瞬间全溃流量常用公式适用范围的分析比较.pdf

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1、第42卷第1期人民长江Vo1．42．No．12011年1月YangtzeRiverJan．，2011文章编号：1001—4179(2011)Ol一0054—05瞬间全溃流量常用公式适用范围的分析比较李启龙，黄金池(中国水利水电科学研究院防洪抗旱减灾研究所，北京100038)摘要：对于大坝瞬间溃决最大流量的计算，至今仍存在不能合理利用公式的问题。每个瞬间全溃流量公式都有一定的适用范围，为方便合理选择流量公式，对当今主要瞬间全溃流量公式进行了深入分析，给出了各个公式的适用范围，并对各个流量公式进行了比较。发现推广后的斯托克公式和谢任之瞬间全溃公式是等价的，只是形式不同，这两个公式适用范

2、围较广，可以基本满足各种条件下的瞬间全溃最大流量计算；同时，在公式适用范围内，波额流量公式可能存在计算结果明显偏大的问题。关键词：瞬间全溃；适用范围；分析与比较；溃坝中图法分类号：TV13文献标志码：A溃坝计算是一个难度较大的经典水力学问题。1适用范围分析1871年圣维南(Saint—Venant)提出明渠非恒定流偏微分方程组，为此问题的解决奠定了基础。1892年，引用的简易瞬间全溃流量公式都假定河槽平底无里特(Ritter)提出第1个瞬间全溃最大流量公式。阻力，在河槽形状方面，除波额流量公式外，所有的公1954年，B．A．阿尔汉盖里斯基给出了常用的河渠立波式都假定河槽是规则的棱柱

3、体河槽。再者，本文有关公式，也就是本文所给的波额流量公式。1958年斯的进一步推导也是基于以上两点假定，文中出现的相托克(Stoker)把里特公式扩展到下游有水的情况。同字母具有相同的含义。根据坝址出流是否受到下游1973年辽宁省水文总站根据波额流量与堰流流量相水流影响，本文将主要公式分为3类：①坝址出流不交原理给出了波堰流相交公式E3]。1982年谢任之在受下游水流影响；②坝址出流受到下游水流影响，③总结了前人经验的基础上，给出了可用于大部分情况两种情况均可计算。的瞬间全溃坝址峰顶流量公式。上述简易公式形1．1里特、波堰流相交公式式多样，但对于公式推导的前提条件和所作的一些假早在

4、1892年，德国的里特在平底无阻力矩形棱柱设等方面，如河槽形状、是否考虑下游水流影响，一般体河槽下游无水的情况下，推出了坝址瞬间全溃峰顶使用者并不清楚，因而感觉难以选用，对选用公式的计流量的第1个计算公式：算结果也没有把握。QQ⋯=B。(1)本文主要从河槽形状、上下游水流流速是否考虑、二，坝址出流是否受到下游水流影响3个方面进行探讨，辽宁省水文总站根据波额流量与堰流流量相交原明确这些公式的适用范围。理联解，并忽略上游流速影响，得到瞬间全溃最大流量收稿日期：2010—09一O2基金项目：水利部基建前期项目“城市洪水风险管理研究”，水利部行业专项“水库汛限水位调整风险评估与控制”(20

5、0701015)；水科院专项“洪水及工程风险”研究作者简介：李启龙，男，硕士研究生，主要从事大坝溃决简易模型计算研究。E—mail：liqilong686@163．Corn通信作者：黄金池，男，教授级高级工程师，主要从事防洪减灾研究。第1期李启龙，等：瞬间全溃流量常用公式适用范围的分析比较55公式：一=：?7，dc6Q⋯=0．2062g。(2)式中，H、H2分别为断面1与断面2对应的平均水深；式中，Q⋯为通过坝址最大流量，m／s；B。为未溃前坝为水容重，N／m。将式(5)、式(6)、F=AH带入式址上游河槽水面平均宽度，m；Ho为未溃前坝址上游(3)、式(4)，当负波波额流量与正波

6、波额流量相等时，平均水深，m；g为重力加速度，m／s。给出坝址最大流量对应的水深日，见式(7)。在河槽形状方面，两个公式均要求为矩形河槽；在上下游水流流速方面，里特公式假定上游水流静止，下，√、m+1筹mlc”游无水；辽宁省水文总站给出的公式忽略上游流速的影响，因此在库内为静止水体或上游流速影响可忽略m+1等m(、)：0(7)的情况下，两个公式均适用。波堰流公式考虑的堰为2矩形宽顶堰，并要求堰流为自由出流，但不能用恒定堰式中，u。、“：分别为断面0(上游)和断面2(下游)对应流自由出流条件判断公式是否适用。的平均流速，m／s。令卢=H／H。，Ol=H2／H0，综合上述公式，给出坝址

7、最大流量公式：1．2波额流量、正负波相交公式Q⋯=kbB。’’(8)波额流量法考虑了下游水深的影响。通过在上下游分别建立连续方程和动量方程，得到向上的负波波式中，k为流量系数，k：[_+m√gHo额流量和向下的正波波额流量，公式分别见式(3)、(4)，其情形见图1。√_盟]。．厂—]———一QQ。+√g一，。一Ft)(3)B．A．阿尔汉盖里斯基认为，只有满足下游水深与坝址水深之比H／H。>0．1，式(4)计算的结果才是良．厂—]———一QQ√g(F一F2)(4)好的。