列表试算法的运用和前期处理

作者简介：李澜（1994--），女，山西芮城县人，郑州大学水利与环境学院2011级本科生

摘要：洪水的到来会影响经济发展，破坏自然生态环境。将洪水拦蓄在水库里无疑对灾害的减缓有重要的作用。在计算防洪水位时，我们会用到列表试算法。列表试算法的具体过程是怎样的？最开始时水文数据又该如何设定？

关键词：列表试算法；天然来水；防洪水位

洪水是水量增加而造成自然灾害的现象。为了防洪，我们常常修建水库用于拦蓄洪水。水库的防洪库容的确定有很多种方法，其中列表试算法最为简单，也最容易被理解。

列表试算法[1]是根据不同的来水过程来求解相应的不同的防洪水位的方法。它属于静库容法，基本原理是根据给定的天然来水过程和某一特定水库所特有的水位容积特征曲线V=f（z）、水位下泄流量曲线q=f（z），假设下一时段的水位，用有关公式算出对应水位再查表校核。举例来说，给定的天然来水过程为每3个小时给定一入库流量。水库所特有的水位容积特征曲线V=f（z）、水位下泄流量曲线q=f（z）均已知。我们首先确定计算时段为3小时（因为每3个小时给定一入库流量）。假设第18小时的流量Q、水位z、库容V、下泄流量q均已通过列表试算法从前面递推出来，现在我们要用第18小时的数据来递推第21小时的数据。显而易见，第21小时的数据中，只有流量Q是已知的。我们假定这一时刻的水位z为某一数值，用水位容积特征曲线V=f（z）查出这个水位所对应的库容V和用水位下泄流量曲线q=f（z）来查出这个水位所对应的下泄流量q。在18小时到21小时之内的这3个小时内，增加的库容△V=1/2Q △t-1/2q △t，其中Q和q为18小时和21小时这两个时间点的对应Q（或q）的平均值。用V+△V得到21小时时水位V，再返回来用水位容积特征曲线V=f（z）查出这个库容所对应的水位z和用水位下泄流量曲线q=f（z）来查出这个水位所对应的下泄流量q。如果之前假设的水位z正确，则这时在图表上查出来的水位应该与之前假设的相同。当然，允许其有一定的精度误差。如果查出来的水位z>假设的水位z，说明假设的水位偏低，下次假设应该在上次假设的基础上再高一些。反之，如果查出来的水位z<假设的水位z，说明假设的水位偏高，下次假设应该在上次假设的基础上再低一些。就这样，多次进行计算可以计算出符合精度要求的第21小时的水文数据。以此类推，用第21小时的水文数据可以递推出第24小时的水文数据，用第24小时的水文数据可以递推出第27小时的水文数据……只要第3i个小时的来水过程已知，且水位一直在水库的水位范围内，我们就可以一直推算以后的来水过程。

我们来说一说这个方法的前期处理。在这个方法中，需要注意的是第0个计量单位的水文数据。就好像多米诺骨牌的倒塌总需要第一块牌，同样，第0个计量单位的水文数据是所有计量单位数据的第一步。实际情况中，给定的来水过程往往是不同频率所对应的入库洪水过程线，计量单位通常有天、小时、分钟等单位。这些入库洪水过程线是怎么得来的呢？我们知道自然界的规律错综复杂，我们用统计学的办法来统计得来一些洪水大小，采用适线法来得到洪水频率线，再根据不同安全保证率来选择洪水的大小，采用同倍比放大法或者同频率放大法[2]来放大典型洪水过程，最终得到不同频率的入库洪水过程线。以100天的某一频率对应的入库洪水过程为例。第0天时，理论上讲洪水还没有到来，也就是说这个时候还没有洪水过程。那么我们的入库流量Q如何取呢？下泄流量q又如何取呢？在计算时，列表试算法本身是一种静库容法，只考虑坝前水位水平面以下的库容对洪水所进行的调节。我们可以试想，绝大多数情况下，水库都是风平浪静的，没有来水，也没有去水。这时的入库流量Q和下泄流量q都为显然都为0。有时为了保持水库的兴利作用，同时也预备防洪，来多少水去多少水，整体水位相对不变，这时的入库流量Q和下泄流量q都需要具体测定。（但是水库的总体库容很大，一般来说不会影响后面的计算结果，影响实在是太小了）还有一种特殊的情况，比如说某水库工作人员被提前告知汛情，他及时将水库的水位由正常蓄水位下降到防洪限制水位。这时，可能天然有来水，或者没有来水。下泄流量q可能达到最大下泄流量限值，也可能没有。这时的具体入库流量Q和下泄流量q也需要具体测定。还有第0天的水位如何？最简单直观的方法就是直接测定。但是一般来说，我们把水库的水位保持在正常蓄水位。（在正常年份正常情况下）除非极个别情况会下降到死水位，或者说已知汛情会保持在防洪限制水位。有了水位，当然可以根据水位容积特征曲线V=f（z）来查出第0时所对应的库容V了。

参考文献：

[1].顾圣平，田富强，徐得潜.水资源规划及利用[M]. 水利水电工程出版社.2013.8

[2].张子贤.工程水文及水文计算 [M].水利水电工程出版社.2008.3endprint