[科普中國]-水庫調(diào)洪計算

水庫調(diào)洪計算(reservoir routing)是指在規(guī)劃設(shè)計階段，水庫調(diào)洪計算的目的是為了找出當一定防洪標準的設(shè)計洪水入庫后能滿足防洪要求的防洪庫容、泄洪建筑物型式和尺寸。在水庫建成后，調(diào)洪計算的目的是尋求合理的、較優(yōu)的水庫汛期控制運用方式。

簡介水庫調(diào)洪計算(reservoir routing)是指在規(guī)劃設(shè)計階段，水庫調(diào)洪計算的目的是為了找出當一定防洪標準的設(shè)計洪水入庫后能滿足防洪要求的防洪庫容、泄洪建筑物型式和尺寸。在水庫建成后，調(diào)洪計算的目的是尋求合理的、較優(yōu)的水庫汛期控制運用方式1。

作用有蓄洪與滯洪兩種。蓄洪一般指水庫設(shè)有專用的防洪庫容或通過預(yù)泄，預(yù)留部分庫容，用來攔蓄洪水，削減洪峰流量，滿足下游防洪要求。滯洪指僅僅利用大壩抬高水位，增大庫區(qū)調(diào)蓄能力，當入庫洪水流量超過水庫泄流設(shè)備下泄能力時，將部分洪水暫時攔蓄在水庫內(nèi)，削減洪峰，待洪峰過后，所攔蓄的洪水，再逐漸泄入河道。對防洪與興利相結(jié)合的綜合利用水庫來說，當入庫洪水為中小洪水時，一般以蓄洪為主，以便為興利之用；而在大洪水年份，則兼有蓄洪滯洪的作用。入庫洪水經(jīng)水庫調(diào)蓄后，其泄流量的變化情況與水庫的容積特性，泄洪建筑物形式，尺寸以及下游防洪標準，水庫運行方式等有關(guān)2。

方式基本有三種：

①自由泄流（敞開泄流）。指水庫不承擔(dān)下游防洪任務(wù)，水庫調(diào)洪只需解決水庫遭遇設(shè)計標準及校核標準洪水，在水庫水位超過防洪限制水位時為確保大壩安全時的泄洪。當水庫承擔(dān)下游防洪任務(wù)而入庫洪水超過下游防洪標準設(shè)計洪水時的泄流，也是自由泄流。

②固定泄流。即采用閘門控制措施，使水庫下泄流量按固定值泄放（一級或多級固定），各級控制下泄流量值視入庫洪水和控制點的防洪能力而定。對于調(diào)洪能力較小的水庫，可按入庫流量來判別屬于何級下泄值，對調(diào)洪能力大的水庫洪量起主要作用，宜采用庫水位漲率與入庫流量相結(jié)合方法判定宜選泄量數(shù)值。

③泄洪方式為補償調(diào)節(jié)方式。理想的補償調(diào)節(jié)方式是根據(jù)區(qū)間洪水預(yù)報逐時段確定水庫相應(yīng)下泄流量，使其與區(qū)間洪水流量組合結(jié)果不超過下游控制點的安全允許泄流量。考慮錯峰要求的水庫泄流即屬于此種方式。但這種方式只適合于水庫泄流至下游防洪控制點的傳播時間小于區(qū)間洪水的預(yù)見期和預(yù)報精度較高的情況。如果某些水庫泄流傳播到下游防洪控制點的時間較長，而區(qū)間洪水集流卻很快，預(yù)見期短，水庫接到區(qū)間水情預(yù)報時已來不及關(guān)閘錯峰，那么，需采用經(jīng)驗性或統(tǒng)計性的補償調(diào)節(jié)洪水方式。如把區(qū)間地區(qū)的某些暴雨因素和防洪控制點漲率等作為關(guān)閘錯峰的指標。當上游水庫群共同承擔(dān)下游防洪任務(wù)時，一般需要考慮補償問題，當水庫群洪水具有同步性時，選調(diào)洪能力大的，控制洪水比重大的水庫作為防洪補償調(diào)節(jié)水庫，其余為被補償水庫。反之，洪水同步性差的水庫群，采用補償方式時，應(yīng)將各庫泄流最大值與區(qū)間洪峰錯開，避免出現(xiàn)組合更不利情況3。

原理和方法洪水入庫后，其運動是屬于不穩(wěn)定流。水庫沿程的水位、流速和過水斷面等均隨時變化，可用圣維南方程組表示。由于圣維南方程組一般很難求得精確的解析解，實用中多采用瞬態(tài)法，直接差分法及特征線法等近似解法。水庫調(diào)洪計算的實用方法可分為靜庫容法及動庫容法。靜庫容法假定庫內(nèi)流速趨近于零，庫水面為水平的，即庫容與壩前水位成單值函數(shù)關(guān)系，忽略動力方程對調(diào)洪的影響，將連續(xù)方程寫成有限差的水量平衡方程并建立水庫下泄流量與水庫蓄水量之間的關(guān)系。動庫容法指水庫尾部地形開闊或回水尾端庫水面曲線上翹顯著，動庫容（實際庫水面與水平庫面間的庫容）不容忽視時，按不穩(wěn)定流計算方法逐段進行洪水演算。這種方法的工作量很大。實際應(yīng)用采用回水曲線法和近似法2。

計算方法使用AutoCAD VBA進行水庫調(diào)洪計算

VBA（Visual Basic for Application）是Microsoft公司集成在Microsoft office系列軟件中的超級開發(fā)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(fā)工具。AutoCAD VBA與Office VBA是同一工具同一環(huán)境，不同的是AutoCAD VBA集成于AutoCAD中。

在手工進行水庫調(diào)洪計算的時代，人們使用試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。后來在PC-1500機、微機和Basic語言普及的時代，因試算法較適合編程進行迭代計算，試算法又得到了廣泛使用。

隨AutoCAD的逐漸普及和AutoCAD二次開發(fā)工具的日益豐富，尤其是從R14開始增加的VBA開發(fā)工具為圖解法的發(fā)展應(yīng)用提供了可能。

使用AutoCAD VBA進行水庫調(diào)洪計算有以下優(yōu)點：

⑴AutoCAD是專業(yè)的工程繪圖軟件，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(yōu)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(xué)習(xí)一門編程語言。

⑶AutoCAD VBA與Office VBA是同一環(huán)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(jié)合使用，可以輕松輸出精確的圖形結(jié)果，例如調(diào)洪計算可以輸出實際入庫和泄流過程線3。

本詞條內(nèi)容貢獻者為:

石季英 - 副教授 - 天津大學(xué)