洪水调节软件开发及应用计算

黄诚斌　覃锦文

摘 要：在水库设计过程中，对水库进行洪水调节计算可以定量地找出入库洪水、下泄洪水、拦蓄洪水的库容、水库水位的变化以及泄洪建筑物型式和尺寸之间的关系，以便为决定水库的有关参数和泄洪建筑物型式、尺寸等提供依据。因为其数据较为繁多，计算较为复杂，利用VB语言和VBA语言对列表试算过程进行编程，将计算方法程序化可以快速、准确地得到设计洪水位和拦洪库容。

关键词：VB；VBA；青山水库；洪水调节

一、引言

查找文献发现目前VB与VBA语言结合使用进行洪水调节的例子比较少。本文结合VB语言和VBA语言将列表试算法程序化从而对洪水调节进行计算，最终编程出可以计算不同水库相似情况下的软件。该软件可以在数据没有保存成电子文档的情况下通过VB的人机交互窗口输入数据从而得到设计洪水位和拦洪库容。

二、洪水调节计算方法

水库调洪计算是在入库洪水过程及下游允许水库下泄的最大流量均已知的条件下，推求下泄洪水过程线、拦蓄洪水的库容和水库水位的变化。本文主要采用列表计算法进行计算，但是对列表计算法进行了一点改造。

下泄流量与水位的数据表格利用最小二乘法对其进行拟合，最终得到一个二次多项式函数关系式；用类似的方法也可以得到库容与水位的二次多项式函数关系式。因为水库调洪规则防洪与兴利不能结合，即水库起调水位为设计蓄水位。选取合适的计算时段△t；起始库水位为Z设，m；按Z设，m，在水位与下泄流量的表格中可以查出闸门全开时相应的q，m3/s。通过对时间和入库洪水流量的前四组数据进行拟合可以得到Q，m3/s时对应的时间t，h，在t以前，q=Q，且均小于闸门全开时的下泄流量。水库不蓄水，无需进行调洪计算。从t时刻起，Q开始大于q，m3/s，水库开始有蓄水过程。因此，以第t小时为开始调洪计算的时刻，找到初始的q1和V1。因为洪水在水库中行进时，水库沿程的水位、流量、过水断面、流速等均随时间而发生变化，其流态属于明渠非恒定流。明渠非恒定流的基本方程是圣维南方程组：连续性方程

，式中：Q1、Q2分别为计算时段初、末的入库流量，m3/s；Q为计算时段中的平均入库流量，m3/s；q1、q2分别为计算时段初、末的下泄流量，m3/s；q为计算时段中的平均下泄流量，m3/s；V1、V2分别为计算时段初、末水库的蓄水量，m3；△V 为V1和V2之差；△t为计算时段，在这里取6h，即21600s。本文与列表试算法有所不同的地方是先假设一个q2为0，通过水量平衡方程 可以得到对应

的△V，通过V2=V1+△V将V2计算出来，根据拟合出来的函数找出对应的水位Z2，再由水位Z2通过水位和下泄流量的拟合函数找到对应的下泄流量q2'，将q2'与q2进行对比，若二者相差大于0.001则将q2'代入重新计算，直到求得的q2'与q2相差小于0.001停止迭代。将这次计算得到的下泄流量和水位作为下次计算的初值，这样就可以得到每个时段的水位和库容，从而得到设计标准洪水下的设计洪水位和拦洪库容。

三、计算机软件开发及使用方法

在VB所编写的软件中，单击软件左边的按钮使用InputBox函数加For循环将水库的水位、库容和下泄流量对应的数据输入，然后输入软件水库的设计蓄水位就可以自动判断出起算的入库洪水流量Q1和初始的水库库容V1，并将其输入录制有宏的EXCEL中。进行洪水调节计算时要先找出起算的入库洪水流量对应的时刻t，所以要对时间t和入库洪水流量Q进行拟合，得出函数关系式。因为起算的入库洪水流量Q1肯定小于最大的入库洪水流量，为了提高拟合的精度，选择从0时刻到最大入库洪水流量对应的时刻这几组对应的数据进行拟合，拟合出三阶多项式，拟合较精確。然后单击右边的按钮利用InputBox函数将拟合的数据输进去，用VBA语言将拟合函数求出来，把起算的入库洪水流量Q1代入便可得到对应的时间t1。然后把该时刻以后的时间和入库洪水流量通过InputBox函数导入EXCEL，为下一步的列表试算法做准备。

在EXCEL中，用VBA语言中的LINEST函数使用最小二乘法（函数如下图）对已知数据进行拟合，将函数关系式求出来从而对一系列数据进行计算，并在表格中指定的位置显示出来。

另外为了让EXCEL中的宏自动运行，使用了如下代码：

Private Sub Workbook_BeforClose（Cancel As Boolean）

Call 求横坐标

End Sub

每次EXCEL关闭前都会先运行一遍名为求横坐标的宏，从而能够把通过VB导入EXCEL的数值进行计算，再将结果自动导出到VB窗口。

四、结语

本文基于VB语言和VBA语言进行程序设计，将水库的洪水调节计算过程程序化，把繁杂的计算过程简单化却不降低其精度，根据某水库的基本资料方便快捷的得到该水库的设计洪水位和拦洪库容。

参考文献：

[1]顾圣平，田富强，徐得潜，沈冰.水资源规划及利用（第二版）【M】.中国水利水电出版社.2009

[2]雷武奎，程富，刘森. Excel VBA 在施工洪水调节计算中的应用.黑龙江水利科技，2001

作者简介：

黄诚斌（1997.07.04-）男，汉族，河南省新乡市，身份证号：410728199707043576，本科生，研究方向：水利水电工程

覃锦文（1995.05.12-）男，汉族，广西壮族自治区梧州市，身份证号：45048119950512221X，本科生，研究方向：水利水电工程