青山水庫洪水調節列表試算法

李昂+趙晉

摘要：本文主要通過VB6.0與Excel結合，在入庫洪水過程、下游允許下泄的最大流量、汛期防洪限制水位、泄洪建筑物的尺寸和型式均已知的條件下，用列表試算法推求下泄洪水過程線、攔蓄洪水的庫容和水庫水位的變化。全過程基于青山水庫完成。

關鍵詞：入庫流量；下泄流量；下泄洪水過程線；水位；庫容；

一、水庫概況及水文資料分析

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，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，兼顧發電、城鎮供水、航運、旅游、養殖等綜合利用的年調節水庫。水庫控制流域面積441平方公里。由于崇陽灌溉面積分布在。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107m，相應死庫容為1.39億m3。

由于水庫調洪規則為防洪與興利不能結合，即水庫起調水位即為設計蓄水位（117米）。當洪水來臨時，如入庫洪水流量小于溢洪道下泄能力時，則控制閘門開度，來多少泄多少；如入庫洪水流量大于閘門全開的溢洪道下泄能力時，則閘門全開自由泄流。水庫溢洪道為設有三孔弧形閘門的實用堰。每孔凈寬8米，溢洪道堰頂高程113米。所以首先可以確定起始庫水位Z限=117米，閘門全開時對應的下泄流量q=373m3/s。

計算時段Δt=6h=21600s

采用VB和Excel算法相結合的方式來計算無閘門控制下的下泄流量。先用VBA算法，擬合水位以下泄流量曲線、水位—庫容曲線、時刻—入庫流量曲線，并導出這三條曲線的參數以方便后面的計算。

二、列表試算法的原理及前期處理

洪水在水庫中行進時，水庫沿程的水位、流量、過水斷面、流速等均隨時間而變化，其流態屬于明渠非均勻流。列表試算法是在入庫洪水過程及下游允許水庫下泄的最大流量均為已知，防洪限制水位及泄洪建筑物的形式尺寸已知的條件下，推求下泄洪水過程線、攔蓄洪水的庫容和水庫水位的變化的方法。水庫調洪演算通常有兩種情況，一是溢洪道不設閘；二是溢洪道設閘。無閘門溢洪道或有閘但閘門全開的調洪是水庫調洪的基本方式，這種方式的水庫調洪演算，一般就是逐時段聯解式（1）和式（2）兩個方程

Δt*（Q1+Q2）/2-Δt（q1+q2）/2=ΔV （1）

水庫蓄洪方程：q=f（v） （2）

式中：Q1、Q2分別為計算時段初、末的入庫流量（m3/s）；q1、q2分別為計算時段初、末的下泄流量（m3/s）；V1、V2分別為計算時段初、末的蓄水量（m3）；△t為計算時段。

實際情況中，給定的來水過程往往是不同頻率所對應的入庫洪水過程線，計量單位通常有天、小時、分鐘等單位。用統計學的方法來統計得來一些洪水大小，采用適線法來得到洪水頻率線，再根據不同安全保證率來選擇洪水的大小，采用同倍比放大法或者同頻率放大法來放大典型洪水過程，最終得到不同頻率的入庫洪水過程線。

三、算法實現

在q=Q即下泄流量=入庫流量以前，水庫不蓄水，無需進行調洪計算。

（1）入庫洪水起算時刻的確定

時刻—入庫流量關系確定后，只需將Q=q=373帶入Q-t曲線中，即可確定起算時刻，算出時刻為11.13.

（2）下泄流量—時刻關系的確定

在Excel中，我們采用迭代法進行計算。q1=0入庫洪水時刻首先令q0=373（Z限對應的下泄流量），t1=（q0+q1）/2，（-1）*Δt=ΔV0，V1=V0+ΔV0再將V帶入水位—庫容曲線中，求出對應的Z值，之后帶入水庫水位—下泄流量的曲線中，算出對應的q2值，qt2=（q1+q2）/2，以此迭代，直到qn-qn-1<0.0001或n=1000（迭代1000次）時，輸出q，此時的q即為所求。在不同時刻分別迭代，可確定整個過程的下泄流量過程。并將各個下泄流量輸出到對應的cells中。

（3）水庫庫容計算

庫容增量=Δt*（Qn+Qn+1）/2，庫容減量=Δt*（qn+qn+1）/2，ΔV=V增-V減

Vn+1=Vn+ΔV

（4）水位計算

將各個q分別帶入Z-q關系曲線計算，即可確定所對應的z

（5）最大入庫流量Qmax、最大下泄流量qmax、最大水位Zmax、最大庫容Vmax的計算

當qmax出現，一定是Q=q的時候。若tn時刻，Q1>q1；而tn+1時刻，Q2

至此，下泄洪水過程線、攔蓄洪水庫容和水庫水位的變化都已確定。

四、結語

此算法介紹的是不用閘門或雖有閘門而閘門全開時的下泄流量q的調洪計算對于需要閘門控制的本算法并未涉及。

但是當入庫洪水過程、下游允許下泄的最大流量、汛期防洪限制水位、泄洪建筑物的尺寸和型式已知時，本算法的計算結果可操作性強，迭代解法每一步調整都以在一定時域內保持均勻出庫為原則，因此，能一次性輸出可操作性較好的最優解。當然本文的工作還是初步的，由于計算過程運用了近似擬合、迭代、插值等算法，所以所求洪水過程的精度還有待驗算。

參考文獻：

[1].顧圣平，田富強.水資源規劃及利用[M].水利工程出版社.2013.8

[2].張子賢.工程水文及水文計算[M].水利水電工程出版社.2008.3