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1、岸堤水库雨洪资源解析使用说明书二一五年六月一日作者：李文华电话：13508991224邮箱：目录第一章 概述3第二章 功能简介5第一节 功能特点5第二节 软件画面6第三节 运算功能7第四节 气象云图及气象雷达13第三章 数学模型14第一节 洪水模型141、瞬时单位线142、CAMMADIST函数语法153、CAMMADIST函数应用164、流域洪水错时叠加17第二节 洪水传播18第三节 泄量模型191、闸门出流192、推求水面线213、闸门泄量22第四节 调洪演算22第五节 控运方案23第四章 扩展性设计23第五章 调洪实例29第六章 课目攻关概况30第七章 使用说明书31第一节 洪水预报31
2、第二节 调洪演算33第三节 其他计算33附件 课题研发小组成员名单34第一章 概述控制和预见洪水，让洪水变为一种资源，实现科学预见、动态管理、合理利用，是本课题的研究对象。科学控制洪水，真正能够对洪水运用自如，其首要问题是准确解析、及时预报，掌握洪水动态。但目前实际应用中，对水库防洪兴利控制运用，还仅限于依靠库水位的变化，结合下游河道的承受能力，试探性的调节洪水，这种洪水调整模式，具有较大的盲目性，理论方面的支撑相对不足。当前，各水库防汛主体单位，均制定了相应的水库控制运用方案。如岸堤水库防洪调度图(图1)，但这些方案的编制和批复仅表现为粗线条和原则性的界定，是在进行大量假定的基础上进行编制的
3、，应用中的可操作性相对欠缺，在实践中仅具有指导意义。（图1 ）洪水调度控制方案的编制，偏离实际应用，存在的突出问题，主要表现在以下几个方面：1、假定了降雨的空间分配是均匀的，即整个流域降雨分布是均等的。但实际降雨，特别是流域面积稍大的水库，降雨的空间分布几乎不可能是均等。2、事先拟定了24小时降雨在1日内各时段上的雨量分配。但实际降雨在时段上的分配，是个随机的不确定因素。3、控制运用方案的编制，起调水位为汛中限制水位，但实际降雨前的库水位，却几乎不可能恰巧是汛中限制水位。4、所有闸门同开度启用，与实际控制运用也不相符。5、控运方案的编制基础是净雨量，但实际操作中我们所能掌握的是降雨量。把降雨量
4、合理的转换为净雨量，也成了水库实际控制运用要解决的问题。岸堤水库雨洪资源动态解析预报平台，较为圆满的解决了以上五方面的问题。第二章 功能简介第一节 功能特点1、采用.dll数据调用模式，获取水库基本数据。软件具有非常理想的可扩展性，支持任何某水库的洪水资源解析。2、 流域洪水模型参数，支持外部修订（需慎重修订）；上游中小型水库、塘坝等的拦蓄作用，可通过修订流域权重参数，简化上游拦蓄效果的修正计算。3、数据支持电子表格输出和图形输出。可导出对应某次降雨的洪水过程线文件、对应某泄洪方案的库水位动态变化过程线文件、调洪演算成果文件及其他数据的导出文件等。4、支持具有指导意义的控制运用方案的编制计算。
5、v2.0及以后版本，还支持演算过程数据文件（*.xls）的导出。5、支持 库水位库容水面积对应关系转换(附:溢流堰泄量)；支持库水位闸门开度溢洪道泄量对应关系转换；支持降雨信息、降雨重现期等其他数据转换，支持逆推进库流量等计算功能。6、界面采用GDI函数绘制；强化鼠标移动算法，瞬间获得流域、计算钮等虚拟按键操作指令；频繁调用的关键代码，特别是v2.20及以后版本，大量的嵌入了汇编语言代码，直接操作计算机CPU和内存等硬件设备，数据处理快速、高效。7、全面支持包括调洪规则等大量的信息自定义。第二节 软件画面1、启动画面系透明.png文件(图2)，其背景系洪水创意手绘图。（图2 ）2、主画面背景系
6、岸堤水库流域布局图(图3)（图3 ）第三节 运算功能1、前期降雨情况数据输入功能（图4）前期降雨影响输入模式下，还可通过右键菜单，调用软件内置的“前期降雨影响量”计算器，进行前期降雨影响计算；支持快速自动录入Pa值。（图4 ）2、流域降雨数据，按真实时程分配输入（图5）（图5 ）3、洪水过程线屏幕输出（图6），支持数据文件导出（*.xls和*.png）。（图6 ）4、调洪库水位过程线屏幕输出（图7），支持数据文件导出；支持任意起调水位和任意闸门操作形式下的洪水控制运用计算。（图7 ）4、控制运用方案编制计算模块（图8）。支持任意起调水位(默认为限制水位)设置；支持外置调洪规则设置。软件作者配置
7、的调洪规则意义为：起调水位以下不泄洪，防洪高水位以下，按下游河道安全泄量调洪(保下游)，库水位超过防洪高水位后，敞闸泄洪(保工程)；并依据综合利用水库调度通则（水利部水管199361号）对防洪调度图的编制要求，对降雨做如下假定：假定1：流域均匀净雨量；假定2：流域净雨的时段分配，恒定匹配于水库所在地域；假定3：所有闸门同高度启用。软件V2.0及以后版本的调洪演算模块，可导入自定义洪水；可导出调洪数据文件，演算过程清晰直观。.（图8 ）5、库水位库容水面积，对应关系表（图9）。（图9 ）6、闸门泄量 计算功能区（图10）（图10 ）7、进库流量 逆推功能（图11）（图11 ）8、降雨量重现期 （
8、图12）（图12 ）9、软件的v2.0及以后版本，还设计了“脚本调试器”。调试器直接运行脚本文件VbThguize.txt，并输出计算结果，软件使用者可验证自己编写的脚本文件是否正确。10、软件v2.0及以后版本，前期降雨影响的计算，是以陆地蒸发系数的模式予以外部设置，文件名是在配置文件中予以指定YueyinxiangPa.txt的形式外置，允许用户根据当地的气候条件，参照已有资料随时予以调整和更新。11、外置调洪规则脚本（VbThguize.txt），功能强大，对于调洪演算和洪水预报，可轻松的实现闸门的动态操作（详见：第四章 扩展性设计）。12、v2.20及以后版本，支持洪水时段长自定义。1
9、3、v2.24版本还支持小流域洪水数据导出。14、v3.00版本的洪水河道传播，采用了被国内外广泛应用的马斯京根算法。第四节 气象云图及气象雷达1、“风云二号”气象卫星实况数据调用（图13）（图13 ）2、“当地、当前”气象雷达数据调用（图14）（图14 ）第三章 数学模型第一节 洪水模型1、瞬时单位线为确保软件解析功能在各水库之间的通用性和可拓展性，洪水单位线采用传统的瞬时单位线。瞬时单位线的理论依据就是把洪水过程看作是流域n个相同的线性水库串联调节后的汇流结果，是个已经过理论论证和推导，并被大家所接受的成熟结论。其数学表达式：其中：n线性水库数量，反应流域调节能力； n的伽玛函数；K线性水
10、库的调节系数。e常数（自然对数的底数）瞬时单位线S曲线数学表达式：常规利于瞬时单位线推求洪水过程线时，我们就是通过S曲线，计算无因次时段单位线，最后转换为有因次时段单位线。这种汇流计算，不仅是工作量大，而且通过S(t/k，n)推求参数的时段单位线时，一方面因使用中间参数(t/k)增加了舍入误差，另一方面(t/k)和n的双向内插，增加了方法误差。计算结果的精度受到了很大影响。微软Excel办公组件，为我们提供了CAMMADIST函数，是洪水计算较为便捷理想的计算方案。2、CAMMADIST函数语法CAMMADIST(x,alpha,beta,cumulative)式中：x是自变量，用来计算伽玛分
11、布函数的值；Alpha和beta均为相关参数。Cumulative是个逻辑参数：Cumulativefalse时，返回概率密度函数：Cumulativetrue时，返回累积分布函数：3、CAMMADIST函数应用洪预报解析平台，就是调用微软为我们提供的CAMMADIST函数，把参数，分别用瞬时单位线的代替，当Cumulativefalse时得到u(t)函数；当Cumulativetrue时得到S(t)函数。因此，洪预报解析平台要求用户必须安装有微软的Excel办公组件，这是个大多数计算机用户都可满足的一般条件。4、流域洪水错时叠加CAMMADIST函数本身并不能解决降雨在空间上的不均匀分布问题
12、。透过微分观点，我们可以把全流域进行细分，分割成若干个微小流域，我们完全可以认为微小流域内的降雨是均布的。鉴于目前技术条件和设备配置，我们还无法得到无限微小流域的降雨量，因此，流域的细分，不能真正的进行无限分割，必须结合雨量观测设备在全流域内的真实布局情况予以分割。利于微软的CAMMADIST函数计算洪水过程，流域划分越细，计算结果越合理。按照水库全流域雨量检测设备的分布，进行了二次分割，把整个水库流域，细分成了多个小流域，依次计算洪水并经过河道传播和叠加计算，最终得到流域坝前洪水过程线。岸堤水库上游在水库整个流域内，分布着4个水文站和5个雨量观测点，按照这些雨量观测设备的布局，把整个流域又分
13、割成了9个小流域。这些小流域的洪水，通过调用微软的CAMMADIST函数得到相应过程线，各个小流域洪水过程线经主河道传播后，错时段叠加得到洪水演算所需要的坝前洪水动态数据。第二节 洪水传播流域洪水在河道中的传播，采用马斯京根算法。马斯京根法假定，对某特定河道段，其河道槽蓄量S与流量Q之间，存在着一种固有关系，即槽蓄曲线。槽蓄曲线反映河段的水力学特性。 建立如下的河道水量平衡方程式：联立槽蓄曲线求解：即：马斯京根法河道洪水演算方程。第三节 泄量模型泄量与库水位、开度关系，在合理确定相关参数后，其推求过程的计算工作量异常庞大。泄量计算首先是假定已知闸前水头，然后计算闸门泄量，并利于推求水面线方法，
14、逐断面试算得出对应库水位值。对应于某个库水位的泄量值，更是需要经大量的试算过程求得。1、闸门出流已知闸前水头，计算闸门泄量，关键是确定对应开度下的闸门水流形态（孔流或堰流）。水力学对该临界点确定的比较笼统：弧形闸门、平板闸门确定为临界点。准确的说，临界点是对应于某特定库水位，闸门堰流泄量等于孔流泄量时值。经过对岸堤水库弧形闸门的计算，不同库水位下的临界点不是一个固定数据，而是一个范围值：洪预报动态解析平台，计算闸门泄量时，首先就是确定对应该特定库水位下的临界点。堰流泄量：其中： （侧向收缩系数）B溢洪道净宽（m）H堰顶水头（m）m垂直收缩 综合系数（驼峰堰0.42）n开启孔数b单孔净宽 孔流泄量：岸堤水库溢洪闸流量系数 （适应范围）软件系按照堰流等于孔流的临界条件（绝对条件），通过试算推求对应闸门开度和闸前水头，最终得到对应某库水位真实的临界点值。计算某闸前水头的泄
