洪水調節軟件開發及應用計算

黃誠斌　覃錦文

摘 要：在水庫設計過程中，對水庫進行洪水調節計算可以定量地找出入庫洪水、下泄洪水、攔蓄洪水的庫容、水庫水位的變化以及泄洪建筑物型式和尺寸之間的關系，以便為決定水庫的有關參數和泄洪建筑物型式、尺寸等提供依據。因為其數據較為繁多，計算較為復雜，利用VB語言和VBA語言對列表試算過程進行編程，將計算方法程序化可以快速、準確地得到設計洪水位和攔洪庫容。

關鍵詞：VB；VBA；青山水庫；洪水調節

一、引言

查找文獻發現目前VB與VBA語言結合使用進行洪水調節的例子比較少。本文結合VB語言和VBA語言將列表試算法程序化從而對洪水調節進行計算，最終編程出可以計算不同水庫相似情況下的軟件。該軟件可以在數據沒有保存成電子文檔的情況下通過VB的人機交互窗口輸入數據從而得到設計洪水位和攔洪庫容。

二、洪水調節計算方法

水庫調洪計算是在入庫洪水過程及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庫水位的變化。本文主要采用列表計算法進行計算，但是對列表計算法進行了一點改造。

下泄流量與水位的數據表格利用最小二乘法對其進行擬合，最終得到一個二次多項式函數關系式；用類似的方法也可以得到庫容與水位的二次多項式函數關系式。因為水庫調洪規則防洪與興利不能結合，即水庫起調水位為設計蓄水位。選取合適的計算時段△t；起始庫水位為Z設，m；按Z設，m，在水位與下泄流量的表格中可以查出閘門全開時相應的q，m3/s。通過對時間和入庫洪水流量的前四組數據進行擬合可以得到Q，m3/s時對應的時間t，h，在t以前，q=Q，且均小于閘門全開時的下泄流量。水庫不蓄水，無需進行調洪計算。從t時刻起，Q開始大于q，m3/s，水庫開始有蓄水過程。因此，以第t小時為開始調洪計算的時刻，找到初始的q1和V1。因為洪水在水庫中行進時，水庫沿程的水位、流量、過水斷面、流速等均隨時間而發生變化，其流態屬于明渠非恒定流。明渠非恒定流的基本方程是圣維南方程組：連續性方程

，式中：Q1、Q2分別為計算時段初、末的入庫流量，m3/s；Q為計算時段中的平均入庫流量，m3/s；q1、q2分別為計算時段初、末的下泄流量，m3/s；q為計算時段中的平均下泄流量，m3/s；V1、V2分別為計算時段初、末水庫的蓄水量，m3；△V 為V1和V2之差；△t為計算時段，在這里取6h，即21600s。本文與列表試算法有所不同的地方是先假設一個q2為0，通過水量平衡方程 可以得到對應

的△V，通過V2=V1+△V將V2計算出來，根據擬合出來的函數找出對應的水位Z2，再由水位Z2通過水位和下泄流量的擬合函數找到對應的下泄流量q2'，將q2'與q2進行對比，若二者相差大于0.001則將q2'代入重新計算，直到求得的q2'與q2相差小于0.001停止迭代。將這次計算得到的下泄流量和水位作為下次計算的初值，這樣就可以得到每個時段的水位和庫容，從而得到設計標準洪水下的設計洪水位和攔洪庫容。

三、計算機軟件開發及使用方法

在VB所編寫的軟件中，單擊軟件左邊的按鈕使用InputBox函數加For循環將水庫的水位、庫容和下泄流量對應的數據輸入，然后輸入軟件水庫的設計蓄水位就可以自動判斷出起算的入庫洪水流量Q1和初始的水庫庫容V1，并將其輸入錄制有宏的EXCEL中。進行洪水調節計算時要先找出起算的入庫洪水流量對應的時刻t，所以要對時間t和入庫洪水流量Q進行擬合，得出函數關系式。因為起算的入庫洪水流量Q1肯定小于最大的入庫洪水流量，為了提高擬合的精度，選擇從0時刻到最大入庫洪水流量對應的時刻這幾組對應的數據進行擬合，擬合出三階多項式，擬合較精確。然后單擊右邊的按鈕利用InputBox函數將擬合的數據輸進去，用VBA語言將擬合函數求出來，把起算的入庫洪水流量Q1代入便可得到對應的時間t1。然后把該時刻以后的時間和入庫洪水流量通過InputBox函數導入EXCEL，為下一步的列表試算法做準備。

在EXCEL中，用VBA語言中的LINEST函數使用最小二乘法（函數如下圖）對已知數據進行擬合，將函數關系式求出來從而對一系列數據進行計算，并在表格中指定的位置顯示出來。

另外為了讓EXCEL中的宏自動運行，使用了如下代碼：

Private Sub Workbook_BeforClose（Cancel As Boolean）

Call 求橫坐標

End Sub

每次EXCEL關閉前都會先運行一遍名為求橫坐標的宏，從而能夠把通過VB導入EXCEL的數值進行計算，再將結果自動導出到VB窗口。

四、結語

本文基于VB語言和VBA語言進行程序設計，將水庫的洪水調節計算過程程序化，把繁雜的計算過程簡單化卻不降低其精度，根據某水庫的基本資料方便快捷的得到該水庫的設計洪水位和攔洪庫容。

參考文獻：

[1]顧圣平，田富強，徐得潛，沈冰.水資源規劃及利用（第二版）【M】.中國水利水電出版社.2009

[2]雷武奎，程富，劉森. Excel VBA 在施工洪水調節計算中的應用.黑龍江水利科技，2001

作者簡介：

黃誠斌（1997.07.04-）男，漢族，河南省新鄉市，身份證號：410728199707043576，本科生，研究方向：水利水電工程

覃錦文（1995.05.12-）男，漢族，廣西壯族自治區梧州市，身份證號：45048119950512221X，本科生，研究方向：水利水電工程