用迭代法編程計(jì)算跌水消力池參數(shù)的探討

葉曉東 戴康程 尹 華 李 江 黃金軍

（常州市水利規(guī)劃設(shè)計(jì)院，江蘇 常州 213001）

1 消力池的水力計(jì)算

跌水是明渠工程中將渠底高程的落差適當(dāng)集中，在落差集中處修建的最常見的落差建筑物，是供水、排水、退水、排洪等水工程的重要組成部分。由于跌水是在落差集中處修建的，所以在此處上游水流必將會(huì)對(duì)跌水的下游段渠道產(chǎn)生強(qiáng)烈的沖刷。為此必需修建消力池，從而可利用在消力池中形成的強(qiáng)迫水躍來充分消耗下泄水流所挾帶的能量，以減輕對(duì)下游渠道的沖刷危害。

根據(jù)上下游銜接的具體情況，跌水消力池可采用不同的形式，如：矩形、梯形、復(fù)式斷面等。橫斷面為矩形的稱矩形消力池，是最常用的形式，筆者主要論述此種消力池的水力計(jì)算，梯形及復(fù)式斷面消力池等一般情況下可參照矩形消力池的計(jì)算方法進(jìn)行。

計(jì)算跌水矩形消力池的深度及長(zhǎng)度，先要算得躍前水深h1。根據(jù)《跌水與陡坡》［1］中消力池的水力計(jì)算，可按（1）式計(jì)算：

由于該公式等號(hào)右邊也有需計(jì)算求得的變量h1，所以導(dǎo)致躍前水深h1只能用試算的方法計(jì)算得到，故筆者推薦用迭代法計(jì)算躍前水深h1。

2 用迭代法計(jì)算躍前水深

迭代法也稱輾轉(zhuǎn)法，是一種不斷用變量的舊值遞推新值的過程，是用計(jì)算機(jī)解決問題的一種基本方法。利用計(jì)算機(jī)運(yùn)算速度快、適合做重復(fù)性操作的特點(diǎn)，讓計(jì)算機(jī)重復(fù)執(zhí)行一組指令（或一定步驟），在每次執(zhí)行這組指令（或步驟）時(shí)，都從變量的原值推出它的一個(gè)新值。

用迭代法計(jì)算，需以下三個(gè)步驟：

（1）確定迭代變量

在可用迭代法解決的問題中，至少存在一個(gè)直接或間接地不斷由舊值遞推出新值的變量，這個(gè)變量就是迭代變量。本處的迭代變量是躍前水深h1。

（2）建立迭代計(jì)算式

迭代計(jì)算式，是指如何從變量的前一個(gè)值推出其下一個(gè)值的公式。迭代計(jì)算式是解決迭代問題的關(guān)鍵，本處迭代計(jì)算可按（2）式計(jì)算：

為節(jié)省篇幅，（2）式僅列出迭代三次的計(jì)算式，具體迭代次數(shù)應(yīng)根據(jù)實(shí)際計(jì)算中變量h1的收斂情況確定。

（3）控制迭代過程

控制通常分為兩種情況：一是所需的迭代次數(shù)是個(gè)定值，可以計(jì)算出來；二是所需的迭代次數(shù)無(wú)法確定。對(duì)于第一種情況，可建一個(gè)固定次數(shù)的循環(huán)來控制；而對(duì)第二種情況，需進(jìn)一步分析出結(jié)束迭代過程的條件，如：設(shè)定變量的前一個(gè)值與其迭代算出的后一個(gè)值間的差遠(yuǎn)小于變量可容許的誤差范圍。

本處為后一種情況，可設(shè)定躍前水深h1計(jì)算容許誤差為1 mm，足以滿足設(shè)計(jì)要求。

用迭代法計(jì)算出躍前水深h1后，即可根據(jù)《跌水與陡坡》［1］中消力池的水力計(jì)算各步驟，按有關(guān)公式計(jì)算出消力池深及池長(zhǎng)，用VB 進(jìn)行編程。

3 VB6.0 程序代碼

用InputBox 函數(shù)（或文本框）輸入上游渠道水深h上、跌差P、下游渠道水深h下等，按計(jì)算命令按紐，程序即以MsgBox 語(yǔ)句依次顯示躍前水深h1、消力池深d、消力池長(zhǎng)L 等，完成計(jì)算。程序源代碼如下：

4 計(jì)算實(shí)例

某一渠道跌水，其上游渠道水深h上=1.1 m，上游渠道斷面平均流速V上=1.473 m/s，跌差P=1.5 m，下游渠道水深h下=0.65 m，單寬流量q=1.62 m3/（s·m）。試計(jì)算該處應(yīng)設(shè)置的消力池深度及長(zhǎng)度。

啟動(dòng)計(jì)算程序：在電腦屏幕跳出的對(duì)話框內(nèi)按文字提示輸入h上、P、h下等數(shù)值后，屏幕即依次顯示躍前水深h1=0.23 m、消力池深d=0.59 m、消力池長(zhǎng)L=4.53 m，池后無(wú)襯砌時(shí)應(yīng)鋪?zhàn)o(hù)砌段長(zhǎng)L3=1.95～2.60 m。

完成計(jì)算。

5 結(jié)論

用迭代法編程來計(jì)算跌水矩形消力池可行，其計(jì)算結(jié)果與有關(guān)資料相符、可靠。

［1］陳德亮，劉韓生，等.跌水與陡坡［M］.中國(guó)水利水電出版社，2004.

［2］李煒.水力計(jì)算手冊(cè)［M］.中國(guó)水利水電出版社，2006.

［3］郭圣路，等.Visual Basic6.0（中文版）從入門到精通［M］.電子工業(yè)出版社，2008.