水利水能规划—水电站水库特征参数选择——C++程序

// 水利水能规划课设项目.cpp 
#include "stdafx.h"
#include <fstream>
#include <iostream>
#include <iomanip>
#include <cmath>
const int  NumSeries = 20;//泄洪插值系列原始值数目
double ZSeries[NumSeries], VSeries[NumSeries], qSeries[NumSeries];//插值原始系列值

double ZVqChaZhi(double x[NumSeries], double y[NumSeries], double x0)
{//Z、V、q两两插值函数( 注意：返回q为单孔泄流流量)
	double y0 = -1;//返回为负值时，可以作为判定依据
	for(int i = 0; i < NumSeries - 1; i++)
	{
		if(((x[i]>=x0)&&(x[i+1]<=x0))||((x[i]<=x0)&&(x[i+1]>=x0))) 
			y0 = y[i] + (y[i+1] - y[i])/(x[i+1] - x[i])*(x0 -x[i]);
	}
	return y0;
}
#include "确定水库死水位.h"
#include "设计洪水过程线.h"
#include "调洪计算.h"
#include "水能计算.h"
#include "由工作容量求保证电能.h"

void main()
{
	using namespace std;
	ifstream infile;
	infile.open("infile_ZVqSeries.txt");
	for(int i = 0; i  < NumSeries; i++)//输入插值系列
		infile>>ZSeries[i]>>VSeries[i]>>qSeries[i];
	infile.close();
//	YuNiV();//计算淤泥体积
	WProcess();
	TiaoHong();
//	ChuLiJS();
//	NandERelation();
}

//确定水库死水位.h
//由历年月流量资料求年均流量系列，及淤泥体积
const int StartYear = 1951,//
Y = 50;//历年逐月入库流量统计年数
double rho = 0.237,//多年平均含沙量(kg/m3)
m_down = 0.9,//泥沙沉积率
gamma = 1650,//泥沙干容重
p_empty = 0.3,//孔隙率
alpha = 0.15,//推移质与悬移质淤积量之比
MonthQ[Y][12],//历年逐月入库流量统计资料
AverageYearQ[Y] = {0},//历年逐月入库流量的全年平均
ZS,//死水位
YuNiVolume = 0;//设计运行年限淤泥累积体积,单位10^6(m3)
void YuNiV()
{
	using namespace std;
	ofstream outfile;
	outfile.open("outfile_AverageYearQ.txt");
	ifstream infile;
	infile.open("infile_MonthQ.txt");
	for(int i = 0; i < Y; i++)
	{
		outfile<<setw(10)<<i+StartYear;
		for(int j = 0; j < 12; j++)
		{
			infile>>MonthQ[i][j];
			YuNiVolume += MonthQ[i][j];
			AverageYearQ[i] += MonthQ[i][j];
		}
		AverageYearQ[i] /= 12;
		outfile<<setw(10)<<AverageYearQ[i]<<endl;
	}
	YuNiVolume *= ((1+alpha)*rho*2.63*m_down/(1-p_empty)/gamma);
	cout<<"水库淤积体积为："<<YuNiVolume<<endl;
}

//设计洪水过程线.h
//最小计时单位为3个小时，洪量单位统一(m3/s*3h)
//W—洪量，T—3小时，J—极值，C—Classical，SJ—设计
const int SumT = 52,//典型洪水时段数
	J = 3,//同频率法选择的时段
	NumJ[J] = {1, 8, 24},//同频率法选择的极值时段,
	WProT = 24;//设计洪水过程线总历时,即NumJ[J - 1]
//NumJ[J]分别表示洪峰、最大一天、最大三天3个极值时段
//三种设计标准,即下游防洪标准洪水、水库设计标准洪水、校核标准洪水
double SJWPro[3][SumT],//设计洪水过程总历时由最长极值时段决定
//SJWPro[3][NumJ[J - 1]]不行
CTW[SumT],//典型洪水过程
MaxSJW[3][J],//极值洪量的设计值,3是指三种标准
MaxCW[J],//极值洪量的典型值
RatioW[J],//不同极值的同频率倍比
temp_W;//中间值
int date[J];//记录典型极值时段，判断是否为包含关系

void WProcess()
{
	using namespace std;
	ifstream infile;
	infile.open("infile_ClassicalWProcess.txt");
	for(int i = 0; i < SumT; i++)
		infile>>CTW[i];
	infile.close();
	infile.open("infile_MaxSJW.txt");
	for(int k = 0; k<J; k++)
		for(int BZ = 0; BZ < 3; BZ++)
			infile>>MaxSJW[BZ][k];
	infile.close();
	
	//人为判断典型洪水选取是否合理
	cout<<"典型洪水极值："<<endl;
	for(int k = 0; k<J; k++)
	{//求典型洪水的极值洪量
		 MaxCW[k] = 0;//初始化
		 for(int j = 0; j < SumT - NumJ[k] + 1; j++)
		 {
			 temp_W = 0;//初始化
			 for(int n = 0; n < NumJ[k]; n++)
				 temp_W += CTW[j + n];
			 if(temp_W >MaxCW[k])
			 {
				MaxCW[k] = temp_W;//(m3/s*月)
				date[k] = j;
			 }
		 }
		 if(k==0) cout<<"洪峰时间："<<3*date[k];
		 else cout<<"最大"<<NumJ[k]<<"个时段   时间范围："
					<<3*date[k]<<"至"<<3*(date[k]+NumJ[k] -1);
		 cout<<setw(10)<<"洪量："<<MaxCW[k]<<endl;
	}
	cout<<"由以上时段包含关系判断典型洪水选取是否合适！"
		<<"合适请输入1，否则请关闭！"<<endl;
	cin>>temp_W;
	if(temp_W == 1)
	{
		for(int BZ = 0; BZ < 3; BZ++)
		{//三种标准
			for(int k = 0; k < J; k++)
			{//求设计洪水过程
				if( k == 0||k==1) //洪峰和最大一天
					RatioW[k] = MaxSJW[BZ][k]/MaxCW[k];
				else RatioW[k] = (MaxSJW[BZ][k] - MaxSJW[BZ][k-1])/(MaxCW[k] - MaxCW[k-1]);
				for(int i = date[k]; i < date[k]+NumJ[k]; i++)
				{
					if( k == 0) SJWPro[BZ][i] = CTW[i]*RatioW[k];
					else if(i < date[k-1]|| i>=date[k-1]+NumJ[k-1])
							 SJWPro[BZ][i] = CTW[i]*RatioW[k];
				}
			}
		}
		ofstream outfile;//输出设计洪水过程
		outfile.open("outfile_WProcess.txt");
		outfile<<"设计洪水过程："<<endl
			<<setw(10)<<"时间"
			<<setw(10)<<"典型洪水"
			<<setw(10)<<"下游防洪"
			<<setw(10)<<"水库设计"
			<<setw(10)<<"校核标准"<<endl;
		for(int i = date[J - 1]; i < date[J - 1] + WProT; i++)
		{
			outfile<<setw(10)<<3*i<<setw(10)<<CTW[i];
			for(int BZ = 0; BZ < 3; BZ++)
				outfile<<setw(10)<<SJWPro[BZ][i];
			outfile<<endl;
		}
		outfile.close();

		cout<<"设计洪水过程结束,输入1继续！"<<endl;
		cin>>temp_W;//控制台暂停
	}
}

//调洪计算.h
//此步骤中，流量单位：m3/s
//水库水量均换算成了10^6m3
//用插值求水库泄水量q[i]时，一定要注意插值结果是单孔泄流
//水量平衡算V[i]时一定要乘以流量转换洪量的算子
const double  QToW = 3.0*60.0*60.0/pow(10.0, 6),//流量转换洪量的算子
ZX = 199.3,//限制洪水位
	SafeQ = 10043,//下游防洪安全泄流流量
epsilon_q = 0.1,//允许误差
QFaDian = 1000,//发电引用流量
QBottomHole = 1280;//泄洪底孔泄流流量,水位达到设计洪水位时启用
const int  NumHole = 13;//泄洪道数目
double q[SumT],//水库泄流流量
V[SumT],//时段初始水库蓄水量
Z[SumT],//水库水位
///q_ZX,//限制水位对应的单孔泄流流量
q_ZX,//限制水位对应的水库泄流流量
ZFH,//防洪高水位
ZSJ,//设计洪水位
ZJH,//校核洪水位
t_qMax, Q_qMax, q_qMax, V_qMax, Z_qMax,//最大泄水量对应的值
q1, q2;//时段初、始单孔泄流流量
int DestroyZFH = 0,//下游防洪安全还没破坏
ShouWei = 0;//收尾了
double qFunction(int BZ, int i,double QStart, double QEnd, double VStart, double qStart, int t)
{//求时段下泄流量过程
//i——计算第i个泄流量
//t 是时段二分割的次数,在求最大泄流时需要将时段细化,其他时段均为0
	int time = 0;
	using namespace std;
	double VEnd, qEnd = 0;//迭代结束判定条件
	q1 = qStart;//初始化
	while(qEnd == 0)
	{
		VEnd =  VStart + pow(0.5, t)*QToW*(QStart + QEnd - qStart - q1)/2;
		q2 = ZVqChaZhi(VSeries, qSeries, VEnd);//由水量平衡求V[i]
		if(q2 < 0)//由V[i]插值求单孔泄流
		{
			cout<<"库存水量"<<VEnd<<endl//1455.94超了插值域限
				<<"失败！！！求BZ = "<<BZ<<"的q["<<3*i<<"]时插值超过了域限!";
			cin>>q2;
		}
		q2 = QFaDian + NumHole*q2;//由单孔泄流求水库泄流
		if(Z[i - 1]>ZSJ) q2 +=1280;//求校核洪水时打开泄洪底孔
		if(fabs(q2 - q1) < epsilon_q) 
			qEnd = q1;
		else	{q1 = (q1 + q2)/2;time++;if(time == 2000) cout<<"Time" ;}
	}
	return qEnd;
}
void qMax(int BZ, int i, double QStart, double QEnd, double VStart, double qStart)
{//求最大泄洪量
	using namespace std;
	double qEnd, deltaT = 0;
	int t = 1;//t 是时段二分割的次数,在求最大泄流时需要将时段细化,其他时段均为0
    qEnd = qFunction(BZ, i, QStart, (QStart+QEnd)/2, VStart, qStart, t);
     if(DestroyZFH ==0&&qEnd > SafeQ) qEnd = SafeQ;
	while(fabs(qEnd - (QStart+QEnd)/2) >= epsilon_q)
	{
		if(t>100)
		{//分割了100次还找不到,说明程序或数据有问题！
			cout<<"未找到BZ = "<<BZ<<"的最大流量！"<<endl
				<<"时段初来流"<<SJWPro[BZ][i - 1]<<endl
				<<"时段初泄流"<<q[i - 1]<<endl
				<<"时段初水位"<<Z[i - 1]<<endl
				<<"时段末来流"<<SJWPro[BZ][i]<<endl
				<<"时段末泄流"<<q[i]<<endl
				<<"时段末水位"<<Z[i]<<endl
				<<"得到的最大泄流量近似值为："<<qEnd<<endl
				<<"对应的入库流量为："<<(QStart+QEnd)/2<<endl; 
			cin>>t;
		}
		if(qEnd> (QStart+QEnd)/2) 
			QEnd = (QStart+QEnd)/2;
		else
		{
			deltaT += pow(0.5, t);
			VStart += pow(0.5, t)*QToW*(QStart + (QStart+QEnd)/2 - qEnd - qStart);
			 qStart = qEnd;
			 QStart =  (QStart+QEnd)/2;
		}
		t++;
		qEnd = qFunction(BZ, i, QStart, (QStart+QEnd)/2, VStart, qStart, t);
		if(DestroyZFH ==0&&qEnd > SafeQ) qEnd = SafeQ;
	}
	deltaT += pow(0.5, t);
	VStart += pow(0.5, t)*QToW*(QStart + (QStart+QEnd)/2 - qEnd - qStart);
	t_qMax = 3*(i - 1+deltaT);
	Q_qMax = (QStart+QEnd)/2;
	q_qMax = qEnd;
	V_qMax = VStart;
	Z_qMax = ZVqChaZhi(VSeries, ZSeries, V_qMax);
	if(BZ==0) {ZFH = Z_qMax; cout<<"防洪高水位ZFH ="<<ZFH<<endl;}
	if(BZ==1) {ZSJ = Z_qMax; cout<<"设计洪水位ZSJ ="<<ZSJ<<endl;}
	if(BZ==2) {ZJH = Z_qMax;cout<<"校核洪水位ZJH ="<<ZJH<<endl;}
}
void TiaoHong()
{//求调洪过程
	using namespace std;
	system("cls");
	ifstream infile;
	infile.open("infile_XiuYunWProcess.txt");
	for(int i = date[J - 1]; i < date[J - 1] + WProT; i++)
	{//输入修匀后的设计洪水过程
		for(int BZ = 0; BZ < 3; BZ++)
			infile>>SJWPro[BZ][i];
	}
	q_ZX =QFaDian + NumHole*ZVqChaZhi(ZSeries, qSeries, ZX); 
	ZFH = ZSJ = 100000;//初始大化防洪高水位和设计洪水位,方便后面判断
	infile.close();
	ofstream outfile ;
	outfile.open("outfile_TiaoHong.txt");
	outfile<<"限制水位："<<ZX<<endl//199.3
		<<"限制水位对应的泄流流量："<<q_ZX<<endl//6502.9
		<<"对应的库容："<<ZVqChaZhi(ZSeries, VSeries, ZX)<<endl;
	for(int BZ =0; BZ < 3; BZ++)
	{//默认初始状态为限制水位对应的泄流流量,和库存水量
		outfile<<endl<<endl<<endl;//(3)
		if(BZ==0) outfile<<"防洪高水位过程：";
		if(BZ==1) outfile<<"设计洪水位过程：";
		if(BZ==2) outfile<<"校核水位过程：";
		outfile<<endl<<setw(10)<<"时间"<<setw(10)<<"入库洪量"
		 <<setw(10)<<"下泄流量"<<setw(10)<<"水库蓄水"<<setw(10)<<"水库水位"<<endl;
		SJWPro[BZ][date[J - 1] - 1] = q[date[J - 1] - 1] = q_ZX;
		V[date[J - 1] - 1] = ZVqChaZhi(ZSeries, VSeries, ZX);
		int qMaxGet = 0;//没有过最大泄流量的时刻
		DestroyZFH = ShouWei = 0;//下游防洪安全还没破坏
		for(int i = date[J - 1]; i < date[J - 1] + WProT; i++)
		{
			if((SJWPro[BZ][i]<q_ZX&&qMaxGet == 0)||ShouWei == 1)//i = 8~13时满足此条件 SJWPro[0][13] = 5628.24
			{//无须进行调洪计算
				q[i] = SJWPro[BZ][i];//			
				V[i] = ZVqChaZhi(ZSeries, VSeries, ZX);
				Z[i] = ZX;
			}
			else
			{//开始调洪计算
				q[i] = qFunction(BZ, i, SJWPro[BZ][i-1],SJWPro[BZ][i], V[i-1], q[i-1], 0);
				V[i] =  V[i - 1] + QToW*(SJWPro[BZ][i - 1] + SJWPro[BZ][i] - q[i - 1] - q[i])/2;
				Z[i] = ZVqChaZhi(VSeries, ZSeries, V[i]);
				if(Z[i]>ZFH) DestroyZFH =1;
				if(DestroyZFH ==0&&q[i] > SafeQ) 
				{//此时人为控制泄流，水位泄流关系破坏
					q[i] = SafeQ;
					V[i] =  V[i - 1] + QToW*(SJWPro[BZ][i - 1] + SJWPro[BZ][i] - q[i - 1] - q[i])/2;
					Z[i] = ZVqChaZhi(VSeries, ZSeries, V[i]);
				}
				if(qMaxGet == 1&&q[i]<q_ZX) 
				{
//					q[i] = SJWPro[BZ][i];//此次洪水已过,且水位放至限制洪水位了
//					V[i] = V[i - 1];
//					Z[i] = Z[i - 1];
					Z[i] = ZX;
					V[i] = ZVqChaZhi(ZSeries, VSeries, ZX);
					q[i] = SJWPro[BZ][i - 1] + SJWPro[BZ][i]  - q[i - 1]- (V[i] - V[i - 1])*2.0/QToW;
					ShouWei = 1;
//					V[i] =  V[i - 1] + QToW*(SJWPro[BZ][i - 1] + SJWPro[BZ][i] - q[i - 1] - q[i])/2;
				}
				if(q[i]>=SJWPro[BZ][i]&&qMaxGet == 0)//要求泄流最大值了
				{
					qMax(BZ, i, SJWPro[BZ][i -1], SJWPro[BZ][i], V[i-1], q[i -1]);
					qMaxGet = 1;//已经过了最大泄流量的时刻
				}
			}
			outfile<<setw(10)<<3*i<<setw(10)<<SJWPro[BZ][i]
			   <<setw(10)<<q[i]<<setw(10)<<V[i]<<setw(10)<<Z[i]<<endl;
		}
		outfile<<"最大泄流时各值如下："<<endl
			<<setw(10)<<t_qMax<<setw(10)<<Q_qMax
			<<setw(10)<< q_qMax<<setw(10)<< V_qMax<<setw(10)<< Z_qMax;
	}
	outfile.close();
	cout<<"调洪结束，请关闭！"<<endl;
	cin>>temp_W;//控制台暂停
}

//水能计算.h
//单位：水量10 ^6m3，流量m3/s，出力 万kw
//事先确定好供水蓄水关系
const double N_XZ = 68.4;//装机容量(若求无限装机情况,此值改成极大值)100000;//
const int HLowSeries = 14,//下游水位流量插值系列数据
HUpSeries = 60;//上游水位库容插值系列数据
const double kFactor = 8.2,//出力系数
CostH = 0.5,//水头损失
VDead = 185.68;//死库容,    
double deltaH,//净水头QLoss_XZ = N_XZ
ComeQ[12], LossQ[12],//入库、出库流量
ThrowQ[12],//弃水
VAbs[12],//绝对库存水量
 ChuLi[12],//出力
HLow_h[HLowSeries],HLow_Q[HLowSeries],
HUp_h[HUpSeries],HUp_V[HUpSeries];
double HLowChaZhi(double x[HLowSeries], double y[HLowSeries], double x0)
{//下游水位流量插值
	double y0 = -1;//返回为负值时，可以作为判定依据
	for(int i = 0; i < HLowSeries - 1; i++)
	{
		if(((x[i]>=x0)&&(x[i+1]<=x0))||((x[i]<=x0)&&(x[i+1]>=x0))) 
			y0 = y[i] + (y[i+1] - y[i])/(x[i+1] - x[i])*(x0 -x[i]);
	}
	return y0;
}
double HUpChaZhi(double x[HUpSeries], double y[HUpSeries], double x0)
{//上游水位库容插值,库容单位10^6m3
	double y0 = -1;//返回为负值时，可以作为判定依据
	for(int i = 0; i < HUpSeries - 1; i++)
	{
		if(((x[i]>=x0)&&(x[i+1]<=x0))||((x[i]<=x0)&&(x[i+1]>=x0))) 
			y0 = y[i] + (y[i+1] - y[i])/(x[i+1] - x[i])*(x0 -x[i]);
	}
	return y0;
}
void ChuLiJS()
{//出力计算
	using namespace std;
	ifstream infile;
	infile.open("infile_HLowSeries.txt");
	for(int i = 0; i < HLowSeries; i++)
		infile>>HLow_h[i]>>HLow_Q[i];
	infile.close();
	infile.open("infile_HUpSeries.txt");
	for(int i = 0; i < HUpSeries; i++)
		infile>>HUp_h[i]>>HUp_V[i];
	infile.close();
	infile.open("infile_ComeLossQ.txt");
	for(int i = 0; i < 12; i++)
		infile>>ComeQ[i]>> LossQ[i];
	infile.close();
	ofstream outfile;
	outfile.open("outfile_ChuLi.txt");
	outfile<<setw(10)<<"出力"<<setw(10)<<"弃水"<<endl;
	for(int i = 0; i < 12; i++)
	{
		if(i == 0) 
		{
			VAbs[i] = VDead + (ComeQ[i] - LossQ[i])*2.63;
			deltaH = HUpChaZhi(HUp_V, HUp_h, (VAbs[i]+VDead)/2.0);
		} 
		else 
		{
			VAbs[i] = VAbs[i - 1] + (ComeQ[i] - LossQ[i])*2.63;	
			 deltaH= HUpChaZhi(HUp_V, HUp_h, (VAbs[i-1]+VAbs[i])/2.0);
		}
		deltaH -= (HLowChaZhi(HLow_Q, HLow_h, LossQ[i]) + CostH);
		ChuLi[i] =deltaH*kFactor* LossQ[i]/10000.0;//单位 万kw
		ThrowQ[i] = 0;
		 if(ChuLi[i] > N_XZ)
		 {
			 ChuLi[i] = N_XZ;
			ThrowQ[i] = LossQ[i] - 10000.0*N_XZ/kFactor/deltaH;
		 }
		outfile<<setw(10)<<ChuLi[i]<<setw(10)<<ThrowQ[i]<<endl;
	}
}

//由工作容量求保证电能.h
//本课设中供水期为冬季的
//单位  负荷:万kw  工作容量: 万kw   电能: 亿kw*h
const int NumN = 20;//假定的工作容量数目
const double MaxWorkLoad[3] = {260, 255, 250};//12、1、2三个月对应的最大负荷，降序排序
double N_g[NumN],//假定的工作容量系列(对应供水期保证出力)
E_g[NumN],//假定的工作容量对应的供水期保证电能
DayWorkLoad[24],//冬季日负荷占对应月的最大负荷比率
LowLine;
void NandERelation()
{//工作容量与供水期保证电能的关系
	using namespace std;
	ifstream infile;
	infile.open("infile_DayWorkLoad.txt");
	for(int i = 0; i < 24; i++)
		infile>>DayWorkLoad[i];
	infile.close();
	ofstream outfile;
	outfile.open("outfile_NandERelation.txt");
	cout<<"输入假设的工作容量下限"<<endl;
	cin>>N_g[0];// 假设的最小工作容量
	cout<<"输入假设的工作容量上限"<<endl;
	cin>>N_g[NumN  - 1];// 假设的最大工作容量
	for(int i = 0; i < NumN; i++)
	{
		N_g[i] = N_g[0] + (double)(N_g[NumN  - 1] - N_g[0])/(NumN - 1)*i;
		E_g[i] = 0;
		for(int Month = 0; Month < 3; Month++)
		{
			LowLine =MaxWorkLoad[0] - N_g[i];
			for(int Hour = 0; Hour < 24; Hour++)
				if((DayWorkLoad[Hour]/100.0*MaxWorkLoad[Month])>LowLine)
					E_g[i] += ((DayWorkLoad[Hour]/100.0*MaxWorkLoad[Month]) - LowLine);
		}
		E_g[i] *= (30.4/10000.0);
		outfile<<setw(10)<<N_g[i]<<setw(10)<<E_g[i]<<endl;
	}
	outfile.close();
}