2019水電水利工程航道水力模擬技術(shù)規(guī)程

PAGEII水電水利工程航道水力模擬技術(shù)規(guī)程目 次前言Ⅱ1 范圍12 規(guī)范性引用23 總則34 研究大綱45 基本資料56 航道水力模型試驗66.1模型設(shè)計…………….…..66.2試驗設(shè)備與量測儀器…………………...…..…..…..….76.3模型制作…………….…………………..76.4模型率定與驗證……………..…………….……………86.5試驗及觀測………………….…………86.6資料整理及分析…………….…………97 航道水力數(shù)值模擬117.1控制方程及數(shù)值求解方法……………….…………..……………….117.2初始條件及邊界處理…………………117.3計算區(qū)域確定及網(wǎng)格劃分……………….…………..117.4模型率定及驗證………………………127.5計算及其成果分析……………………128 報告編寫14附錄A（規(guī)范性附錄）航道水力模型試驗測量的準(zhǔn)確度要求和注意事項….15附錄B（資料性附錄）航道水沙數(shù)值模擬基本方程…………….17條文說明…………………..………...241范圍本標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了水電水利工程航道水力學(xué)模擬技術(shù)的基本要求。本標(biāo)準(zhǔn)適用于壩區(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水力學(xué)模擬。2規(guī)范性引用文件下列文件中的條款通過本標(biāo)準(zhǔn)的引用而成為本標(biāo)準(zhǔn)的條款，其最新版本適用于本標(biāo)準(zhǔn)。DL/T5244水電水利工程常規(guī)水工模型試驗規(guī)程

3總則3.0.1為統(tǒng)一航道水力學(xué)研究的模擬方法與技術(shù)要求，提高研究成果的科學(xué)性、準(zhǔn)確性和可靠性，制定本規(guī)程。3.0.2航道水力模擬根據(jù)研究目的和要求的不同可采用模型試驗、數(shù)值模擬或兩者結(jié)合的方法進(jìn)行研究。3.0.3航道水力模擬研究除應(yīng)執(zhí)行本標(biāo)準(zhǔn)外尚應(yīng)符合國家和行業(yè)現(xiàn)行有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定。4研究大綱4.0.1模型試驗和數(shù)值模擬前，應(yīng)根據(jù)研究任務(wù)和要求，編制研究大綱，并根據(jù)研究過程中的實際情況進(jìn)行必要的修正。4.0.2研究大綱宜包括下列內(nèi)容：1工程概況；2研究目的和內(nèi)容；3工程基本資料；4研究方法；5研究進(jìn)度計劃；6預(yù)期成果目標(biāo)；7項目負(fù)責(zé)人和參加人員；8其它。5基本資料5.0.1地形資料：1地形范圍應(yīng)包括工程試驗河段和模型進(jìn)出口調(diào)節(jié)段的近期枯水河道地形高程應(yīng)至最高通航水位以上；2地形圖應(yīng)為統(tǒng)一的基準(zhǔn)面和坐標(biāo)系比例宜為11000~12000形變化不大的河床可為1：5000，局部復(fù)雜地形宜為1：200~1：500；3地形圖上應(yīng)標(biāo)明水尺和測流斷面的位置。5.0.2建筑物資料：1工程總體布置圖；2泄水建筑物結(jié)構(gòu)圖；3通航建筑物結(jié)構(gòu)圖；4中間渠道取排水方案布置圖。5.0.3水文資料：1試驗河段同一水文年洪、中、枯期的水面線資料，枯水期水面線應(yīng)與地形資料同期觀測；2試驗河段進(jìn)、出口附近斷面的流速、流向分布資料；3試驗河段出口斷面處的水位與流量關(guān)系資料。5.0.4通航水位流量下，工程運行調(diào)度方式。5.0.5船模資料：1設(shè)計推船或拖船與駁船的噸位、型線圖、方形系數(shù)、滿載和空載的排水量、吃水和重心位置；2設(shè)計船隊的排列方式、平面尺寸、載重量和吃水；3推船或拖船功率、螺旋槳槳葉及安裝圖、舵葉圖和舵系布置圖；4船舶、船隊的靜水航速和操縱性能。6航道水力模型試驗6.1模型設(shè)計6.1.1模型與原型必須保持幾何相似水流運動相似和動力相似遵循重力相似準(zhǔn)則。6.1.2模型應(yīng)滿足阻力相似，使水流處于阻力平方區(qū)，如達(dá)不到，則必須滿足水流成紊流狀態(tài)。6.1.3船模總操縱衡準(zhǔn)參數(shù)或船?；剞D(zhuǎn)性參數(shù)和航向穩(wěn)定性參數(shù)應(yīng)基本保持相似。1無因次的船模應(yīng)舵性指數(shù)T’值宜大于實船的T值，允許偏差為5%；T’=T（Vs/Ls） (5.1-1)式中 T——船模（實船）應(yīng)舵性指數(shù)；VS——船模（實船）靜水航速；LS——船模（實船）幾何長度。2無因次的船?；剞D(zhuǎn)性指數(shù)K’值與實船K值的允許偏差為20%；K’=K（Ls/Vs） (5.1-2)式中 K——船模（實船）回轉(zhuǎn)性指數(shù)；VS——船模（實船）靜水航速；LS——船模（實船）幾何長度。3船模（實船）的操縱性指數(shù)K、T值應(yīng)根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)Z形試驗的結(jié)果確定。當(dāng)缺少標(biāo)準(zhǔn)Z形試驗資料時，可按“航行復(fù)演法”或“動水Z形試驗法”的要求進(jìn)行操縱性相似分析。僅在方案定性比較時可采用回轉(zhuǎn)半徑相似進(jìn)行自航船模試驗。6.1.4模型范圍、模型比尺：1模型試驗范圍應(yīng)根據(jù)試驗?zāi)康暮鸵蟛⒔Y(jié)合水流河道情況和工程建筑物對上下游河道影響范圍確定，應(yīng)保證試驗河段進(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1設(shè)計船型及船隊?wèi)?yīng)根據(jù)航道等級、通航工程的設(shè)計要求及發(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，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)包括船舵及船機和螺旋槳；4船舵和螺旋槳的幾何尺度、安裝位置應(yīng)和實船保持基本相似。6.2試驗設(shè)備與量測儀器6.2.1航道水力模型試驗常用的設(shè)備及量測儀器儀表與《水電水利工程水工（常規(guī)）模型試驗規(guī)程》相同。6.2.2主要量測儀器：1通航水流條件量測儀器：水位計、流量計、波高儀、流速儀；2船模航行參數(shù)量測儀器：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時，應(yīng)根據(jù)試驗要求配置非恒定流試驗的控制設(shè)備及量測儀器。6.2.4試驗使用的通用量測儀器，應(yīng)有國家或行業(yè)監(jiān)督部門頒發(fā)的合格證，且在試驗前進(jìn)行檢查標(biāo)定。6.2.5數(shù)值模擬采用的計算機應(yīng)滿足容量及計算速度的要求。6.2.6船模航行狀態(tài)的模擬和測量應(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、控制舵角和主機工況；3應(yīng)實時測量船模運動坐標(biāo)和航行動態(tài)參數(shù)。船模運動的定位允許偏差應(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、測試斷面及測點布置，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，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)實際地形情況對深坑或突出地形進(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)）模型試驗規(guī)程》執(zhí)行。6.3.4船模制作應(yīng)繪制船模或簡化方案總體設(shè)計圖，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±1mm，水線刻度允許偏差為±0.5mm；2船模重心位置允許偏差為±2mm；3船隊編后的尺度允許偏差為±1%。6.3.7船模舵機應(yīng)運轉(zhuǎn)自如，操舵角允許偏差為±0.50，滿舵舵角允許偏差為±1.00，轉(zhuǎn)舵速度應(yīng)與實船相似。6.4模型率定與驗證6.4.1應(yīng)進(jìn)行模型水位驗證和糙率校正。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證率定，船模在零舵角的條件下應(yīng)保持直線航行。6.4.3Z形標(biāo)準(zhǔn)試驗，由試驗求出衡準(zhǔn)船模操縱性的主要參數(shù)。比較船模與實船的操縱性衡準(zhǔn)，要求船模的總操縱參數(shù)低于實船的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試驗與觀測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。如設(shè)計有要求時還應(yīng)進(jìn)行船閘灌泄水水庫日調(diào)節(jié)等非恒定流對船舶航行影響的試驗。6.5.2航道水力學(xué)參數(shù)的觀測：1航道沿程流態(tài)觀測包括回流、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；3水面坡降觀測。沿航線方向每隔一船長應(yīng)設(shè)測點觀測縱向坡降，橫向坡降的測點可視需要而定；4航道內(nèi)水深觀測；5航道上、下游口門沖淤情況觀測；6口門區(qū)、引航道內(nèi)及船舶停泊區(qū)的水面波浪觀測；7不穩(wěn)定流參數(shù)觀測，流速隨時間變化過程，往復(fù)流的周期和強度變化，航道內(nèi)水位日變幅及小時升降率等。6.5.3自航船模航行參數(shù)的觀測應(yīng)包括下列內(nèi)容：1船模靜水航速和對岸航速；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、會船間距、岸距。6.6試驗資料整理與分析6.6.1模型驗證試驗應(yīng)整理模型的水面線、斷面流速分布和流量資料，并與原型實測資料對比、分析驗證結(jié)果。6.6.2航道模型試驗資料整理應(yīng)包括下列內(nèi)容：1航道范圍內(nèi)的流場流態(tài)圖，包括回流、泡水和漩渦等流態(tài)；2航道的流速分布、水面線、水面坡降數(shù)值、水面波動和水深；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、對岸航速過程線、航程歷時過程線、漂角過程線；5對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)水位和流速隨時間變化過程線。6.6.3航道模型試驗成果分析應(yīng)包括下列內(nèi)容：1分析流態(tài)、流速、水面比降、水位波動及往復(fù)流特性對船閘運行、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動數(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，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，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，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算區(qū)域內(nèi)的初始床沙級配分布。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配。7.2.3當(dāng)計算區(qū)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，應(yīng)根據(jù)水力特性作特殊處理。7.3計算區(qū)域確定及網(wǎng)格劃分7.3.1計算區(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)邊界的特點和計算模式的需要確定，并應(yīng)符合下列規(guī)定：1網(wǎng)格密度應(yīng)能反映水下實際地形和工程修建后地形的變化；2網(wǎng)格密度應(yīng)能概化出岸邊界和不同工程方案的邊界；3對于重點研究部位，網(wǎng)格應(yīng)適當(dāng)加密。7.4模型率定及驗證7.4.1一維數(shù)值模擬驗證應(yīng)滿足下列要求：1水位允許偏差為計算區(qū)域內(nèi)水位落差的±10%；2各河段沖淤與原型基本一致，沖淤量允許偏差為±30%；3含沙量沿程變化趨勢與原型基本一致，含沙量允許偏差為±30%；4河床級配中值粒徑允許偏差為±20%。7.4.2平面二維及三維模擬驗證內(nèi)容除應(yīng)按第6.4.1條的規(guī)定執(zhí)行外，還應(yīng)補充下列內(nèi)容：1流速沿斷面分布趨勢與原型一致，流量允許偏差為±5%；分汊河道的干流及重點研究的汊流，其流量允許偏差為±5%；2含沙量沿斷面分布趨勢與原型一致；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，重點研究部位的沖淤厚度及研究河段的沖淤總量允許偏差為±30%。7.4.3通過驗證計算確認(rèn)模擬計算的有關(guān)參數(shù)，在有條件情況下應(yīng)對模擬計算進(jìn)行復(fù)核。7.5計算及其成果分析7.5.1應(yīng)按驗證確認(rèn)的模擬計算模式進(jìn)行工程方案模擬，其邊界條件應(yīng)根據(jù)方案要求確定，對驗證確定的模擬參數(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對水流模擬或泥沙模擬的選擇應(yīng)依據(jù)河床變形強度和需要確定；對推移質(zhì)模擬、懸移質(zhì)模擬或全沙模擬的選擇應(yīng)依據(jù)研究河段的泥沙特性確定。7.5.3模擬計算成果如下：1航道內(nèi)流場、水位；2航道內(nèi)的沖淤；7.5.4模擬計算成果分析如下：根據(jù)計算成果，分析流態(tài)、流速、水面比降、水位波動及往復(fù)流特性對船閘運行、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報告編寫8.0.1應(yīng)根據(jù)模型試驗研究情況，提出試驗最終成果，包括文字報告、附圖、附表、照片、錄相等資料。8.0.2試驗研究報告內(nèi)容應(yīng)包括工程概況、試驗?zāi)康呐c任務(wù)、模型設(shè)計與制作、量測儀器、模型率定和驗證、試驗成果與分析、結(jié)論與建議等內(nèi)容。8.0.3數(shù)值模擬研究報告應(yīng)包括工程概況、計算研究目的與內(nèi)容、數(shù)學(xué)模型、模型率定和驗證、計算成果與分析、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)試驗測量的準(zhǔn)確度要求和注意事項測量的準(zhǔn)確度要求和注意事項施測對象測試儀器準(zhǔn)確度控制注意事項模型水準(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，整體模型地形高程誤差應(yīng)小于2mm，平面距離誤差應(yīng)小于10mm。2．試驗中模型變形應(yīng)不超過1%，漏水量應(yīng)不超過試驗最小過流量的1%。確定相似準(zhǔn)則及模型范圍和比尺；試驗?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。水面水位量水測針測針零點高程的誤差應(yīng)小于0.2mm，每一測次，應(yīng)重復(fù)測讀2～3次，取其穩(wěn)定值或平均值，測讀精度應(yīng)達(dá)0.3mm。測桿必須安裝牢固，并保證鉛垂方向。試驗前應(yīng)檢查測針及連接管，不應(yīng)有堵塞、氣泡及漏水現(xiàn)象。自動跟蹤水位儀率定曲線的偏差系數(shù)應(yīng)不大于5%。水位計測桿必須安裝牢固，并保證鉛垂方向；測試前應(yīng)按有關(guān)規(guī)程，進(jìn)行自檢率定，試驗量測區(qū)間應(yīng)在率定曲線的直線部分。波高儀精度0.2mm。波高儀測桿必須安裝牢固，并保證鉛垂方向。流量量水堰板應(yīng)遵照量水測針精度控制要求，流量誤差應(yīng)小于±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，方可測讀上游測針讀數(shù)；按不同堰型的率定曲線或有關(guān)計算公式推算模型流量。文德里量水計測量誤差應(yīng)小于±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。電磁流量計流量誤差應(yīng)小于±1%。應(yīng)按有關(guān)規(guī)定的技術(shù)要求進(jìn)行電磁流量計的安裝：控制閥一般安裝在電磁流量計的后面，流量計前后的直管長度應(yīng)滿足要求。流速畢托管1．自檢率定，當(dāng)雷諾數(shù)Re=3300～360000范圍內(nèi)時，流速系數(shù)φ=1，誤差控制在1%～2%；2．每一測次，應(yīng)重復(fù)測讀2～3次，取其穩(wěn)定值或平均值；比壓計水頭差測讀精度應(yīng)控制在3mm以內(nèi)。試驗前，應(yīng)檢查畢托管和連接管，是否堵塞或漏氣；在靜水中進(jìn)行充水排氣，使比壓計兩端水柱同高；在不進(jìn)氣條件下，將畢托管放入施測位置的水體中，對準(zhǔn)流向，以比壓計的壓頭差值最大讀數(shù)記錄。旋漿流速儀1．自檢率定，率定測點應(yīng)不少于15個，應(yīng)滿足75%以上測點，偏差不超過2%～3%；2．每一測點記錄值應(yīng)不少于4～5次，每次采集時間應(yīng)不少于5～10s；3．?dāng)嗝媪魉俚佑嬎悖c實測流量比較，兩者誤差應(yīng)不超過5%。每個測流斷面測讀應(yīng)不少于3條垂線；每條垂線測點應(yīng)不少于3點。壓力測壓管1．用水準(zhǔn)儀測定各測點及測壓板零點高程，測讀精度應(yīng)達(dá)0.3mm；2．在靜水中校驗測壓管液面與測點高程一致，誤差應(yīng)不超過0.5mm；3．流態(tài)穩(wěn)定后，方能測讀，每一測次，應(yīng)重復(fù)測讀3～4次，取其均值或穩(wěn)定值，測讀精度應(yīng)控制在3mm以內(nèi)。應(yīng)按有關(guān)規(guī)定的技術(shù)要求安裝測壓管，每次試驗前應(yīng)檢查測壓孔和測壓管是否符合要求；用清水驅(qū)趕測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。脈動壓力傳感器每次測試前，應(yīng)按有關(guān)規(guī)定，進(jìn)行系統(tǒng)自檢率定；率定量測區(qū)間應(yīng)大于試驗量測區(qū)間，率定曲線的偏差系數(shù)應(yīng)不大于5%；每次測量的記錄時間應(yīng)不少于5s。水下地形水下地形測量儀地形分辨率應(yīng)不大于0.1mm，測量精度應(yīng)不大于0.3mm，起點距離誤差應(yīng)小于10mm。附錄B(資料性附錄)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動量方程：3懸移質(zhì)泥沙輸移方程:若只考慮飽和輸沙過程，含沙量濃度：4河床變形方程:5輔助公式:水流挾沙力公式推移質(zhì)輸沙率公式

式中：——沿主流方向坐標(biāo)；——時間坐標(biāo)；——流量；——過水?dāng)嗝婷娣e；——流量模數(shù)，；——斷面水力半徑;——糙率;——重力加速度;——水位;——河寬;，——水體斷面平均含沙量和一維挾沙力;——推移質(zhì)輸沙率;——泥沙沉速;——系數(shù);——淤積物干容重;——計算沖淤面積。B.1.2一維水沙數(shù)值模擬的定解條件可按下列公式確定：1邊界條件：水位過程線流量過程線流量水位關(guān)系曲線對于緩流Fr＜1可給出上述條件之一各作為入流和出流斷面邊界條件。對于Fr＞1，只需在入流斷面提出二種水力條件。含沙量過程上游入流斷面給出來水來沙過程的同時應(yīng)給出泥沙級配，推移質(zhì)若無實測資料，上游入流斷面可用公式估算。2內(nèi)邊界條件：當(dāng)計算域內(nèi)出現(xiàn)匯流點、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，應(yīng)根據(jù)水力特性作特殊處理。3初始條件:給出床沙初始級配的沿程變化、沿深度方向分層床沙級配和初始河床高程。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：2動量方程：3懸移質(zhì)不平衡輸運方程：4河床變形方程：5輔助公式：二維水流挾沙力公式：推移質(zhì)輸沙率公式：;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),；

——有效粘性系數(shù)，；

、——分別為紊動粘性系數(shù)和分子運動粘性系數(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；

——泥沙紊動擴散系數(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；

——淤積物干容重；

z0——河床高程；

α——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：入流泥沙邊界及泥沙級配分布出流泥沙邊界（n為邊界的法向）2閉邊界條件：，或無滑動邊界條件，3初始條件:給定初始床沙級配的平面分布、以及沿深度方向分層床沙級配。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：2動量方程：如考慮到垂向作用力遠(yuǎn)小于重力，采用靜水壓力假定。3泥沙輸移方程：（4）河床變形方程：式中：u,v,w——x,y,z方向上流速分量；

ve——有效粘性系數(shù)，ve=vt+ν；

vt、ν——分別為紊動粘性系數(shù)和分子運動粘性系數(shù)；

P——水壓力，；

ρ——流態(tài)密度；

p——動水壓力；

zs——水位；

s——懸沙濃度；

——懸沙沉速；

——泥沙擴散系數(shù)，；

σs——Schimdt數(shù)，數(shù)值計算中取值范圍一般為0.5~1.0；

——床面泥沙干容重；

z0——河底高程；

gbx,gby,——分別為xy方向的推移質(zhì)輸沙率；

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；

式中：τb——床面切應(yīng)力；

τbcr——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，風(fēng)應(yīng)力自由水面垂向流速分量自由水面泥沙通量條件式中：τsx,τsy，——分別為自由表面上沿x,y方向風(fēng)切應(yīng)力；

Wd——風(fēng)速；

Cd——風(fēng)阻力系數(shù)；

ρa——空氣密度。

us,vs——自由表面水平運動速度；

zs——自由面高程。2邊界條件：床面條件

式中，ub,vb為近底層流速，，z0與河床特性有關(guān)，對于天然河道有，zb為近底層距床面高度，一般可取距床面最近的網(wǎng)格點高度。無滑動條件，或垂直于邊界流速進(jìn)口邊界條件或入流泥沙邊界及泥沙級配分布出流泥沙邊界（n為邊界的法向）出口邊界條件：，。3初始條件：給定初始床沙級配的平面分布、以及沿深度方向分層床沙級配。

水電水利工程航道水力模擬技術(shù)規(guī)程條文說明3總則3.0.1 本條主要說明編制本試驗規(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和數(shù)學(xué)模型兩種。兩種模型具有各自的優(yōu)勢，應(yīng)結(jié)合實際工程要求進(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。使用資料時要對資料進(jìn)行認(rèn)真分析和校核，發(fā)現(xiàn)問題要仔細(xì)考證，及時與提供資料的部門進(jìn)行商酌并加以修改。5.0.3水文資料用于驗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，率定和驗證模型糙率。5.0.4根據(jù)工程運行調(diào)度方式，確定需進(jìn)行模型試驗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6.1模型設(shè)計6.1.1～6.1.2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：Qr=Lr2.5時間比尺：Tr=Lr1/2糙率的比尺：nr=Lr4力的比尺：Fr=Lr3壓強的比尺：Pr=Lr6.1.3此條要求對船模性能進(jìn)行率定與比尺效應(yīng)修正。關(guān)于Z形試驗有Z50/50、Z100/100、Z150/150和Z200/200四種舵角。試驗分析結(jié)果表明Z100/100、Z150/150作為Z形試驗的典型代表較合適。船模航行試驗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)于實船。船模操縱性的變化易使航行試驗的結(jié)果偏于不安全。為減小尺度效應(yīng)對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0.6～0.8倍?？紤]目前我國內(nèi)河航道船型多，編隊隊型復(fù)雜，這些船舶（隊）往往缺乏實船“Z”形試驗資料供船模率定。若為此組織實船進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)的“Z”形試驗，耗資巨額，一般的工程項目無力承受，從而也影響了船模航行試驗技術(shù)的開拓應(yīng)用。對此可因地制宜采用“航行復(fù)演法”、“動水率定法”等對船模