上游水電站圍堰漫頂潰決條件下施工中期度汛水位數(shù)值模擬

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(中國(guó)電建集團(tuán) 成都勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限公司, 成都 610072)

上游水電站圍堰漫頂潰決條件下施工中期度汛水位數(shù)值模擬

張超，蔣陶

(中國(guó)電建集團(tuán) 成都勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限公司, 成都 610072)

比鄰梯級(jí)水電站同期建設(shè)條件下，若上游水電站圍堰遭遇超標(biāo)洪水發(fā)生漫頂潰決，將嚴(yán)重威脅下游水電站施工中期度汛的安全，因此，對(duì)度汛水位變化過(guò)程進(jìn)行數(shù)值模擬具有重要意義?；谒畡?dòng)力學(xué)理論方法，建立了上游水電站圍堰漫頂潰決條件下中期度汛水位變化過(guò)程模擬的數(shù)學(xué)模型，并將該模型應(yīng)用于大渡河流域某相鄰梯級(jí)水電工程實(shí)例中。通過(guò)不同計(jì)算方案的數(shù)值模擬分析，結(jié)果表明：該模型及方法是可行的、有效的；相比于基于天然洪水流量的計(jì)算方法，所提方法更加貼近工程實(shí)際，且度汛最高水位明顯增大，因而更有利于工程安全。研究成果為上游水電站圍堰擋水條件下的施工中期度汛方案決策及防洪應(yīng)急預(yù)案的制定提供了重要的理論依據(jù)。

梯級(jí)水電站；施工中期度汛水位；圍堰漫頂潰決；數(shù)值模擬；水動(dòng)力學(xué)理論

1 研究背景

高壩水電工程的施工導(dǎo)流貫穿建設(shè)全過(guò)程，其施工中期度汛不僅直接關(guān)系工程本身和施工人員的安全，而且影響工程的管理、進(jìn)度、發(fā)電等社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益[1-3]，因此，開展中期度汛擋水位的數(shù)值模擬計(jì)算研究具有重要的理論意義和工程應(yīng)用價(jià)值。隨著我國(guó)西南諸多流域水電站的梯級(jí)滾動(dòng)開發(fā)，任金明等[4]探討了下游梯級(jí)水庫(kù)對(duì)上游水電站施工導(dǎo)截流的影響。張超等[5-8]對(duì)梯級(jí)建設(shè)條件下的施工導(dǎo)流風(fēng)險(xiǎn)分析理論進(jìn)行了探討。在潰堰洪水計(jì)算及應(yīng)用方面，李軍等[9]對(duì)錦屏二級(jí)水電站進(jìn)行了施工期的圍堰潰堰洪水分析。劉林等[10]對(duì)潰壩洪水研究進(jìn)行了總結(jié)，并提出梯級(jí)潰壩洪水的相關(guān)研究較少。

然而，梯級(jí)水電站施工導(dǎo)流計(jì)算分析理論有待進(jìn)一步完善。由于比鄰梯級(jí)水電站開發(fā)建設(shè)時(shí)序的差異，存在上游水電站處于初期圍堰擋水階段，而下游水電站處于施工中期度汛階段的情況。此時(shí)，下游水電站施工中期度汛標(biāo)準(zhǔn)較上游水電站初期圍堰擋水標(biāo)準(zhǔn)更高，而上游水電站可能遭遇超標(biāo)洪水的情況，若上游水電站圍堰漫頂潰決，勢(shì)必對(duì)下游水電站的施工中期度汛造成嚴(yán)重的影響。

因此，本文以大渡河流域某相鄰梯級(jí)水電站工程為研究對(duì)象，基于水動(dòng)力學(xué)理論方法，全面考慮上游水電站圍堰漫頂潰決過(guò)程及潰堰洪水演進(jìn)過(guò)程，對(duì)下游水電站中期度汛水位的變化過(guò)程進(jìn)行數(shù)值模擬分析，為上游水電站初期圍堰擋水條件下的施工中期度汛方案決策及潰堰應(yīng)急預(yù)案的制定提供必要的理論依據(jù)。

2 工程概況及計(jì)算方案

2.1 工程概況

西南地區(qū)大渡河流域上游水電站A采用壩式開發(fā)，攔河壩為混凝土面板堆石壩，最大壩高達(dá)223.50 m，工程初期導(dǎo)流采用斷流圍堰擋水、隧洞導(dǎo)流的導(dǎo)流方式，初期導(dǎo)流標(biāo)準(zhǔn)為50 a一遇。上游圍堰為土石圍堰，堰頂設(shè)計(jì)高程1 742.50 m，堰頂寬度12.00 m，迎水面邊坡1∶2.0，背水面邊坡1∶1.8，庫(kù)區(qū)回水長(zhǎng)度約12 km，庫(kù)容約0.3億m3。圍堰混凝土防滲墻施工平臺(tái)高程1 706.00 m，防滲墻厚度1.00 m。B水電站是A水電站下游相鄰梯級(jí)，攔河大壩為礫石土心墻堆石壩，最大壩高240.00 m，距A水電站壩址約36.00 km，中期度汛標(biāo)準(zhǔn)為100 a一遇。河道洪水以上游來(lái)水為主，區(qū)間流量較小。

根據(jù)2個(gè)水電站施工進(jìn)展，某年汛期上游A處于初期導(dǎo)流時(shí)段，而下游B的汛前填筑高程H=1 534.50 m，已超過(guò)圍堰高程而處于中期度汛的時(shí)段。此時(shí)，正常運(yùn)行時(shí)，上游A圍堰導(dǎo)流不會(huì)對(duì)下游B水電站施工造成不利影響，但下游B中期度汛標(biāo)準(zhǔn)較上游A初期擋水標(biāo)準(zhǔn)高，下游B中期度汛標(biāo)準(zhǔn)對(duì)應(yīng)的洪水過(guò)程實(shí)際上為上游A水電站遭遇的超標(biāo)準(zhǔn)洪水，上游A施工圍堰若發(fā)生漫頂潰決，庫(kù)區(qū)水體突然下泄，將形成較大的洪峰向下游傳播，勢(shì)必嚴(yán)重威脅到下游B的壩體及施工人員的安全。

2.2 計(jì)算方案

本文主要對(duì)上游A圍堰漫頂潰決條件下下游B中期度汛水位變化過(guò)程進(jìn)行數(shù)值模擬分析，以期為中期度汛方案決策及防洪應(yīng)急預(yù)案的制定提供必要的數(shù)據(jù)，擬定的計(jì)算方案如下：

(1) 計(jì)算分析對(duì)比在相同來(lái)流情況下,上游A圍堰漫頂潰決與無(wú)上游A圍堰的洪水演進(jìn)過(guò)程。模擬過(guò)程中，若下游B壩前水位變化過(guò)程中超過(guò)壩體高程，假定水流從壩頂溢流而過(guò)。

(2) 計(jì)算分析在上游A圍堰高度不變，且潰口發(fā)展過(guò)程相同條件下，上游A不同頻率洪峰與下游B度汛最高水位的關(guān)系。模擬過(guò)程中，假定下游B僅靠導(dǎo)流洞泄流。

(3) 求解設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)下下游B的中期度汛最高水位hmax。假設(shè)H為下游B汛前填筑高程，則下游B的中期度汛方案制定分2種情況：①若H>hmax，則下游B填筑高程滿足防洪度汛要求，采用大壩攔洪度汛方案，汛期可正常施工；②若H≤hmax，則下游B需做好壩體過(guò)水保護(hù)，并提前制定必要的洪災(zāi)應(yīng)急預(yù)案，或者壩體搶筑措施至攔洪高程。

3 數(shù)學(xué)模型

土石圍堰潰決過(guò)程模擬由3部分組成，包括：①潰口模擬；②圍堰潰決下泄流量模擬；③潰口下泄洪水的河道演進(jìn)模擬。

3.1 潰口和下泄流量模擬

潰口模擬主要是對(duì)潰口形狀和潰口擴(kuò)大演變過(guò)程進(jìn)行模擬。潰口的形狀通常概化為矩形、三角形或梯形，其尺寸由最終潰口底寬、潰口邊坡和最終潰口底部高程來(lái)決定。DAMBRK模型的潰口流量模擬方法所需參數(shù)較少，應(yīng)用較為簡(jiǎn)單方便，在許多工程中得到了應(yīng)用，并取得了良好的效果。因此，本文在潰堰洪水計(jì)算中主要參照DAMBRK模型，結(jié)合經(jīng)驗(yàn)和其他失事大壩的數(shù)據(jù)給定潰口開始到最后終止的時(shí)間和潰口的最終尺寸與形狀進(jìn)行模擬。

圍堰潰決后，下泄流量由潰口下泄流量和導(dǎo)流泄水建筑物泄流流量2部分組成。

3.2 潰堰洪水演進(jìn)數(shù)學(xué)模型

3.2.1 模型控制方程

對(duì)于一維明渠水流，如果假定為靜水壓力分布和小底坡，則可用圣維南方程組描述，其中水流連續(xù)方程為

(1)

運(yùn)動(dòng)方程為

(2)

式中：x為流程(m)；Q為流量(m3/s)；Z為水位(m)；g為重力加速度(m/s2)；t為時(shí)間(s)；A為過(guò)水?dāng)嗝婷娣e(m2)；R為斷面水力半徑(m)；nc為糙率系數(shù)。

3.2.2 方程離散

模型采用有限差分法進(jìn)行離散求解，并引入有限體積的思想，運(yùn)動(dòng)方程中對(duì)流項(xiàng)采用一階迎風(fēng)格式離散，根據(jù)胡曉張等[11]的研究，這一格式在求解非線性對(duì)流及對(duì)流擴(kuò)散方程時(shí)具有較高的精度。

對(duì)時(shí)間偏導(dǎo)項(xiàng)?Q/?t和?A/?t采用向前差分格式，對(duì)流項(xiàng)采用一階迎風(fēng)格式，對(duì)時(shí)間偏導(dǎo)項(xiàng)的處理采用蛙跳格式，這樣上述方程可離散為:

(3)

(4)

4 數(shù)值模擬分析

4.1 計(jì)算資料

4.1.1 地形資料

模型模擬的范圍為從上游A壩址上游約12 km至下游B壩址，計(jì)算河段總長(zhǎng)51.7 km，共取計(jì)算斷面42個(gè)。其中上游A庫(kù)區(qū)河段長(zhǎng)12.2 km，布設(shè)有10個(gè)斷面，下游B壩址至上游A壩址區(qū)間河段長(zhǎng)39.5 km，布設(shè)有32個(gè)斷面。

4.1.2 模型計(jì)算初始條件和邊界條件

初始條件：本模型在計(jì)算非恒定流過(guò)程前，先假設(shè)一恒定流計(jì)算得到的各斷面水位和流量作為非恒定流計(jì)算的初始條件。

邊界條件：由于模型模擬的范圍包括上游A庫(kù)區(qū)河道和上游A圍堰至下游B圍堰區(qū)間河道，模型計(jì)算上邊界條件為特征頻率下上游A入庫(kù)洪水流量過(guò)程，潰堰計(jì)算時(shí)上游A導(dǎo)流洞泄流曲線作為內(nèi)邊界條件處理，出口邊界為下游B中期度汛的導(dǎo)流洞泄流曲線。

4.2 計(jì)算工況

潰堰洪水受多種因素影響，如潰堰歷時(shí)、上游來(lái)流量、潰堰時(shí)壩前水位、潰口發(fā)展過(guò)程等，本次計(jì)算僅選定一種潰堰方案進(jìn)行模擬，同時(shí)，為分析潰堰洪水對(duì)下游梯級(jí)水電站中期度汛的影響，計(jì)算了相同來(lái)流情況下天然河道洪水演進(jìn)情況進(jìn)行對(duì)比分析。

下游B中期度汛標(biāo)準(zhǔn)為100 a一遇洪水，電站之間區(qū)間流量較小可不考慮。因此，針對(duì)上游A發(fā)生100 a一遇洪水(Q=6 060 m3/s)進(jìn)行潰堰計(jì)算分析，潰堰時(shí)，堰前水位選取為堰頂高程1 742.50 m，潰堰歷時(shí)取值2 h，潰決終止時(shí)潰口底寬、底高程和邊坡系數(shù)分別為100 m，1 715.00 m，1.0。

河道糙率采用實(shí)測(cè)水面線推算得出的成果，其變化范圍為0.05～0.07。

4.3 模擬過(guò)程

本文采用的潰堰洪水?dāng)?shù)學(xué)模型在上游A的初期圍堰潰堰洪水計(jì)算中分為4個(gè)階段：

(1) 起算后的一段時(shí)間內(nèi),庫(kù)尾上游來(lái)流給定為一恒定基流流量，由此計(jì)算非恒定流計(jì)算階段開始時(shí)刻的沿程流量和水位。當(dāng)計(jì)算得到沿程各斷面(包括壩下游斷面)流量相等時(shí)，轉(zhuǎn)入非恒定流計(jì)算階段。

(2) 庫(kù)尾上游來(lái)流按對(duì)應(yīng)的設(shè)計(jì)洪水標(biāo)準(zhǔn)過(guò)程加入。由于上游來(lái)流隨時(shí)間變化，庫(kù)區(qū)流量和水位隨之變化。漲水過(guò)程中，導(dǎo)流洞泄流流量小于上游來(lái)流流量，水庫(kù)水位上漲。進(jìn)入圍堰下游河道的流量為導(dǎo)流洞流量和過(guò)圍堰流量之和。

(3) 當(dāng)堰前水位繼續(xù)上漲達(dá)到該工況設(shè)定的潰堰發(fā)生的水位時(shí)，堰體出現(xiàn)潰口。潰口流量由寬頂堰流量公式計(jì)算，同時(shí)導(dǎo)流洞的下泄流量由其水位流量關(guān)系曲線確定。

(4) 潰口發(fā)生后，上游入庫(kù)洪水按設(shè)計(jì)過(guò)程繼續(xù)加入，潰口尺寸隨時(shí)間擴(kuò)大，通過(guò)潰口的流量不斷增加(進(jìn)入圍堰下游河道的流量為潰口流量和導(dǎo)流洞流量之和)。水庫(kù)水位開始下降，直到泄空，計(jì)算結(jié)束。

以上4個(gè)階段是連續(xù)進(jìn)行的。數(shù)學(xué)模型輸出的計(jì)算結(jié)果為計(jì)算河段所有斷面的流量和水位變化過(guò)程。筆者重點(diǎn)分析的是下游B斷面的流量和水位變化過(guò)程，同時(shí)為對(duì)計(jì)算結(jié)果進(jìn)行更詳細(xì)的描述，本文另外在B水電站庫(kù)區(qū)沿程選取了8#和17#以及上游A圍堰29#斷面的流量和水位變化過(guò)程進(jìn)行分析。

4.4 計(jì)算成果

4.4.1 無(wú)上游A圍堰情況下洪水計(jì)算成果

為便于將上游A圍堰在相同來(lái)流情況下潰堰洪水計(jì)算的結(jié)果與無(wú)A圍堰的情況下天然洪水演進(jìn)結(jié)果進(jìn)行比較，評(píng)估上游A潰堰可能造成的影響，首先對(duì)無(wú)A圍堰的情況下遭遇100 a一遇洪水進(jìn)行了洪水演進(jìn)計(jì)算，下游出口水位由B水電站導(dǎo)流洞泄流曲線控制。所選各特征斷面處計(jì)算得到的最大流量和最高水位結(jié)果如表1所示。

表1 無(wú)A圍堰情況下計(jì)算成果Table 1 Calculation results of maximum flow and peakwater level in the absence of cofferdam A

4.4.2 上游A潰堰洪水計(jì)算成果

潰堰洪水計(jì)算模擬當(dāng)上游A圍堰發(fā)生漫頂潰決時(shí)潰堰洪水向下游的演進(jìn)過(guò)程，沿程各典型斷面處計(jì)算得到的最大流量和最高水位結(jié)果見表2，沿程各特征斷面洪水流量過(guò)程見圖1。

由表1計(jì)算成果可知，無(wú)A圍堰的情況下洪水流量沿程衰減較小，流量峰現(xiàn)時(shí)間略早于水位峰現(xiàn)時(shí)間。

表2 A圍堰潰堰情況下計(jì)算成果Table 2 Calculation results of maximum flow and peakwater level in the presence of cofferdam break

圖1 潰堰情況下各特征斷面流量過(guò)程線Fig.1 Process lines of flow at characteristic sections in the case of cofferdam break

表4潰堰洪水與無(wú)A圍堰天然洪水計(jì)算成果比較

Table4ComparisonbetweencalculationresultswithcofferdambreakandthoseintheabsenceofcofferdamA

斷面編號(hào)距B圍堰里程/km水位峰值/m流量峰值/(m3·s-1)水位峰現(xiàn)時(shí)間/h無(wú)A圍堰A潰堰差值無(wú)A圍堰A潰堰差值無(wú)A圍堰A潰堰差值29#35．8241707．301717．4610．16601016324103142．3432．008-0．33517#20．6581627．201635．408．2060001502890283．3222．451-0．8718#7．5061532．001543．5111．5159801347874985．2043．473-1．7311#0．0001530．001541．5511．5559001060947095．3753．555-1．820

由表2計(jì)算成果可知，流量峰現(xiàn)時(shí)間略早于水位峰現(xiàn)時(shí)間。當(dāng)上游A發(fā)生潰堰時(shí)，潰口最大流量為16 324 m3/s，甚至大于該河段PMF(可能最大洪水)洪水流量。潰堰洪水在演進(jìn)過(guò)程中存在洪峰衰減現(xiàn)象，當(dāng)潰堰洪水演進(jìn)至潰口下游約15 km處的17#斷面處時(shí)洪峰流量為15 028 m3/s，較潰口衰減7.9%；當(dāng)潰堰洪水演進(jìn)至潰口下游約28 km處的8#斷面處時(shí)洪峰流量為13 478 m3/s，較潰口衰減17.4%；當(dāng)潰堰洪水演進(jìn)至潰口下游約36 km處的下游B圍堰斷面處時(shí)洪峰流量為10 609 m3/s，較潰口衰減了35.0%。

4.4.3 不同頻率洪峰與下游B最高水位關(guān)系

本節(jié)主要研究上游A不同頻率洪水洪峰與下游B度汛最高水位的關(guān)系，施工洪水過(guò)程模擬采用按峰值放大典型洪水過(guò)程線的方法。計(jì)算過(guò)程中，洪峰流量超過(guò)上游A圍堰設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)后，認(rèn)為上游A圍堰發(fā)生漫頂潰決，并假設(shè)下游B的大壩填筑高度足夠高，僅靠導(dǎo)流洞宣泄洪水，計(jì)算成果如表3所示。同時(shí)，根據(jù)計(jì)算模擬成果繪制上游A洪水洪峰流量與下游B最高度汛水位的關(guān)系曲線,如圖2所示。

表3 上游A不同頻率洪水洪峰與下游B度汛最高水位的關(guān)系Table 3 Relationship between flood peak of differentfrequencies at A and maximum flood level at B

圖2 A洪峰流量與下游B度汛最高水位的關(guān)系曲線Fig.2 Relationship between flood peak at A and maximum flood level at B

4.5 成果討論

(1) 為更好地說(shuō)明上游A潰堰洪水對(duì)下游B造成的影響，將潰堰洪水計(jì)算結(jié)果與無(wú)A圍堰的天然洪水計(jì)算情況進(jìn)行了比較分析，計(jì)算得到的下游各特征斷面的水位峰值、流量峰值及水位峰現(xiàn)時(shí)間列于表4中。

從表4計(jì)算成果可知，洪水演進(jìn)至17#斷面時(shí)，潰堰洪水洪峰流量為15 028 m3/s，較無(wú)A圍堰天然洪水大9 028 m3/s，峰現(xiàn)時(shí)間也比無(wú)A圍堰的天然洪水早0.871 h，水位峰值高8.2 m；當(dāng)洪水演進(jìn)至1#斷面，即下游B壩前時(shí)，潰堰洪水流量衰減為10 609 m3/s，仍大于無(wú)A圍堰天然洪水5 900 m3/s，水位峰現(xiàn)時(shí)間早于無(wú)A圍堰天然洪水1.820 h，潰堰洪水在B壩前的水位峰值為1 541.55 m，高于無(wú)A圍堰天然洪水水位峰值11.55 m。

(2) 通過(guò)表3和圖2曲線整體趨勢(shì)可以看出，下游B度汛最高水位與洪峰呈正相關(guān)關(guān)系，當(dāng)上游A遭遇圍堰設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)應(yīng)洪峰流量5 590 m3/s時(shí)，若考慮不潰堰，此時(shí)下游B度汛最高水位1 524.08 m；若考慮圍堰漫頂潰決，此時(shí)下游B度汛最高水位1 547.26 m，表明潰堰較不潰情況對(duì)應(yīng)的下游B度汛最高水位大幅度增加，曲線在此處產(chǎn)生了突變；之后的曲線趨勢(shì)表明，洪峰流量超過(guò)上游A圍堰設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)后，上游A圍堰發(fā)生漫頂潰決，下游B度汛最高水位隨上游A洪峰流量增加仍逐漸增大，但變化幅度不明顯。

(3) 根據(jù)表3計(jì)算成果，由于下游B汛前填筑高程達(dá)H=1 534.50 m，而通過(guò)本文提出的方法求解設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)下下游B的中期度汛最高水位hmax=1 548.01 m，即H

(4) 通過(guò)對(duì)上游A圍堰潰口發(fā)展過(guò)程、潰堰洪水在下游河道的演進(jìn)、下游B中期度汛水位進(jìn)行模擬計(jì)算，可為潰堰應(yīng)急預(yù)案的制定提供必要的數(shù)據(jù)。建議施工期結(jié)合水情預(yù)報(bào)信息，加強(qiáng)監(jiān)測(cè)，一旦發(fā)生超標(biāo)洪水，迅速通知下游河道兩岸居民及下游B施工人員，啟動(dòng)應(yīng)急預(yù)案，確保人員安全、有序撤離，將人民生命財(cái)產(chǎn)損失降到最低。

5 結(jié) 語(yǔ)

(1) 針對(duì)比鄰梯級(jí)水電站建設(shè)存在的上游水電站處于初期圍堰擋水階段，下游水電站處于施工中期度汛階段的情況，基于水動(dòng)力學(xué)理論方法，對(duì)下游水電站中期度汛水位進(jìn)行數(shù)值模擬分析。

(2) 若仍按照度汛標(biāo)準(zhǔn)對(duì)應(yīng)的天然洪水流量進(jìn)行施工中期度汛方案的設(shè)計(jì)顯然是偏危險(xiǎn)的，實(shí)際度汛階段考慮上游水電站圍堰漫頂潰決洪水過(guò)程的影響并進(jìn)行準(zhǔn)確量化十分必要。

(3) 通過(guò)數(shù)值模擬可獲得度汛水位變化過(guò)程，成果可為下游水電站中期度汛方案的制定及防洪應(yīng)急預(yù)案的制定提供重要的數(shù)據(jù)支撐。

[1] 徐唐錦，李 蘅，馬永鋒．壩體度汛及導(dǎo)流泄水建筑物洪水標(biāo)準(zhǔn)研究與探討[J]．人民長(zhǎng)江，2011,42(16)：69-72.

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[3] 張 超，胡志根．高堆石壩中期度汛擋水風(fēng)險(xiǎn)率估計(jì)[J]．水科學(xué)進(jìn)展，2014,25(6)：873-879.

[4] 任金明，蔡建國(guó)，胡志根，等．下游水庫(kù)對(duì)上游梯級(jí)電站施工導(dǎo)截流的影響[J]．武漢大學(xué)學(xué)報(bào)(工學(xué)版)，2011,44(3)：331-334.

[5] 張 超，胡志根，劉 全．梯級(jí)施工導(dǎo)流系統(tǒng)整體風(fēng)險(xiǎn)分析[J]．水科學(xué)進(jìn)展，2012,23(3)：396-402.

[6] 張 超，胡志根，劉 全．上游水電站控泄條件下施工導(dǎo)流風(fēng)險(xiǎn)分析[J]．水利學(xué)報(bào)，2012,43(11)：1328-1333.

[7] 劉 全，胡志根，任金明，等．梯級(jí)建設(shè)環(huán)境下水電工程施工導(dǎo)流風(fēng)險(xiǎn)分析[J]．水力發(fā)電學(xué)報(bào)，2014,33(1)：147-153.

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[9] 李 軍，任金明，劉 全，等．錦屏二級(jí)水電站過(guò)水圍堰潰堰風(fēng)險(xiǎn)分析[J]．水電能源科學(xué)，2011，29(4)：102-104.

[10]劉 林，常福宣，肖長(zhǎng)偉，等．潰壩洪水研究進(jìn)展[J]．長(zhǎng)江科學(xué)院院報(bào)，2016,33(6)：29-35.

[11]胡曉張，張小峰．潰壩洪水的數(shù)學(xué)模型應(yīng)用[J]．武漢大學(xué)學(xué)報(bào)(工學(xué)版)，2011,44(2)：178-181．

Numerical Simulation of Flood Level During Mid-stage Construction ofHyropower Station in the Presence of Overtopping Failure ofUpstream Cofferdam

ZHANG Chao, JIANG Tao

(Power China Chengdu Engineering Corporation Limited, Chengdu 610072, China)

Simulating the flood level at downstream cascaded hydropower station in mid-stage construction is of critical significance once the adjacent upstream cofferdam in simultaneous construction encounters standard-exceeding flood and overtopping failure which severely threatens the construction safety of the downstream plant. In line with

the hydrodynamic theory, a mathematical model is built for simulating the process of water level variation in mid-stage construction period under the condition of cofferdam break of the upstream cofferdam. The model is applied to two adjacent cascade hydropower stations in Dadu River valley. Simulation results suggest that the model is feasible and effective. Compared with the calculation method based on natural flood flow, the proposed method is closer to the actual situation, and the obtained maximum water level in flood season is apparently larger, which is more conducive to the safety of the project. This study provides an important theoretical basis for the decision-making and flood emergency planning of downstream plant in mid-stage construction with cofferdam in the upstream.

cascaded hydropower station; flood water level in mid-stage construction; overtopping failure of cofferdam; numerical simulation; hydrodynamic theory

2016-09-12；

2016-11-08

成都勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限公司科研資助項(xiàng)目(P228-2014)；成都勘測(cè)設(shè)計(jì)院研究有限公司青年科技基金項(xiàng)目(P294-2015)

張 超(1985-)，男，湖北襄陽(yáng)人，高級(jí)工程師，博士，主要從事施工導(dǎo)截流風(fēng)險(xiǎn)決策研究及工程設(shè)計(jì)。E-mail:hippop888@163.com

10.11988/ckyyb.20160940

TV551.1

A

1001-5485(2018)01-0052-05

(編輯：陳 敏)