青山水庫洪水調(diào)節(jié)計算與分析

王錳輝 吳佩澤

摘要：洪水是暴雨、急驟冰雪融化、風暴潮和水庫潰壩等自然災害或自然—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部分土地的現(xiàn)象。洪水分為暴雨洪水、風暴潮洪水、融冰融雪型洪水、冰凌型洪水。在我國，暴雨洪水發(fā)生最為頻繁，影響范圍最廣，危害最嚴重;風暴潮洪水發(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)。洪澇災害對經(jīng)濟發(fā)展，自然生態(tài)環(huán)境，國家事務以及社會生活多方面產(chǎn)生了不利影響。利用水庫進行調(diào)洪是解決洪水的一種重要方法。水庫調(diào)洪計算的常用方法有列表試算法和半圖解法。本文以青山水庫調(diào)洪計算為例，根據(jù)入庫洪水過程線、水位庫容關(guān)系、水庫下泄流量的關(guān)系，求出特征水位和相應庫容，并畫出入庫洪水過程線、下泄洪水過程線、水庫庫容過程線。

關(guān)鍵詞：青山水庫;洪水調(diào)節(jié);試算法

一、湖北崇陽青山水庫概況

湖北省崇陽縣青山水庫位于崇陽縣城西南10公里處的青山鎮(zhèn)，陸水支流青山河上。水庫于1967年底動工興建，1973年基本建成。水庫工程等別為Ⅱ等，永久性主要建筑物級別為2級，次要建筑物級別為3級。青山水庫由主壩、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。青山水庫是一座以防洪、灌溉，發(fā)電、城鎮(zhèn)供水、航運、旅游、養(yǎng)殖等多功能綜合利用的年調(diào)節(jié)水庫。水庫控制流域面積441平方公里。由于崇陽灌溉面積分布在105m高程以下，為滿足自流灌溉要求，確定死水位為107m，相應死庫容為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要求。

二、水文資料整理與分析

（一）入庫洪水過程線

青山水庫百年一遇洪水過程線，如下表1所示：

（二）青山水庫水位-容積關(guān)系曲線

青山水庫水位-容積關(guān)系容積如下表2所示：

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

（三）下泄能力曲線

青山水庫溢洪道下泄能力曲線表如下表3所示：

（四）計算基本原理

由于防洪與興利不能結(jié)合，我們確定水庫起調(diào)水位即為設計蓄水位（117米）。當洪水來臨時，如果入庫洪水流量小于溢洪道下泄能力，則控制閘門開度，使來水量與泄水量相同;如果入庫洪水流量大于閘門全開的溢洪道下能力時，則完全打開閘門，進行自由謝流。當堰頂水頭為4米，下泄流量為373米3/秒時，水庫開始調(diào)洪，故選擇調(diào)洪起始時間為為12時，時間間隔為6時進行計算。若要求出青山水庫的特征水位和特征庫容，就必須得知水庫庫容過程線與下泄流量-水位關(guān)系曲線及其方程然后通過列表試算法，選定12時為初時刻，時間間隔為6h，我們選定初始時刻為12時，并通過資料確定了12時的下泄流量、庫容等值，入庫流量以及時段初的庫容、下泄流量已知，先假定一個時段末的水位，因而得知時段末的下泄流量，利用式Q1+Q22Δt-q1+q22Δt=V2-V1求出時段末的庫容Q2，與假定水位對應的利用庫容水位關(guān)系式求出的庫容Q2比較，若|（Q2-Q2）/Q2|<0.05，則假設水位即為正確的時段末水位，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

列表試算法計算方法如下：

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

（2）選擇較為恰當?shù)挠嬎銜r間段，單位為秒。

（3）確定計算的起始時刻和此時刻的庫容（V1）和下泄流量（q1）值，然后進行列表計算，計算時，對每一計算時段的庫容（V2）、下泄流量（q2）值都要進行試算。

（4）計算完成后，將最終的計算結(jié)果繪制成曲線圖，以方便之后的調(diào)查與研究。在計算時，每一時段的來水量（Q1、Q2），下泄流量（q1）、水庫庫容（V1）均為已知。先假定一個q2值，通過水量平衡方程，計算出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q2值，重復上述試算過程，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值就是下一時段的V1、q1值，可依據(jù)此值進行下一時段的試算。逐時段依次試算，最終得出的最高水位便為所要求解的特征水位，其對應的庫容便是特征庫容。我們小組采用的調(diào)洪計算方法和上面所述步驟有一點不同，但原理都是一樣的。上述步驟是通過比較下泄流量來進行循環(huán)計算，而我們小組則是通過比較庫容來進行循環(huán)計算，對任意，假設V2代入水量平衡方程中算出q2，再根據(jù)算出的q2查下泄流量和庫容的關(guān)系曲線得出另一個V2，若兩者相等或誤差在允許范圍內(nèi)，則假設正確，否則應重新假設計算直到滿足要求為止。

（六）特征水位及特征庫容的確定

根據(jù)程序計算的輸出結(jié)果，對應的出現(xiàn)的最高水位就是相應頻率的特征水位，該水位對應的庫容就是相應的特征庫容。

三、青山水庫洪水調(diào)節(jié)計算軟件開發(fā)及說明

（一）軟件使用步驟

（1）打開軟件，進入登錄界面。

（2）輸入用戶名和密碼，進入數(shù)據(jù)采集界面。

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

（3）進入試算界面之后，先輸入防洪限制水位并確定時間參數(shù)后，點擊計算，得到計算表和最大下泄流量與最大庫容。

（4）點擊繪圖，繪出入庫洪水過程線與下泄流量過程線以及水庫水位過程線。

（二）關(guān)于試算部分的說明

由于自己主要進行試算部分的編程，故對試算部分進行說明。試算部分是整個軟件的核心內(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，雖然會有些限制，但暫時也沒有其他比較好的解決方法。表格的時間參數(shù)的輸入運用Inputbox函數(shù)，這樣在時間變化時也可以較好的進行計算。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)預先輸入的防洪限制水位來進行計算，極大地提高了軟件的通用性。

四、結(jié)語

在軟件設計中，我們合理分工，互相協(xié)調(diào)，共同完成了此次設計的全部內(nèi)容。本人作為組長主要對隊組內(nèi)人員進行分工和進行列表試算過程程序語言的編寫與調(diào)試等。在所有的工作中遇到的最大困難出現(xiàn)在程序語言編寫與調(diào)試的過程，由于對程序語言的生疏以及對邏輯關(guān)系把握不好，因此在調(diào)試過程中不斷出現(xiàn)錯誤，但經(jīng)過多次查閱相關(guān)書籍以及請教他人最終得到了正確的運算結(jié)果。課程設計的過程雖然很辛苦，但我們小組配合融洽，共同努力完成了任務，團隊協(xié)作能力也得到了很好的鍛煉。通過此次設計提高了個人的編程能力，感受頗深。因為知識和能力的有限，所做出的設計或許存在許多缺點和不足，請多多指正。

參考文獻：

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