航道水力模擬技術(shù)規(guī)程-中國電力企業(yè)聯(lián)合會(huì)

1、號(hào): DL 中華人民共和國電力行業(yè)標(biāo)準(zhǔn) DL/Txxxx -201 x 水電水利工程航道水力模擬技術(shù)規(guī)程 （征求意見稿） Technical Regulation of Modelling for Hydraulic of Waterway for hydropower T=T（ VS / L s）（5.1-1） 式中 T 船模（實(shí)船）應(yīng)舵性指數(shù)； VS 船模（實(shí)船）靜水航速； Ls 船模（實(shí)船）幾何長度。 2無因次的船模回轉(zhuǎn)性指數(shù)K值與實(shí)船K值的允許偏差為20%; K=K（ Ls / V s）（5.1-2） 式中K船模（實(shí)船）回轉(zhuǎn)性指數(shù)； Vs 船模（實(shí)船）靜水航速； Ls 船模（實(shí)船）幾何

2、長度。 3船模（實(shí)船）的操縱性指數(shù) K、T值應(yīng)根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)Z形試驗(yàn)的結(jié)果確定。當(dāng) 缺少標(biāo)準(zhǔn)Z形試驗(yàn)資料時(shí)，可按“航行復(fù)演法”或“動(dòng)水 Z形試驗(yàn)法”的要求 進(jìn)行操縱性相似分析。僅在方案定性比較時(shí)可采用回轉(zhuǎn)半徑相似進(jìn)行自航船模試 驗(yàn)。 6.1.4模型范圍、模型比尺： 1模型試驗(yàn)范圍應(yīng)根據(jù)試驗(yàn)?zāi)康暮鸵?，并結(jié)合水流、河道情況和工程建筑物 對(duì)上下游河道影響范圍確定，應(yīng)保證試驗(yàn)河段進(jìn)出口具有一定長度的調(diào)節(jié)段； 2模型宜采用正態(tài)模型，模型幾何比尺不宜小于 1: 150。 6.1.5船模設(shè)計(jì) 1設(shè)計(jì)船型及船隊(duì)?wèi)?yīng)根據(jù)航道等級(jí)、通航工程的設(shè)計(jì)要求及發(fā)展規(guī)劃確定； 2船模比尺應(yīng)與航道模型的比尺相同，船體按幾何相似設(shè)計(jì)

3、，達(dá)到線型、排水 量和重心位置相似； 3船模制造范圍可為船舶甲板以下部位，自航船模尚應(yīng)包括船舵及船機(jī)和螺旋 4船舵和螺旋槳的幾何尺度、安裝位置應(yīng)和實(shí)船保持基本相似。 6.2試驗(yàn)設(shè)備與量測(cè)儀器 6.2.1航道水力模型試驗(yàn)常用的設(shè)備及量測(cè)儀器儀表與水電水利工程水工（常 規(guī)）模型試驗(yàn)規(guī)程相同。 622主要量測(cè)儀器： 1通航水流條件量測(cè)儀器：水位計(jì)、流量計(jì)、波高儀、流速儀； 2 船模航行參數(shù)量測(cè)儀器：高空廣角攝影或船模激光軌跡儀。 6.2.3在進(jìn)行有船閘灌（泄）水、電站日調(diào)節(jié)等航道水力模型試驗(yàn)時(shí)，應(yīng)根據(jù)試 驗(yàn)要求配置非恒定流試驗(yàn)的控制設(shè)備及量測(cè)儀器。 6.2.4試驗(yàn)使用的通用量測(cè)儀器，應(yīng)有國家或行業(yè)監(jiān)

4、督部門頒發(fā)的合格證，且在試 驗(yàn)前進(jìn)行檢查標(biāo)定。 6.2.5數(shù)值模擬采用的計(jì)算機(jī)應(yīng)滿足容量及計(jì)算速度的要求。 6.2.6船模航行狀態(tài)的模擬和測(cè)量應(yīng)采用遙控自航船模系統(tǒng)。該系統(tǒng)應(yīng)符合下列 規(guī)定： 1 在試驗(yàn)范圍內(nèi)應(yīng)具有良好的穩(wěn)定性和抗干擾性能； 2船模的遙控設(shè)備應(yīng)準(zhǔn)確執(zhí)行駕駛操縱指令、控制舵角和主機(jī)工況； 3 應(yīng)實(shí)時(shí)測(cè)量船模運(yùn)動(dòng)坐標(biāo)和航行動(dòng)態(tài)參數(shù)。船模運(yùn)動(dòng)的定位允許偏差應(yīng)小于 50mm 6.3模型制作 6.3.1應(yīng)繪制模型總體布置圖、結(jié)構(gòu)圖和船模制模詳圖、測(cè)試斷面及測(cè)點(diǎn)布置，并 提出制模加工及安裝要求。 6.3.2模型地形制作可采用斷面法、等高線法。地形變化較緩的地方，斷面間距原 型50m-80m

5、，等高線間距原型3m-5m地形變化復(fù)雜的地方，斷面間距原型 30m- 50m等高線間距原型1m- 3m并根據(jù)實(shí)際地形情況對(duì)深坑或突出地形進(jìn)行局部加 密處理。 6.3.3河道及建筑物模型制作和精度控制應(yīng)按水電水利工程水工（常規(guī)）模型試 驗(yàn)規(guī)程執(zhí)行。 6.3.4船模制作應(yīng)繪制船?；蚝?jiǎn)化方案總體設(shè)計(jì)圖，并提出相應(yīng)的技術(shù)要求。 6.3.5船模船體表面應(yīng)光滑，成型后不易變形。船模螺旋槳及舵的尺寸與位置應(yīng)滿 足6.1.5的要求。 6.3.6船模制作精度： 1 船模單船長度允許偏差為2mm寬度允許偏差為 mm水線刻度允許偏差 為 0.5mm 2 船模重心位置允許偏差為吃mn； 3 船隊(duì)編后的尺度允許偏差為%

6、 6.3.7船模舵機(jī)應(yīng)運(yùn)轉(zhuǎn)自如，操舵角允許偏差為 0.5,滿舵舵角允許偏差為1.0, 轉(zhuǎn)舵速度應(yīng)與實(shí)船相似。 6.4模型率定與驗(yàn)證 6.4.1應(yīng)進(jìn)行模型水位驗(yàn)證和糙率校正。山區(qū)河流洪、中、枯期流量的水位允許偏 差應(yīng)分別為原型 0.20m、0.15m和0.10m；平原河流洪、中、枯期流量的水位 允許偏差應(yīng)分別為原型 0.15m、0.10m和0.05m ； 6.4.2應(yīng)進(jìn)行模型斷面流速驗(yàn)證，斷面流速分布規(guī)律與原型基本一致，流量允許偏 差為5% 6.4.2自航船模在水池中進(jìn)行船模吃水深度、配重及靜水航速相似驗(yàn)證率定，船模 在零舵角的條件下應(yīng)保持直線航行。 6.4.3 Z形標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)，由試驗(yàn)求出衡準(zhǔn)船模

7、操縱性的主要參數(shù)。比較船模與實(shí)船的操 縱性衡準(zhǔn)，要求船模的總操縱參數(shù)低于實(shí)船的10%左右為宜。否則，應(yīng)進(jìn)行比尺效 應(yīng)修正。修正的方法可以逐步修改舵的面積，使其達(dá)到要求。 6.5試驗(yàn)與觀測(cè) 6.5.1根據(jù)不同工程布置方案和不同水位流量組合條件進(jìn)行試驗(yàn)。如設(shè)計(jì)有要求時(shí)， 還應(yīng)進(jìn)行船閘灌泄水、水庫日調(diào)節(jié)等非恒定流對(duì)船舶航行影響的試驗(yàn)。 6.5.2航道水力學(xué)參數(shù)的觀測(cè)： 1航道沿程流態(tài)觀測(cè)包括回流、斜流、往復(fù)流、泡水、漩渦、繞流、跌水等水 流流態(tài)； 2 航道水流流向、流速分布的觀測(cè)； 3 水面坡降觀測(cè)。沿航線方向每隔一船長應(yīng)設(shè)測(cè)點(diǎn)觀測(cè)縱向坡降，橫向坡降的 測(cè)點(diǎn)可視需要而定； 4 航道內(nèi)水深觀測(cè)； 5

8、航道上、下游口門沖淤情況觀測(cè)； 6 口門區(qū)、引航道內(nèi)及船舶停泊區(qū)的水面波浪觀測(cè)； 7 不穩(wěn)定流參數(shù)觀測(cè)，流速隨時(shí)間變化過程，往復(fù)流的周期和強(qiáng)度變化，航道 內(nèi)水位日變幅及小時(shí)升降率等。 6.5.3自航船模航行參數(shù)的觀測(cè)應(yīng)包括下列內(nèi)容： 1船模靜水航速和對(duì)岸航速； 2 航跡線和船位線； 3舵角、首向角、航行角和漂角； 4 漂移距離、會(huì)船間距、岸距。 6.6試驗(yàn)資料整理與分析 6.6.1模型驗(yàn)證試驗(yàn)應(yīng)整理模型的水面線、斷面流速分布和流量資料，并與原型實(shí) 測(cè)資料對(duì)比、分析驗(yàn)證結(jié)果。 6.6.2航道模型試驗(yàn)資料整理應(yīng)包括下列內(nèi)容： 1航道范圍內(nèi)的流場(chǎng)流態(tài)圖，包括回流、泡水和漩渦等流態(tài)； 2航道的流速分布

9、、水面線、水面坡降數(shù)值、水面波動(dòng)和水深； 3航道、船閘進(jìn)出口口門等沖淤情況； 4航道內(nèi)船模的航態(tài)圖和航行參數(shù)變化過程線，包括：用舵過程線、對(duì)岸航速 過程線、航程歷時(shí)過程線、漂角過程線； 5對(duì)于船閘灌泄水、水庫日調(diào)節(jié)等非恒定流，應(yīng)整理航道停泊區(qū)水位和流速隨時(shí) 間變化過程線。 6.6.3航道模型試驗(yàn)成果分析應(yīng)包括下列內(nèi)容: 1分析流態(tài)、流速、水面比降、水位波動(dòng)及往復(fù)流特性對(duì)船閘運(yùn)行、船舶停 泊和航行的影響； 2分析不同工程布置方案和不同水位流量組合條件下通航水流條件和船舶航 行參數(shù)，論證通航水流條件，提出推薦的工程布置方案和航線； 3分析航道、船閘進(jìn)出口口門等沖淤情況； 7航道水力數(shù)值模擬 7.1

10、控制方程及數(shù)值求解方法 7.1.1研究壩區(qū)航道、施工期航道、受跨河建筑物影響的航道、中間渠道及通航建 筑物上下游引航道的通航水流條件，可采用水力數(shù)值模擬進(jìn)行。 7.1.2航道水力數(shù)值模擬可包含水流運(yùn)動(dòng)數(shù)值模擬與泥沙輸移數(shù)值模擬，研究工程 修建前后航道沖淤變化不大的水力因素變化時(shí)，宜采用水流數(shù)值模擬；研究工程修 建前后航道沖淤變化及由此引起的水力因素變化時(shí)，宜采用水沙數(shù)值模擬，并根據(jù) 研究河段的泥沙特性可選用推移質(zhì)模擬或懸移質(zhì)模擬。 7.1.3研究長時(shí)期內(nèi)長河段的水流、河床變化，宜采用一維數(shù)值模擬進(jìn)行研究。研究 壩區(qū)航道、施工期航道、受跨河建筑物影響的航道、短河段、中間渠道及通航建筑 物上下游引

11、航道的通航水流條件，宜采用二維數(shù)值模擬進(jìn)行研究。如水流泥沙因子 三維特性明顯時(shí)，可采用三維數(shù)值模擬進(jìn)行研究。一維、二維、三維水沙數(shù)值模擬 控制方程，參見附錄B。 7.1.4數(shù)值計(jì)算格式應(yīng)該滿足相容性、收斂性和穩(wěn)定性要求。 7.1.5數(shù)值求解方法可采用控制體積法、有限差分方法等。 7.2初始條件及邊界處理 7.2.1水流模擬的初始條件包括計(jì)算區(qū)域內(nèi)的初始水位和流速。泥沙模擬的初始條 件還包括計(jì)算區(qū)域內(nèi)的初始床沙級(jí)配分布。 7.2.2水流模擬的邊界條件為上游入流邊界給定流量，下游出流邊界給定水位，干 濕邊界宜采用動(dòng)邊界技術(shù)模擬。泥沙模擬還應(yīng)給出入流邊界上來沙過程及其顆粒級(jí) 配。 7.2.3當(dāng)計(jì)算區(qū)

12、域內(nèi)出現(xiàn)匯流、堰閘過流、湖泊集水、側(cè)向入流等河道幾何形狀不 連續(xù)或水力特性不連續(xù)時(shí)，應(yīng)根據(jù)水力特性作特殊處理。 7.3計(jì)算區(qū)域確定及網(wǎng)格劃分 7.3.1計(jì)算區(qū)域進(jìn)出口應(yīng)選在順直河段上，并要求進(jìn)出口邊界上的水力、泥沙要素不 受區(qū)域內(nèi)工程方案的影響。 7.3.2 一維模擬斷面布置應(yīng)符合下列規(guī)定： 1 斷面間距應(yīng)根據(jù)河道形態(tài)、河床組成及糙率特性以及研究問題的需要確定； 2重點(diǎn)研究河段和河道幾何形態(tài)變化較大的部位應(yīng)適當(dāng)加密斷面； 3斷面應(yīng)與主流方向垂直。 7.3.3二維模擬的網(wǎng)格形式應(yīng)根據(jù)邊界的特點(diǎn)和計(jì)算模式的需要確定，并應(yīng)符合下列 規(guī)定： 1網(wǎng)格密度應(yīng)能反映水下實(shí)際地形和工程修建后地形的變化； 2網(wǎng)

13、格密度應(yīng)能概化出岸邊界和不同工程方案的邊界； 3 對(duì)于重點(diǎn)研究部位，網(wǎng)格應(yīng)適當(dāng)加密。 7.4模型率定及驗(yàn)證 7.4.1 一維數(shù)值模擬驗(yàn)證應(yīng)滿足下列要求： 1水位允許偏差為計(jì)算區(qū)域內(nèi)水位落差的土 10% 2各河段沖淤與原型基本一致，沖淤量允許偏差為土30% 3含沙量沿程變化趨勢(shì)與原型基本一致，含沙量允許偏差為土30% 4河床級(jí)配中值粒徑允許偏差為土 20% 7.4.2平面二維及三維模擬驗(yàn)證內(nèi)容除應(yīng)按第 6.4.1條的規(guī)定執(zhí)行外，還應(yīng)補(bǔ)充下列 內(nèi)容： 1流速沿?cái)嗝娣植稼厔?shì)與原型一致，流量允許偏差為土 5%分汊河道的干流及重 點(diǎn)研究的汊流，其流量允許偏差為土 5% 2 含沙量沿?cái)嗝娣植稼厔?shì)與原型一致

14、； 3 平面流態(tài)、流向及回流范圍與原型一致； 4 地形沖淤性質(zhì)及其分布與原型基本一致，重點(diǎn)研究部位的沖淤厚度及研究河段 的沖淤總量允許偏差為土 30% 7.4.3通過驗(yàn)證計(jì)算確認(rèn)模擬計(jì)算的有關(guān)參數(shù)，在有條件情況下應(yīng)對(duì)模擬計(jì)算進(jìn)行復(fù) 核。 7.5計(jì)算及其成果分析 7.5.1應(yīng)按驗(yàn)證確認(rèn)的模擬計(jì)算模式進(jìn)行工程方案模擬，其邊界條件應(yīng)根據(jù)方案要求 確定，對(duì)驗(yàn)證確定的模擬參數(shù)不得修改。 7.5.2航道、港口工程及過河建筑物工程方案模擬應(yīng)符合下列規(guī)定 1 淺灘、汊道及港口疏?；蛘蔚墓こ谭桨改M宜用平面二維數(shù)值模擬。 2 對(duì)水流模擬或泥沙模擬的選擇應(yīng)依據(jù)河床變形強(qiáng)度和需要確定；對(duì)推移質(zhì)模 擬、懸移質(zhì)模擬或

15、全沙模擬的選擇應(yīng)依據(jù)研究河段的泥沙特性確定。 7.5.3模擬計(jì)算成果如下： 1航道內(nèi)流場(chǎng)、水位； 2航道內(nèi)的沖淤； 7.5.4模擬計(jì)算成果分析如下： 根據(jù)計(jì)算成果，分析流態(tài)、流速、水面比降、水位波動(dòng)及往復(fù)流特性對(duì)船閘運(yùn) 行、船舶停泊和航行的影響，航道及口門的沖淤情況，論證航道內(nèi)通航水流條件。 8報(bào)告編寫 8.0.1應(yīng)根據(jù)模型試驗(yàn)研究情況，提出試驗(yàn)最終成果，包括文字報(bào)告、附圖、附表、 照片、錄相等資料。 8.0.2試驗(yàn)研究報(bào)告內(nèi)容應(yīng)包括工程概況、試驗(yàn)?zāi)康呐c任務(wù)、模型設(shè)計(jì)與制作、量 測(cè)儀器、模型率定和驗(yàn)證、試驗(yàn)成果與分析、結(jié)論與建議等內(nèi)容。 8.0.3數(shù)值模擬研究報(bào)告應(yīng)包括工程概況、計(jì)算研究目的與

16、內(nèi)容、數(shù)學(xué)模型、模型 率定和驗(yàn)證、計(jì)算成果與分析、結(jié)論與建議等內(nèi)容。 附錄A （規(guī)范性附錄） 航道水力學(xué)試驗(yàn)測(cè)量的準(zhǔn)確度要求和注意事項(xiàng) 測(cè)量的準(zhǔn)確度要求和注意事項(xiàng) 施測(cè)對(duì)象 測(cè)試儀器 準(zhǔn)確度控制 注意事項(xiàng) 模型 水準(zhǔn)儀 經(jīng)緯儀 鋼尺 1 .控制局部模型高程和寬度誤差應(yīng)小于 0.3mm ,長度誤差應(yīng)小于 5mm ,整體模型地 形咼程誤差應(yīng)小于 2mm，平面距離誤差應(yīng) 小于10mm。 2 .試驗(yàn)中模型變形應(yīng)不超過 1%,漏水量 應(yīng)不超過試驗(yàn)最小過流量的1%。 確定相似準(zhǔn)則及模型范圍和 比尺；試驗(yàn)?zāi)Ｐ捅仨殱M足有關(guān) 規(guī)定的限制條件，注意減小縮 尺影響。 水面水位 量水測(cè)針 測(cè)針零點(diǎn)咼程的誤差應(yīng)小于0.

17、2mm,每一 測(cè)次，應(yīng)重復(fù)測(cè)讀 23次，取其穩(wěn)定值或 平均值，測(cè)讀精度應(yīng)達(dá) 0.3mm。 測(cè)桿必須安裝牢固，并保證 鉛垂方向。試驗(yàn)前應(yīng)檢查測(cè)針 及連接管，不應(yīng)有堵塞、氣泡 及漏水現(xiàn)象。 自動(dòng)跟蹤水 位儀 率疋曲線的偏差系數(shù)Cv =坊/卩應(yīng)不大 于5%。 水位計(jì)測(cè)桿必須安裝牢固， 并保證鉛垂方向；測(cè)試前應(yīng)按 有關(guān)規(guī)程，進(jìn)行自檢率定，試 驗(yàn)量測(cè)區(qū)間應(yīng)在率定曲線的直 線部分。 波咼儀 精度0.2mm。 波高儀測(cè)桿必須安裝牢固， 并保證鉛垂方向。 流 量 量水堰板 應(yīng)遵照量水測(cè)針精度控制要求，流量誤差 應(yīng)小于土 1%。 應(yīng)按有關(guān)規(guī)定的技術(shù)要求進(jìn) 行量水堰板的安裝；待流量穩(wěn) 定后，方可測(cè)讀上游測(cè)針讀數(shù)；

18、 按不冋堰型的率定曲線或有關(guān) 計(jì)算公式推算模型流量。 文德里 量水計(jì) 測(cè)量誤差應(yīng)小于土 2%。 應(yīng)按有關(guān)規(guī)定的技術(shù)要求進(jìn) 行文德里量水計(jì)的安裝；應(yīng)定 期進(jìn)行自檢率定，畫出流量率 定曲線。 電磁 流量計(jì) 流量誤差應(yīng)小于土 1%。 應(yīng)按有關(guān)規(guī)定的技術(shù)要求 進(jìn)行電磁流量計(jì)的安裝：控制 閥一般安裝在電磁流量計(jì)的后 面，流量計(jì)前后的直官長度應(yīng) 滿足要求。 流速 畢托管 1 .自檢率定，當(dāng)雷諾數(shù) Re=3300360000 范圍內(nèi)時(shí)，流速系數(shù)0 =1,誤差控制在1% 2%; 2 .每一測(cè)次，應(yīng)重復(fù)測(cè)讀 23次，取其 穩(wěn)定值或平均值；比壓計(jì)水頭差測(cè)讀精度應(yīng) 控制在3mm以內(nèi)。 試驗(yàn)前，應(yīng)檢查畢托管和連 接管

19、，是否堵塞或漏氣；在靜 水中進(jìn)行充水排氣，使比壓計(jì) 兩端水柱同高；在不進(jìn)氣條件 下，將畢托管放入施測(cè)位置的 水體中，對(duì)準(zhǔn)流向，以比壓計(jì) 的壓頭差值最大讀數(shù)記錄。 旋漿 流速儀 1. 自檢率定，率定測(cè)點(diǎn)應(yīng)不少于15個(gè)， 應(yīng)滿足75%以上測(cè)點(diǎn)，偏差不超過2%3%; 2. 每一測(cè)點(diǎn)記錄值應(yīng)不少于45次，每 次米集時(shí)間應(yīng)不少于 510s； 3 .斷面流速迭加計(jì)算，與實(shí)測(cè)流量比較， 兩者誤差應(yīng)不超過 5%。 每個(gè)測(cè)流斷面測(cè)讀應(yīng)不少于 3條垂線；每條垂線測(cè)點(diǎn)應(yīng)不少 于3點(diǎn)。 壓力 測(cè)壓管 1 用水準(zhǔn)儀測(cè)定各測(cè)點(diǎn)及測(cè)壓板零點(diǎn)高 程，測(cè)讀精度應(yīng)達(dá) 0.3mm ; 2 在靜水中校驗(yàn)測(cè)壓管液面與測(cè)點(diǎn)咼程 致，誤差

20、應(yīng)不超過 0.5mm ; 3 .流態(tài)穩(wěn)疋后，方能測(cè)讀，每一測(cè)次， 應(yīng)重復(fù)測(cè)讀34次，取其均值或穩(wěn)定值， 測(cè)讀精度應(yīng)控制在 3mm以內(nèi)。 應(yīng)按有關(guān)規(guī)定的技術(shù)要求安 裝測(cè)壓管，每次試驗(yàn)前應(yīng)檢查 測(cè)壓孔和測(cè)壓管是否符合要 求；用清水驅(qū)趕測(cè)壓管與連通 管中的氣泡；傳感器的安裝應(yīng) 符合有關(guān)規(guī)定。 脈動(dòng)壓力傳 感器 每次測(cè)試前，應(yīng)按有關(guān)規(guī)定，進(jìn)行系統(tǒng)自 檢率定；率定量測(cè)區(qū)間應(yīng)大于試驗(yàn)量測(cè)區(qū) 間，率定曲線的偏差系數(shù) Cv=r/A應(yīng)不大 于5%;每次測(cè)量的記錄時(shí)間應(yīng)不少于5s。 水下地形 水下地形測(cè) 量儀 地形分辨率應(yīng)不大于 0.1mm,測(cè)量精度應(yīng) 不大于0.3mm，起點(diǎn)距離誤差應(yīng)小于 10mm。 （資料性附

21、錄） 航道水沙數(shù)值模擬基本方程 B.1 一維水沙數(shù)值模擬 B.1.1 一維水沙數(shù)值模擬可按下列基本方程控制： 1連續(xù)方程： 2 動(dòng)量方程: .t ；x 9八 電Q Q| 、 十gA + 9 1 A丿 K J 3 懸移質(zhì)泥沙輸移方程 AS QS B S-S ；:x 若只考慮飽和輸沙過程，含沙量濃度: S x,t 二 S x,t 4 河床變形方程： 5 輔助公式： 水流挾沙力公式S*金u,h，d丄 推移質(zhì)輸沙率公式 gb =gb u, h, d L x 式中：x 沿主流方向坐標(biāo)； t 時(shí)間坐標(biāo)； Q流量； A過水?dāng)嗝婷娣e； x流量模數(shù)， K =AR2/3/n ； R斷面水力半徑； n 糙率； g重

22、力加速度 Z水位； B河寬； S , s水體斷面平均含沙量和一維挾沙力； gb 推移質(zhì)輸沙率； 泥沙沉速； a 系數(shù)； / 淤積物干容重； Ad 計(jì)算沖淤面積。 B.1.2 維水沙數(shù)值模擬的定解條件可按下列公式確定： 1邊界條件： 水位過程線z =z t 流量過程線Q二Q t 流量水位關(guān)系曲線Q q z 對(duì)于緩流Fr 1,只需在入流斷面提出二種水力條件。 含沙量過程s =s t 上游入流斷面給出來水來沙過程的同時(shí)應(yīng)給出泥沙級(jí)配，推移質(zhì)若無實(shí)測(cè)資 料，上游入流斷面可用公式估算。 2內(nèi)邊界條件： 當(dāng)計(jì)算域內(nèi)出現(xiàn)匯流點(diǎn)、堰閘過流、湖泊集水、側(cè)向入流等河道幾何形狀不連 續(xù)或水力特性不連續(xù)時(shí)，應(yīng)根據(jù)水力

23、特性作特殊處理。 3初始條件： Q x y =Q x Z x t 干 Z。x 給出床沙初始級(jí)配的沿程變化、沿深度方向分層床沙級(jí)配和初始河床高程。 B.2二維水沙數(shù)值模擬 B.2.1二維水沙數(shù)值模擬可按下列基本方程控制： 1連續(xù)性方程： =0 .:z : uh : uh .:tjx-y 2動(dòng)量方程: 史U史V衛(wèi)gZ g t:x:-y:-x u u2 v2 2 -fv = ： e f 2 丄 2 g 計(jì)j專gg分fu +或 2 :y 3懸移質(zhì)不平衡輸運(yùn)方程: 二 huS 二 hvS = $ 4河床變形方程: Sgbxgbx：S -S gbgbx :t:x:y 5輔助公式： 二維水流挾沙力公式：S二

24、S u,v,h丄 ,ug bvgb 推移質(zhì)輸沙率公式：gbx 22 ； gby ： 22 Pu 十v寸u +v 式中：u,v分別為x, y方向垂線平均流速； h 水深； z水位； C 謝才系數(shù)，C =*h16 ； e 有效粘性系數(shù)，=+； 分別為紊動(dòng)粘性系數(shù)和分子運(yùn)動(dòng)粘性系數(shù); f 柯氏系數(shù)； S, S 垂線平均含沙量和垂線平均水流挾沙力； S 泥沙紊動(dòng)擴(kuò)散系數(shù)； gbx, gby 推移質(zhì)單寬輸沙率在x， y方向分量； gb 推移質(zhì)單寬輸沙率； s 淤積物干容重； 乙河床高程； 系數(shù) B.2.2二維水沙數(shù)值模擬的定解條件可按下列公式確定: 1開邊界條件： u x, y, z ；二u t h x

25、, y, z ； =h t 入流泥沙邊界 S x,y,z . =S t及泥沙級(jí)配分布 出流泥沙邊界 =o（ n為邊界的法向） 2閉邊界條件: 2o 或無滑動(dòng)邊界條件u ； =0，v ； =0 S x,y,t。x,y 3初始條件： u x,y,t 乜=uo x,y v S,t 吐=vo x$ z xt=zo x,y S x, y,t 母 Ao x, y 給定初始床沙級(jí)配的平面分布、以及沿深度方向分層床沙級(jí)配 B.3三維水沙數(shù)值模擬 B.3.1三維水沙數(shù)值模擬可按下列基本方程控制： 1連續(xù)性方程: 丄址-=o -X 勺:Z 2動(dòng)量方程: 如考慮到垂向作用力遠(yuǎn)小于重力，采用靜水壓力假定。 3泥沙輸移

26、方程： (4)河床變形方程： s二 式中：u, v, wx, y, z 方向上流速分量； Ve有效粘性系數(shù)， s s Z =0 Ve = Vt + V； 呂 Vt、V分別為紊動(dòng)粘性系數(shù)和分子運(yùn)動(dòng)粘性系數(shù)； P水壓力，p = p亠為Zs_z ； P流態(tài)密度； P動(dòng)水壓力； zs水位； s懸沙濃度； -懸沙沉速； s泥沙擴(kuò)散系數(shù)，s仝r.； Cs CsSchimdt數(shù)，數(shù)值計(jì)算中取值范圍一般為0.51.0 ； s床面泥沙干容重； Z) z0河底高程； gbx, gby gbx, gby分別為xy方向的推移質(zhì)輸沙率； S, S*sb sb*分別為床面近底層含沙量和水體挾沙能力； as沉降概率； 1S

27、b - S* : - (Sb : Sb* b :bcr 1So ：S，b F 式中： T b .b床面切應(yīng)力； T bcr g床面臨界切應(yīng)力。 B.3.2三維水沙數(shù)值模擬的定解條件可按下列公式確定： 1自由面(水面)條件： 水面應(yīng)力條件S x,y,z, t t俎=S x, y,z , i :=判 風(fēng)應(yīng)力 *=paCcWdWd 自由水面垂向流速分量Ws =號(hào).us晝.亠 sex Wd風(fēng)速； Cd 風(fēng)阻力系數(shù)； P a空氣密度。 Us, Vs 自由表面水平運(yùn)動(dòng)速度; zs自由面咼程。 2邊界條件： 床面條件bx =：；. = 式中，Ub, Vb為近底層流速，Cd=in.zf , Z0與河床特性有關(guān)

28、，對(duì)于天然 5住丿 河道有Z 乂/30 , Zb為近底層距床面高度，一般可取距床面最近的網(wǎng)格點(diǎn)高度。 無滑動(dòng)條件U =0，或垂直于邊界流速u n n 進(jìn)口邊界條件 u x, y, z,t ；=比 x, y,t x y, zt ； =v x y,t 或 Zs x, y,z,t |=Zo（x, y，t） 入流泥沙邊界Sx,y,z,t 二So x,y,z,t及泥沙級(jí)配分布 出流泥沙邊界 孚=o （ n為邊界的法向） 岔r 出口邊界條件：譽(yù)，u =0。 3初始條件： U x, y, z,t 乜=U x,y,z v x y, Zt p 二V。x, y, z zx,y,z S x，y，z,t 乜x,y,z

29、 給定初始床沙級(jí)配的平面分布、以及沿深度方向分層床沙級(jí)配 27 水電水利工程航道水力模擬 技術(shù)規(guī)程 條文說明 3.0.1本條主要說明編制本試驗(yàn)規(guī)程的必要性和目的。必要性是作為統(tǒng)一本行業(yè) 航道水力學(xué)模擬研究的方法和技術(shù)要求。目的在于提高試驗(yàn)研究成果的質(zhì)量的水 平。 3.0.2航道水力學(xué)模擬主要方法包括物理模型試驗(yàn)和數(shù)學(xué)模型兩種。兩種模型具 有各自的優(yōu)勢(shì)，應(yīng)結(jié)合實(shí)際工程要求進(jìn)行選擇。 5基本資料 5.0.1、5.0.2地形資料和建筑物資料是開展航道水力模擬工作的前提工作，其精度 和代表性影響到模型成果的精度和可靠性。使用資料時(shí)要對(duì)資料進(jìn)行認(rèn)真分析和校 核，發(fā)現(xiàn)問題要仔細(xì)考證，及時(shí)與提供資料的部門進(jìn)

30、行商酌并加以修改。 5.0.3水文資料用于驗(yàn)證模型水流條件是否相似，根據(jù)模擬河道內(nèi)的不同流量下相 應(yīng)的水面線和斷面流速分布，率定和驗(yàn)證模型糙率。 5.0.4根據(jù)工程運(yùn)行調(diào)度方式，確定需進(jìn)行模型試驗(yàn)的各種水位流量組次。 5.0.5為進(jìn)行船模制作和船模相似性率定所需的基本資料。 6航道水力模型試驗(yàn) 6.1模型設(shè)計(jì) 6.1.16.1.2說明航道模型應(yīng)滿足的相似準(zhǔn)則和要求，各水力要素的比尺與模型幾 何比尺Lr關(guān)系為： 流速比尺：Vr =Lr1/2 流量比尺：Q=Lf5 時(shí)間比尺：Tr=Lr1/2 糙率的比尺：nr=Lr4 力的比尺：Fr =Lr3 壓強(qiáng)的比尺：Pr=Lr 6.1.3此條要求對(duì)船模性能進(jìn)

31、行率定與比尺效應(yīng)修正。關(guān)于Z形試驗(yàn)有Z5/5、 Z10/1O0、Z15/150和Z20/20四種舵角。試驗(yàn)分析結(jié)果表明 Z10/10、Zl5/150作為 Z 形試驗(yàn)的典型代表較合適。 船模航行試驗(yàn)的相似條件主要以重力相似為依據(jù)，只能做到航速相似和操縱性 能的基本相似。這類通航船模受尺度效應(yīng)的影響，阻力系數(shù)偏大。為達(dá)到航速相似， 需提高螺旋槳轉(zhuǎn)速，繼而又導(dǎo)致船模舵受力增大，航效明顯優(yōu)于實(shí)船。船模操縱性 的變化易使航行試驗(yàn)的結(jié)果偏于不安全。為減小尺度效應(yīng)對(duì)通航船模操縱性的影 響，一般采用減小舵面積的方法予以修正。目前常用的內(nèi)河通航船模的舵面積需減 小為原舵面積的0.60.8倍。 考慮目前我國內(nèi)河航道船型多，編隊(duì)隊(duì)型復(fù)雜，這些船舶（隊(duì)）往往缺乏實(shí)船 “ Z”形試驗(yàn)資料供船模率定。若為此組織實(shí)船進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)的“ Z”形試驗(yàn)，耗資巨額， 一般的工程項(xiàng)目無力承受，從而也影響了船模航行試驗(yàn)技術(shù)的開拓應(yīng)用。 對(duì)此可因 地制宜采用“航行復(fù)演法”、“動(dòng)水率定法”等對(duì)船模進(jìn)行尺度效應(yīng)修正和操縱性 率定。這些方法中的實(shí)船試驗(yàn)可在船舶營運(yùn)過程中間進(jìn)行，耗資少、便于操作，有 較好的實(shí)用價(jià)值。 6.1.4航道宜采用整體正態(tài)模型，原因一是整體正態(tài)模型能更正確的反映較大范圍 的水流表面流場(chǎng)，其