标准规范下载简介

SL 161.1-2013 坝区航道水力模拟技术规程.pdf

坝区航道水力模拟技术规程

Technical regulation of modelling for hydraulics of dam region waterway

Technical regulation of modelling for hydraulics

中华人民共和国水利部 发布

GB／T 40207-2021 信息技术 工业云服务 计量指标.pdf关于批准发布水利行业标准的公告

中华人民共和国水利部批准《坝区航道水力模拟技术规 （SL161.1一2013）和《船闸水力模拟技术规程》（SL161. 2013）为水利行业标准，现予以公布。

水利部 2013年9月17日

水利部 2013年9月17日

根据水利部水利行业标准制修订计划，按照《水利技术标准 规定》（SL1一2002）的要求，修订《航道水力模型试验规 （SL161.1一95），并将标准名称改为《坝区航道水力模拟技 见程》。 本标准共9章10节63条和1个附录，主要技术内容有： 区航道、施工期航道、通航建筑物上下游引航道和中间渠道 学模型试验的相似准则、试验设备与量测仪器、模型设 模型制作与安装、试验内容与要求、试验资料整理与分析 贝区航道水流运动数值模拟，明确了成果报告编写的内容和 家。 本次修订的主要内容有： 一对原规程“总则”一章的内容进行补充和明确。 一将原规程的“航道模型试验”细化为坝区航道、施工期 航道、船闸上下游引航道和中间渠道模型试验。 一 增加了“坝区航道水流运动数值模拟”一章；对原“试 验设备和量测仪器”一章的内容进行补充完善。 一对其他章节的内容进行补充或修订。 本标准为全文推荐。 本标准所替代标准的历次版本为： SL161.195 本标准批准部门：中华人民共和国水利部 本标准主持机构：水利部水利水电规划设计总院 本标准解释单位：水利部水利水电规划设计总院 本标准主编单位：南京水利科学研究院 本标雅参编单位： 天建水运工程科学研究院

本标准主要起草人：李云 胡亚安宗慕伟 曹民雄 郑宝友 宣国祥 童中山 赵建钧 本标准审查会议技术负责人：江耀祖 本标准体例格式审查人：陈昊

.0.1为统一项区航道方 模研究的方法和技不要求 研究成果的科学性、准确性和可靠性，特编制本标准。 1.0.2本标准适用范围为： 1坝区航道和中间渠道水力学模型试验。坝区航道模型试 验包括枢纽通航水流条件模型试验、船闸引航道水力学模型试验 和施工期航道模型试验等 2坝区航道水流运动数值模拟。 1.0.3坝区航道水力模拟应根据工程建设的要求及问题的性质， 采用不同类型的模型试验或数值模拟。必要时应同时进行模型试 验和数值模拟计算 1研究枢纽不同布置和运行方式对引航道口门区、连接段 等通航水流条件的影响时，应采用枢纽通航水流条件模型试验。 2研究船闸上下游引航道通航水流条件时应采用船闸引航 道水力学模型试验。 3·研究枢纽施工期采用束窄河床，导流明渠等措施维持通 航时的通航水流条件，应采用施工期航道模型试验。 4研究中间渠道船行波、断面尺度及通航水流条件时应采 用中间渠道水力学模型试验。 5.数值模拟应根据具体情况采用一维、二维或三维数值模 拟计算。

1.0.2本标准适用范围为：

依据的技术标准。 6 研究方法和技术路线。 7 工作进度计划、预期成果目标和提交的成果。 8 项目负责人及参加人员职责。 1.0.5 坝区航道水力模拟研究成果应满足技术要求，并具有合 理性和可靠性。

《水工（常规）模拟试验规程》（SL155） 《船闸水力模拟技术规程》（SL161.2） 1.0.7坝区航道水力模拟除应遵循本标准外，尚应符合国家现 行有关标准的规定。

2.0.1模型与原型应满足几何相似、水流运动相似和动力相似， 遵循重力相似准则。 2.0.2非自航船模应满足线型相似、排水量相似和重心位置 相似。 2.0.3自航船模除应遵循2.0.2条的规定外，尚应进行船模操 纵性相似分析或试验，船并应按下列规定进行： 1船模操纵性相似分析试验应按国际水池会议规定的标准 乙形试验方法进行。 2无因次的船模应舵性指数T值宜大于无因次实船T值 允许偏差为5%

T' = T(V./L.)

式中T，T一 船模或实船应舵性指数； V.一船模或实船静水航速； L一船模或实船几何长度。 3无因次的船模回转性指数K'值与无因次实船K值的允 许偏差为20%：

式中K，K一 船模或实船回转性指数； V。一一船模或实船静水航速； L一一船模或实船几何长度。 4船模或实船的操纵性指数K'、K、T、T值应根据标准 乙形试验的结果确定。当缺少标准Z形试验资料时，可按航行复 演法或动水乙形试验法的要求进行操纵性相似分析。 5仅在方案定性比较时，可采用回转半径相似进行自航船 模试验

6船模操纵性相似分析应采用减小船舵面积的方法进行 修正。 2.0.4 有船模试验内容的物理模型应采用正态模型

3.1.1坝区航道水力学模型试验的基本设备应包括供回水系统、 量水设备等。其要求应遵循SL155的规定。 3.1.2在进行有船闻灌水或泄水、电站日调节等坝区航道水力 学模型试验时，应根据试验要求配置下列进行非恒定流试验的 设备： 1可保持水位恒定和改变水位高程的升降式平水槽。升降 式平水槽溢流长度应满足最大流量的要求，试验中水位变化不宜 大于5mm；升降幅度应满足试验水位变化要求 2闸门和阀门启闭机及控制设备。 3.2量测仪器 3.2.1恒定流试验物理量的量测仪器应遵循SL155的规定，非 恒定流物理量的测量仪器还应采用下列仪器： 1测量水位及波动的电容式波高仪、电阻式波高仪、跟踪 式水位计、超声波水位计或压力传感器等 2测量管道中非恒定流流量的电磁流量计或超声流量计。 3测量流速流向的旋桨流速仪、叶跟踪式流速流向仪、 粒子成像流速仪、电磁流速仪、超声多普勒流速仪等。 4动态应变仪、滤波器、电压放大器和示波器等二次仪表 5 自动数据采集处理系统。 3.2.2 测量仪器的选型应满足精度、量程和稳定性的要求。 3.2.3 自动数据采集处理系统性能应稳定，精度、采样频率和 容量应满足试验要求。 3.2.4测量仪器应在检验合格后使用，并在试验前后进行检查 仪器的检定周期应按国家或行业的有关规定执行

3.2.1恒定流试验物理量的量测仪器应遵循SL155的规定，

恒定流物理量的测量仪器还应采用下列仪器： 1测量水位及波动的电容式波高仪、电阻式波高仪、跟踪 式水位计、超声波水位计或压力传感器等 2测量管道中非恒定流流量的电磁流量计或超声流量计。 3测量流速流向的旋桨流速仪、叶跟踪式流速流向仪 粒子成像流速仪、电磁流速仪、超声多普勒流速仪等。 4动态应变仪、滤波器、电压放大器和示波器等二次仪表 自动数据采集处理系统。 3.2.2 测量仪器的选型应满足精度、量程和稳定性的要求。 3.2.3 自动数据采集处理系统性能应稳定，精度、采样频率和 容量应满足试验要求，

3.2.3自动数据采集处理系统性能应稳定，精度、采样频

船舶规行状态的模拟和测量应来用遥控自航船模系统。 该系统应符合下列规定： 1在试验范围内应具有良好的稳定性和抗干扰性能。 2船模的遥控设备应准确执行驾驶操纵指令、控制舵角和 主机工况。 3应实时测量船模运动坐标和航行动态参数。船模运动的 定位允许偏差为±50mm。

4.1.1坝区航道水力学模型试验的基本资料应符合下列

地形资料应满足下列要求： 1）地形范围应包括工程试验河段和模型进出口调节段的 近期枯水河道，当进、出口段为弯道时，范围宜延长。 地形高程应至最高通航水位以上。 2）地形图应为统一的基准面和坐标系，比例宜为1：1000～ 1：2000，地形变化不大的河床可为1.：5000，局部复杂 地形宜为1：200～1：500。 3）地形图上应标明水尺和测流断面的位置。 2建筑物资料应包括下列内容： 1）枢纽总体布置图。 2）泄水建筑物结构布置图。 3）施工通航设施结构布置图。 4）永久通航设施结构布置图。 3水文资料应满足下列要求： 1）在试验河段应具有同一水文年洪、中、枯期的水面线 资料，枯水期水面线应与地形资料同期观测。当有支 ：流人汇时，尚应具有支流的水位流量资料。 2）在试验河段的进出口和坝轴线附近应具有断面的流速 流向分布资料。 3）在试验河段的出口处应具有水位流量关系。 4 应具有试验河段的糙率资料。 5枢纽的水位和流量设计资料应包括下列内容： 1）施工通航各级水位和流量。 2）枢纽上下游各级水位和流量及其组合

3）电站机组运行方式和引用的流量。 4）泄水闸门开启调度方式和流量。 5）电站日调节时增荷与减荷的流量变化。 6）船闸灌泄水流量与时间关系曲线。 1.2 中间渠道模型试验的基本资料应符合下列规定： 地形资料应符合4.1.1条的规定。 2 建筑物资料应包括下列内容： 1）工程总平面布置图及纵横部面图 2）通航建筑物布置图。 3水位及运行设计资料应包括下列内容： 1）最高及最低通航水位。 2）与中间渠道有关的通航建筑物运行方式及相关水力 特性 1.3船模所需的基本资料应包括下列内容： 1设计船舶的吨位、型线图、方形系数、排水量、吃水、 重心位置和船队的排列方式。 2船舶功率、螺旋桨桨叶及安装图、舵叶图和舵系布置图。 3船舶的静水航速和操纵性能。 4.2 模型范围和模型比尺 2.1 坝区航道模型范围应符合下列规定

1模型试验河段纵向长度应根据试验目的和要求，并 水流、河道情况和工程建筑物对上下游河道影响范围确定。 2当模型进口段为弯道时，模型范围应延长至弯道范 以上。

1模型儿何比尺应根据试验目的及要求、模型范围、试验 场地和供水条件确定。 2模型几何比尺不宜大于125。 3模型几何比尺的选取应满足下列要求

1）模型水流处于阻力平方区，当不能满足时，应保证为 紊流流态。 2）模型水流应避免表面张力的影响，模型试验段的最小 水深不应小于0.03m

1中间渠道模型范围应包括渠道和上、下游船闸或升船机 船厢水池段。

4.2.4当正态模型出现下列情况之

4.3.1非自航船模的设计应符合下列规定： 1 船体应按几何相似设计，达到线型、排水量和重心位置 相似。 2 缆绳拉力仪的位置宜与船舶或船队首尾系船柱的位置相 对应。 ·应符合下列规定

1船体设计应满足4.3.1条的要求。 2螺旋桨的桨叶形状、直径、安装位置和安装角等宜与实 船基本相似。 3船舵的几何尺度、安装位置应保持与实船相似。 4 船舵的满舵范围应与实船一致

1船体设计应满足4.3.1条的要求。 2螺旋桨的桨叶形状、直径、安装位置和安装角等宜与实 船基本相似。 3船舵的几何尺度、安装位置应保持与实船相似。 4 船舵的满舵范围应与实船一致

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：

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资中县精神病院施工组织设计，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：

厂房外线工程施工方案aA+aQ =0 at ar

A.0.2平面二维水流