王錳輝 吳佩澤

摘要：洪水是暴雨、急驟冰雪融化、風(fēng)暴潮和水庫(kù)潰壩等自然災(zāi)害或自然—人文因素引起的江河湖泊水量增加、水位上漲或海水侵襲淹沒(méi)部分土地的現(xiàn)象。洪水分為暴雨洪水、風(fēng)暴潮洪水、融冰融雪型洪水、冰凌型洪水。在我國(guó)，暴雨洪水發(fā)生最為頻繁，影響范圍最廣，危害最嚴(yán)重;風(fēng)暴潮洪水發(fā)生在近海地區(qū);融雪洪水主要出現(xiàn)在西北高寒山區(qū);冰凌型洪水主要出現(xiàn)在東北、西北、華北地區(qū)。洪澇災(zāi)害對(duì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展，自然生態(tài)環(huán)境，國(guó)家事務(wù)以及社會(huì)生活多方面產(chǎn)生了不利影響。利用水庫(kù)進(jìn)行調(diào)洪是解決洪水的一種重要方法。水庫(kù)調(diào)洪計(jì)算的常用方法有列表試算法和半圖解法。本文以青山水庫(kù)調(diào)洪計(jì)算為例，根據(jù)入庫(kù)洪水過(guò)程線、水位庫(kù)容關(guān)系、水庫(kù)下泄流量的關(guān)系，求出特征水位和相應(yīng)庫(kù)容，并畫出入庫(kù)洪水過(guò)程線、下泄洪水過(guò)程線、水庫(kù)庫(kù)容過(guò)程線。

關(guān)鍵詞：青山水庫(kù);洪水調(diào)節(jié);試算法

一、湖北崇陽(yáng)青山水庫(kù)概況

湖北省崇陽(yáng)縣青山水庫(kù)位于崇陽(yáng)縣城西南10公里處的青山鎮(zhèn)，陸水支流青山河上。水庫(kù)于1967年底動(dòng)工興建，1973年基本建成。水庫(kù)工程等別為Ⅱ等，永久性主要建筑物級(jí)別為2級(jí)，次要建筑物級(jí)別為3級(jí)。青山水庫(kù)由主壩、東副壩、西副壩、溢洪道、引水放空隧洞、東、西輸水隧洞以及電站等建筑物組成，主壩為黏土心墻代料壩。青山水庫(kù)是一座以防洪、灌溉，發(fā)電、城鎮(zhèn)供水、航運(yùn)、旅游、養(yǎng)殖等多功能綜合利用的年調(diào)節(jié)水庫(kù)。水庫(kù)控制流域面積441平方公里。由于崇陽(yáng)灌溉面積分布在105m高程以下，為滿足自流灌溉要求，確定死水位為107m，相應(yīng)死庫(kù)容為1.39億m3。流域植被良好，泥沙極少，此高程可以滿足淤積和航運(yùn)要求。

二、水文資料整理與分析

（一）入庫(kù)洪水過(guò)程線

青山水庫(kù)百年一遇洪水過(guò)程線，如下表1所示：

（二）青山水庫(kù)水位-容積關(guān)系曲線

青山水庫(kù)水位-容積關(guān)系容積如下表2所示：

為了使得計(jì)算軟件更具有通用性，我們決定利用VB進(jìn)行編程，使之能根據(jù)已有的數(shù)據(jù)進(jìn)行繪制圖形并進(jìn)行擬合。只要將相應(yīng)數(shù)據(jù)做成.text格式并保存到指定位置，依次點(diǎn)擊導(dǎo)入數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)擬合。因此，青山水庫(kù)水位—容積方程為：

（三）下泄能力曲線

青山水庫(kù)溢洪道下泄能力曲線表如下表3所示：

（四）計(jì)算基本原理

由于防洪與興利不能結(jié)合，我們確定水庫(kù)起調(diào)水位即為設(shè)計(jì)蓄水位（117米）。當(dāng)洪水來(lái)臨時(shí)，如果入庫(kù)洪水流量小于溢洪道下泄能力，則控制閘門開度，使來(lái)水量與泄水量相同;如果入庫(kù)洪水流量大于閘門全開的溢洪道下能力時(shí)，則完全打開閘門，進(jìn)行自由謝流。當(dāng)堰頂水頭為4米，下泄流量為373米3/秒時(shí)，水庫(kù)開始調(diào)洪，故選擇調(diào)洪起始時(shí)間為為12時(shí)，時(shí)間間隔為6時(shí)進(jìn)行計(jì)算。若要求出青山水庫(kù)的特征水位和特征庫(kù)容，就必須得知水庫(kù)庫(kù)容過(guò)程線與下泄流量-水位關(guān)系曲線及其方程然后通過(guò)列表試算法，選定12時(shí)為初時(shí)刻，時(shí)間間隔為6h，我們選定初始時(shí)刻為12時(shí)，并通過(guò)資料確定了12時(shí)的下泄流量、庫(kù)容等值，入庫(kù)流量以及時(shí)段初的庫(kù)容、下泄流量已知，先假定一個(gè)時(shí)段末的水位，因而得知時(shí)段末的下泄流量，利用式Q1+Q22Δt-q1+q22Δt=V2-V1求出時(shí)段末的庫(kù)容Q2，與假定水位對(duì)應(yīng)的利用庫(kù)容水位關(guān)系式求出的庫(kù)容Q2比較，若|（Q2-Q2）/Q2|<0.05，則假設(shè)水位即為正確的時(shí)段末水位，若不滿足|（Q2-Q2）/Q2|<005，則重新假定，直到滿足為止。

（五）列表試算法方法

列表試算法計(jì)算方法如下：

（1）根據(jù)水庫(kù)水位容積關(guān)系以及泄洪建筑物方案，求出下泄流量與庫(kù)容的關(guān)系曲線q=f（v）。

（2）選擇較為恰當(dāng)?shù)挠?jì)算時(shí)間段，單位為秒。

（3）確定計(jì)算的起始時(shí)刻和此時(shí)刻的庫(kù)容（V1）和下泄流量（q1）值，然后進(jìn)行列表計(jì)算，計(jì)算時(shí)，對(duì)每一計(jì)算時(shí)段的庫(kù)容（V2）、下泄流量（q2）值都要進(jìn)行試算。

（4）計(jì)算完成后，將最終的計(jì)算結(jié)果繪制成曲線圖，以方便之后的調(diào)查與研究。在計(jì)算時(shí)，每一時(shí)段的來(lái)水量（Q1、Q2），下泄流量（q1）、水庫(kù)庫(kù)容（V1）均為已知。先假定一個(gè)q2值，通過(guò)水量平衡方程，計(jì)算出V2值。然后根據(jù)V2的值在曲線q=f（v）上查出q2的值，將其與假定的q2值相比較。若兩q2值不相等，則要重新假定一個(gè)q2值，重復(fù)上述試算過(guò)程，直至兩者相近或結(jié)果符合誤差。這樣多次演算求得的q2、V2值就是下一時(shí)段的V1、q1值，可依據(jù)此值進(jìn)行下一時(shí)段的試算。逐時(shí)段依次試算，最終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。我們小組采用的調(diào)洪計(jì)算方法和上面所述步驟有一點(diǎn)不同，但原理都是一樣的。上述步驟是通過(guò)比較下泄流量來(lái)進(jìn)行循環(huán)計(jì)算，而我們小組則是通過(guò)比較庫(kù)容來(lái)進(jìn)行循環(huán)計(jì)算，對(duì)任意，假設(shè)V2代入水量平衡方程中算出q2，再根據(jù)算出的q2查下泄流量和庫(kù)容的關(guān)系曲線得出另一個(gè)V2，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)計(jì)算直到滿足要求為止。

（六）特征水位及特征庫(kù)容的確定

根據(jù)程序計(jì)算的輸出結(jié)果，對(duì)應(yīng)的出現(xiàn)的最高水位就是相應(yīng)頻率的特征水位，該水位對(duì)應(yīng)的庫(kù)容就是相應(yīng)的特征庫(kù)容。

三、青山水庫(kù)洪水調(diào)節(jié)計(jì)算軟件開發(fā)及說(shuō)明

（一）軟件使用步驟

（1）打開軟件，進(jìn)入登錄界面。

（2）輸入用戶名和密碼，進(jìn)入數(shù)據(jù)采集界面。

依次點(diǎn)擊導(dǎo)入數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)擬合，得出相應(yīng)曲線和方程，接著點(diǎn)擊擬合q-Z圖像，得出相應(yīng)曲線和方程。由于上文已具體介紹此界面，故不再贅述。

（3）進(jìn)入試算界面之后，先輸入防洪限制水位并確定時(shí)間參數(shù)后，點(diǎn)擊計(jì)算，得到計(jì)算表和最大下泄流量與最大庫(kù)容。

（4）點(diǎn)擊繪圖，繪出入庫(kù)洪水過(guò)程線與下泄流量過(guò)程線以及水庫(kù)水位過(guò)程線。

（二）關(guān)于試算部分的說(shuō)明

由于自己主要進(jìn)行試算部分的編程，故對(duì)試算部分進(jìn)行說(shuō)明。試算部分是整個(gè)軟件的核心內(nèi)容，需要理解列表試算法的基本原理才可以進(jìn)行編程?？紤]到界面的美觀性，采用在程序中繪制表格的方式，雖然會(huì)有些限制，但暫時(shí)也沒(méi)有其他比較好的解決方法。表格的時(shí)間參數(shù)的輸入運(yùn)用Inputbox函數(shù)，這樣在時(shí)間變化時(shí)也可以較好的進(jìn)行計(jì)算。表格的數(shù)據(jù)則采用數(shù)組和Do Loop循環(huán)的綜合使用，并能根據(jù)預(yù)先輸入的防洪限制水位來(lái)進(jìn)行計(jì)算，極大地提高了軟件的通用性。

四、結(jié)語(yǔ)

在軟件設(shè)計(jì)中，我們合理分工，互相協(xié)調(diào)，共同完成了此次設(shè)計(jì)的全部?jī)?nèi)容。本人作為組長(zhǎng)主要對(duì)隊(duì)組內(nèi)人員進(jìn)行分工和進(jìn)行列表試算過(guò)程程序語(yǔ)言的編寫與調(diào)試等。在所有的工作中遇到的最大困難出現(xiàn)在程序語(yǔ)言編寫與調(diào)試的過(guò)程，由于對(duì)程序語(yǔ)言的生疏以及對(duì)邏輯關(guān)系把握不好，因此在調(diào)試過(guò)程中不斷出現(xiàn)錯(cuò)誤，但經(jīng)過(guò)多次查閱相關(guān)書籍以及請(qǐng)教他人最終得到了正確的運(yùn)算結(jié)果。課程設(shè)計(jì)的過(guò)程雖然很辛苦，但我們小組配合融洽，共同努力完成了任務(wù)，團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力也得到了很好的鍛煉。通過(guò)此次設(shè)計(jì)提高了個(gè)人的編程能力，感受頗深。因?yàn)橹R(shí)和能力的有限，所做出的設(shè)計(jì)或許存在許多缺點(diǎn)和不足，請(qǐng)多多指正。

參考文獻(xiàn)：

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