岸堤水库雨洪资源解析使用说明书二〇一五年六月一日作者:文华:********:fblwh150@163.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....................................................................... 错误!未定义书签。
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《水库控制运用案》。
如岸堤水库防洪调度图(图1,但这些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,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‘控制运用案’的编制计算。
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22、主画面背景系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42、流域降雨数据,按真实时程分配输入(图5(图53、洪水过程线屏幕输出(图6,支持数据文件导出(*.xls和*.png。
(图64、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74、控制运用案编制计算模块(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[1993]61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85、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107、进库流量逆推功能(图11(图11 8、降雨量~重现期(图12(图129、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。
13、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132、‚当地、当前‛气象雷达数据调用(图14(图13(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:11u(t=(n t kt ek n k --⎛⎫⎪Γ⎝⎭其中:n =线性水库数量,反应流域调节能力;(n Γ= n 的伽玛函数;K =线性水库的调节系数。
e =常数(自然对数的底数瞬时单位线S 曲线数学表达式:101S(t=((n t ktkt ed t k n k --⎛⎫⋅⎪Γ⎝⎭⎰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,一面因使用中间参数(t/k增加了舍入误差,另一面(t/k和n 的双向插,增加了法误差。
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,用来计算伽玛分布函数的值;Alpha 和beta 均为相关参数。
Cumulative 是个逻辑参数:Cumulative =false 时,返回概率密度函数:11(,,(xf x x e αβααββα--=ΓCumulative =true 时,返回累积分布函数: 11F(,,((xxx x ed x αβααββα--=⋅Γ⎰0.330.270.20.171C2C 1212M M FJ RT 0.196F km J m m R mm T h M 3M M 3M .5αα--⋅⋅⋅⋅→→→→→≤≈>≈省瞬时单位线参数经验公式:=山丘区=流域面积(河道干流平均坡度(/净雨量(净雨历时(若:则3若:则312M n k 1M n kM n=⋅=单位线参数与、的关系: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,,x αβ参数,分别用瞬时单位线的,,t n k 代替,当Cumulative =false 时得到u(t函数;当Cumulative =true 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。
(1(,CAMMADIST(,,1CAMMADIST(,,110q(,(,3.610Q(CAMMADIST(1,,1CAMMADIST(,, ,13.6mi i u t t t n k t t n k Ft t u t t tF t h t i n k t i t n k t -∆=⋅--∆⋅∆=⋅∆∆=⋅-+⋅--∆⋅∆∑无因次时段单位线:有因次时段单位线:流域汇流计算公式: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。
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,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。
(''S Q K [1]Q 1K x K Q Q x Q x Q x Q x f Q ⋅⋅+-⋅⋅+-⋅⋅→→→下上下上下上=, =(式中:=( 示储流量 = 流量比重因子河段汇流时间(物理意义建立如下的河道水量平衡程式:((((2111S S 2211S 22Q Q t Q Q t Q Q t Q Q t ********+⋅∆-+⋅∆-+⋅∆-+⋅∆∆下1下2上1上2下1下2上1上2==联立槽蓄曲线求解:1111222111222t kx t kx k kx tQ Q Q Q k kx t k kx t k kx t****⋅∆-⋅∆+--⋅∆⋅+⋅+⋅-+⋅∆-+⋅∆-+⋅∆下2下上2上1=0101220.50.50.5 1.00.50.50.5t kx C k kx t t kx C C C C k kx t k kx t C k kx t ⋅∆-⎧⎪-+⋅∆⎪⋅∆+⎪++⎨-+⋅∆⎪--⋅∆⎪⎪-+⋅∆⎩=令:=注:==0121Q C Q C Q C Q ****⋅+⋅+⋅下2下上2上1则:=即:马斯京根法河道洪水演算程。