基于VB语言的调洪演算计算程序的开发与应用*

张树茂

（矿冶科技集团有限公司）

金属和非金属矿山开采出的矿石经过选矿后产生的尾矿需排放至尾矿库进行堆存。随着矿产资源的开发，尾矿库的堆坝高度越来越高，汇水面积越来越大，尾矿库继而形成了一个高位泥石流危险源，尤其是在雨季，库区水位上涨，如果不能满足调洪演算的要求，尾矿库将面临诸多风险，甚至引发溃坝［1-3］。因此，对尾矿库开展洪水计算及调洪演算至关重要，而传统算法计算时间较长，精度相对较低。为此，本文采用Visual Basic语言［4］，自主开发了一套简单实用的调洪演算计算程序，利用曲线插值、反复迭代的算法，实现了洪峰计算、洪水过程线推算、小流域、h差精细调洪演算的功能，且应用前景广阔。

1 计算原理介绍

1.1 洪水设防标准

根据《尾矿设施设计规范》（GB50863—2013）［5］的规定，尾矿库防洪标准见表1。

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1.2 洪水计算

该程序洪峰流量采用概化推理公式计算，即

式中，Qp为设计频率p的洪峰流量，m3/s；Sp为频率为p的暴雨雨量，mm；F为坝址以上的汇水面积，km2；L为由坝址至分水岭的主河槽长度，km；m为汇流参数；J为主河槽的平均坡降；μ为产流历时内流域平均入渗率，mm/h；A、B、C、D为最大洪峰流量计算指数；τ为流域汇流历时，h；n为暴雨递减指数（当τ≤1时，n=n1；当τ＞1时，n=n2）。

洪水总量按下式进行计算

式中，W24p为历时24 h频率p的洪水总量，m3；a24p为与历时24 h相对应的洪峰径流系数；H24p为历时24 h频率p的降雨量，mm；F为流域汇流面积，km2。

1.3 洪水过程线推算

小流域的设计洪水过程线多简化为某种形式［6］，常用的有三角形概化过程线和五点概化过程线。三角形概化过程线计算简便，但洪峰过分集中可能脱离实际情况。该程序采用五点概化过程线进行推算，计算原理见图1。

计算公式如下：

式中，tA为主峰概化过程线的起点时程坐标；tF、to、tG分别为Qa、Qp、Qb的时程坐标；tB为主峰概化过程线的终点时程坐标；Ka、Kb、KT、Kw为过程线的形状特征系数。

1.4 泄流能力计算

对于排水井+排水隧洞型式，泄流能力计算公式如下。

自由泄流：

式中，Q为泄流量，m3/s；nc为同一个横断面上排水口的个数；m为堰流量系数；ε为侧向收缩系数；bc为一个排水口的宽度，m；Hy为溢流堰泄流水头，m。

水位淹没井口：

式中，Q为泄流量，m3/s；φ为孔口流量系数；ωs为井口水流收缩断面面积，m2；Hj为井口泄流水头，m。

半压力流：

式中，Q为泄流量，m3/s；Fs为排水管入口水流收缩断面面积，m2；H为计算水头，m；λj为排水井沿程水头损失系数；L为排水井内管顶以上的水深，m；d为排水井内径，m；ξ2为排水管入口局部水头损失系数；ξ3为排水井中水流转向局部水头损失系数；ξ4为排水井进口局部水头损失系数；ξ5为框架局部水头损失系数；。

压力流:

式中，Q为泄流量，m3/s；Fx为排水管下游出口断面面积，m2；Hz为计算水头，m；λg为排水管沿程水头损失系数；L为排水管计算管段的长度，m；D为排水管计算管段的内径，m；ξ为排水管线上的局部水头损失系数；ξ2为排水管入口局部水头损失系数；ξ3为排水井中水流转向局部水头损失系数；ξ4为排水井进口局部水头损失系数；ξ5为框架局部水头损失系数；；。

明渠流：

式中，A为过水断面面积，m2；C为谢才系数。

1.5 水量平衡计算

尾矿库调洪演算依据洪水过程线、排水构筑物的泄水量以及调洪库容关系曲线，通过水量平衡计算求得。尾矿库内任一时段△t的水量平衡方程式为：

式中，Qs、Qz为时段始、终尾矿库的来洪流量，m3/s；qs、qz为时段始、终尾矿库的泄洪流量，m3/s；Vs、Vz为时段始、终尾矿库的蓄流量，m3。

2 程序运行界面

该程序依托Visual Basic语言进行开发，采用Windows界面输入，十分方便直观，只需输入一些简单的参数，便可快速输出结果。结果视图可平移、缩放、复原，并可将计算结果以数据文件形式进行保存，方便查看，具有输入、输出可视化，界面友好，计算速度快，精度高，准确性强等特点。洪水计算和调洪演算运行界面见图2。

3 实际工程应用

某尾矿库汇水面积5 km2，主河槽的平均坡降0.08，主河槽长4.2 km，24 h平均降雨量120 mm，n1=0.55，n2=0.75，Cv=0.55，Cs=3.5Cv，排洪系统采用排水井+隧洞形式，排洪系统泄流能力曲线见图3，调洪库容曲线见图4。

结合已知参数，在程序界面简单输入，即可快速完成计算并实时输出结果，计算及结果输出过程见图5。

4 结语

传统的调洪演算计算方法每一时段都需要经过大量的假定、试算、反复迭代过程，计算工作量很大，最后还要整理计算结果并绘制相关曲线，工作量大，效率较低。该程序基于Visual Basic语言进行开发，提供了简捷的操作界面并可实时输出结果图形及数据文件，使用计算机即可完成上述繁琐复杂的洪水计算及调洪演算工作，具有输入、输出可视化，界面友好，计算速度快，精度高，准确性强等特点，节省了大量的人力，具有较好的应用前景。