《航道水力模擬技術(shù)規(guī)程》

號：DL

中華人民共和國電力行業(yè)標準

PDL/T××××--201×

水電水利工程航道水力模擬技術(shù)規(guī)程

(征求意見稿)

TechnicalRegulationofModellingforHydraulicofWaterwayfor

hydropower&waterresources

201--發(fā)布201--實施

國家能源局發(fā)布

目次

前言..............................................................................................................................Ⅱ

1范圍...........................................................................................................................1

2規(guī)范性引用..............................................................................................................2

3總則...........................................................................................................................3

4研究大綱...................................................................................................................4

5基本資料...................................................................................................................5

6航道水力模型試驗...................................................................................................6

6.1模型設計…………….…..6

6.2試驗設備與量測儀器…………………...…..…..…..….7

6.3模型制作…………….…………………..7

6.4模型率定與驗證……………..…………….……………8

6.5試驗及觀測………………….…………8

6.6資料整理及分析…………….…………9

7航道水力數(shù)值模擬......................................................................................11

7.1控制方程及數(shù)值求解方法……………….…………..……………….11

7.2初始條件及邊界處理…………………11

7.3計算區(qū)域確定及網(wǎng)格劃分……………….…………..11

7.4模型率定及驗證………………………12

7.5計算及其成果分析……………………12

8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…………………..………...24

1

1范圍

本標準規(guī)定了水電水利工程航道水力學模擬技術(shù)的基本要求。

本標準適用于壩區(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模擬。

2

2規(guī)范性引用文件

下列文件中的條款通過本標準的引用而成為本標準的條款，其最新版本適用于

本標準。

DL/T5244水電水利工程常規(guī)水工模型試驗規(guī)程

3

3總則

3.0.1為統(tǒng)一航道水力學研究的模擬方法與技術(shù)要求，提高研究成果的科學性、準

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)合的方法進行研究。

3.0.3航道水力模擬研究除應執(zhí)行本標準外，尚應符合國家和行業(yè)現(xiàn)行有關(guān)標準的規(guī)

定。

4

4研究大綱

4.0.1模型試驗和數(shù)值模擬前，應根據(jù)研究任務和要求，編制研究大綱，并根據(jù)研

究過程中的實際情況進行必要的修正。

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研究進度計劃；

6預期成果目標；

7項目負責人和參加人員；

8其它。

5

5基本資料

5.0.1地形資料：

1地形范圍應包括工程試驗河段和模型進出口調(diào)節(jié)段的近期枯水河道,地形高

程應至最高通航水位以上；

2地形圖應為統(tǒng)一的基準面和坐標系，比例宜為1：1000~1：2000，地形變化

不大的河床可為1：5000，局部復雜地形宜為1：200~1：500；

3地形圖上應標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，枯水期水面線應與地形

資料同期觀測；

2試驗河段進、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

6航道水力模型試驗

6.1模型設計

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，遵循重力相似準則。

6.1.2模型應滿足阻力相似，使水流處于阻力平方區(qū)，如達不到，則必須滿足水流

成紊流狀態(tài)。

6.1.3船模總操縱衡準參數(shù)或船?；剞D(zhuǎn)性參數(shù)和航向穩(wěn)定性參數(shù)應基本保持相似。

1無因次的船模應舵性指數(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值應根據(jù)標準Z形試驗的結(jié)果確定。當

缺少標準Z形試驗資料時，可按“航行復演法”或“動水Z形試驗法”的要求

進行操縱性相似分析。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模型試驗范圍應根據(jù)試驗目的和要求，并結(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，應保證試驗河段進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船模設計

1設計船型及船隊應根據(jù)航道等級、通航工程的設計要求及發(fā)展規(guī)劃確定；

2船模比尺應與航道模型的比尺相同，船體按幾何相似設計，達到線型、排水

量和重心位置相似；

7

3船模制造范圍可為船舶甲板以下部位，自航船模尚應包括船舵及船機和螺旋

槳；

4船舵和螺旋槳的幾何尺度、安裝位置應和實船保持基本相似。

6.2試驗設備與量測儀器

6.2.1航道水力模型試驗常用的設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，應根據(jù)試

驗要求配置非恒定流試驗的控制設備及量測儀器。

6.2.4試驗使用的通用量測儀器，應有國家或行業(yè)監(jiān)督部門頒發(fā)的合格證，且在試

驗前進行檢查標定。

6.2.5數(shù)值模擬采用的計算機應滿足容量及計算速度的要求。

6.2.6船模航行狀態(tài)的模擬和測量應采用遙控自航船模系統(tǒng)。該系統(tǒng)應符合下列

規(guī)定：

1在試驗范圍內(nèi)應具有良好的穩(wěn)定性和抗干擾性能；

2船模的遙控設備應準確執(zhí)行駕駛操縱指令、控制舵角和主機工況；

3應實時測量船模運動坐標和航行動態(tài)參數(shù)。船模運動的定位允許偏差應小于

±50mm。

6.3模型制作

6.3.1應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行局部加

密處理。

8

6.3.3河道及建筑物模型制作和精度控制應按《水電水利工程水工（常規(guī)）模型試

驗規(guī)程》執(zhí)行。

6.3.4船模制作應繪制船?；蚝喕桨缚傮w設計圖，并提出相應的技術(shù)要求。

6.3.5船模船體表面應光滑，成型后不易變形。船模螺旋槳及舵的尺寸與位置應滿

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%。

00

6.3.7船模舵機應運轉(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)舵速度應與實船相似。

6.4模型率定與驗證

6.4.1應進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

允許偏差應分別為原型±0.15m、±0.10m和±0.05m；

6.4.2應進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保持直線航行。

6.4.3Z形標準試驗，由試驗求出衡準船模操縱性的主要參數(shù)。比較船模與實船的操

縱性衡準，要求船模的總操縱參數(shù)低于實船的10%左右為宜。否則，應進行比尺效

應修正。修正的方法可以逐步修改舵的面積，使其達到要求。

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行試驗。如設計有要求時，

還應進行船閘灌泄水、水庫日調(diào)節(jié)等非恒定流對船舶航行影響的試驗。

9

6.5.2航道水力學參數(shù)的觀測：

1航道沿程流態(tài)觀測包括回流、斜流、往復流、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設測點觀測縱向坡降，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包括下列內(nèi)容：

10

1分析流態(tài)、流速、水面比降、水位波動及往復流特性對船閘運行、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、船閘進出口口門等沖淤情況；

11

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。泥沙模擬還應給出入流邊界上來沙過程及其顆粒級

配。

7.2.3當計算區(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)域進出口應選在順直河段上，并要求進出口邊界上的水力、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符合下列規(guī)定：

12

1斷面間距應根據(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)變化較大的部位應適當加密斷面；

3斷面應與主流方向垂直。

7.3.3二維模擬的網(wǎng)格形式應根據(jù)邊界的特點和計算模式的需要確定，并應符合下列

規(guī)定：

1網(wǎng)格密度應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)格應適當加密。

7.4模型率定及驗證

7.4.1一維數(shù)值模擬驗證應滿足下列要求：

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)容除應按第6.4.1條的規(guī)定執(zhí)行外，還應補充下列

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通過驗證計算確認模擬計算的有關(guān)參數(shù)，在有條件情況下應對模擬計算進行復

核。

7.5計算及其成果分析

7.5.1應按驗證確認的模擬計算模式進行工程方案模擬，其邊界條件應根據(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符合下列規(guī)定。

13

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。

14

8報告編寫

8.0.1應根據(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)容應包括工程概況、試驗目的與任務、模型設計與制作、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)值模擬研究報告應包括工程概況、計算研究目的與內(nèi)容、數(shù)學模型、模型

率定和驗證、計算成果與分析、結(jié)論與建議等內(nèi)容。

15

附錄A

(規(guī)范性附錄)

航道水力學試驗測量的準確度要求和注意事項

測量的準確度要求和注意事項

施測對象測試儀器準確度控制注意事項

1．控制局部模型高程和寬度誤差應小于

，長度誤差應小于，整體模型地確定相似準則及模型范圍和

水準儀0.3mm5mm

形高程誤差應小于，平面距離誤差應比尺；試驗模型必須滿足有關(guān)

模型經(jīng)緯儀2mm

小于。規(guī)定的限制條件，注意減小縮

鋼尺10mm

2．試驗中模型變形應不超過1%，漏水量尺影響。

應不超過試驗最小過流量的1%。

測桿必須安裝牢固，并保證

測針零點高程的誤差應小于，每一

0.2mm鉛垂方向。試驗前應檢查測針

量水測針測次，應重復測讀～次，取其穩(wěn)定值或

23及連接管，不應有堵塞、氣泡

平均值，測讀精度應達。

0.3mm及漏水現(xiàn)象。

水位計測桿必須安裝牢固，

水面水位并保證鉛垂方向；測試前應按

自動跟蹤水率定曲線的偏差系數(shù)應不大

Cv/有關(guān)規(guī)程，進行自檢率定，試

位儀于。

5%驗量測區(qū)間應在率定曲線的直

線部分。

波高儀測桿必須安裝牢固，

波高儀精度。

0.2mm并保證鉛垂方向。

應按有關(guān)規(guī)定的技術(shù)要求進

行量水堰板的安裝；待流量穩(wěn)

應遵照量水測針精度控制要求，流量誤差

量水堰板定后，方可測讀上游測針讀數(shù)；

應小于±。

1%按不同堰型的率定曲線或有關(guān)

計算公式推算模型流量。

應按有關(guān)規(guī)定的技術(shù)要求進

文德里行文德里量水計的安裝；應定

流量測量誤差應小于±。

量水計2%期進行自檢率定，畫出流量率

定曲線。

應按有關(guān)規(guī)定的技術(shù)要求

進行電磁流量計的安裝：控制

電磁

流量誤差應小于±。閥一般安裝在電磁流量計的后

流量計1%

面，流量計前后的直管長度應

滿足要求。

試驗前，應檢查畢托管和連

．自檢率定，當雷諾數(shù)Re～

1=3300360000接管，是否堵塞或漏氣；在靜

范圍內(nèi)時，流速系數(shù)φ，誤差控制在～

=11%水中進行充水排氣，使比壓計

；

流速畢托管2%兩端水柱同高；在不進氣條件

．每一測次，應重復測讀～次，取其

223下，將畢托管放入施測位置的

穩(wěn)定值或平均值；比壓計水頭差測讀精度應

水體中，對準流向，以比壓計

控制在以內(nèi)。

3mm的壓頭差值最大讀數(shù)記錄。

16

1．自檢率定，率定測點應不少于15個，

應滿足以上測點，偏差不超過～；

75%2%3%每個測流斷面測讀應不少于

旋漿2．每一測點記錄值應不少于4～5次，每

3條垂線；每條垂線測點應不少

流速儀次采集時間應不少于5～10s；

于3點。

3．斷面流速迭加計算，與實測流量比較，

兩者誤差應不超過5%。

．用水準儀測定各測點及測壓板零點高

1應按有關(guān)規(guī)定的技術(shù)要求安

程，測讀精度應達；

0.3mm裝測壓管，每次試驗前應檢查

．在靜水中校驗測壓管液面與測點高程

2測壓孔和測壓管是否符合要

測壓管一致，誤差應不超過；

0.5mm求；用清水驅(qū)趕測壓管與連通

．流態(tài)穩(wěn)定后，方能測讀，每一測次，

3管中的氣泡；傳感器的安裝應

壓力應重復測讀～次，取其均值或穩(wěn)定值，

34符合有關(guān)規(guī)定。

測讀精度應控制在3mm以內(nèi)。

每次測試前，應按有關(guān)規(guī)定，進行系統(tǒng)自

脈動壓力傳檢率定；率定量測區(qū)間應大于試驗量測區(qū)

感器間，率定曲線的偏差系數(shù)應不大

Cv/

于5%；每次測量的記錄時間應不少于5s。

水下地形測地形分辨率應不大于，測量精度應

水下地形0.1mm

量儀不大于0.3mm，起點距離誤差應小于10mm。

17

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：

AQ

0

tx

2動量方程：

QQ2ZQQ

gA20

txAxK

3懸移質(zhì)泥沙輸移方程:

ASQS

BSS

tx*

若只考慮飽和輸沙過程，含沙量濃度：

Sx,tS*x,t

4河床變形方程:

AASQSBg

db0

sttx

5輔助公式:

L

水流挾沙力公式S*S*u,h,,d,

L

推移質(zhì)輸沙率公式gbgbu,h,dx

式中：x——沿主流方向坐標；

t——時間坐標；

Q——流量；

A——過水斷面面積；

x——流量模數(shù)，KAR2/3/n；

R——斷面水力半徑;

n——糙率;

g——重力加速度;

18

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;

——系數(shù);

s——淤積物干容重;

Ad——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ZZt

流量過程線QQt

流量水位關(guān)系曲線QQZ

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SSt

上游入流斷面給出來水來沙過程的同時應給出泥沙級配，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，應根據(jù)水力特性作特殊處理。

3初始條件:

Qxt0Q0x

Zxt0Z0x

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：

19

zuhuh

0

txy

2動量方程：

1

222

uuuzuuv2u2u

uvgg2fve22

txyxChxy

1

222

vvvzvuv2u2u

uvgg2fue22

txyyChxy

3懸移質(zhì)不平衡輸運方程：

hS2hS2hS

huShvSSS

txySx2Sy2*

4河床變形方程：

z

0ggSSgg

Stxbxybx*bbx

5輔助公式：

L

二維水流挾沙力公式：S*S*u,v,h,

ugvg

gbb

推移質(zhì)輸沙率公式：bx;gby

u2v2u2v2

式中：u,v——分別為x,y方向垂線平均流速；

h——水深；

z——水位；

11

——謝才系數(shù)Ch6；

C,n

e——有效粘性系數(shù)，e=t+；

t、——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；

S——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；

S——淤積物干容重；

z0——河床高程；

20

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：

ux,y,zut

1

vx,y,zvt

1

hx,y,zht

1

入流泥沙邊界Sx,y,zSt及泥沙級配分布

1

S

出流泥沙邊界0（n為邊界的法向）

n

2

2閉邊界條件：

hr

0，un0

n2

2

或無滑動邊界條件u0，v0

22

Sx,y,tS0x,y

tt0

3初始條件:

ux,y,tu0x,y

tt0

vx,y,tv0x,y

tt0

zx,y,tz0x,y

tt0

Sx,y,tS0x,y

tt0

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：

uvw

0

xyz

2動量方程：

uuuu1Puuu

uvweee

txyzxxxyyzz

vvvv1Pvvv

uvweee

txyzyxxyyzz

wwww1Pwww

uvwgeee

txyzzxxyyzz

如考慮到垂向作用力遠小于重力，采用靜水壓力假定。

21

3泥沙輸移方程：

ssss

usvswsssss

txyzzxxyyzz

（4）河床變形方程：

zgg

0bxbyass

stxxsbb*

式中：u,v,w——x,y,z方向上流速分量；

s

ve——有效粘性系數(shù)，s0ve=vt+ν；

sz

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，P=pgzsz；

ρ——流態(tài)密度；

p——動水壓力；

zs——水位；

s——懸沙濃度；

——懸沙沉速；

t

s——泥沙擴散系數(shù)，s；

s

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

s——床面泥沙干容重；

z0z0——河底高程；

gbx,gbygbx,gby——分別為xy方向的推移質(zhì)輸沙率；

sb,sb*sbsb*——分別為床面近底層含沙量和水體挾沙能力；

as——沉降概率；

1SS

bb*

Sb

SbSb*,bbcr

Sb*

1SbSb*,bbcr

式中：τbb——床面切應力；

τbcrbcr——床面臨界切應力。

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：

v

水面應力條件Sx,y,z,tSx,y,z，

0tsy

tt0z

22

風應力sPaCcWdWd

zzz

自由水面垂向流速分量wsusvs

stsxsy

s

自由水面泥沙通量條件s0

sz

式中：τsx,τsysx，sy——分別為自由表面上沿x,y方向風切應力；

Wd——風速；

Cd——風阻力系數(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：

ugu

床面條件b22

bx=t=2ubvb

zCd

vgvb22

by=t=2ubvb

zCd

2

1zb

式中，ub,vb為近底層流速，Cdln，z0與河床特性有關(guān)，對于天然

zo

河道有z0ks/30，zb為近底層距床面高度，一般可取距床面最近的網(wǎng)格點高度。

rr

無滑動條件u0，或垂直于邊界流速un0

進口邊界條件

ux,y,z,tu0x,y,t

1

vx,y,z,tv0x,y,t

1

或zsx,y,z,tz0x,y,t

1

入流泥沙邊界Sx,y,z,tS0x,y,z,t及泥沙級配分布

1

S

出流泥沙邊界0（n為邊界的法向）

n

2

r

ur

出口邊界條件：0，u0。

n

3初始條件：

ux,y,z,tu0x,y,z

tt0

vx,y,z,tv0x,y,z

tt0

zx,y,z,tz0x,y,z

tt0

23

Sx,y,z,tS0x,y,z

tt0

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。

24

水電水利工程航道水力模擬

技術(shù)規(guī)程

條文說明

25

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航道水力學模擬主要方法包括物理模型試驗和數(shù)學模型兩種。兩種模型具

有各自的優(yōu)勢，應結(jié)合實際工程要求進行選擇。

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