博斯騰湖洪水調(diào)節(jié)計(jì)算軟件開發(fā)

溫 馨 殷路路

(鄭州大學(xué) 水利與環(huán)境學(xué)院，河南 鄭州 450001)

博斯騰湖位于天山南麓，其水域遼闊，分為大、小兩個(gè)湖區(qū)，大湖區(qū)是湖體的主要部分。本文以博斯騰湖1%的入庫洪水過程線為例，結(jié)合博斯騰湖下泄流量與庫容、水位的關(guān)系，運(yùn)用調(diào)洪列表試算法，對洪水調(diào)洪計(jì)算進(jìn)行分析并編程，得到可以計(jì)算出水庫興利庫容的軟件。

1 博斯騰湖的水文資料整理

根據(jù)博斯騰湖在頻率為1%條件下的入庫洪水，可以繪制出對應(yīng)的洪水過程線，在整個(gè)博斯騰湖調(diào)洪計(jì)算的過程中，我們要用到博斯騰湖的下泄流量與對應(yīng)庫容、水位之間的關(guān)系，這里根據(jù)已知的資料繪制出博斯騰湖下泄流量與對應(yīng)庫容的關(guān)系：從圖中可以看出，水庫的下泄流量隨著庫容的增大而增加，但當(dāng)庫容增大到一定程度時(shí)，下泄流量達(dá)到最大值便不再增加。

2 博斯騰湖計(jì)算和特征水位特征庫容確定

為了選擇湖泊合理的調(diào)度方案，把博斯騰湖看成一個(gè)水庫來研究。水庫的調(diào)洪計(jì)算就是在入庫洪水過程線和下游允許水庫下泄的最大流量均已知的條件下，推求下泄洪水過程線、攔蓄洪水的庫容和水位的變化，其方法主要有兩種：列表試算法和半圖解法。下面我們主要采用列表試算法進(jìn)行計(jì)算。

對于博斯騰湖，我們知道它的水庫水位容積關(guān)系曲線V=f(Z)和下泄流量與庫容的關(guān)系曲線q=f(V)，也知道了在頻率1%下的入庫洪水過程線。于是我們選擇24h作為計(jì)算時(shí)段，由于博斯騰湖的防洪限制水位是1047.5m，開始計(jì)算時(shí)刻的計(jì)算水位Z1=1047.5m，對應(yīng)在水庫水位容積關(guān)系和下泄流量與庫容的關(guān)系曲線上可以查到此水位對應(yīng)的水庫容積V1=7.84257億立方米以及水庫的下泄流量q1=51m3/s，這些數(shù)據(jù)都作為初始時(shí)刻的計(jì)算值。用靜態(tài)庫容法僅考慮壩前水位水平面以下的庫容對洪水進(jìn)行調(diào)節(jié)，連續(xù)方程可以寫成有限差形式的水量平衡方程為V1，Q1、Q2分別為計(jì)算時(shí)段初、末的入庫流量，m3/s;q1、q2分別為計(jì)算時(shí)段初、末的下泄流量，m3/s;V1、V2分別為計(jì)算時(shí)段初、末水庫的蓄水量，m3;Δt為計(jì)算時(shí)段，以秒為單位。

在列表計(jì)算法中，先假設(shè)一個(gè)水位值Z2，通過水庫水位容積關(guān)系曲線和下泄量與庫容關(guān)系曲線，可以查出對應(yīng)于假設(shè)水位的庫容V2和下泄流量q2。根據(jù)假設(shè)，可以利用ΔVΔt求出對于的水庫容積變化量，于是由v'2=V1+ΔV計(jì)算出V'2，再由V'2查水庫水位關(guān)系曲線和下泄流量關(guān)系曲線得到對應(yīng)的q'2和Z'2。比較q2和q'2，V2和V'2的值，如果不合適則繼續(xù)假設(shè)Z2的值，直到計(jì)算的q2和q'2，V2和V'2的值比較相近，則停止計(jì)算，并將計(jì)算得到的數(shù)值作為下次計(jì)算時(shí)段初的計(jì)算數(shù)值。這樣計(jì)算就可以得到每個(gè)時(shí)段的水位和庫容，為下邊計(jì)算特征水位和特征庫容做了準(zhǔn)備。

按照水庫調(diào)洪原理，當(dāng)qmax出現(xiàn)時(shí)，一定是q=Q，此時(shí)Z、V均達(dá)到最大值。于是在上邊計(jì)算得到的下泄流量可以查到與來水流量相近的時(shí)間段，在這個(gè)時(shí)間段中，取q=Q的特征水位和特征庫容作為水庫的特征水位和特征庫容。

3 計(jì)算機(jī)編程中注意的問題

(1)在計(jì)算機(jī)編程的過程中，如果我們需要輸入水庫的水位這樣一個(gè)比較大的變量時(shí)，可以運(yùn)用Array這樣的一個(gè)函數(shù)，在需要時(shí)運(yùn)用For循環(huán)進(jìn)行對應(yīng)值的調(diào)用，這個(gè)函數(shù)的好處就是能夠處理大量的現(xiàn)有數(shù)據(jù)。

(2)在計(jì)算時(shí)，我們需要運(yùn)用循環(huán)，在循環(huán)中有時(shí)候需要合理的設(shè)置對應(yīng)的精度，否則會使循環(huán)進(jìn)入死循環(huán)的狀態(tài)，致使計(jì)算機(jī)無法輸出結(jié)果。

4 結(jié)果分析

我們通過計(jì)算機(jī)計(jì)算得出水庫不同時(shí)段水庫入庫洪水與下泄流量的關(guān)系，得到的數(shù)據(jù)可以繪制出圖形并分析如下。

如博斯騰湖洪水期p=1%調(diào)洪計(jì)算綜合對比曲線圖，是博斯騰湖在洪水期p=1%的設(shè)計(jì)入湖水量、下泄水量及對應(yīng)的洪水位變化曲線圖。從圖中可以看出，湖泊水位最大達(dá)到1048.81m，其對應(yīng)庫容為93.96×108m3。按照頻率p=1%，即100年一遇，來確定非常洪水位，即得到博斯騰湖非常洪水位Z非常=1048.81m，調(diào)洪庫容V調(diào)洪=93.96×108m3。

［1］顧圣平，田富強(qiáng).水資源規(guī)劃利用［M］.中國水利水電出版社.2009

［2］王賀明.Visual Basic程序設(shè)計(jì)教程［M］.高等教育出版社.2009