摘 要：X水庫(kù)為某水庫(kù)簡(jiǎn)化模型，對(duì)其進(jìn)行洪水調(diào)節(jié)計(jì)算，能夠得到該水庫(kù)在不同頻率的入庫(kù)洪水過(guò)程線下對(duì)應(yīng)的興利庫(kù)容和防洪高水位，該計(jì)算過(guò)程及所得結(jié)果對(duì)于對(duì)于該水庫(kù)適時(shí)進(jìn)行控制和分配下游用水、提高水的綜合利用作用等方面具有重要的作用和意義。本文通過(guò)運(yùn)用洪水調(diào)節(jié)計(jì)算“列表試算法”的基本原理，結(jié)合Visua Basic 6.0軟件編程，根據(jù)洪水調(diào)節(jié)計(jì)算軟件的開(kāi)發(fā)過(guò)程，編寫(xiě)適合洪水調(diào)節(jié)計(jì)算的軟件。

　　關(guān)鍵詞：X水庫(kù);洪水調(diào)節(jié);列表試算法

　　正文：某河是渭河南岸較大的一級(jí)支流，發(fā)源于秦嶺北麓太白山區(qū)，流域面積778.7km2，干流全長(zhǎng)51.5km，河道比降1/60～1/70。流域內(nèi)林木茂盛，植被良好，水流清澈，水質(zhì)優(yōu)良。該河干流上有一水文站A，控制流域面積686km2。擬在該河干流上修建一水庫(kù)X，其壩址位于水文站上游1.5公里處，控制流域面積673km2。該水庫(kù)將承擔(dān)著下游和渭河的防洪任務(wù)，下游的防洪標(biāo)準(zhǔn)為20年一遇洪水，水庫(kù)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)為100年一遇洪水，校核標(biāo)準(zhǔn)為1000年一遇洪水。本文以該簡(jiǎn)化模型，結(jié)合下泄流量與庫(kù)容、水位的關(guān)系，運(yùn)用列表試算法，對(duì)洪水調(diào)節(jié)計(jì)算進(jìn)行分析并編程，得到可以計(jì)算出水庫(kù)興利庫(kù)容的軟件。

　　一、X水庫(kù)水文資料整理與分析

　　根據(jù)已知的擬建X水庫(kù)的水文資料，可初步梳理已知條件，并對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行初步的處理如下：

　　1.擬建X水庫(kù)的防洪限制水位是788.5m即起調(diào)水位為788.5m;

　　2.水庫(kù)的總泄流量等于溢洪道下泄流量與輸水洞下泄流量之和：q泄總=q堰+q洞。其中：溢洪道為開(kāi)敞式無(wú)閘門(mén)，堰型為曲線型實(shí)用堰，斷面為矩形，寬度為30米，堰頂高程為788.5m，泄流能力利用堰流公式計(jì)算：q堰=??1×??×??1.5=48??1.5;水庫(kù)輸水洞在汛期按其輸水能力泄洪，輸水洞進(jìn)口高程為722m，內(nèi)徑為4m，設(shè)計(jì)流量為70m3/s。分析以上已知洪水資料發(fā)現(xiàn)，起初時(shí)段平均來(lái)水量???小于時(shí)段平均下泄量???，時(shí)段初水庫(kù)水位可能下降，在水位達(dá)到788.5m之前，下泄流量一直保持為70m3/s;之后天然來(lái)水流量逐漸增加，水位逐漸上漲，當(dāng)水位超過(guò)788.5m后，水庫(kù)按q=48*(z-788.5)^1.5+70的規(guī)律下泄。

　　3.0.1%、1%、5%的入庫(kù)洪水過(guò)程線

　　已知不同頻率的天然來(lái)水過(guò)程線，利用已知的數(shù)據(jù)作圖，可根據(jù)圖像得知天然來(lái)水的大致過(guò)程與趨勢(shì)。

　　4. 水文資料中水庫(kù)的容積特性曲線如下：

　　將容積特性曲線讀成分散點(diǎn)，為提高精度讀取了45組數(shù)據(jù)，運(yùn)用Origin軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理并對(duì)分散點(diǎn)進(jìn)行曲線的擬合，并利用Excel將估讀的數(shù)據(jù)與曲線擬合數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比，得出誤差百分比，驗(yàn)證擬合結(jié)果的準(zhǔn)確性。結(jié)果如下，擬合的水庫(kù)的容積特性曲線方程為：

　　V=F(Z)=1.798*z2-2597.59*z+938525.13

　　二、基本原理及列表試算法過(guò)程簡(jiǎn)介

　　1.基本原理

　　洪水在水庫(kù)中運(yùn)行時(shí)，水庫(kù)沿程的水位、流量、過(guò)水?dāng)嗝妗⒘魉俚染S時(shí)間而變化，其流態(tài)屬于明渠非恒定流，滿足明渠非恒定流基本方程，即圣維南方程組，但利用圣維南方程組難以求出精確解，故常用瞬態(tài)法、差分法和特征線法等近似解法求解，包括兩個(gè)方

　　程，即水量平衡方程和泄洪量方程：

　　q=f(v)

　　Q1、Q2——分別為計(jì)算時(shí)段初、末的入庫(kù)流量，m3/s

　　q1、q2——分別為計(jì)算時(shí)段初、末的下泄流量，m3/s

　　V1、V2——分別為計(jì)算時(shí)段初、末水庫(kù)的蓄水量，m3

　　Δt—為計(jì)算時(shí)段，s

　　第一個(gè)式子為水量平衡方程，表明一個(gè)計(jì)算時(shí)段的入庫(kù)水量與下泄水量之差即為該時(shí)段水庫(kù)蓄水量的變化。第二個(gè)式子為水庫(kù)的蓄泄量方程，表示各個(gè)時(shí)刻的泄流量與水庫(kù)蓄水量之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系。

　　2.列表試算法過(guò)程簡(jiǎn)介

　　關(guān)于調(diào)洪計(jì)算的方法有很多種，目前應(yīng)用較廣的是列表試算法。盡管列表試算法在人工處理時(shí)計(jì)算工作繁雜且對(duì)于長(zhǎng)系列資料不容易實(shí)現(xiàn)，但是對(duì)于軟件計(jì)算則十分容易，所以該洪水調(diào)節(jié)計(jì)算軟件采用的就是列表試算法。列表試算法的步驟如下：

　　(1)根據(jù)已知的水庫(kù)水位容積關(guān)系曲線V=f(Z)和泄流計(jì)算公式，求出下泄流量和庫(kù)容的關(guān)系曲線q=f(V);

　　(2)以數(shù)據(jù)中已知的的天然來(lái)水量的Q—t關(guān)系選取計(jì)算時(shí)段，以秒為計(jì)算單位;

　　(3)對(duì)任意一個(gè)計(jì)算時(shí)段，假設(shè)水庫(kù)水位z，由z和容積特性曲線擬合方程退求出對(duì)應(yīng)的庫(kù)容V2;然后由z和水位下泄流量關(guān)系方程推求出水庫(kù)的下泄流量q2(該水庫(kù)資料中，當(dāng)z<防洪限制水位時(shí)，q2=70恒成立)，q2代入水量平衡方程中求得V2’;將V2與V2’進(jìn)行比較，若兩者相等或誤差在允許范圍內(nèi)，則假設(shè)正確，否則應(yīng)重新假設(shè)z計(jì)算直到滿足要求為止。這樣多次演算求得的q2、V2就是下一時(shí)段的V1，q1值;

　　(4)將計(jì)算結(jié)果繪制成曲線，供查閱。

　　對(duì)每個(gè)時(shí)段都按照上述的步驟進(jìn)行列表試算，然后得出的最高水位便為所要求解的特征水位，其對(duì)應(yīng)的庫(kù)容便是特征庫(kù)容。

　　三、編程基本思路

　　在列表試算法的基礎(chǔ)上，進(jìn)行編程與計(jì)算。在擬建X水庫(kù)的基本資料中0.1%洪水與1%，5%洪水略有不同，計(jì)算時(shí)應(yīng)注意。主要思路：

　　(1)時(shí)段初來(lái)水流量Q1，水位z1，庫(kù)容V1，下泄流量q1已知，列入試算表格。

　　(2)洪水計(jì)算時(shí)段末來(lái)水流量已知，即Q2，采取試算，假定此時(shí)水位為初始值z(mì)=788m，代入容積特性曲線擬合方程中求得V2，再將z代入水位與下泄流量的關(guān)系式中，得出q2。

　　(3)將計(jì)算得到的q2代入水量平衡方程中求得V2’，若計(jì)算得到的V2與V2’滿足判別式|V2-V2’|<=10，則說(shuō)明此次試算的水位正確，V2，q2即為該計(jì)算時(shí)段末的庫(kù)容與下泄流量，亦即下一個(gè)計(jì)算時(shí)段初的庫(kù)容與下泄流量。

　　(4)若不滿足上述判別式，則令z=z+0.01，重復(fù)進(jìn)行上述計(jì)算與判別，直至滿足條件。

　　(5)每個(gè)時(shí)段都按照以上的步驟進(jìn)行求解，所得到的最大水位便為防洪高水位，對(duì)應(yīng)的庫(kù)容便為防洪庫(kù)容。

　　四、編程過(guò)程注意問(wèn)題

　　(1)在計(jì)算機(jī)編程的過(guò)程中，如果我們需要輸入水庫(kù)的水位這樣一個(gè)比較大的變量時(shí)，可以運(yùn)用數(shù)組，在需要時(shí)運(yùn)用 For 循環(huán)進(jìn)行對(duì)應(yīng)值的調(diào)用，這個(gè)函數(shù)的好處就是能夠處理大量的現(xiàn)有數(shù)據(jù)。

　　(2)在計(jì)算時(shí)，我們需要運(yùn)用循環(huán)，在循環(huán)過(guò)程中的判別語(yǔ)句必須設(shè)置合理的精度，否則會(huì)使循環(huán)進(jìn)入死循環(huán)的狀態(tài)，致使軟件無(wú)法輸出結(jié)果。

　　(3)繪圖過(guò)程中使用了Visua Basic 6.0軟件自帶的Mschart控件，該控件繪出不建議讀取數(shù)據(jù)，可僅作為趨勢(shì)判斷使用。

　　五、分析整理

　　擬合水位與庫(kù)容的的曲線方程優(yōu)點(diǎn)在于計(jì)算段擬合精度較高，并且循環(huán)結(jié)束的判別條件較為準(zhǔn)確，根據(jù)判別條件能容易找到較為精確的特征庫(kù)容與特征水位。

　　該循環(huán)的缺點(diǎn)便是擬合公式中間段擬合度較高，而曲線兩側(cè)擬合度較低;且相對(duì)的判別誤差會(huì)隨著計(jì)算時(shí)段的增加而逐漸積累，計(jì)算時(shí)間段越長(zhǎng)，誤差積累越大。

　　六、結(jié)束語(yǔ)

　　洪水是我國(guó)主要災(zāi)害之一，所以洪水調(diào)節(jié)在我國(guó)的防洪、調(diào)度等領(lǐng)域發(fā)揮著至關(guān)重要作用。本文具體介紹了基于X水庫(kù)的洪水調(diào)節(jié)軟件的編寫(xiě)原理與思路，以水庫(kù)X已有的的基本水文資料為依據(jù)，應(yīng)用水資源規(guī)劃及利用的理論和方法，根據(jù)不同頻率的洪水來(lái)水過(guò)程線，運(yùn)用計(jì)算機(jī)軟件，對(duì)水庫(kù)進(jìn)行調(diào)洪演算得到基本的調(diào)洪參數(shù)特征水位，特征庫(kù)容等，從而對(duì)調(diào)洪起到指導(dǎo)作用。

　　參考文獻(xiàn)：

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　　[2]王賀明. Visual Basic 程序設(shè)計(jì)教程.北京高等教育出版社[M]，2009：103-115

　　作者簡(jiǎn)介：

　　秦峰(1999年1月)男，漢，河南省輝縣市，本科生，研究方向：水利水電工程。

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