青山水库洪水调节列表试算法

李昂+赵晋

摘要：本文主要通过VB6.0与Excel结合，在入库洪水过程、下游允许下泄的最大流量、汛期防洪限制水位、泄洪建筑物的尺寸和型式均已知的条件下，用列表试算法推求下泄洪水过程线、拦蓄洪水的库容和水库水位的变化。全过程基于青山水库完成。

关键词：入库流量；下泄流量；下泄洪水过程线；水位；库容；

一、水库概况及水文资料分析

湖北省崇阳县青山水库位于崇阳县城西南10公里处的青山镇，陆水支流青山河上。水库于1967年底动工兴建，1973年基本建成。水库工程等别为Ⅱ等，永久性主要建筑物级别为2级，兼顾发电、城镇供水、航运、旅游、养殖等综合利用的年调节水库。水库控制流域面积441平方公里。由于崇阳灌溉面积分布在。由于崇阳灌溉面积分布在105m高程以下，为满足自流灌溉要求确定死水位107m，相应死库容为1.39亿m3。

由于水库调洪规则为防洪与兴利不能结合，即水库起调水位即为设计蓄水位（117米）。当洪水来临时，如入库洪水流量小于溢洪道下泄能力时，则控制闸门开度，来多少泄多少；如入库洪水流量大于闸门全开的溢洪道下泄能力时，则闸门全开自由泄流。水库溢洪道为设有三孔弧形闸门的实用堰。每孔净宽8米，溢洪道堰顶高程113米。所以首先可以确定起始库水位Z限=117米，闸门全开时对应的下泄流量q=373m3/s。

计算时段Δt=6h=21600s

采用VB和Excel算法相结合的方式来计算无闸门控制下的下泄流量。先用VBA算法，拟合水位以下泄流量曲线、水位—库容曲线、时刻—入库流量曲线，并导出这三条曲线的参数以方便后面的计算。

二、列表试算法的原理及前期处理

洪水在水库中行进时，水库沿程的水位、流量、过水断面、流速等均随时间而变化，其流态属于明渠非均匀流。列表试算法是在入库洪水过程及下游允许水库下泄的最大流量均为已知，防洪限制水位及泄洪建筑物的形式尺寸已知的条件下，推求下泄洪水过程线、拦蓄洪水的库容和水库水位的变化的方法。水库调洪演算通常有两种情况，一是溢洪道不设闸；二是溢洪道设闸。无闸门溢洪道或有闸但闸门全开的调洪是水库调洪的基本方式，这种方式的水库调洪演算，一般就是逐时段联解式（1）和式（2）两个方程

Δt*（Q1+Q2）/2-Δt（q1+q2）/2=ΔV （1）

水库蓄洪方程：q=f（v） （2）

式中：Q1、Q2分别为计算时段初、末的入库流量（m3/s）；q1、q2分别为计算时段初、末的下泄流量（m3/s）；V1、V2分别为计算时段初、末的蓄水量（m3）；△t为计算时段。

实际情况中，给定的来水过程往往是不同频率所对应的入库洪水过程线，计量单位通常有天、小时、分钟等单位。用统计学的方法来统计得来一些洪水大小，采用适线法来得到洪水频率线，再根据不同安全保证率来选择洪水的大小，采用同倍比放大法或者同频率放大法来放大典型洪水过程，最终得到不同频率的入库洪水过程线。

三、算法实现

在q=Q即下泄流量=入库流量以前，水库不蓄水，无需进行调洪计算。

（1）入库洪水起算时刻的确定

时刻—入库流量关系确定后，只需将Q=q=373带入Q-t曲线中，即可确定起算时刻，算出时刻为11.13.

（2）下泄流量—时刻关系的确定

在Excel中，我们采用迭代法进行计算。q1=0入库洪水时刻首先令q0=373（Z限对应的下泄流量），t1=（q0+q1）/2，（-1）*Δt=ΔV0，V1=V0+ΔV0再将V带入水位—库容曲线中，求出对应的Z值，之后带入水库水位—下泄流量的曲线中，算出对应的q2值，qt2=（q1+q2）/2，以此迭代，直到qn-qn-1<0.0001或n=1000（迭代1000次）时，输出q，此时的q即为所求。在不同时刻分别迭代，可确定整个过程的下泄流量过程。并将各个下泄流量输出到对应的cells中。

（3）水库库容计算

库容增量=Δt*（Qn+Qn+1）/2，库容减量=Δt*（qn+qn+1）/2，ΔV=V增-V减

Vn+1=Vn+ΔV

（4）水位计算

将各个q分别带入Z-q关系曲线计算，即可确定所对应的z

（5）最大入库流量Qmax、最大下泄流量qmax、最大水位Zmax、最大库容Vmax的计算

当qmax出现，一定是Q=q的时候。若tn时刻，Q1>q1；而tn+1时刻，Q2

至此，下泄洪水过程线、拦蓄洪水库容和水库水位的变化都已确定。

四、结语

此算法介绍的是不用闸门或虽有闸门而闸门全开时的下泄流量q的调洪计算对于需要闸门控制的本算法并未涉及。

但是当入库洪水过程、下游允许下泄的最大流量、汛期防洪限制水位、泄洪建筑物的尺寸和型式已知时，本算法的计算结果可操作性强，迭代解法每一步调整都以在一定时域内保持均匀出库为原则，因此，能一次性输出可操作性较好的最优解。当然本文的工作还是初步的，由于计算过程运用了近似拟合、迭代、插值等算法，所以所求洪水过程的精度还有待验算。

参考文献：

[1].顾圣平，田富强.水资源规划及利用[M].水利工程出版社.2013.8

[2].张子贤.工程水文及水文计算[M].水利水电工程出版社.2008.3