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SL 161.1-2013 坝区航道水力模拟技术规程.pdf

5.0.4非自航船模制作与安装要求应符合下列规定：

5.0.5自航船模制作与安装要求除应满足5.0.4条的

1坝区、施工期航道模型试验应分别对洪、中、枯期流量 面线进行验证，并满足下列要求： 1山区河流的水位允许偏差应为原型士0.20m；平原河流 位允许偏差应为原型土0.15m。 2 流速分布规律与原型基本一致，流量允许偏差为士5%。 2 坝区航道通航水流条件模型试验应符合下列规定： 1坝区航道通航水流条件模型试验应包括下列内容： 1）通航建筑物布置方案论证试验。 2）枢纽泄洪和电站不同运行方式的通航水流条件。 3）电站日调节的通航水流条件。 4）船闸灌泄水的通航水流条件。 5）枢纽泄洪、船闸灌泄水和电站日调节不同组合时的通 航水流条件。 2坝区航道通航水流条件模型试验应观测下列参数： 1）引航道口门区及连接段的流态、流速、水位和水面比 降等。 2）通航建筑物闸门、靠船建筑物和隔流堤堤头周围的水 面波动。 3）往复流的周期和强度。 3船闸引航道水力学模型试验应符合下列规定： 1试验内容应包括测定船闸不同输水方式时，引航道沿程 立波动及流速、流态变化情况，测定引航道停泊船舶的系 J。 2试验时船闸的输水流量过程线应由输水系统水力学整体 原型或数值模批确定

6.1.3船闸引航道水力学模型试验应符合下列规定：

GB/T 40528.1-2021 多体游艇结构尺寸规定 第1部分：复合材料6.1.4施工期航道通航水流条件模型试验应符合下列规定

1施工期航道通航水流条件模型试验应包括下列内容： 1）束窄河床和导流明渠的通航水流条件。 2）束窄河床和导流明渠范围内的航线选择。 3）临时通航建筑物的通航水流条件。 2施工期航道通航水流条件模型试验应对各级通航流量下 的流态、流速、水位和纵横向水面比降进行观测。 6.1.5在论证坝区、施工期航道的通航水流条件和航线选择时 宜进行遥控自航船模试验。

中间渠道水力学模型试验

1在中间渠道两端船闸灌泄水、下水式升船机船厢出人水 时，测定渠道内水位波动、比降、流速流向、系泊船舶的系缆力 及自航船模的航速、船迹线和船行参数。 2在中间渠道内有溢水口时，应在两端船闸或升船机运行 及不运行条件下，测定排水影响范围内的流速、流向、流态、水 面波动、比降及自航船模的航速、航迹线和航行参数。

6.2.2中间渠道船行波模型试验应满足下列要求：

1采用有导向设施的自航或牵引船模，测定船模航速， 察船模航态。 2观测船模航行时渠道各测点水位波动、船行波的爬高 下落、岸边的回流速度等。

6.2.3中间渠道尺度模型试验应满足下列要求：

1来用有导向设施的自航或牵引船模，观测渠道不同断面 尺度船模单向航行、平行航行、迎面交会航行的航速、航行阻 力、船模航态及船行波参数。 2采用自航船模观测船模在渠道不同转弯半径及宽度的弯 道航行时船模的航速、漂角及航迹线。

5.3.1自航船模试验应按不同工程方案及不同流量级组合观测 自航船模的航行参数。 .3.2 自航船模航行参数的观测应包括下列内容： 1 船模静水航速和对岸航速。 2 航迹线和船位线。 3 舵角、首向角、航行角和漂角。 4 漂移距离和会船间距

6.3.1自航船模试验应按不同工程方案及不同流量级组合观测

7.0.1项区规道模型试验资科整理与分析应符合下列规定： 1坝区航道模型验证试验应整理模型的水面线、断面流速 分布和流量资料，并与原型实测资料对比、分析验证结果。 2枢纽通航水流条件模型试验的资料整理应包括下列内容： 1）整理引航道、口门区及连接段的流态、流速、水位 和水面比降资料，绘制相应图表，分析通航水流 条件。 2）整理通航建筑物闸门、靠船建筑物和隔流堤周围的水 位波动资料，分析波动对通航建筑物运行、船舶停泊 和航行的影响。 3）整理引航道、口门区及连接段水位资料，分析往复流 周期和强度对通航水流条件、通航建筑物运行、船舶 停泊和航行的影响。 4）分析枢纽泄洪、通航建筑物和电站运行及相互组合时 对通航水流条件的影响。 5）整理船模试验资料，绘制航态图和相应航行参数变化 过程线，分析船舶的航行条件，论证通航水流条件， 选择合理的航线。 3船闸引航道水力学模型试验资料整理与分析应包括下列 内容： 1）整理分析引航道波浪推进、反射叠加等情况，绘制各 特征位置水面波动及流速变化过程线，绘制各特征时 刻的引航道水面线及船舶停泊处水面平均坡降的过 程线。 2）分析判断影响引航道船舶航行与停泊条件的影响因素， 提出优化的船闻运行方式及工程布置方案建议

4施工期航道模型试验资料整理及分析应包括下列内容： 1）.整理束窄河床和导流明渠的水位流量关系资料。 2）整理束窄河床和导流明渠的流态、流速和水面比降资 料，分析水力特性和航行条件。 ：3）、整理临时通航建筑物引航道、口门区及连接段的流速 和流向资料，分析通航水流条件。 4）整理不同施工通航方案的船模航行参数资料，绘制航 态图和相应航行参数变化过程线，分析船舶的航行条 件，论证通航水流条件，选择合理的航线。 5通过不同方案水力参数和航行参数的分析，应对原方案 修改方案作出评价，提出合理的方案。 0.2中间渠道模型试验资料的整理与分析应符合下列规定： 1中间渠道模型试验资料的整理与分析应包括下列内容： 1）中间渠道通航水流条件模型试验应整理中间渠道两端 通航建筑物各种运行工况条件下的水位波动、水面比 降和流速过程线资料，分析中间渠道内水体波动特性 及对船舶停泊和航行的影响，以及对通航建筑物运行 的影响，提出改善措施。 2）中间渠道断面尺度模型试验应整理不同断面尺度与船 舶航速、航行阻力、水位波动及船体下沉和纵倾的资 料，分析其变化规律提出合理的断面型式和断面 系数。 3）中间渠道内溢水口模型试验应整理不同方案和工况条 件下的流速、流态、波动和水面比降资料，分析溢水 口位置、布置型式和溢水量对通航水流条件的影响。 2通过对中间渠道资料的综合分析，根据试验内容与要求， 分别提出下列建议： 1）满足中间渠道船舶停泊和航行以及通航建筑物运行安 全的中间渠道布置方案及通航建筑物的运行方式。 2保证间渠道船舶航行条件的燃水口布置合理型式

施工期航道模型试验资料整理及分析应包括下列内容： 1）.整理束窄河床和导流明渠的水位流量关系资料。 2）整理束窄河床和导流明渠的流态、流速和水面比降资 料，分析水力特性和航行条件。 3）整理临时通航建筑物引航道、口门区及连接段的流速 和流向资料，分析通航水流条件。 4）整理不同施工通航方案的船模航行参数资料，绘制航 态图和相应航行参数变化过程线，分析船舶的航行条 件，论证通航水流条件，选择合理的航线。 通过不同方案水力参数和航行参数的分析，应对原方案 致方案作出评价， 提出

7.0.3自航船模的试验资料整理与分析应符合下列规定： 1按不同方案、流量和航速，绘制航态图、航行参数变化 过程线以及重点航段的航行参数表。 2分析船舶航行特性，论证通航水流条件，对各方案做出 评价，提出推荐方案及航线。

坝区航道水流运动数值模

元法、破开算子法或控制体积法。 ，3三维模拟根据计算域地形特征和工程方案要求等情况，可 洗用垂向坐标变换法、流速分解法、分层二维法、过程分裂法、边 值模型法、破开算子法、谱方法或解析法等模式进行计算。

一维模拟定解条件应满足下列要求： 1）水流模拟的边界条件用水位过程、流量过程或水位流 量关系表示，缓流用水位过程或流量过程作为出入流 断面边界条件，急流用水位过程和流量过程作为人流 断面边界条件。 2）水流模拟的初始条件为计算域的初始沿程水位和初始 沿程流量 2平面二维模拟定解条件应满足下列要求： 1）水流模拟的水边界条件为水边界上的水位或流速随时 间的变化过程，当边界条件为水位过程时，则假定边 界上没有横向流动，纵向流速的法向梯度为零；当水 边界条件为流速过程时，则假定边界上水位的法向梯 度为零 2）水流模拟的固边界条件为固边界上的法向流速为零和 水位沿边界法向的梯度为零。 3）水流模拟的初始条件为初始水位和初始流速场，初始 水位通过推求的水面线确定，初始流速场通过推求的 水流平面图确定，或通过出人流边界水位差值和零流 速场确定。 3三维模拟定解条件应满足下列要求： 1）水流模拟的水边界条件为计算水边界上流速随时间的 变化过程，固边界条件取固边界上的法向流速为零和 水位沿固边界法向梯度为零。 2）水流模拟的初始条件为初始水位和初始流速场。

1数值模拟的边界应能反映建筑物特征、工程特点和水下 形变化，计算域应覆盖对工程有影响的水域，并应适当扩天。 2不规则固边界根据计算域平面形态和计算模式等具体情 配，可选用矩形网格拟合法、三角形网格拟合法或拟合坐标法。 3当水边线随水位升降变化时，宜采用活动边界模拟方法， 分为水位冻结法、窄缝法和渗透介质法。 4计算域内水力条件不连续时，不连续区域的上下游断面 同时满足流量守恒和能量守恒条件。 5模拟嵌套的连接边界应满足质量和能量守恒条件，嵌套 接边界宜进行平滑处理。 2.8水流运动数值模拟计算域、网格和时间步长的确定应符 合下列规定： 1一维模拟断面布置应满足下列要求： 1）断面间距根据河道形态、糙率特性、枢纽布置和研究 问题的需要确定。 2）重点研究区域和断面儿何形态变化较大的部位断面适 当加密。 3）断面与主流方向垂直。 2计算域的确定应满足下列要求： 1）能反映模拟区域整体流场特性。 2）进出口选在顺直河段上，进出口边界上的水力要素不 受域内工程方案的影响。 3）水边界选在流场比较均匀和流线比较顺直的断面。 3数值模拟应根据计算模式的需要进行计算域网格部分， 内格剖分应满足下列要求： 1）网格节点水深能反峡水下地形特征和工程建设前后水 深变化。 2）能概化岸线边界和建筑物的固定边界。 3）网格的疏密程度根据计算域内不同部位的工程要求和 计算要求确定

4时间步长的确定应满足下列要求： 1）水流计算迭代时间步长满足稳定性条件。 2）时间步长能反映非恒定流时的水力参数随时间变化的 过程。 8.2.9水流运动数值模拟的验证应符合下列规定： 1通过参数和边界条件的调整，验证计算应达到模拟计算 结果与实测结果基本相符的要求。 2验证计算内容应包括水位、流速和流态。 3一维模拟验证的水位允许偏差为士0.15m，流量允许偏 差为士5%。 4二维和三维模拟验证的水位允许偏差为士0.2m；流量允 许偏差为土5%；流速沿断面分布趋势、流态和回流范围与原型 基本一致

8.2.10工程方案模拟及成果分析应符合下列规定：

1方案模拟计算的内容应满足第7章的有关规定。 2方案模拟计算中有关参数的选取应与验证计算时相同，当 工程建设前后的边界变化较大时，应调整计算域边界，重新进行 计算。 3当工程方案对流场产生较大影响时，宜对有影响边界的 水位和流速进行调整，有条件时应采用物理模型试验成果。 4当由于工程蓄水或其他工程措施使计算域边界条件发生 变化时，宜进行理论估算，或引用物理模型试验成果调整边界 条件。 5成果分析应包括下列内容： 1）绘制工程建设前后各种方案的流场图。 2）分析主航线和通航建筑物附近的水位和流速变化过程 及特征值。 3）根据工程建设前后流场分布和水位变化，分析通航水 流条件，论证各种方案的优劣。 数值模拟结果

1.0.1一维水流数值模拟可采用下列基本方程：

aA+aQ =0 at ar

A.0.2平面二维水流

Qu+u ou u +g 82 +g uw +du at dr C?h Vt o dy ax? a y

+u du du 8z oW a"u d U ot + g C?h Vt g dy ax? 十 or dy a y?

au au + au 0 ax ay az

ap+ a N. du 上 a N au a N, au ax ax ax ay ay az az

du += au + au at ay az

fu ax U at ay +z az 1 ap a a a au a N au N, N. y 一fi ay ax ax ay az az 0

lap+a N d N + d (N, ao 一fu ax ax ay ay ay az

aw aw aw U + at ax ay w az 1 + a Nx aw a a a Nz aw ax ay ay + P az ax az az

1+a d a N aw a dw + ay + paz ax ar ay az az g

az+3 a uh a uh =O at ax a y

坝区航道水力模拟技术规程

本标准的针对性，本条将本标准适用范围明确为水利水电水 纽毗邻区域内航道的水力模拟，包括坝区航道、通航建筑物至 道、通航建筑物中间渠道及施工期航道的水力学模型试验和大 运动数值模拟，

2.0.2非自航船模为无动力船模，主要用于船舶停泪茶

考虑我国内河航道船型多，编队队型复杂，这些船舶（队 往往缺乏实船Z形试验资料供船模率定。若为此组织实船进行 标准的Z形试验，耗资巨大，一般的工程项目无力承受，从而 也影响船模航行试验技术的开拓应用。对此可因地制宜采用“航 行复演法”、“动水Z形试验法”等对船模进行尺度效应修正和 操纵性率定。这些方法中的实船试验可在船舶营运过程中间进 行，耗资少、便于操作，有较好的实用价值。 船模航行试验的相似条件主要以重力相似为依据，只能做到 航速相似和操纵性能的基本相似。这类通航船模受尺度效应的影 响，阻力系数偏大。为达到航速相似，需提高螺旋浆转速，继而 又导致船模舵受力增大，航效明显优于实船。船模操纵性的变化 易使航行试验的结果偏于不安全。为减小尺度效应对通航船模操 纵性的影响，一般采用减小舵面积的方法子以修正。目前常用的 内河通航船模的舵面积需减小为原舵面积的0.6～0.8倍。

3.2.1近年来流体测试技术发展迅速，诸如超声波水位计、：粒 子成像流速仪、电磁流速仪、超声多普勒流速仪和超声流量计等 先进量测仪器在航道水力学研究中得到广泛应用，因而在本条中 增加了上述仪器

4.1.1坝区航道水力学模型试验中进出口段是试验河段之外上 下游的水流调节段。

4.2模型范围和模型比尺

4.2.2模型几何比尺的选择，是根据国内外已建成并做过

4.2.2模型儿何比尺的选择摔，是根据国内外已建成并做过整体 模型试验的30余座有通航建筑物的枢纽工程试验资料统计分析 而得。 枢纽模型一般按重力相似准则设计，但实际上流体运动时， 除惯性力和重力外，还有黏滞力、弹性力、表面张力和离心力 等，要使模型达到动力完全相似，几乎是不可能的。为了消除或 减少其他作用力影响所产生的偏差，本条补充了相关限制条件， 现将依据说明如下： （1）从阻力相似出发，模型至少应该达到系流，许多试验结 果表明，明渠水流中流临界雷诺数的下限为1000。 （2）为消除表面张力的影响，根据理论计算，要求模型表面 波速大于0.23m/s，模型的最小水深不应小于0.015m。考虑到 流速仪测量或模型加糙物影响的要求，规定模型航槽中的水深不 应小于0.03m。 4.2.3根据国内外中间渠道模型试验经验，考虑到船闸输水廊 道模型尺度及船模要求，提出几何比尺宜取30～50。 4.2.4河道模型一般用水泥砂浆粉面，其糙率约为0.012~ 0.013，若模型糙率小于0.012，则制模较困难，因此在此情况 下可采用变态模型。

4.2.3根据国内外申间渠道模型试验经验，考虑到船闻输水廊

模型尺度及船模要求，提出儿何比尺直取30～50， 4.2.4河道模型一般用水泥砂浆粉面，其糙率约为0.012~ 0.013，若模型糙率小于0.012，则制模较困难，因此在此情况 下可采用变态模型

5.0.2一般模型导线控制范围不超过50m，用经纬仪

可精确到0.1°，此时产生的最大误差不会超过10mm。 （1）水准点是模型高程的重要控制点，因此要求精度较高， 误差主要产生于水准尺刻度、仪器水平度及读数视差等，只要操 作时注意，这样的精度是可以达到的。 （2）原体水位和水深的测量精度一般为0.05~0.1m，一般 枢纽整体模型儿何比尺为100左右，据此规定制模精度为 土1mm，平面位置偏差对试验结果影响较小，因此允许偏差为 土10mm。 （3）考虑到水工建筑物模型尺寸偏差对试验结果影响较天： 因此精度控制要比地形严格。

5.0.4、5.0.5这两条的规定是根据国内船模的模拟经

6.1坝区航道模型试验

6.1：1根据有关科研单位验证水面线的实践，提出不同的 控制充许偏差。·根据原型与模型不同的测量方法：原型测取 的平均流速和相应过流面积的乘积求得流量，公认误差为士5 因此模型相应流量的偏差为士5%，能够满足试验要求。

6.1.2本条中的试验内容是根据国内枢纽通航工程整位

验总结出来的，具体内容根据实际工程的需要而定。 （1）枢纽中通航建筑物布置方案论证是指，如左右岸布置， 即使在同一岸又有通航建筑物轴线与坝轴线交角和导航堤型式不 同等，都会造成通航建筑物的进出口河道水流收缩或扩大，使水 流弯曲变形，产生流速梯度，形成斜向水流。由于斜向水流的作 用，产生回流、横流和回流使航行船舶或船队产生横漂和扭转， 影响通航，因此要对通航建筑物在枢纽中的布置进行通航水流条 件的试验。 （2）枢纽泄洪通航水流条件试验是指研究不同泄洪流量和闻 门不同开启方式对通航水流条件的影响。闸门的开启方式有集中 开启、分散开启和均匀开启等多种组合。 （3）由于电站日调节时流量变率较天，产生的长波向上游或 下游方向传递，传递速度快、衰减慢和距离长。在传递过程中水 面的降落和增高及产生横流将影响通航水流条件，因此要进行 试验。 （4）船闸灌泄水时流量变化在引航道内产生往复波流运动： 这种波流运动影响引航道和口门区的通航水流条件，同时会对船 闸闸门产生反向水头，影响闸门运转。船闸灌泄水有多种水位组 合，一般取最大水位差的水位组合进行试验。 （5）枢纽的运行方式中，枢纽泄洪、船闸灌泄水和电站日调

节可以有多种组合。当电站日调节与船闸灌泄水同时运行时，各 自产生的长波运动，会造成波的叠加；当枢纽泄洪与电站日调节 联合运行时，会增加或减小口门区及连接段的水流流速和水面比 降，往复波流和长波也会叠加，有可能比单独运行更危险，所以 要进行不同组合的试验，

6.1.5枢纽通航中船舶的航行条件，采用遥控自航船模

更直观地反映航道水流条件和边界条件对船舶航行的综合影响， 并能反映船舶与水流的相互作用。通过船模航行参数的观测，可 以分析航行状态和航行条件的优劣，能衡量工程设计方案是否符 合要求。目前国内的大、中型的枢纽通航工程模型试验中，作为 衡量通航水流条件的一种方法和试验手段，遥控自航船模已得到 广泛应用。 6.2 中间渠道水力学模型试验 6.2.1中间渠道是连接两座通航建筑物的限制性航道，当升船 机船厢出人水或船闸灌泄水时将在中间渠道内引起波动，影响船 舶的航行和停泊条件。渠道内水体波动造成人字闸门处出现正向 或反向水头，使闸门有时不能开启或自动打开。因此，有必要对 中间渠道存在的水力学问题进行试验研究。 6.2.2观察船模航态是指波动对船模航向、航速的影响和船模 触底情况，船行波试验中发现，当船舶在浅水、高速靠边航行 时，船首波呈横向推进，冲刷岸坡，反射波使船模横倾并被推向

触底情况，船行波试验中发现，当船舶在浅水、高速靠边航行 时，船首波呈横向推进，冲刷岸坡，反射波使船模横倾并被推向 河心，操纵困难，影响船模航速，有时还会发生船模碰底现象。

DB3303T 026-2020 机关事务 绿化养护运行及评价8.2坝区航道水流运动数值模拟

8.2.5ADI法兼有显、隐式优点，是目前我国工程界中最先开 展并应用较广泛的一种模式。三角元法原理简单、解法直观、编 辑容易和布设随意，易拟合固边界，有较好的稳定性、收敛性和 精度，已得到了广泛应用，

8.2.6坝区通航水力学数值模拟定解条件中的边界条化

模拟成败的关键因素之一，因此在确定边界条件时，需对计算域 水流情况和边界特性充分了解，从而正确确定边界条件。边界条 件分固边界和水边界两类。水边界通常根据已知资料来确定，当 水边界缺乏实测资料时，一般依据周围已知资料初步选定边界条 件，并与计算域内验证点实测资料进行对比，反复调整初选边

8.2.7平面二维工程问题中的固边界常常是不规则的，网格

点能否正确地拟合边界直接影响数值模拟的精度。精确地拟合边 界常常是困难的，本条所列举的方法仅是多种近似方法中的 几种： （1）矩形网格拟合法，拟合简捷但误差较大，在有些情况下 废网格很多；另一种是镜像法，该方法计算精度较高，稳定性较 好，但废网格数同样较多。 （2）三角形网格拟合法，三角形网格可随意加密计算结点， 可以较准确地拟合复杂边界，亦可根据计算部位的重要性调整网 格的疏密，但三角形网格在边界附近采用中心差分时其计算稳定 性较差。 （3）拟合坐标法，可以选择适宜的坐标系，使坐标网格较贴 体地拟合边界形状。如用正交曲线网格可以较好地模拟婉蜓河流

但可使方程标准化NB/T 51018-2014 采煤工作面固体抛投式充填方法，以简化程序。 （4）由于水深变化而引起边界等地形出现出人水的变化，计 算域的改变通过固定计算域法和变动计算域法完成。变动计算域 法通过计算点水深来决定网格点的取舍。固定计算域法是使边界 位置固定面通过边界一定水量的进出以达到相似，如窄缝法等。

但可使方程标准化，以简化程序。 （4）由于水深变化而引起边界等地形出现出人水的变化，计 算域的改变通过固定计算域法和变动计算域法完成。变动计算域 去通过计算点水深来决定网格点的取舍。固定计算域法是使边界 位置固定而通过边界一定水量的进出以达到相似，如窄缝法等，