青山水库洪水调节计算与分析
王锰辉 吴佩泽
摘要：洪水是暴雨、急骤冰雪融化、风暴潮和水库溃坝等自然灾害或自然—人文因素引起的江河湖泊水量增加、水位上涨或海水侵袭淹没部分土地的现象。洪水分为暴雨洪水、风暴潮洪水、融冰融雪型洪水、冰凌型洪水。在我国，暴雨洪水发生最为频繁，影响范围最广，危害最严重;风暴潮洪水发生在近海地区;融雪洪水主要出现在西北高寒山区;冰凌型洪水主要出现在东北、西北、华北地区。洪涝灾害对经济发展，自然生态环境，国家事务以及社会生活多方面产生了不利影响。利用水库进行调洪是解决洪水的一种重要方法。水库调洪计算的常用方法有列表试算法和半图解法。本文以青山水库调洪计算为例，根据入库洪水过程线、水位库容关系、水库下泄流量的关系，求出特征水位和相应库容，并画出入库洪水过程线、下泄洪水过程线、水库库容过程线。
关键词：青山水库;洪水调节;试算法
一、湖北崇阳青山水库概况
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，次要建筑物级别为3级。青山水库由主坝、东副坝、西副坝、溢洪道、引水放空隧洞、东、西输水隧洞以及电站等建筑物组成，主坝为黏土心墙代料坝。青山水库是一座以防洪、灌溉，发电、城镇供水、航运、旅游、养殖等多功能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105m高程以下，为满足自流灌溉要求，确定死水位为107m，相应死库容为1.39亿m3。流域植被良好，泥沙极少，此高程可以满足淤积和航运要求。
二、水文资料整理与分析
（一）入库洪水过程线
青山水库百年一遇洪水过程线，如下表1所示：
（二）青山水库水位-容积关系曲线
青山水库水位-容积关系容积如下表2所示：
为了使得计算软件更具有通用性，我们决定利用VB进行编程，使之能根据已有的数据进行绘制图形并进行拟合。只要将相应数据做成.text格式并保存到指定位置，依次点击导入数据，数据拟合。因此，青山水库水位—容积方程为：
（三）下泄能力曲线
青山水库溢洪道下泄能力曲线表如下表3所示：
（四）计算基本原理
由于防洪与兴利不能结合，我们确定水库起调水位即为设计蓄水位（117米）。当洪水来临时，如果入库洪水流量小于溢洪道下泄能力，则控制闸门开度，使来水量与泄水量相同;如果入库洪水流量大于闸门全开的溢洪道下能力时，则完全打开闸门，进行自由谢流。当堰顶水头为4米，下泄流量为373米3/秒时，水库开始调洪，故选择调洪起始时间为为12时，时间间隔为6时进行计算。若要求出青山水库的特征水位和特征库容，就必须得知水库库容过程线与下泄流量-水位关系曲线及其方程然后通过列表试算法，选定12时为初时刻，时间间隔为6h，我们选定初始时刻为12时，并通过资料确定了12时的下泄流量、库容等值，入库流量以及时段初的库容、下泄流量已知，先假定一个时段末的水位，因而得知时段末的下泄流量，利用式Q1+Q22Δt-q1+q22Δt=V2-V1求出时段末的库容Q2，与假定水位对应的利用库容水位关系式求出的库容Q2比较，若|（Q2-Q2）/Q2|<0.05，则假设水位即为正确的时段末水位，若不满足|（Q2-Q2）/Q2|<005，则重新假定，直到满足为止。
（五）列表试算法方法
列表试算法计算方法如下：
（1）根据水库水位容积关系以及泄洪建筑物方案，求出下泄流量与库容的关系曲线q=f（v）。
（2）选择较为恰当的计算时间段，单位为秒。
（3）确定计算的起始时刻和此时刻的库容（V1）和下泄流量（q1）值，然后进行列表计算，计算时，对每一计算时段的库容（V2）、下泄流量（q2）值都要进行试算。
（4）计算完成后，将最终的计算结果绘制成曲线图，以方便之后的调查与研究。在计算时，每一时段的来水量（Q1、Q2），下泄流量（q1）、水库库容（V1）均为已知。先假定一个q2值，通过水量平衡方程，计算出V2值。然后根据V2的值在曲线q=f（v）上查出q2的值，将其与假定的q2值相比较。若两q2值不相等，则要重新假定一个q2值，重复上述试算过程，直至两者相近或结果符合误差。这样多次演算求得的q2、V2值就是下一时段的V1、q1值，可依据此值进行下一时段的试算。逐时段依次试算，最终得出的最高水位便为所要求解的特征水位，其对应的库容便是特征库容。我们小组采用的调洪计算方法和上面所述步骤有一点不同，但原理都是一样的。上述步骤是通过比较下泄流量来进行循环计算，而我们小组则是通过比较库容来进行循环计算，对任意，假设V2代入水量平衡方程中算出q2，再根据算出的q2查下泄流量和库容的关系曲线得出另一个V2，若两者相等或误差在允许范围内，则假设正确，否则应重新假设计算直到满足要求为止。
（六）特征水位及特征库容的确定
根据程序计算的输出结果，对应的出现的最高水位就是相应频率的特征水位，该水位对应的库容就是相应的特征库容。
三、青山水库洪水调节计算软件开发及说明
（一）软件使用步骤
（1）打开软件，进入登录界面。
（2）输入用户名和密码，进入数据采集界面。
依次点击导入数据，数据拟合，得出相应曲线和方程，接着点击拟合q-Z图像，得出相应曲线和方程。由于上文已具体介绍此界面，故不再赘述。
（3）进入试算界面之后，先输入防洪限制水位并确定时间参数后，点击计算，得到计算表和最大下泄流量与最大库容。
（4）点击绘图，绘出入库洪水过程线与下泄流量过程线以及水库水位过程线。
（二）关于试算部分的说明
由于自己主要进行试算部分的编程，故对试算部分进行说明。试算部分是整个软件的核心内容，需要理解列表试算法的基本原理才可以进行编程。考虑到界面的美观性，采用在程序中绘制表格的方式，虽然会有些限制，但暂时也沒有其他比较好的解决方法。表格的时间参数的输入运用Inputbox函数，这样在时间变化时也可以较好的进行计算。表格的数据则采用数组和Do Loop循环的综合使用，并能根据预先输入的防洪限制水位来进行计算，极大地提高了软件的通用性。
四、结语
在软件设计中，我们合理分工，互相协调，共同完成了此次设计的全部内容。本人作为组长主要对队组内人员进行分工和进行列表试算过程程序语言的编写与调试等。在所有的工作中遇到的最大困难出现在程序语言编写与调试的过程，由于对程序语言的生疏以及对逻辑关系把握不好，因此在调试过程中不断出现错误，但经过多次查阅相关书籍以及请教他人最终得到了正确的运算结果。课程设计的过程虽然很辛苦，但我们小组配合融洽，共同努力完成了任务，团队协作能力也得到了很好的锻炼。通过此次设计提高了个人的编程能力，感受颇深。因为知识和能力的有限，所做出的设计或许存在许多缺点和不足，请多多指正。
参考文献：
[1]顾胜平，田富强，徐得潜.水资源规划及利用[M].中国水利水电出版社，2009：156-163.
[2]王贺明.Visual Basic程序设计教程[M].北京高等教育出版社，2009：103-115.
