連霄宇 袁成人

摘 要：贊比西河全長2574千米，流域面積139萬平方千米，是非洲第四大盆地，有諸多河流匯集，河流水力的總蘊能量，為附近的國家地區(qū)帶來了巨大的經(jīng)濟效益。有利的同時，也存在著危險。本文通過系統(tǒng)的實驗數(shù)據(jù)對贊比西河流域的長期發(fā)展進行了分析，并得到了較為準確的結(jié)論，以期對贊比西河流域的長期發(fā)展起到借鑒作用，使贊比西河流域的人類生活更加穩(wěn)定幸福。

關鍵詞：贊比西河流域；問題研究；分析探究

前言

2014年10月3日，BBC報道：卡里巴大壩處于危險狀態(tài)。在過去的50年里，來自泄洪道的急流侵蝕了基巖，形成了一個巨大的隕石坑，侵蝕了大壩的地基。工程師們現(xiàn)在警告說，如果不進行緊急維修，整個大壩就會坍塌。如果發(fā)生這樣的情況，一堵像海嘯一樣的水墻將會穿過贊比西河流域，在8小時內(nèi)到達莫桑比克邊境。洪水將淹沒莫桑比克的卡霍拉巴沙大壩，摧毀南非40%的水力發(fā)電能力。隨著山谷中野生動物的破壞，贊比西河管理局（ZRA）估計，350萬人的生命處于危險之中。

一、贊比西河流域情況分析

贊比西河由于河道過長，統(tǒng)計數(shù)據(jù)較難，我們對其流域進行了相應的劃分。以維多利亞瀑布為節(jié)點，其下游是我們考慮的重點。從維多利亞瀑布到卡里巴大壩之間沒有流量大的支流流入，所以我們維多利亞瀑布的輸出流量作為研究贊比西河的干流流入量。

由于贊比西河位于盆地之間，匯集河流眾多，無法逐一統(tǒng)計，根據(jù)資料顯示，我們把徑流量50m3/s的支流忽略。因此，我們從維多利亞瀑布一下考慮：Kafue River，Luangwa River，Shire River， Tete River.其中Tete River指的是，Tete city周圍的河流匯入贊比西河的徑流量

根據(jù)探究的要求，考慮到當?shù)厝丝诤蜌夂?，我們把當?shù)厝擞盟亢退舭l(fā)量與水流量連續(xù)方程結(jié)合，得到贊比西河干流量模型。

由于河流流域廣，地形、人口密集程度復雜，我們結(jié)合實際地形和經(jīng)濟約束，以及水庫河道容量，進一步優(yōu)化贊比西河干流模型，得到多重水壩系統(tǒng)模型。以上分析是由相應的數(shù)據(jù)得到的。結(jié)合Kariba Lake和Lago de Cahora Bassa和現(xiàn)有的壩址加上多重水壩系統(tǒng)模型，選擇了10個建造壩址在贊比西河沿岸。我們在一個叫做NOAA的網(wǎng)站上統(tǒng)計了贊比西河近五年的徑流量，以及歷史中的最大洪澇（1978）以及最大干旱（1996），再結(jié)合一下幾點：①地表水的蒸發(fā)量②灌溉需求量③城市需求量④水電需求量，得到水管理策略。我們選取最大洪水（1978）4月到6月的平均流量來檢驗模型，通過Matlab得到流量隨河道變化關系圖。明顯的超出我們的模型可以調(diào)節(jié)范圍。

二、模型探究的優(yōu)點和缺點

（1）優(yōu)點

①以維多利亞瀑布、卡里巴大壩、C壩作為我們模型建立的分界點，將贊比西河分成三個河段，這樣使得我們可以針對不同的河段進行壩的選址，同時對于各河段的數(shù)據(jù)統(tǒng)計也帶來一定的便利。

②對于數(shù)據(jù)的處理，我們從NOAA網(wǎng)站上搜索到贊比西河各個監(jiān)測站點年數(shù)據(jù)統(tǒng)計，對于這些數(shù)據(jù)我們進行相應的處理得到我們想要的結(jié)果，使得我們的模型的成立有更好的依據(jù)。

③我們考慮了影響模型的主要因素，比較全面的為模型的做出了假設。

④我們的策略是將每個年份分成，旱、澇、正常三種不同的情況來確定的，能夠較為全面的預防各種情況。

⑤在檢測模型的過程中，我們通過極端的例子來判斷模型的可行性，結(jié)果表明，我們的模型具有比較普遍的實用性。

（二）缺點

①我們在對贊比西河進行徑流量統(tǒng)計時，忽略了較小的支流，這種假設可能造成對于壩的選址有一定的影響。

②在進行數(shù)據(jù)統(tǒng)計時，部分距離數(shù)據(jù)是通過衛(wèi)星地圖測量的，這樣的數(shù)據(jù)可能造成一定的測量誤差。

③由于數(shù)據(jù)庫的問題，我們只統(tǒng)計了2011以后和1978及1996年監(jiān)測站在贊比西河流域的監(jiān)測數(shù)據(jù)，這對于長期預測是有一定影響的。

三、總結(jié)

總的來說，我們利用題目給出的條件將贊比西河的進行分段選擇，能夠比較直觀的展示我們的對于模型推導的思路。另外，運用液體運動學的基礎來推導模型，符合一般規(guī)律。同時考慮了主要影響因素，使得我們的模型更有說服力。我們在贊比西河中游和下游的位置選擇建立了10個小型的水壩來代替卡里巴大壩，這一新的大壩系統(tǒng)應該與現(xiàn)有的卡里巴大壩一樣擁有同樣的綜合水資源管理能力。與現(xiàn)有的大壩相比，新系統(tǒng)具有較高的保護和水管理能力。為了檢測我們的策略是否能夠達到所期望的要求，我們選擇來自維多利亞瀑布高達5400m3/s的水流量測試，即1978年洪澇，測試表明我們的模型符合要求。

最后我們將我們所得出的結(jié)果進行展示，并且通過后文的三種方案對成本和收益簡要的評估，可以看出方案三是最長久、最經(jīng)濟的方法，對于贊比西流域人類生活和地區(qū)發(fā)展是最有益的。