水塘演算法

㈠ 水庫調洪計算的計算方法

衣秀勇
（天津勘測設計研究院，天津300222）
1使用AutoCAD VBA進行水庫調洪計算
VBA（Visual Basic for Application）是Microsoft公司集成在Microsoft office系列軟體中的超級開發工具，AutoCAD在R14及以上版本中也集成了VBA作為自己的一個二次開發工具。AutoCAD VBA與Office VBA是同一工具同一環境，不同的是AutoCAD VBA集成於AutoCAD中。
在手工進行水庫調洪計算的時代，人們使用試演算法和圖解法進行計算，其中圖解法因其比較直觀精確而且不需多次試算而受到青睞。後來在PC-1500機、微機和Basic語言普及的時代，因試演算法較適合編程進行迭代計算，試演算法又得到了廣泛使用。
現在隨AutoCAD的逐漸普及和AutoCAD二次開發工具的日益豐富，尤其是從R14開始增加的VBA開發工具為圖解法的發展應用提供了可能。
使用AutoCAD VBA進行水庫調洪計算有以下優點：
⑴AutoCAD是專業的工程繪圖軟體，因此用它繪制圖解法的圖形就十分簡單方便，使得計算具有了圖解法精確的優點。
⑵VBA是Microsoft Visual Basic的一個子集，而B又是從Basic升級而來的，因此不需要花太多的精力去另外學習一門編程語言。
⑶AutoCAD VBA與Office VBA是同一環境，這又方便了AutoCAD與Office的通訊，例如程序的輸入和輸出文件都可以是Excel文件。
⑷AutoCAD 與VBA結合使用，可以輕松輸出精確的圖形結果，例如調洪計算可以輸出實際入庫和泄流過程線。
本文將具體介紹使用AutoCAD VBA進行水庫調洪計算的方法。
2水庫調洪計算圖解法的原理[1]??
⒉1水庫調洪計算的實用公式
水庫調洪計算的實用公式如下：?
⒉2水庫調洪計算圖解法的原理
式⑴比較適合使用試演算法進行水庫的調洪計算，要使用圖解法進行水庫調洪計算需要將式⑴改寫為以下形式：?
式中，、q、/Δt-q/2和/Δt+q/2均可與水庫水位Z建立函數關系。因此，可根據選定的計算時段Δt、已知的水庫水位容積關系曲線以及根據水力學公式算出的水位下泄流量關系曲線，事先計算並繪制以下4條曲線：?
其中，C是水位下泄流量關系曲線，D是水庫水位～容積關系曲線，A、B是圖解法中的兩根輔助曲線。繪制示例圖形如圖1所示。
參照圖1，調洪計算的步驟是：
⑴根據已知的入庫洪水流量過程線及選定的計算時段Δt算出各時段的平均入庫流量並定出初始的Z1、q1、1值。
⑵在圖1的水位坐標軸上量取第一時段的Z1得a點，從a點做水平線ab交曲線A於b點，從b點延長ab至c點並使bc=因曲線A是（/Δt-q/2）=f1(Z），a點代表Z1，因此ac就應等於+（1/Δt-q1/2），按圖解法的公式ac也等於（2/Δt+q2/2）。
⑶從C點做垂線交曲線B於d點，過d點做水平線de交水位坐標軸於e點，顯然de=ac=（2/Δt+q2/2）。因曲線B是（/Δt+q/2）=f2(Z），d點在曲線B上，e點就應代表Z2。
⑷de交曲線C於f點，過f點做垂線交q坐標軸於g點。因曲線C是q=f3(Z），e點代表Z2，於是ef應是q2，即從g點可以讀出q2的值。
⑸過d點做de的延長線dh交曲線D於h點，過h點做垂線交坐標軸於i點。因曲線D是= f4(Z），e點代表Z2，於是eh應是2，即從i點可以讀出2的值。
⑹將e點代表的Z2值、g點代表的q2值和i點代表的2值分別作為第二時段Z1、q1、1，按上述同樣方法進行圖解計算，又可求出第二時段的Z2、q2、2等值，依次循環就可完成全部計算。
3在AutoCAD中調洪計算的方法和步驟
在AutoCAD中進行調洪計算遵循上述圖解法的原理，其具體的實現方法如下（見圖2）：
⒊1創建一個AutoCAD BA工程
進入AutoCAD2000，在「工具」菜單的「宏」子菜單中單擊「isual Basic編輯器」進入BA的編程環境。在「isual Basic編輯器」中單擊「插入」菜單中的「添加模塊」菜單項，BA將為您添加一個新的模塊，接著您要為模塊添加一個過程，如：?
⒊2 在BA中編寫調洪程序
在過程的Sub和End Sub之間編寫調洪程序。
⒊2.1定義程序中使用的主要變數
⑴定義庫容曲線和水位泄流曲線的點數以及入庫洪水過程的點數。入庫洪水過程線各點之間要保證時間間隔相同。在使用該程序時，首先都要根據實際情況對這兩個變數進行賦值。程序如下：
⑵將如圖1中的四條曲線即水位庫容、水位泄流、雙輔助線分別定義為AutoCAD中的多段線，同時定義4條曲線的頂點坐標數組，這些坐標數組所含數值將作為在AutoCAD中畫4條曲線的依據。
⑶定義計算過程中臨時使用的輔助線及其坐標數組。臨時使用的輔助線即圖1中的ab、bc、de等線，在這里將它們定義為構造線。
⑺根據庫容曲線和水位泄流曲線的點數以及入庫洪水過程的點數重新定義各數組的維數
⑻定義存放調洪計算原始數據的Excel文件並打開它，在程序執行過程中將從該文件中讀取原始數據，並將計算的結果寫到該文件中。在這里我們假設Excel文件為「g: h」文件夾中的th001.xls。
⒊2.2從Excel文件取得調洪計算的原始數據
在這里我們假設th001.xls含有名字分別為1、2、3共3個工作表，且1工作表中從第2行開始分別在A、B、C、D、E列中存放了水位及該水位對應的庫容、下泄流量以及（/Δt-q/2）和（/Δt+q/2）的數值；2工作表中從第3行開始在第D列中存放了該時段的平均入庫流量；3工作表的第2行的C、D、E列中存放了調洪計算初始的Z1、q1、1，其他行將用來存放調洪計算的結果。
⒊2.3在Autocad中畫出圖解法調洪計算的曲線
⒊2.4調洪計算
以Z1為兩個y坐標做構造線，以該構造線與/Δt-q/2（t1）交點的x坐標加上該時段的平均入庫流量為兩個x坐標做第二條構造線，第二條構造線與/Δt+q/2（t2）交點的y坐標即為Z2。
以Z2為兩個y坐標做構造線，該構造線與泄流曲線的交點的x坐標即為q2，與庫容曲線的交點的x坐標即為2。
4結語
本文僅介紹了使用AutoCAD BA進行最簡單的調洪計算的方法和程序實現，而且程序也缺少圖形界面；但是有了本文介紹的框架，您可以很容易為它添加或修改一些功能，如：增加限泄功能、增加求實際最大下泄流量及其對應的時間、水位、庫容的功能、增加繪制實際入庫和泄流過程曲線及坐標系統的功能、將水位泄流曲線修改為泄流公式以及修改程序的界面等等，有興趣的讀者不妨自己去完善它。

㈡ 水庫水域平均水深怎麼確定

最簡單的辦法就是得知整個水庫的貯水量，然後再以水庫水面的表面處計算所佔面積數，然後用貯水量除以面積數，就能得出平均的水深高度。這個是初步的估演算法。至於具體的則需要用各種測量工具進行測量。
測量步驟：
第一步：根本水庫存起初注水量，計算出來水庫的總體貯水量。
第二步，利用貯水存的外表，看貯水庫屬於什麼形狀，圓形則以圓來計算其表面積，方形則以方形計算，其他形狀以其他形狀計算。
第三步，通常我們知道，柱體的體積是底面積乘以高，所以，直接用貯水量（體積）除以計算出來的表面各，最終得出來的結果，就是水庫的大概深度。

㈢ 水庫回水計算的計算方法

非恆定流計演算法 庫區水流形態受入庫洪水和壩址下泄量變化的影響，屬於非恆定流范疇。為此，和水庫調洪計算一樣,可通過聖維南方程組(見明渠非恆定流)求解,嚴格推求不同時間庫區沿程各斷面的水位變化。為進行某一洪水標准下的水庫回水計算，通常可採用入庫洪水過程線為其上邊界條件，採用由調度方式規定的壩前水位和泄量過程，或水位與泄量關系為其下邊界條件，並取調洪開始時的入庫流量與壩址泄量相等，即庫區沿程處於恆定流狀態下的流量及水位為初始條件，求出整個洪水過程中水庫庫區的流態，然後連接各斷面的最高水位，即是所求洪水標準的水庫回水線。
簡化計演算法 將庫區水流狀態近似假定為漸變恆定流。先通過推求各種極限條件的同時水面線，再取它們的包線作為所求回水線的近似解。由於恆定流不考慮流速對時間的變率，則聖維南方程組中的動力方程可簡化為式(1)所示的有限差形式；如局部損失相對較小,則可進一步簡化成式(2)：
(1) 式中z上、z下分別為計算河段上下斷面水位；嬞、坴、噖分別為計算河段上下斷面的糙率、流量、斷面特徵模數的平均值；ΔL為計算河段的長度;v上、v下分別為計算河段上下斷面的流速；g為重力加速度。
具體計算可採用試演算法,如已知嬞、坴、z下、ΔL及斷面特性，可先假定一個z'上值，求出噖，然後由式(2)求得相應的坴'。如坴'=坴，則原假定的z'上即為所求的z上。否則需重新假定並重復上述計算，以求出的下一河段的z上，作為上一河段的z下。自下而上逐河段計算，即可求得整個庫區的回水線。實用上，也常採用圖解法或半圖解法代替試算過程。中國20世紀70年代以前，常採用的這類方法有艾斯考福法和H.M.別爾納德斯基的控制曲線法。這些方法在規劃設計中應用很廣。用於推求庫區淹沒水面線時,一般先由規定頻率的調洪成果給出起始條件,並視情況擬定必要的計算條件，如最高洪水位高於正常蓄水位，通常可取下列數值作為計算條件分別推求兩條水面線,然後取其外包線作為所求頻率的回水線:①壩前最高水位與相應時刻的入庫流量；②入庫最大洪峰流量與相應時刻的壩前水位。當洪水位低於正常蓄水位時，則還要以正常蓄水位與汛末相應頻率的洪峰流量作為計算條件，推求一條水面線，而後再取包線。對於為分析枯水季節航運和引水條件所需的低水位回水線，一般可採用由死水位及相應於供水設計保證率的枯水期流量進行推算求得。
水庫淤積回水推算 水庫淤積將使庫區沿程過水斷面積減小，引起回水上延。通常可採用水庫淤積計算方法，先求出不同淤積水平（年限）的庫區淤積量與分布位置，據以求得淤積後的河道斷面，然後再按上述方法推求淤積後的水庫回水線。