列表試算法的運(yùn)用和前期處理

作者簡(jiǎn)介：李瀾（1994--），女，山西芮城縣人，鄭州大學(xué)水利與環(huán)境學(xué)院2011級(jí)本科生

摘要：洪水的到來(lái)會(huì)影響經(jīng)濟(jì)發(fā)展，破壞自然生態(tài)環(huán)境。將洪水?dāng)r蓄在水庫(kù)里無(wú)疑對(duì)災(zāi)害的減緩有重要的作用。在計(jì)算防洪水位時(shí)，我們會(huì)用到列表試算法。列表試算法的具體過(guò)程是怎樣的？最開(kāi)始時(shí)水文數(shù)據(jù)又該如何設(shè)定？

關(guān)鍵詞：列表試算法；天然來(lái)水；防洪水位

洪水是水量增加而造成自然災(zāi)害的現(xiàn)象。為了防洪，我們常常修建水庫(kù)用于攔蓄洪水。水庫(kù)的防洪庫(kù)容的確定有很多種方法，其中列表試算法最為簡(jiǎn)單，也最容易被理解。

列表試算法[1]是根據(jù)不同的來(lái)水過(guò)程來(lái)求解相應(yīng)的不同的防洪水位的方法。它屬于靜庫(kù)容法，基本原理是根據(jù)給定的天然來(lái)水過(guò)程和某一特定水庫(kù)所特有的水位容積特征曲線(xiàn)V=f（z）、水位下泄流量曲線(xiàn)q=f（z），假設(shè)下一時(shí)段的水位，用有關(guān)公式算出對(duì)應(yīng)水位再查表校核。舉例來(lái)說(shuō)，給定的天然來(lái)水過(guò)程為每3個(gè)小時(shí)給定一入庫(kù)流量。水庫(kù)所特有的水位容積特征曲線(xiàn)V=f（z）、水位下泄流量曲線(xiàn)q=f（z）均已知。我們首先確定計(jì)算時(shí)段為3小時(shí)（因?yàn)槊?個(gè)小時(shí)給定一入庫(kù)流量）。假設(shè)第18小時(shí)的流量Q、水位z、庫(kù)容V、下泄流量q均已通過(guò)列表試算法從前面遞推出來(lái)，現(xiàn)在我們要用第18小時(shí)的數(shù)據(jù)來(lái)遞推第21小時(shí)的數(shù)據(jù)。顯而易見(jiàn)，第21小時(shí)的數(shù)據(jù)中，只有流量Q是已知的。我們假定這一時(shí)刻的水位z為某一數(shù)值，用水位容積特征曲線(xiàn)V=f（z）查出這個(gè)水位所對(duì)應(yīng)的庫(kù)容V和用水位下泄流量曲線(xiàn)q=f（z）來(lái)查出這個(gè)水位所對(duì)應(yīng)的下泄流量q。在18小時(shí)到21小時(shí)之內(nèi)的這3個(gè)小時(shí)內(nèi)，增加的庫(kù)容△V=1/2Q △t-1/2q △t，其中Q和q為18小時(shí)和21小時(shí)這兩個(gè)時(shí)間點(diǎn)的對(duì)應(yīng)Q（或q）的平均值。用V+△V得到21小時(shí)時(shí)水位V，再返回來(lái)用水位容積特征曲線(xiàn)V=f（z）查出這個(gè)庫(kù)容所對(duì)應(yīng)的水位z和用水位下泄流量曲線(xiàn)q=f（z）來(lái)查出這個(gè)水位所對(duì)應(yīng)的下泄流量q。如果之前假設(shè)的水位z正確，則這時(shí)在圖表上查出來(lái)的水位應(yīng)該與之前假設(shè)的相同。當(dāng)然，允許其有一定的精度誤差。如果查出來(lái)的水位z>假設(shè)的水位z，說(shuō)明假設(shè)的水位偏低，下次假設(shè)應(yīng)該在上次假設(shè)的基礎(chǔ)上再高一些。反之，如果查出來(lái)的水位z<假設(shè)的水位z，說(shuō)明假設(shè)的水位偏高，下次假設(shè)應(yīng)該在上次假設(shè)的基礎(chǔ)上再低一些。就這樣，多次進(jìn)行計(jì)算可以計(jì)算出符合精度要求的第21小時(shí)的水文數(shù)據(jù)。以此類(lèi)推，用第21小時(shí)的水文數(shù)據(jù)可以遞推出第24小時(shí)的水文數(shù)據(jù)，用第24小時(shí)的水文數(shù)據(jù)可以遞推出第27小時(shí)的水文數(shù)據(jù)……只要第3i個(gè)小時(shí)的來(lái)水過(guò)程已知，且水位一直在水庫(kù)的水位范圍內(nèi)，我們就可以一直推算以后的來(lái)水過(guò)程。

我們來(lái)說(shuō)一說(shuō)這個(gè)方法的前期處理。在這個(gè)方法中，需要注意的是第0個(gè)計(jì)量單位的水文數(shù)據(jù)。就好像多米諾骨牌的倒塌總需要第一塊牌，同樣，第0個(gè)計(jì)量單位的水文數(shù)據(jù)是所有計(jì)量單位數(shù)據(jù)的第一步。實(shí)際情況中，給定的來(lái)水過(guò)程往往是不同頻率所對(duì)應(yīng)的入庫(kù)洪水過(guò)程線(xiàn)，計(jì)量單位通常有天、小時(shí)、分鐘等單位。這些入庫(kù)洪水過(guò)程線(xiàn)是怎么得來(lái)的呢？我們知道自然界的規(guī)律錯(cuò)綜復(fù)雜，我們用統(tǒng)計(jì)學(xué)的辦法來(lái)統(tǒng)計(jì)得來(lái)一些洪水大小，采用適線(xiàn)法來(lái)得到洪水頻率線(xiàn)，再根據(jù)不同安全保證率來(lái)選擇洪水的大小，采用同倍比放大法或者同頻率放大法[2]來(lái)放大典型洪水過(guò)程，最終得到不同頻率的入庫(kù)洪水過(guò)程線(xiàn)。以100天的某一頻率對(duì)應(yīng)的入庫(kù)洪水過(guò)程為例。第0天時(shí)，理論上講洪水還沒(méi)有到來(lái)，也就是說(shuō)這個(gè)時(shí)候還沒(méi)有洪水過(guò)程。那么我們的入庫(kù)流量Q如何取呢？下泄流量q又如何取呢？在計(jì)算時(shí)，列表試算法本身是一種靜庫(kù)容法，只考慮壩前水位水平面以下的庫(kù)容對(duì)洪水所進(jìn)行的調(diào)節(jié)。我們可以試想，絕大多數(shù)情況下，水庫(kù)都是風(fēng)平浪靜的，沒(méi)有來(lái)水，也沒(méi)有去水。這時(shí)的入庫(kù)流量Q和下泄流量q都為顯然都為0。有時(shí)為了保持水庫(kù)的興利作用，同時(shí)也預(yù)備防洪，來(lái)多少水去多少水，整體水位相對(duì)不變，這時(shí)的入庫(kù)流量Q和下泄流量q都需要具體測(cè)定。（但是水庫(kù)的總體庫(kù)容很大，一般來(lái)說(shuō)不會(huì)影響后面的計(jì)算結(jié)果，影響實(shí)在是太小了）還有一種特殊的情況，比如說(shuō)某水庫(kù)工作人員被提前告知汛情，他及時(shí)將水庫(kù)的水位由正常蓄水位下降到防洪限制水位。這時(shí)，可能天然有來(lái)水，或者沒(méi)有來(lái)水。下泄流量q可能達(dá)到最大下泄流量限值，也可能沒(méi)有。這時(shí)的具體入庫(kù)流量Q和下泄流量q也需要具體測(cè)定。還有第0天的水位如何？最簡(jiǎn)單直觀的方法就是直接測(cè)定。但是一般來(lái)說(shuō)，我們把水庫(kù)的水位保持在正常蓄水位。（在正常年份正常情況下）除非極個(gè)別情況會(huì)下降到死水位，或者說(shuō)已知汛情會(huì)保持在防洪限制水位。有了水位，當(dāng)然可以根據(jù)水位容積特征曲線(xiàn)V=f（z）來(lái)查出第0時(shí)所對(duì)應(yīng)的庫(kù)容V了。

參考文獻(xiàn)：

[1].顧圣平，田富強(qiáng)，徐得潛.水資源規(guī)劃及利用[M]. 水利水電工程出版社.2013.8

[2].張子賢.工程水文及水文計(jì)算 [M].水利水電工程出版社.2008.3endprint