SL 104-2015 水利工程水利计算规范.pdf

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1、.-一一一一一一-ICS 27.140 P 55 SL 中华人民共和国水利行业标准SL 104-2015 替代SL104-95 水利工程水利计算规范Regulation for water conservancy computation of water projects 2015-05-21发布2015-08-21实施f革豆飞中华人民共和国水利部发布飞画，中华人民共和国水利部关于批准发布水利行业标准的公告(水利工程水利计算规范)2015年第40号中华人民共和国水利部批准水利工程水利计算规范(SL 104-2015)为水利行业标准，现予以公布。标准名称水利部2015年5月21日目IJJ=I 根

2、据水利技术标准制修订计划安排，按照SL1-2014 15 0.60-0.55 丘陵区5 0.50-0.40 黄土丘陵区5 0.47-0.37 平原坡水区1 0.40-0.30 2 F10km2时的经验公式:qm =KbP-l (2) 式中Kb一-径流模数，各地不同设计暴雨频率的径流模数可以按表3选用;地区华北东北东南沿海西南华中黄土高原n一二汇水面积指数，各地可以按表3选用，当Flkm2时，取n=l。表3山丘区的Kb和n值不同设计暴雨频率的Kb值n 20% 10% 4% 13.0 16.5 19.0 0.75 11. 5 13.5 15.8 0.85 15.0 18.0 22.0 O. 75

3、12.0 14.0 16.0 O. 75 14. 0 17.0 19. 5 O. 75 6.0 7.5 8.5 0.80 5.2.5 对平原吁区的设计排涝流量通常是按排涝天数期间平均排除净雨深至作物允许的耐淹水深(早作物般可以考虑排干)以下进行计算。农田积水深度和积水历时超过农作物的耐淹水深及耐淹历时，就会导致作物减产，为了保证农作物不减产，排涝天数以不超过作物允许的耐淹历时为宜。我国各地区几乎均采用15d的排涝天数在GB50288中有具体规定。SL4也提出了不同排水区87 -常用的设计排涝模数计算公式，计算时可以根据涝区实际情况选用。5.2.6 蓄涝容积的大小和排水时间的长短是确定设计排涝流

4、量的主要因素。蓄捞容积较大或河网地区的排涝流量可以结合河(沟)道与蓄涝区联接方式、蓄涝区控制运用要求及河(掏)道出口控制情况，采用水量平衡方程进行蓄排涝计算;河网地区由于水力联系比较复杂，需建立河网水力学演算模型来推求各分叉河(沟)道和出口的设计排涝流量和设计水位，此时需要特别重视同(沟)道水力学参数的选用与验证。5.2.8 SL 4对地下水排水流量计算方法有明确规定，可以根据各地区具体情况选用。考虑到我国地域差异较大，资料获取的难易程度不一，也可以根据调查或试验资料估算，缺乏资料时可以参照类似地区经瞌数据确定。5.2.9、5.2.10关于排水河(沟)道设计排涝水位和排渍水位，本标准只提出应遵

5、循的主要原则，具体的确定方法可以参考GB50288中的相应规定。5.3排水闸5.3.1 对于有蓄涝容积的排水闸蓄排涝计算通常采用水闸的出流公式和水量平衡方程联合求解。当排水闸内具有较大的蓄涝容积时，根据设计蓄涝水位、蓄涝运行控制水位及水资源综合利用要求，进行蓄排涝计算求出设计排涝流量。通常计算方法是先假定不同闸孔宽度及闸底高程，按照闸上、闸下不同的设计水位组合进行蓄排涝计算来确定排水闸的设计流量。根据经验，当排水闸闸下为大江大湖时，排水闸闸下水位一般不受排水闸出流的影响或影响不大;当排水闸闸下水位与其出流有关时，考虑闸下水位对出流的顶托影响。对闸上无蓄涝容积的排水闸设计排涝流量通常根据选定的治

6、涝标准和控制的排涝面积，采用地区排涝模数经验公式法或平均排除法推算。对蓄涝容积较小的情况，按元蓄萌容积的方法计算88 设计排涝流量。在方案比较时，一般可以选相应于设计排涝标准的典型年进行蓄排涝计算。但由于排水闸内潜水与外水位遭遇组合的复杂性，一般需要有长期的捞区雨量与外水位资料，通过逐年蓄排涝计算，校核初选闸孔宽度和各种控制水位是否都能满足排涝要求。5.3.2 元蓄涝区或蓄涝区很小的排水闸，由于无法对捞水进行调蓄，排水闸的水位不可能高于排水河(沟)道或闸前引渠的水位，故排水闸设计水位可采用排水河道或引渠的设计水位。有蓄涝区的排水闸，排水闸前最高蓄水位等于蓄涝区设计蓄涝水位，故排水闸闸上设计水位

7、为蓄涝区设计蓄涝水位。5.3.3 汛期有抢排要求的排水闸，为了最大限度地抢排涝水，总是在闸下承泄区水位退落到略低于闸上水位时开闸，以抓住承泄区水位短暂回落的有利时机排水，一般以O.lO. 2m的排水闸落差相应的抢排流量确定闸下设计水位。为了满足冬春季耕作要求需在枯水期经常性排涝的排水闸，由于承泄区(闸下)枯水期水位比较稳定，一般按承泄区多年枯水期平均水位确定闸下设计水位。5.3.4 挡潮闸通常是具有防潮、除涝、御咸、蓄淡的综合利用工程。挡潮闸的水利计算与排水闸相似，只是上下游计算边界条件有差别，即首先要确定设计来水过程线和闸下设计潮位过程线，再按排水闸设计流量计算方法进行水利计算。(1)设计来

8、水过程线。在有实测流量资料的情况下，挡潮闸上游设计来水过程线可以直接采用相应于一定排涝设计标准的实测来水过程。由于我国沿海地区感潮河道(或河网)水流复杂，往往缺乏实测流量资料，加上建闸前后水文情势变化较大，因此挡潮闸上游设计来水过程线通常由涝区相应设计标准的暴雨进行推算。(2)闸下设计潮位过程线。典型潮位过程线法是根据涝区实际发生的相应设计排涝标准89 -四_-的某年的一场暴雨(或洪水)作为设计暴雨(或设计洪水)，选用这次暴雨(或洪水)发生时的同期闸下潮位过程为设计潮型;或者综合考虑设计暴雨(或设计洪水)、潮位两方面因素，选择一个闸上水位比较接近于排涝设计标准，而闸下潮位较高，对排水较不利的潮

9、型作为设计潮型。潮位分离法是考虑到天文潮具有明显的周期性规律，一般可以选择受捞季节天文潮的潮型曲线为基本潮型，再考虑洪水、台风、河道冲淤变化等因素的影响，对闸下潮型进行修正。设计来水过程线、闸下设计潮位过程线确定以后，初拟闸底板高程和闸门宽度进行蓄排涝演算，并统筹考虑综合利用要求，通过经济技术比较确定闸上设计水位过程。5.3.5 当排水闸设计排涝流量及闸上、下设计水位确定后，即可据以确定闸底高程和闸孔宽度。闸底高程和闸孔宽度除考虑河道地形条件外，还需要考虑综合利用各部门的要求。一般较高的闸底高程需要较大的闸宽，反之需要较小的闸宽，需通过方案比较，合理确定闸底高程及闸孔宽度。确定闸底高程及闸孔宽

10、度还要考虑下游消能防冲问题，单宽流量过大，会造成下游消能防冲的困难。根据实践经验，在消能防冲条件允许时，以选择较大的单宽流量比较经济。在进行方案比较时，可以取多个相应于治涝标准的典型年进行蓄排涝计算以确定排水闸规模。由于典型年不能很好反映涝区涝水量与承泄区水位组合遭遇的各种可能情况，有条件的地区可以采用长系列实测的涝区涝水过程及承泄区水位过程进行蓄排涝计算可以取得更为合理的计算成果。5.4排水泵站5.4.2 泵站的特征水位包含防洪特征水位和抽水时的运行特征水位。本标准中泵站的最高水位、最低水位、设计水位、平均水位均是指抽水时的运行特征水位。5.4.3 排水泵站出水池水位需要针对排涝期进行计算。

11、(1)泵站出水池设计水位与涝区暴雨存在内外组合问题，多90 . 这-一一数地方采用相应治涝标准的承泄区最高35d平均水位，也可以进行涝区暴雨与承泄区水位的遭遇分析。当两者遭遇时，按不利组合确定设计水位;当两者不遭遇时，取、涝区暴雨出现几率最多的月份内承泄区最高35d的多年平均水位。由于各地治涝标准不同，本标准规定采用相应涝区治涝标准的排水时段承泄区平均水位作为设计水位。(2)最高水位的确定与承泄区水位变化幅度有关，但其重现期的采用需保证泵站机组在最高水位工况下能安全运行。5.5 承泄区与蓄涝区5.5.1 我国大多数涝区一般以江河、湖泊、海域作为承泄区。承泄区选择需要尽量满足下列要求:具有足够的

12、输水能力及容蓄能力，以确保排世或容纳由涝区排出的涝水;位于较低处，并有适宜的排水出口，以争取有较大的自排面积;排水河道进入承泄区处需要稳定的岸坡，并尽量避免排水河道出口处产生淤积，以保证排水出口水流畅通。江河承泄区水位变化快，湖泊承泄区水位变化缓慢，海域承泄区水位呈周期性变化，在确定承泄区设计水位时，需要考虑上述特点，并根据涝区暴雨与承泄区遭遇的可能性确定。汛期大量潜水排入，使江河湖泊等承泄区水位抬高，如高水位持续时间较长，对排水不利。据分析，洞庭湖装机43.5万kW，江汉平原装机65万kW，如果50%机组同步开机，将增加江湖流量6000m3/s以上，约抬高武汉关水位0.7m左右。因此，在确定

13、承泄区设计水位时需要考虑涝区排水对承泄区水位抬高的影响。5.5.2 排水系统与承世区的联接方式有下列几种情况:(1)畅排情况:当排水出口设计水位等于或高于该处承泄区设计水位时，可以采用排水闸或涵洞联接。(2)顶托情况:当排水出口设计水位低于该处承泄区设计水位时，排水出口将受顶托，其联接有下列几种方式:建排水站与排水闸:汛期排水系统设计水位长期低于承泄区91 圃设计水位，要以修建排水泵站为主;如有机会自排，可以配合修建排水闸利用承泄区水位短期回落抢排，以降低排水泵站规模，在枯水期还可以利用排水闸自流排水。修回水堤:排水河(沟)道受顶托影响较轻时，可以在排水河(沟)两侧修回水堤。回水影响范围以外的

14、涝水可以自排入承泄区;回水影响范围内不能自排的涝水，可以建小型排水站抽排入排水河(沟)道。下延排水出口:当承泄区河道下游水位较低时，可以考虑下延排水系统出口，争取扩大自流排水范围和机会。5.5.3-5.5.5 蓄、涝区是指涝区内的天然湖泊、河流、沟渠、坑塘或人工形成的洼地等可以滞蓄涝水的地方，我国各地蓄涝水面率和蓄涝容积差异较大，总体看南方大于北方，东部大于西部。一般来说，水域广阔的涝区蓄涝水面率可以大一些，水域较小或需采用人工开辟水域的捞区蓄涝水面率可以小一些，如长江中下游吁挠区蓄涝水面率约5%左右，湖南省洞庭湖区规划蓄涝水面率为lO%15%。蓄涝区设计蓄涝水位与蓄涝起始水位之间的容积为设计

15、蓄涝容积。设计蓄涝水位一般是指蓄涝区相应治涝标准的最高水位，蓄涝起始水位是指蓄涝区汛期预降水位或运行控制水位，可以采用蓄涝区汛期限制水位、死水位，或根据需要另行分析确定。在可能产生次生盐碱化的涝区，采用蓄涝措施应十分慎重，蓄涝起始水位需要控制在地下水临界深度以下O.lO.3m。有防渍要求的地区，一般要求雨后及灌水后地下水位在作物耐渍时间以内下降到作物耐渍深度以下。SL4列出几种主要作物耐渍深度和时间，可根据治理区实际情况选用。5.5.6 有闸控制的蓄涝区，运用方式灵活，可以有计划地根据实际情况及要求进行运用。汛期由于承泄区水位比较高，主要作用是利用承泄区水位短暂回落期间抢排，适当腾空蓄涝区容积

16、，以充分发挥蓄涝区的作用削减最大排涝流量。非汛期承泄区水位已降低，有利于开闸运用以满足各方面的要求。92 F -一卢一6 城乡供水工程水利计算6. 1一般规定6. 1. 1 本标准所述的城乡供水工程指解决城乡居民生活、工业和公共设施与环境用水的供水工程，主要包括供水水库、引水工程、供水泵站。引水工程特征参数包括设计水位、设计引水流量、供水量等。6. 1. 2 不同用水户的需水预测方法不同，同一用水户也可以采用多种方法进行预测。需水预测方法有定额法、趋势法、弹性系数法、人均综合用水量法等.SL 429对各类用水户的需水量预测方法有详细的规定。对各种方法的预测成果，需要进行相互比较和检验，经综合分

17、析后提出需水预测成果。需水预测成果要与类似地区进行对比，进行合理性检查，并符合流域和区域水资源管理的有关规定。6. 1. 3 城乡供水工程是保障城乡居民生活和国民经济发展的基础设施，对供水保证率的要求较高。GB50282 (城市给水工程规划规范规定我国城市地表水水掠供水保证率一般为90%97%.单水源地区及大中城市一般取上限，多水源及干旱地区、山区及小城镇可以取下限;GB 50013 )(水建管(2007J164号)，溃坝是水库大坝突发事件之-，溃坝后果分析是应急预案编制的重要内容。溃坝风险可以采用洪水风险图进行评估，洪水风险图可按照SL 483-2010 (洪水风险图编制导则中的相关要求进行

18、绘制。14.4.2 瞬时溃决，一般发生在重力坝或拱坝，其溃决时间很短。重力坝溃决原因以基础破坏为多，其溃口形状呈矩形;拱坝破坏最初发生在基岩地质薄弱处，继而导致全部溃决;连拱坝一般由于支墩不起支撑作用时而全部溃决。逐渐溃决一般发生在土石坝，主要由管涌和漫顶的冲蚀引起。根据有关调查，发生的溃坝事件中，土石坝约占1/2，重力坝约占1/4，拱坝等其他结构131 .,.-坝型占1/40关于溃口的形状大都根据经验确定。对于土石坝的愤口宽度，有铁道科学研究院推荐的经验公式、黄河水利委员会经验公式、中国水利水电科学研究院经验公式等供参考选用，详见SL451-.2009 (堪塞湖应急处置技术导则附录A。14.

19、4.3 若溃决原因由洪水引起，一般根据洪水与溃坝量级的比较，分析溃坝后是否要计入上游来水;若溃坝原因不是由洪水引起，溃坝流量可以不计入上拍子来水。14.4.4 溃口水流条件模拟是溃坝洪水计算的重要内容。计算中口门水流流态有临界流和淹没流两种情况，各个时段需要根据上游、下游水位与流量进行流态判别，然后分别进行计算。水库溃坝洪水计算一般采用数学模型法，若资料缺乏时可以采用简单公式法。坝址溃口最大流量计算的经验公式较多;溃口流量过程线的计算有概化流量过程线法和模型法，目前大多采用模型方法，概化流量过程线法根据溃口最大流量、溃坝前下泄流量和可泄库容将流量过程线概化为四次抛物线。上述具体的计算方法可以参

20、考武汉大学主编的水力计算手册(第二版)(中国水利水电出版社2006年出版)。目前解决水库溃坝洪水问题有数学模型、溃坝模型试验以及两者相结合等三种途径。数学模型法具有简捷、经济的优点，并能近似地解决水库坝体溃决后的有关问题，因此是目前常用的方法。水工模型试验一般能得到较可靠的成果，而正态模型试验成果又较变态模型试验更接近实际情况，但所需要的场地和费用较多。溃坝模型试验的方法、条件等可参考SL164 (溃坝洪水模拟技术规程及DL/T5360 (水电水利工程溃坝洪水模拟技术规程中的相关规定。14.5河道洪水演进14.5.1 河道洪水演进计算主要解决洪水向下游传播过程中的变形问题，即由入流断面的流量过

21、程，考虑沿程河道形态变化以及132 飞F卢一涉水工程、分洪工程、涵闸等对水流的影响，求解河道内沿程流量(或水位)过程;当洪水演进存在明显的二维特征时，需要求解平面上水位、流速的分布情况。河道洪水演进计算成果可以作为防洪工程规划设计的基本条件之一，也是防洪工程体系调度方案研究中的重要依据。洪水演进计算也是洪水风险分析计算的主要手段之一。14.5.2 河道洪水演进计算本质上属于明渠非恒定流计算问题。水文学方法是圣维南方程组的简化求解方法，主要是依据已有实测洪水资料，分析其变化规律，建立数学模型并推算相关参数求解，如马斯京根法、连续平均法、特征河长法、汇流曲线法等;一维水力学方法本质上是通过各种数值

22、汁算方法求解圣维南方程组;二维洪水演进模型方法是对流速垂向平均的Navier- Stokes 方程进行数值求解。水文学方法具有概括性强、较直观、易于掌握等优点;水力学方法模拟结果更精细，但资料要求高，糙率取用的难度大，其计算精度取决于观测资料的精度。目前随着数值计算技术的快速发展和地形、水文等资料的积累，水力学方法已得到大量应用。计算方法的选择，一方面要考虑河道特性和依托资料的精度，另一方面要考虑计算成果的要求及计算结果的可靠性。14.5.3 由于平面二维水力学模型计算量随着网格个数增加而成倍增加，所以网格剖分需要根据计算目的和精度的要求，考虑到计算工作量(效率)和计算精度之间的平衡。14.5

23、.4 计算时段的选取需要考虑洪水特征，洪水过程变化剧烈时，计算时段应尽量短;洪水过程变化平缓时，计算时段可以长一些，但一个计算时段不能跨越涨水和退水过程。14.5.5 采用水文学方法时，可能出现部分控制断面初始条件缺乏的情况，一般根据对以往洪水过程的分析，合理推算确定，但所有计算断面初始条件应满足同时性。采用水力学方法时，当缺乏可靠的初始值时，可以采用初始时刻边界条件进行恒定流计算的水位和流速结果作为初始值。133 .-14.5.6 河道洪水演进模型的适用性及其计算精度的提高，有赖于实测资料的校验。一般采用汛期的实测水位过程线和整编流量过程线进行校验，资料缺乏时也可以采用控制站的水位流量关系进

24、行检验。校验的主要参数包括洪水过程的一致性、洪峰水位(流量)的误差、洪峰出现时间的误差、洪水过程中时段洪量的误差等。当误差出现系统性偏差时(沿程均偏大或偏小)，需要检查模型概化是否合适，必要时需对概化方法进行改进。14.6 感潮河段水力学14.6.1 感潮河段水力学计算的内容一般有:(1)模拟潮沙、潮流和径流在河段内的运动和分布，研究潮波运动特性。(2)复演计算河段内的潮位、流量、流速、潮量、汉道分流比等水力要素过程，反映水力要素的规律。(3)计算河道整治、码头等水利工程对河段水力要素的影响。(4)预报和插补水力资料，为规划和设计提供水力学参数。14.6.2 感潮河段非恒定流计算数学模型、计算

25、方法及需要的专用资料说明如下:(1)各种数学模型的适用对象为:一维模型一般用以求解河段内水力要素的纵向分布和治理工程或其他水工建筑实施后河道内水力要素的沿程变化，计算结果可以提供各断面的潮位和流量过程;二维模型用以解决一维不能或难以反映的水力学问题，可以求解水力要素的平面分布，分析治理工程或其他水工建筑物实施后河道内水力要素在平面上的分布变化，提供各网格点(或单元)的水力要素过程;一维、二维联解模型用以同时求解河口及其上游河段或河网的水力要素，一般在河口地区按二维计算，在上游河段或河网按一维计算，一二维模型连接处需要进行水量和动量交换。(2)感潮河段非恒定流计算方法，可以根据不同的计算条件13

26、4 飞进行选择:一维模型常用的计算方法有显式差分法、隐式差分法和特征线法等;二维模型常用的计算方法有显式差分法、隐式差分法、交替方向隐格式法(ADI法)和特征线法等;在有涌潮发生的感潮河段一般优先采用特征线法;一维感潮河网计算中一般采用四点隐式差分格式;当计算河段存在侧向旁流时，需要在连续方程中考虑旁流量的影响;对于分汉河段和河网计算，需要在汇流点和汉点补充潮位、流量相容方程，一般可以按水位相等、水流连续考虑;对某些特殊情况的计算，也可以采用其他水力学计算方法。(3)感潮河段非恒定流计算要求的资料较多，除本标准第3章中的相关规定外，另外需要的专用资料如下:地形资料:二维数学模型需要具有与研究时

27、段同期的河道地形图，其范围应包括数学模型的计算区域，两岸范围需要包括最高潮位之下区域，计算边界基本不受规划设计工程实施的影响。地形图的比例尺可以根据要求的计算精度和河流的大小、数学模型的网格尺度选定，一般可以采用1: 1000 1 : 25000，计算范围越小，比例尺度越大。水文资料:需要有能反映感潮河段水文特征的若干站、各测流断面的同步潮位、断面流速、流向、流量过程及汉道分流比，并需满足相关规范的要求。气象资料:计算区域范围同步的风、降雨、蒸发过程。14.6.3 感潮河段非恒定流计算的时间、空间步长一般根据计算方法、计算精度要求等确定。1 空间步长:一维计算中相邻河段长度之比一般应小于5;

28、二维计算中允许采用不等边的矩形网格，也可以采用不等距网格，网格长宽比一般小于5;同方向相邻大、小网格边长之比般小于1.5;任意三角形、四边形网格应避免网格角度过小、网格畸形等情况。2 时间步长:以能正确反映潮波的传播变化为宜。显式差分法在满足柯朗条件下，时间步长直尽量加大以提高计算效率。4 边界条件不能全部采用流量或流速过程。135 14.6.4 感潮河网内河道复杂，在进行非恒定流计算时常需加以概化，但需要注意不能忽略主要的部分。河网槽蓄曲线是计算中应用的重要数据，概化时需要使其与实际的槽蓄曲线基本一致，这也是模型验证的重点。14.6.5 通常情况下，验证不少于两组水文组合，并包含与计算目的相

29、同或相类似的水文条件，模型验证精度采用:(1)潮位:相位误差小于潮沙周期的1/12或1h，峰谷值误差不大于1020cm，单站检验合格率不低于85%。(2)流速:相位误差小于潮沙周期的1/8或1.5h，峰谷值误差绝对值一般不大于涨落潮最大流速绝对值之和的10%20% ，单站检验合格率不低于80%。136 飞m川同。Nll守。因、同白中华人民共和国水利行业标准水利工程水利计算规范SL 104-2015 F 9峰中国水利水电出版社出版发行(北京市海淀区玉渊潭南路l号D座100038) 网址: E-mail: 电话(010)68367658 (发行部)北京科水图书销售中心(零售)电话(010)88383994、63202643、68545874全国各地新华艳的和相关出版物销售网点经售北京瑞斯通印务发展有限公iJ印刷当k140mm X 203mm 32开水4. 5印张120千字2015年7月第1版2015年7月第1次印刷1)9峰书号155170239 定价48.00元凡购买我社规程，如有缺页、1IJ页、脱页的，本社发行部负责调换版权所有侵权必究