法。
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。
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。
输送水电【机械工程】溃坝洪水计算
水电工程溃坝洪水计算发表日期：2006-03-06 浏览人数：1570 作者：赵太平来源：网络收集评论0条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。
由后面三个参数可以确定溃口断面形态为矩形、三角形或梯形及局部溃或全溃。
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 s漫顶溃口出流由堰流公式计算Q 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=b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（Brater1959）；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）。
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217141
1.0H
B KW 2
14141
1.0H
B KW b
3.2 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=26.18m
②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=26.84m
③参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 0.19
H 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。
坝顶高程(m) 坝高(m) 水深(m) 库容(万m3) 溃坝决口宽度(m) 溃坝流量(m3/s)
106 10460 26.84 38768.09
106 10460 26.18 37814.77
106 10460 25.32 36572.58
3.2.4溃坝洪水对下游防洪工程、重要保护目标等造成的破坏程度和影响范围
根据有关资料分析，水库溃坝时洪水可能导致水库下游的**、**两个集镇镇(街)的企业、学校、村庄、农田和鱼塘受淹浸，摧毁房屋及其他公共设施，冲毁水陂、渠道，国道**段中断，损失严重。
3.2.5溃坝对上游可能引发滑坡崩塌的地点、范围和危害程度
根据有关分析，导致**水库对上游可能引发滑坡崩塌的部位主要集中在***，其危害程度可能造成滑坡。