河南省水库溃坝洪水计算分析技术大纲.docx

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1、河南省水库溃坝洪水计算分析技术大纲河南省水利厅2022年3月背景及适用范围错误!未定义书签。1目的与分析内容错误!未定义书签。2基本资料错误!未定义书签。2.1 工程资料错误!未定义书签。2.2 水文资料错误!未定义书签。2.2.1 洪水、水位错误!未定义书签。2.2.2 水位流量关系错误!未定义书签。2.3 地形及相关设施资料错误!未定义书签。2.4 下游洪泛区的社会经济概况错误!未定义书签。2.5 糙率错误!未定义书签。3溃坝水力计算条件错误!未定义书签。3.1 溃坝形式错误!未定义书签。3.2 分析计算方案及初始状态错误!未定义书签。4溃坝洪水分析计算错误!未定义书签。4.1 理论分析简

2、化公式错误!未定义书签。4.1.1 水库溃坝洪水计算错误!未定义书签。4.1.2 溃坝洪水演进计算错误!未定义书签。4.2 溃坝洪水数值模拟错误!未定义书签。4.2.1 基本方程错误!未定义书签。4.2.2 求解方法错误!未定义书签。4.2.3 定解条件及边界处理错误!未定义书签。4.2.4 模型率定和验证错误!未定义书签。4.3 溃坝洪水成果及分析错误!未定义书签。4.4 溃坝洪水影响分析错误!未定义书签。5分析成果及报告编写错误!未定义书签。6附表、附图错误!未定义书签。背景及适用范围河南省现有大中小型水库二千多座，广泛分布于淮河、长江、海 河及黄河四大流域。水库在发挥防洪作用的同时，水库

3、工程安全也受 到区域性特大暴雨洪水的威胁，超标准洪水、大坝质量问题和运行管 理问题等都可能引起水库大坝溃决。水库一旦溃坝，危及下游城镇、 村庄、交通、电力、通讯等设施，对人民生命财产、经济社会发展影 响巨大。河南历史上曾发生过大型水库溃坝和小型水库溃坝，损失惨 重，教训深刻。为积极应对水库溃坝风险，加强安全防御措施，根据河南省“一 库一案”、水库防洪抢险应急预案编制需要，拟开展全省水库溃坝洪 水分析工作。由于时间紧、任务重，为统一目标、思路，明确基本原 则和要求，依据溃坝洪水模拟技术规程(SL/T 164-2019),水 库大坝安全管理应急预案编制导则(SL/Z720-2015)编写本技术大

4、纲，包括溃坝洪水计算的基本方法、公式、有关参数选取、成果分析 和报告编制等内容，供开展水库溃坝洪水分析时参照应用。1分析目的与内容水库溃坝洪水分析的目的是分析大坝失事后坝址溃坝洪水最大 洪峰流量及泄流过程，以及洪水向下游的演进情况，评估溃坝水流对 下游的影响和可能引起的损失，为编制防洪预案提供依据。溃坝洪水分析的区域主要包括库区、下游河道和洪泛区等可能淹 没区。水库溃坝洪水分析应结合水库工程特性及溃坝洪水淹没情况等 选择适宜的分析方法。本技术大纲仅以土坝、混凝土重力坝的经验溃坝形式和计算方法 为主，其他坝型及溃坝形式的溃坝洪水计算方法，宜参照相关规程、 规范，结合水库具体情况确定。本次水库溃坝

5、洪水分析主要内容应包括：(1)推求溃坝洪水的最大流量及泄流过程。(2)计算溃坝洪水向下游的传播过程，给出沿程代表断面的流 量、水位、洪峰到达时间、洪水淹没区域等。（3）梯级河流上游水库失事对下游水库的影响等。2基本资料水库溃坝分析需收集相关的工程资料、水文、地形资料（含建筑 物设施）、历史洪水及淹没范围、社会经济等资料，对收集的资料， 结合现场调研进行必要的复核。编制单位主要根据选择的计算方法酌 情收集有关资料。2.1 工程资料（1）收集工程设计及校核防洪标准、水库运行方式、各特征水 位及相应库容等资料。收集枢纽布置、大坝类型、筑坝材料、坝高、 坝顶高程、坝顶长度、坝底长度、坝底高程及泄水建筑

6、物各孔口底高 程、孔口尺寸等。（2）收集水库原始库容及现状的库容曲线、泄水建筑物泄流能 力曲线。（3）收集工程设计图册，水库及下游洪泛区平面示意图，大坝 上、下游立视图等。2.2 水文资料2.2.1 洪水、水位收集分析范围内典型洪水资料，包括不同频率入库洪水过程、水 库特征洪水位，下游汇入支流洪水，洪泛区内特征点的实测和历史洪 水、水位资料等。2.2.2 水位流量关系2.2.3 下游河道实测或调查的水位流量关系。2.2.4 实测及洪水调查资料绘制各断面的水位流量关系线。2.2.5 水部分不够的断面，进行合理的水位流量关系线延长。用数学模型计算时，一般不必提供下游每个断面的水位流量关 系曲线，只

7、需要提供下游末端的边界条件。2.3 地形及相关设施资料(1)收集水库及下游河道地形图、坝址横断面图、下游河道纵 横断面，及下游沿河两岸的植被、地形、地貌、比降变化情况等。(2)收集下游影响溃坝洪水传播的建筑物和防洪工程资料。(3)收集溃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。收集地形资料应充分考虑分析区域的平面、高程范围，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 1： 5000,洪泛区等淹没区域地形精度一般不小于1： 50000o模拟历史洪水采用的基础资料应与洪水发生时间一致或相近。如

8、 时间间隔较长，应分析地形变化及其对溃坝洪水模拟结果的影响。2.4 下游洪泛区的社会经济概况收集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、作物等有 关社会经济资料。2.5 糙率糙率(n)是水力学计算的关键参数。(1)收集河道历史洪水调查水面线并计算河道糙率。(2)收集水文站实测nQ关系。(3)根据上述资料和计算区域的植被、地质及地形变化等条件, 确定溃坝洪水计算糙率。溃坝洪水计算采用糙率也可参考表2.5-1、2.5-2选定。天然河道糙率值见表2.5-Io各种下垫面的糙率通过按居民地、耕地、道路、空地、河道等分 类,分别赋予不同的糙

9、率值。参考2013年2015年全国洪水风险图 项目洪水风险图编制导则推荐值，见表2.5-2。河槽类型及情况最小值正常值最大值一、小河（洪水位的水面宽度小于30m）1、平原河流（1）清洁、顺直、无浅滩深潭0.0250.0300.033（2）同（1）,但石块多、杂草多0.0300.0350.040（3）清洁、弯曲、有浅滩深潭0.0330.0400.045（4）同（3）,但有石块杂草0.0350.0450.050（5）同（3）,水深较浅、河底坡度多变，平面上回 流区较多0.0400.0480.055（6）同（4）,但石块多0.0450.0500.060（7）多杂草、有深潭、流动缓慢的河段0.0500

10、.0700.080（8）多杂草的河段、深潭多或林木滩地上的过洪().0750.1000.1502、山区河流（河槽无草树、河岸较陡、岸坡树丛过 洪时淹没）（1）河底为砾石、卵石、间有孤石0.0300.0400.050（2）河底为卵石和大孤石0.0400.0500.070二、大河（洪水位的水面宽度大于30m）相应于上述 小河的各种情况，由于河岸阻力相对较小，n值较小1、断面比较规则整齐、无孤石或丛木0.0250.0602、断面不规则整齐、床面粗糙0.0350.100三、洪水时期滩地漫流1.草地、无树丛（1）短草0.0250.0300.035（2）长草0.0300.0350.0502.耕地（1）未熟

11、庄稼0.0200.0300.040（2）已熟成行庄稼0.0250.0350.045（3）已熟密植庄稼0.0300.0400.0503.矮树丛（1）稀疏、多杂草0.0350.0500.070（2）不密、夏季情况0.0400.0600.080（3）茂密、夏季情况0.0700.1000.1604.树木（1）平整田地、干树无枝0.0300.0400.050（2）同（1）,干树多树枝0.0500.0600.080（3）密林、树下植物多、洪水位在枝下0.0800.1000.120（4）同（3）、洪水位淹没树枝0.1000.1200.160注：糙率表来源于水力学，糙率根据河道实际情况综合考虑选取。表2.5-

12、2各种下垫面糙率取值表项目居民 地耕地道路空地河道铁路混凝 土草地置干砌 石护 面糙率 (n)0.070.060.0250.050.025 0.0350.040.0140.040.020.023注：数据来源于洪水风险图编制导则，糙率根据下垫面实际情况综合考虑选 取。3溃坝水力计算条件3.1溃坝形式大坝的溃决方式一般从规模上分为全溃或局部溃，从时间上分为 瞬时溃或逐渐溃。应根据坝的类型、坝的基础以及大坝的材料性质、 结构性能等综合拟定。混凝土重力坝和支墩坝溃决时，一般是一次或数次溃决到基础 处；混凝土拱坝常常是在某一高程以上或整个坝体全部溃决。混凝土 坝溃决时间一般都很短，可以按瞬时溃坝处理，特

13、殊情况宜专题研究 后进行分析和计算。土坝和堆石坝的溃坝原因主要是洪水漫顶、基础渗漏和管涌，一 般属于逐渐溃坝，但由于溃坝水流冲击力很强，相对溃决时间较短， 为安全起见，一般可按瞬时溃坝考虑，特殊情况宜专题研究后进行分 析和计算。堆石坝和峡谷河道的土坝可能会全部溃决，平原区和丘陵 区的一般只有局部会溃决。溃坝决口宽度和深度主要与水流冲刷能力 和坝体组成材料及其抗冲能力有关，需根据具体情况选定。特殊情况 下，土坝和堆石坝的溃坝宜专题研究后进行分析和计算。土坝溃坝决口宽度，根据黄河水利委员会水利科学研究所实际资 料分析求得的计算公式为：b = k(wy2B2H2式中：b溃坝决口平均宽度，m；W一一溃

14、坝时蓄水量，万m3；B溃坝时沿坝前水面宽度或坝顶长度，m；H坝高或溃坝时水头，m；k与坝体土质有关的系数，对粘k值约为0.65,壤 k值约为1.3o3.2分析计算方案及初始状态分析汛期发生溃坝，需要确定与何种频率的洪水遭遇。原则上应 根据工程本身和下游防护目标的重要性，确定不同溃坝型式与不同频 率洪水的组合方案。坝上水位由水库调洪决定，一般来说，坝上水位 应为坝顶高（有防浪墙应加墙高）的漫顶水位，下游初始水位由相应 设计洪水最大下泄量确定。本次主要分析汛期超标准洪水和土坝坝体异常（基础渗漏和管 涌）引起溃坝两种工况，前者坝上水位按坝顶高程（有防浪墙为防浪 墙顶高程）作为溃坝初始水位,后者以水库设计洪水位作为初始水位, 下游初始水位由相应设计洪水最大下泄量确定。可不考虑溃坝后上游来水，下游应考虑区间相应汇入洪水。4溃坝洪水分析计算根据大坝类型、结构、材料，分析溃决方式。全溃或局部溃，从 时间上分为瞬时溃或逐渐溃。按可能出现的溃坝型式，坝体溃口的形 态、尺寸可根据溃坝坝体材料的特性分析确定，也可采用坝体逐渐溃 决、瞬间局部溃决、瞬间全部溃决方式设定。溃坝洪水计算分析可采用基于理论分析经验公式和数学模型两 种途径。基于理论分析经验公式，可用于大坝溃决时的最大流量、概 化