用迭代法编程计算跌水消力池参数的探讨

叶晓东 戴康程 尹 华 李 江 黄金军

（常州市水利规划设计院，江苏 常州 213001）

1 消力池的水力计算

跌水是明渠工程中将渠底高程的落差适当集中，在落差集中处修建的最常见的落差建筑物，是供水、排水、退水、排洪等水工程的重要组成部分。由于跌水是在落差集中处修建的，所以在此处上游水流必将会对跌水的下游段渠道产生强烈的冲刷。为此必需修建消力池，从而可利用在消力池中形成的强迫水跃来充分消耗下泄水流所挟带的能量，以减轻对下游渠道的冲刷危害。

根据上下游衔接的具体情况，跌水消力池可采用不同的形式，如：矩形、梯形、复式断面等。横断面为矩形的称矩形消力池，是最常用的形式，笔者主要论述此种消力池的水力计算，梯形及复式断面消力池等一般情况下可参照矩形消力池的计算方法进行。

计算跌水矩形消力池的深度及长度，先要算得跃前水深h1。根据《跌水与陡坡》［1］中消力池的水力计算，可按（1）式计算：

由于该公式等号右边也有需计算求得的变量h1，所以导致跃前水深h1只能用试算的方法计算得到，故笔者推荐用迭代法计算跃前水深h1。

2 用迭代法计算跃前水深

迭代法也称辗转法，是一种不断用变量的旧值递推新值的过程，是用计算机解决问题的一种基本方法。利用计算机运算速度快、适合做重复性操作的特点，让计算机重复执行一组指令（或一定步骤），在每次执行这组指令（或步骤）时，都从变量的原值推出它的一个新值。

用迭代法计算，需以下三个步骤：

（1）确定迭代变量

在可用迭代法解决的问题中，至少存在一个直接或间接地不断由旧值递推出新值的变量，这个变量就是迭代变量。本处的迭代变量是跃前水深h1。

（2）建立迭代计算式

迭代计算式，是指如何从变量的前一个值推出其下一个值的公式。迭代计算式是解决迭代问题的关键，本处迭代计算可按（2）式计算：

为节省篇幅，（2）式仅列出迭代三次的计算式，具体迭代次数应根据实际计算中变量h1的收敛情况确定。

（3）控制迭代过程

控制通常分为两种情况：一是所需的迭代次数是个定值，可以计算出来；二是所需的迭代次数无法确定。对于第一种情况，可建一个固定次数的循环来控制；而对第二种情况，需进一步分析出结束迭代过程的条件，如：设定变量的前一个值与其迭代算出的后一个值间的差远小于变量可容许的误差范围。

本处为后一种情况，可设定跃前水深h1计算容许误差为1 mm，足以满足设计要求。

用迭代法计算出跃前水深h1后，即可根据《跌水与陡坡》［1］中消力池的水力计算各步骤，按有关公式计算出消力池深及池长，用VB 进行编程。

3 VB6.0 程序代码

用InputBox 函数（或文本框）输入上游渠道水深h上、跌差P、下游渠道水深h下等，按计算命令按纽，程序即以MsgBox 语句依次显示跃前水深h1、消力池深d、消力池长L 等，完成计算。程序源代码如下：

4 计算实例

某一渠道跌水，其上游渠道水深h上=1.1 m，上游渠道断面平均流速V上=1.473 m/s，跌差P=1.5 m，下游渠道水深h下=0.65 m，单宽流量q=1.62 m3/（s·m）。试计算该处应设置的消力池深度及长度。

启动计算程序：在电脑屏幕跳出的对话框内按文字提示输入h上、P、h下等数值后，屏幕即依次显示跃前水深h1=0.23 m、消力池深d=0.59 m、消力池长L=4.53 m，池后无衬砌时应铺护砌段长L3=1.95～2.60 m。

完成计算。

5 结论

用迭代法编程来计算跌水矩形消力池可行，其计算结果与有关资料相符、可靠。

［1］陈德亮，刘韩生，等.跌水与陡坡［M］.中国水利水电出版社，2004.

［2］李炜.水力计算手册［M］.中国水利水电出版社，2006.

［3］郭圣路，等.Visual Basic6.0（中文版）从入门到精通［M］.电子工业出版社，2008.