列表試算法的運用和前期處理

作者簡介：李瀾（1994--），女，山西芮城縣人，鄭州大學(xué)水利與環(huán)境學(xué)院2011級本科生

摘要：洪水的到來會影響經(jīng)濟發(fā)展，破壞自然生態(tài)環(huán)境。將洪水攔蓄在水庫里無疑對災(zāi)害的減緩有重要的作用。在計算防洪水位時，我們會用到列表試算法。列表試算法的具體過程是怎樣的？最開始時水文數(shù)據(jù)又該如何設(shè)定？

關(guān)鍵詞：列表試算法；天然來水；防洪水位

洪水是水量增加而造成自然災(zāi)害的現(xiàn)象。為了防洪，我們常常修建水庫用于攔蓄洪水。水庫的防洪庫容的確定有很多種方法，其中列表試算法最為簡單，也最容易被理解。

列表試算法[1]是根據(jù)不同的來水過程來求解相應(yīng)的不同的防洪水位的方法。它屬于靜庫容法，基本原理是根據(jù)給定的天然來水過程和某一特定水庫所特有的水位容積特征曲線V=f（z）、水位下泄流量曲線q=f（z），假設(shè)下一時段的水位，用有關(guān)公式算出對應(yīng)水位再查表校核。舉例來說，給定的天然來水過程為每3個小時給定一入庫流量。水庫所特有的水位容積特征曲線V=f（z）、水位下泄流量曲線q=f（z）均已知。我們首先確定計算時段為3小時（因為每3個小時給定一入庫流量）。假設(shè)第18小時的流量Q、水位z、庫容V、下泄流量q均已通過列表試算法從前面遞推出來，現(xiàn)在我們要用第18小時的數(shù)據(jù)來遞推第21小時的數(shù)據(jù)。顯而易見，第21小時的數(shù)據(jù)中，只有流量Q是已知的。我們假定這一時刻的水位z為某一數(shù)值，用水位容積特征曲線V=f（z）查出這個水位所對應(yīng)的庫容V和用水位下泄流量曲線q=f（z）來查出這個水位所對應(yīng)的下泄流量q。在18小時到21小時之內(nèi)的這3個小時內(nèi)，增加的庫容△V=1/2Q △t-1/2q △t，其中Q和q為18小時和21小時這兩個時間點的對應(yīng)Q（或q）的平均值。用V+△V得到21小時時水位V，再返回來用水位容積特征曲線V=f（z）查出這個庫容所對應(yīng)的水位z和用水位下泄流量曲線q=f（z）來查出這個水位所對應(yīng)的下泄流量q。如果之前假設(shè)的水位z正確，則這時在圖表上查出來的水位應(yīng)該與之前假設(shè)的相同。當然，允許其有一定的精度誤差。如果查出來的水位z>假設(shè)的水位z，說明假設(shè)的水位偏低，下次假設(shè)應(yīng)該在上次假設(shè)的基礎(chǔ)上再高一些。反之，如果查出來的水位z<假設(shè)的水位z，說明假設(shè)的水位偏高，下次假設(shè)應(yīng)該在上次假設(shè)的基礎(chǔ)上再低一些。就這樣，多次進行計算可以計算出符合精度要求的第21小時的水文數(shù)據(jù)。以此類推，用第21小時的水文數(shù)據(jù)可以遞推出第24小時的水文數(shù)據(jù)，用第24小時的水文數(shù)據(jù)可以遞推出第27小時的水文數(shù)據(jù)……只要第3i個小時的來水過程已知，且水位一直在水庫的水位范圍內(nèi)，我們就可以一直推算以后的來水過程。

我們來說一說這個方法的前期處理。在這個方法中，需要注意的是第0個計量單位的水文數(shù)據(jù)。就好像多米諾骨牌的倒塌總需要第一塊牌，同樣，第0個計量單位的水文數(shù)據(jù)是所有計量單位數(shù)據(jù)的第一步。實際情況中，給定的來水過程往往是不同頻率所對應(yīng)的入庫洪水過程線，計量單位通常有天、小時、分鐘等單位。這些入庫洪水過程線是怎么得來的呢？我們知道自然界的規(guī)律錯綜復(fù)雜，我們用統(tǒng)計學(xué)的辦法來統(tǒng)計得來一些洪水大小，采用適線法來得到洪水頻率線，再根據(jù)不同安全保證率來選擇洪水的大小，采用同倍比放大法或者同頻率放大法[2]來放大典型洪水過程，最終得到不同頻率的入庫洪水過程線。以100天的某一頻率對應(yīng)的入庫洪水過程為例。第0天時，理論上講洪水還沒有到來，也就是說這個時候還沒有洪水過程。那么我們的入庫流量Q如何取呢？下泄流量q又如何取呢？在計算時，列表試算法本身是一種靜庫容法，只考慮壩前水位水平面以下的庫容對洪水所進行的調(diào)節(jié)。我們可以試想，絕大多數(shù)情況下，水庫都是風(fēng)平浪靜的，沒有來水，也沒有去水。這時的入庫流量Q和下泄流量q都為顯然都為0。有時為了保持水庫的興利作用，同時也預(yù)備防洪，來多少水去多少水，整體水位相對不變，這時的入庫流量Q和下泄流量q都需要具體測定。（但是水庫的總體庫容很大，一般來說不會影響后面的計算結(jié)果，影響實在是太小了）還有一種特殊的情況，比如說某水庫工作人員被提前告知汛情，他及時將水庫的水位由正常蓄水位下降到防洪限制水位。這時，可能天然有來水，或者沒有來水。下泄流量q可能達到最大下泄流量限值，也可能沒有。這時的具體入庫流量Q和下泄流量q也需要具體測定。還有第0天的水位如何？最簡單直觀的方法就是直接測定。但是一般來說，我們把水庫的水位保持在正常蓄水位。（在正常年份正常情況下）除非極個別情況會下降到死水位，或者說已知汛情會保持在防洪限制水位。有了水位，當然可以根據(jù)水位容積特征曲線V=f（z）來查出第0時所對應(yīng)的庫容V了。

參考文獻：

[1].顧圣平，田富強，徐得潛.水資源規(guī)劃及利用[M]. 水利水電工程出版社.2013.8

[2].張子賢.工程水文及水文計算 [M].水利水電工程出版社.2008.3endprint