基于VB語言的調洪演算計算程序的開發與應用*

張樹茂

（礦冶科技集團有限公司）

金屬和非金屬礦山開采出的礦石經過選礦后產生的尾礦需排放至尾礦庫進行堆存。隨著礦產資源的開發，尾礦庫的堆壩高度越來越高，匯水面積越來越大，尾礦庫繼而形成了一個高位泥石流危險源，尤其是在雨季，庫區水位上漲，如果不能滿足調洪演算的要求，尾礦庫將面臨諸多風險，甚至引發潰壩［1-3］。因此，對尾礦庫開展洪水計算及調洪演算至關重要，而傳統算法計算時間較長，精度相對較低。為此，本文采用Visual Basic語言［4］，自主開發了一套簡單實用的調洪演算計算程序，利用曲線插值、反復迭代的算法，實現了洪峰計算、洪水過程線推算、小流域、h差精細調洪演算的功能，且應用前景廣闊。

1 計算原理介紹

1.1 洪水設防標準

根據《尾礦設施設計規范》（GB50863—2013）［5］的規定，尾礦庫防洪標準見表1。

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1.2 洪水計算

該程序洪峰流量采用概化推理公式計算，即

式中，Qp為設計頻率p的洪峰流量，m3/s；Sp為頻率為p的暴雨雨量，mm；F為壩址以上的匯水面積，km2；L為由壩址至分水嶺的主河槽長度，km；m為匯流參數；J為主河槽的平均坡降；μ為產流歷時內流域平均入滲率，mm/h；A、B、C、D為最大洪峰流量計算指數；τ為流域匯流歷時，h；n為暴雨遞減指數（當τ≤1時，n=n1；當τ＞1時，n=n2）。

洪水總量按下式進行計算

式中，W24p為歷時24 h頻率p的洪水總量，m3；a24p為與歷時24 h相對應的洪峰徑流系數；H24p為歷時24 h頻率p的降雨量，mm；F為流域匯流面積，km2。

1.3 洪水過程線推算

小流域的設計洪水過程線多簡化為某種形式［6］，常用的有三角形概化過程線和五點概化過程線。三角形概化過程線計算簡便，但洪峰過分集中可能脫離實際情況。該程序采用五點概化過程線進行推算，計算原理見圖1。

計算公式如下：

式中，tA為主峰概化過程線的起點時程坐標；tF、to、tG分別為Qa、Qp、Qb的時程坐標；tB為主峰概化過程線的終點時程坐標；Ka、Kb、KT、Kw為過程線的形狀特征系數。

1.4 泄流能力計算

對于排水井+排水隧洞型式，泄流能力計算公式如下。

自由泄流：

式中，Q為泄流量，m3/s；nc為同一個橫斷面上排水口的個數；m為堰流量系數；ε為側向收縮系數；bc為一個排水口的寬度，m；Hy為溢流堰泄流水頭，m。

水位淹沒井口：

式中，Q為泄流量，m3/s；φ為孔口流量系數；ωs為井口水流收縮斷面面積，m2；Hj為井口泄流水頭，m。

半壓力流：

式中，Q為泄流量，m3/s；Fs為排水管入口水流收縮斷面面積，m2；H為計算水頭，m；λj為排水井沿程水頭損失系數；L為排水井內管頂以上的水深，m；d為排水井內徑，m；ξ2為排水管入口局部水頭損失系數；ξ3為排水井中水流轉向局部水頭損失系數；ξ4為排水井進口局部水頭損失系數；ξ5為框架局部水頭損失系數；。

壓力流:

式中，Q為泄流量，m3/s；Fx為排水管下游出口斷面面積，m2；Hz為計算水頭，m；λg為排水管沿程水頭損失系數；L為排水管計算管段的長度，m；D為排水管計算管段的內徑，m；ξ為排水管線上的局部水頭損失系數；ξ2為排水管入口局部水頭損失系數；ξ3為排水井中水流轉向局部水頭損失系數；ξ4為排水井進口局部水頭損失系數；ξ5為框架局部水頭損失系數；；。

明渠流：

式中，A為過水斷面面積，m2；C為謝才系數。

1.5 水量平衡計算

尾礦庫調洪演算依據洪水過程線、排水構筑物的泄水量以及調洪庫容關系曲線，通過水量平衡計算求得。尾礦庫內任一時段△t的水量平衡方程式為：

式中，Qs、Qz為時段始、終尾礦庫的來洪流量，m3/s；qs、qz為時段始、終尾礦庫的泄洪流量，m3/s；Vs、Vz為時段始、終尾礦庫的蓄流量，m3。

2 程序運行界面

該程序依托Visual Basic語言進行開發，采用Windows界面輸入，十分方便直觀，只需輸入一些簡單的參數，便可快速輸出結果。結果視圖可平移、縮放、復原，并可將計算結果以數據文件形式進行保存，方便查看，具有輸入、輸出可視化，界面友好，計算速度快，精度高，準確性強等特點。洪水計算和調洪演算運行界面見圖2。

3 實際工程應用

某尾礦庫匯水面積5 km2，主河槽的平均坡降0.08，主河槽長4.2 km，24 h平均降雨量120 mm，n1=0.55，n2=0.75，Cv=0.55，Cs=3.5Cv，排洪系統采用排水井+隧洞形式，排洪系統泄流能力曲線見圖3，調洪庫容曲線見圖4。

結合已知參數，在程序界面簡單輸入，即可快速完成計算并實時輸出結果，計算及結果輸出過程見圖5。

4 結語

傳統的調洪演算計算方法每一時段都需要經過大量的假定、試算、反復迭代過程，計算工作量很大，最后還要整理計算結果并繪制相關曲線，工作量大，效率較低。該程序基于Visual Basic語言進行開發，提供了簡捷的操作界面并可實時輸出結果圖形及數據文件，使用計算機即可完成上述繁瑣復雜的洪水計算及調洪演算工作，具有輸入、輸出可視化，界面友好，計算速度快，精度高，準確性強等特點，節省了大量的人力，具有較好的應用前景。