水库调洪半图解法 matlab编程

[收稿日期] 2010-09-20[基金项目] 教育部国家外专局高等学校学科创新引智计划( 111 )项目(B08039)[作者简介] 贾志峰(1986-),男,河南三门峡人,硕士研究生;富 飞(1986-),男,甘肃民勤人,硕士研究生水库兴利调节及调洪计算的程序设计与应用贾志峰,富 飞(长安大学环境科学与工程学院,西安 710054)[摘 要]在水库的设计过程中,水库的兴利调节及调洪计算是必不可少的。

将M atlab 语言强大的函数库及简单的程序代码运用于水库兴利调节及调洪计算,在很短的时间内即可计算出水库兴利库容、调洪库容及防洪水位等参数,避免了利用Ex cel 进行列表试算麻烦且工作量较大的缺点,为水库水利计算提供了便利的工具。

并将试算法 程序化 ,利用三次样条插值,结合某中型水库实际资料进行水利计算,为该水库设计提供了依据。

[关键词] 调洪计算;试算法;三次样条插值;程序设计[中图分类号] T P39 [文献标识码] A [文章编号] 1006-7175(2010)12-1415-04D esign and Applicati on of the Co mputation of R eseviorProfiti ng R egul ation and Flood R egulationJI A Zh i-feng ,FU Fe i(Co llege of Env ironm ental Sc i e nce and Eng i n eering ,Chang an University ,X i an 710054,China)Abstract :In the process of reservo ir desi g n ,it is necessar y to study on the co mpu tation o f resev iorpr o fiti n g regulati o n and flood regu l a ti o n In th is paper ,M atlab w ith a po w erfu l functi o n li b rary and si m ple progra m code i s applied to the co m putati o n o f resevior profiti n g regulati o n and fl o od regu la ti o n M ak i n g up w it h shortco m i n g o f the tr i a l-and-error m ethod w ith a ted i o us and m assive vo l u m e of wo r k i n Exce,l w e can get para m eters such as the volum e o f reserv i o r for profiti n g ,vo l u m e and w a ter leve l o f reserv ior for regu lati n g the flood etc in a relatively rapid speed by usi n gM atlab So it pro v i d es a conven i e n t too l for the calcu lation of reservo ir M eanwh ile ,the rial-and -error code w ith cub ic spli n e interpo lation functi o n is progra mm ed to dea l w ith t h e computation o f resevior profiting regu lati o n and fl o od regulati o n for a m edium -sized reservo ir w it h the actua l resev ior data ,w hich pr ov i d es the basis for the reservior desi g n Key w ords :co m puta ti o n of flood regulation;trial-and-err or m ethods ;cubic sp li n e interpo lation ;pr ogra mm ing0 引 言M a tl ab 作为世界上应用最广泛的工程计算软件之一,在水利计算中有很大的用处。

洪水调节设计试算法和半图解法带试算C语言程序Document serial number【UU89WT-UU98YT-UU8CB-UUUT-UUT108】《洪水调节课程设计》任务书一、设计目的1.洪水调节目的：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、泄洪建筑物型式和尺寸间的关系，为确定水库的有关参数和泄洪建筑型式选择、尺寸确定提供依据；2.掌握列表试算法和半图解法的基本原理、方法、步骤及各自的特点；3.了解工程设计所需洪水调节计算要解决的课题；培养学生分析问题、解决问题的能力。

二、设计基本资料1.某水利枢纽工程以发电为主，兼有防洪、供水、养殖等综合效益，电站装机为5000KW，年发电量1372×104kw·h，水库库容亿m3。

挡水建筑物为混凝土面板坝，最大坝高。

溢洪道堰顶高程，采用2孔8m×6m（宽×高）的弧形门控制。

水库正常蓄水位。

电站发电引用流量为10 m3/s。

2.本工程采用2孔溢洪道泄洪。

在洪水期间洪水来临时，先用闸门控制下泄流量q并使其等于洪水来水量Q，使水库水位保持在防洪限制水位不变；当洪水来水量Q继续增大时，闸门逐渐打开；当闸门达到全开后，就不再用闸门控制，下泄流量q随水库水位z的升高而增大，流态为自由流态，情况与无闸门控制一样。

3. 上游防洪限制水位（注：X=+学号最后1位/10，即），下游无防汛要求。

三、 设计任务及步骤分别对设计洪水标准、校核洪水标准，按照上述拟定的泄洪建筑物的类型、尺寸和水库运用方式，分别采用列表试算法和半图解法推求水库下泄流量过程，以及相应的库容、水位变化过程。

具体步骤：1. 根据工程规模和建筑物的等级，确定相应的洪水标准；2. 用列表试算法进行调洪演算：① 根据已知水库水位容积关系曲线V ～Z 和泄洪建筑物方案，用水力学公式求出下泄流量与库容关系曲线q ～Z ，并将V ～Z ，q ～Z 绘制在图上；② 决定开始计算时刻和此时的q 1、V 1，然后列表试算，试算过程中，对每一时段的q 2、V 2进行试算；③ 将计算结果绘成曲线：Q ～t 、q ～t 在一张图上，Z ～t 曲线绘制在下方。

博斯腾湖洪水调节的VB计算程序开发及思考作者：许新来源：《科学与财富》2018年第10期摘要：水库调洪是防洪工作的关键，洪水调节软件通用化、简洁化和自动化是未来发展方向。

本文主要介绍基于列表试算法的通用化洪水调节软件的性能和计算方法。

该程序基于列表试算法，根据水库的水文特点，通用化计算出在不同入库洪水过程线条件下各水文要素之间的关系。

本文以新疆博斯腾湖为例进行分析，基于Teechart控件实时作图，定量绘出在水库调蓄洪水的过程中入库洪水、下泄洪水、水库水位随时间的变化关系，为水库防洪调度提供数据支持。

关键词：洪水调节；列表试算法；Teechart绘图；新疆博斯腾湖1 引言科技迅速发展的今天，电脑程序帮助我们解决了很多繁琐，复杂的问题，它的高精度性，便捷性为我们提供了更加优质的生活方式和生产条件。

水利水电工程行业在目前的水利水电工程设计行业被逐步推向竞争激烈的设计市场，设计单位要想拓展市场，就必须能及时准确地提出高质量的设计成果，提高自己的信誉。

水资源的调度通常是一项量惯性强，抄录计算量大且十分繁琐的工作，目前多用Excel进行编制计算，在这样的条件下，编制人员不得不在大量的定额数据以及各种计算表之间反复计算核对，极大的浪费了时间和精力，在低效率的情况下经常容易出错。

随着计算机软件知识的普及，许多应用程序应运而生，将工作人员从繁琐的工作中解脱出来，开发软件已经是许多人共同的心愿。

2 调洪计算计算方法2.1 水量平衡方程洪水在水库中运行时，水库沿程的水位、流量、过水断面、流速等均随着时间而变化，起流态是属于明渠非均匀流。

连续性方程（2-1）动力平衡方程（2-2）这两个方程难以求出精确解。

采用静态库容的方法仅考虑坝前水位水平面以下的库容对洪水调节，连续性方程可写成有限差形式的水量平衡方程为（2-3）其中Q系列表示计算时段初，末的入库流量；q系列表示计算时段初末的下泄流量。

在已知了水库入库洪水过程线使，式（2-3）中的未知数有V2两个和q2，需要增加一个方程才能求解。

根据以下资料，用matlab编程计算
1、某水电站水库水位（Z）库容（V）关系曲线如下表（Z：m；V：108m3）
2、该水电站下游水位（Z下）流量Q关系如下表（Z下：m；Q：m3/s）
3、该水电站坝址处设计代表年天然径流资料（Q：m3/s）
4、综合利用资料
该水库下游综合利用需求对发电无约束作用，上游灌溉用水需求如下表（Q ：m3/s）
灌
5、已知该水库死水位为95.0m。

6、不计水量损失。

二、要求
1、绘制该水库水位库容关系曲线；
2、如水库正常蓄水位为105.0m，试确定相应的兴利库容数值，并据此对设计枯水年进行等流量调节列表计算，求水库各时期的调节流量。

基于Excel的半图解法在水库调洪计算中的应用作者：王新华张慧颖黄辉曦郭美华来源：《人民黄河》2021年第11期摘要：相对于列表试算法而言，半图解法避免了大量的试算工作量，在人工调洪计算中广泛应用。

使用该方法时要事先绘制水位—库容曲线、泄流量—库容曲线、单辅助曲线，并反复查算曲线，工作量仍然较大，效率不高。

在分析半图解法基本原理和调洪计算步骤基础上，提出实现曲线查算的关键步骤是将平面坐标系下各种曲线进行分段，根据x值所处的横坐标区间段，利用线性内插法查出分段曲线上的纵坐标y值。

利用Excel中内置的函数trend、offset、match嵌套使用，将曲线查算转化为求分段线性内插值，从而在Excel中实现半图解法调洪计算，大大提高了计算效率。

关键词：半图解法;调洪计算;trend函数;offset函数;match函数; Excel中图分类号：TV214; TV697 文献标志码：Adoi：10.3969/j.issn.1000-1379.2021.11.014引用格式：王新華，张慧颖，黄辉曦，等.基于Excel的半图解法在水库调洪计算中的应用[J].人民黄河，2021，43（11）：76-80，158.Application of Semi-Graphic Method Based on Excel in Reservoir Flood Regulation Calculation WANG Xinhua1， ZHANG Huiying1， HUANG Huixi2， GUO Meihua1（1. College of Water Conservancy， Yunnan Agricultural University，Kunming 650201，China;2.Kunming Branch of Yunnan Provincial Hydrology and Water Resources Bureau， Kunming 650051， China）Abstract： Compared to the list-try algorithm， the semi-graphic method， avoiding a lot of trial calculating work， is widely used in artificial flood regulation calculation. The water level storage curve， discharge and storage curve， auxiliary curve should be drawn in advance when using this method. Curve drawing and repeated search， the workload is still large and the efficiency is not high. Based on the analysis of the basic principle of semi-graphic method and the calculation steps of flood regulation， this paper put forward that the key step to realize the curve calculation and search was to segment all kinds of curves in the plane coordinate system and find out the y-coordinate on the segmented curve according to the x-coordinate interval and x value by linear interpolation method. By using the embedded three functions commands of trend， offset and match， the semi-graphic flood regulation calculation could be realized in Excel by transforming the curves search into finding the linear interpolation of segmented line segments， which greatly improved the calculation efficiency of the method.Key words： semi-graphic method;flood regulation calculating; trend function; offset function; match function; Excel水库的调洪库容、设计洪水位、校核洪水位、泄洪建筑物型式及尺寸拟定和已建水库防洪安全复核等都要进行调洪计算。

根据工程规模和建筑物的等级，可确定设计洪水标准的频率为1%、校核洪水标准的频率为0・1%。

上游防洪限制水位Z艮=525.2m，下游无防汛要求。

故起调水位是Z，即525.2m。

设计洪水标准堰顶溢流q 溢二nb£m (2g) 1/2 H 3/2 =2X8X0.92X0.48X (2X9.81) 1/2 x H3/2=31.3H3/2校核洪水标准堰顶溢流q 溢二nb£m (2g) 1/2 H3/2 =3X8X0.92X0.48X (2X9.81) 1/2 X H3/2=46.9H3/2一•设计洪水调节的计算(一)列表试算法：1.计算并绘制q—V,V—Z和q—Z曲线V-Z曲线系列1V（万m3）q(m3/s)2. 确定调洪起始条件。

起调水位为防洪限制水位525.2m ，相应库容查表一得为4720.2万 m3,初始下泄流量查表一得为493.2m3/s 。

3. 确定时刻0〜1h 和14h 后小于防洪限制水位下的泄流量，为保持防洪限制水位不变，应 使下泄水位等于来水量。

其余时刻水库进行洪水调节，用试算法进行调洪计算。

计算时 段为1h ，见表二 表二：时间 t(h) 入库洪 水流量 时段平 均入库 流量时段入库水量 （万 m3） 下泻流量q平均时段下泻流量 时段下 泻水量 （万 m3） 时段内水库的存水 变化 水库的存水量水库 的水 位 0 35.035.00.0 4720.2 525.2 1 196.0 115.5 41.6 196.0 115.5 41.6 0.0 4720.2 525.2 2 524.0 360.0 129.6 496.0 346.0 124.6 5.0 4725.2 525.3 3 727.0 625.5 225.2 521.0 508.5 183.1 42.1 4767.4 525.5 4 1220.0 973.5 350.5 622.0 571.5 205.7 144.7 4912.1 526.3 5 1390.0 1305.0 469.8 779.0 700.5 252.2 217.6 5129.7 527.5 6 1290.0 1340.0 482.4 916.0 847.5 305.1 177.3 5307.0 528.4 7 1190.0 1240.0 446.4 998.0 957.0 344.5 101.9 5408.9 528.9 8 853.0 1021.5 367.7 1001.0 1000.5360.2 7.6 5416.4 529.0 9 647.0 750.0 270.0 939.0 971.0 349.6 -79.6 5336.9 528.6 10 483.0 565.0 203.4 847.0 893.0 321.5 -118.1 5218.8 527.9 11 437.0 460.0 165.6 754.0 800.5 288.2 -122.6 5096.2 527.3 12 398.0 417.5 150.3 676.0 715.0 257.4 -107.1 4989.1 526.7 13 348.0 373.0 134.3 608.0 642.0 231.1 -96.8 4892.3 526.2 14 294.0 321.0115.6546.0 577.0207.7-92.24800.1 525.6 15283.0283.0 4720.2 525.2 16263.0263.04720.2 525.2q-Z 曲线Z 0.00 500.00 1000.00 1500.00 2000.00 2500.00 3000.00 3500.00系列117 245.0 245.0 4720.2 525.218 224.0 224.0 4720.2 525.219 204.0 204.0 4720.2 525.220 183.0 183.0 4720.2 525.221 171.0 171.0 4720.2 525.222 154.0 154.0 4720.2 525.223 144.0 144.0 4720.2 525.224 135.0 135.0 4720.2 525.2 4.由表二绘制Q—t, q—t和Z—t曲线如下所小:Z-t曲〜系列15.由Q—t, q—t曲线查得设计洪水标准时最大泄量为1001.0m3/s，由表二查得水库最高水位为529.0m。

调洪演算2、采⽤列表试算法进⾏调洪演算：1) 确定⽔库蓄泄关系a) 确定库容曲线：根据给定的库容曲线表绘制⽔库的库容曲线如图2-1图2-1⽔库库容曲线b) 确定⽔库泄流公式根据堰流泄流能⼒：2302H g mBQ =式中： m —— 流量系数，本⼯程取0.35； B —— 堰顶净宽，55.0m ；g—— 重⼒加速度，取29.81g m s=；H0—— 堰顶⽔头，考虑坝前⾏进流速⽔头较⼩，取H0=H 。

则⽔库泄流能⼒公式可确定为：23(27.85）Zo Zt Q -=式中： Zt 为当前⽔库⽔位Zo 为正常⾼⽔位（溢流堰堰顶⾼程），本地取167.3m 。

c) 确定蓄泄关系 i. 确定⼀组⽔库库容V(I)，I=1,2……m ； ii. 对V(I)，据库容曲线查得库⽔位Z （I ），据2）计算对应的泄流能⼒q （i ）； iii.对应⼀组V~q ，确定蓄泄关系，如图2—2。

图2-2 ⽔库蓄泄关系图2)列表进⾏调洪演算a)试算程序调洪演算原理i.对t时段计算，⽔库初始需⽔量V(t-1)由上⼀时段给出；ii.假设qt，则可计算出该时段的⽔库需⽔量V(t)，从蓄泄关系上差得qt’；iii.⽐较qt与qt’，若|qt-qt’|<ξ1，则t=t+1，否则重新假设qt，令t=t；iv.当算⾄⽔库|Z(t)- Zo|<ξ2时，终⽌计算。

b)计算表格i.设计频率为P=5.0%的计算结果如表2-1：图2-3 频率为P=5.0%的调洪演算计算图ii.设计频率为P=3.33%的计算结果如表2-2；来⽔、泄流及⽔位过程线图2-4：图2-4 频率为P=3.33%的调洪演算计算图iii.设计频率为P=0.33%的计算结果如表2-3；表2-5 频率为P=0.33%的调洪演算计算结果c)调洪演算计算结果如表2-631)拟定⼯作图a)确定Z—q关系线，见列表法进⾏调洪演算；b)确定（V/△t±q/2）—q关系线；i.确定⼀组⽔库库容V(I)，I=1,2……m；ii.对V(I)，据库容曲线查得库⽔位Z（I），据2）计算对应的泄流能⼒q（i），并计算V（i）/△t+q(i)/2；iii.对应⼀组V（i）~Z(i)~ V（i）/△t+q(i)/2~ V（i）/△t-q(i)/2，确定各相各关系。

《洪水调节课程设计》任务书一、设计目的1.洪水调节目的：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、泄洪建筑物型式和尺寸间的关系，为确定水库的有关参数和泄洪建筑型式选择、尺寸确定提供依据；2.掌握列表试算法和半图解法的基本原理、方法、步骤及各自的特点；3.了解工程设计所需洪水调节计算要解决的课题；培养学生分析问题、解决问题的能力。

二、设计基本资料1.某水利枢纽工程以发电为主，兼有防洪、供水、养殖等综合效益，电站装机为5000KW，年发电量1372×104 kw·h，水库库容0.55亿m3。

挡水建筑物为混凝土面板坝，最大坝高84.80m。

溢洪道堰顶高程519.00m，采用2孔8m×6m（宽×高）的弧形门控制。

水库正常蓄水位525.00m。

电站发电引用流量为10 m3/s。

2.本工程采用2孔溢洪道泄洪。

在洪水期间洪水来临时，先用闸门控制下泄流量q并使其等于洪水来水量Q，使水库水位保持在防洪限制水位不变；当洪水来水量Q继续增大时，闸门逐渐打开；当闸门达到全开后，就不再用闸门控制，下泄流量q随水库水位z的升高而增大，流态为自由流态，情况与无闸门控制一样。

3.上游防洪限制水位524.8m（注：X=524.5+学号最后1位/10，即524.5m-525.4m），下游无防汛要求。

三、设计任务及步骤分别对设计洪水标准、校核洪水标准，按照上述拟定的泄洪建筑物的类型、尺寸和水库运用方式，分别采用列表试算法和半图解法推求水库下泄流量过程，以及相应的库容、水位变化过程。

具体步骤：1.根据工程规模和建筑物的等级，确定相应的洪水标准；2.用列表试算法进行调洪演算：①根据已知水库水位容积关系曲线V～Z和泄洪建筑物方案，用水力学公式求出下泄流量与库容关系曲线q～Z，并将V～Z，q～Z绘制在图上；②决定开始计算时刻和此时的q1、V1，然后列表试算，试算过程中，对每一时段的q2、V2进行试算；③ 将计算结果绘成曲线：Q ～t 、q ～t 在一张图上，Z ～t 曲线绘制在下方。

姓名学号指导老师根据建筑物的等级，可确定设计洪水标准的频率为3.33%、校核洪水标准的频率为0.5%,起调水位是227.0m,溢流堰宽度56.9m。

一．设计洪水调节的计算（一）列表试算法:1.计算并绘制q—V,V—Z和q—Z曲线表一：设计洪水标准(p=3.33%)时水库q—V关系计算表2.确定调洪起始条件。

起调水位为227.0m ，相应库容查表一得为14.632万m 3，初始下泄流量查表一得为0 m 3/s 。

3.用试算法进行调洪计算。

计算时段为0.5h ，见表二表二：设计洪水标准(P=3.33%,)4.由表二绘制Q—t，q—t和Z—t曲线如下所示：5.由Q—t，q—t曲线查得设计洪水标准时最大泄量为1585.50 m3/s,由表二查得水库最高水位为232.613 m。

（二）半图解法1.由上述列表试算法得到的q~V曲线计算并绘制q~V/△t+q/2辅助曲线，见表三。

表三：q=f（V/△t+q/2）辅助曲线计算表（p=3.33%）2.调洪计算求q~t过程和库水位过程。

计算过程见表四。

表四：水库半图解法调洪计算表（p=3.33%）3.绘制Q~t与q~t曲线，求q m与Z设。

4．由上表查得设计洪水标准时最大泄量为1602.02m3/s，水库最高水位为232.659m。

二．校核洪水调节的计算（一）列表试算法:1.计算并绘制q—V,V—Z和q—Z曲线表一校核洪水标准(p=0.5%)时水库q—V关系计算表2.确定调洪起始条件。

起调水位为防洪限制水位227.0 m，相应库容查表一得为14.632万m3，初始下泄流量查表一得为0 m3/s。

3.确定时刻0~2h和13h后小于防洪限制水位下的泄流量，为保持防洪限制水位不变，应使下泄水位等于来水量。

其余时刻水库进行洪水调节，用试算法进行调洪计算。

计算时段为0.5h，见表二表二：校核洪水标准(p=0.5%)4.由表二绘制Q—t，q—t和Z—t曲线如下所示：5.由Q—t，q—t曲线查得设计洪水标准时最大泄量为2394.46 m3/s,由表二查得水库最高水位为234.297 m。

MATLAB在水库调洪计算中的应用
朱宏锋
【期刊名称】《浙江水利科技》
【年(卷),期】2001(000)003
【摘要】MATLAB是世界上应用最广泛的工程计算软件,可广泛运用于数理统计、数据分析及可视化、动态系统仿真等领域.在水利计算及系统评估上也有很大的用处.对应用MATLAB进行水库调洪演算作了论述.
【总页数】2页(P22-23)
【作者】朱宏锋
【作者单位】建德市水利水电勘测设计所,浙江建德 311600
【正文语种】中文
【中图分类】TV122
【相关文献】
1.MATLAB在调洪计算中的应用 [J], 郑明平
2.MATLAB语言在水库调洪计算的应用 [J], 谭均沃
3.基于半图解法的MATLAB程序和Excel在水库调洪演算中的联合运用 [J], 安航永;赵文龙;张雅萍
4.四阶龙格库塔法在高士沟水库调洪计算中的应用 [J], 陈猛
5.基于Excel的半图解法在水库调洪计算中的应用 [J], 王新华;张慧颖;黄辉曦;郭美华
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