Excel圖表在洪水調(diào)洪水文計(jì)算中的應(yīng)用

1、    excel圖表在洪水調(diào)洪水文計(jì)算中的應(yīng)用    劉宏宇【摘 要】利用手工進(jìn)行調(diào)洪計(jì)算和繪圖比較復(fù)雜，熟悉應(yīng)用excel的工作表及圖表技巧，把水文計(jì)算中的公式編輯成excel表格專用的計(jì)算公式，采用列表試算法，利用excel中的單變量求解功能對(duì)小山水庫(kù)百年一遇設(shè)計(jì)洪水和兩千年一遇校核洪水進(jìn)行調(diào)洪演算，其計(jì)算過(guò)程簡(jiǎn)單易懂，具有較好的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值，對(duì)提高日常工作效率有很大幫助?！娟P(guān)鍵詞】excel圖表；洪水調(diào)洪；水文計(jì)算；單變量求解0.概述水利工程管理運(yùn)用階段的主要任務(wù)是在確保安全的前提下，充分發(fā)揮水利設(shè)施的作用。以小山水庫(kù)為例：小山水庫(kù)為大型水庫(kù)，壩

2、址以上集水面積1252km2，按防洪標(biāo)準(zhǔn)（gb50201-94）規(guī)定，按工程規(guī)模，其相應(yīng)的工程設(shè)計(jì)洪水標(biāo)準(zhǔn)為百年一遇洪水設(shè)計(jì)、兩千年一遇洪水校核。1.庫(kù)容曲線的繪制在調(diào)洪計(jì)算中，庫(kù)容曲線是最基本的，但是，采用手工方式在方格紙上點(diǎn)繪實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)點(diǎn)是一項(xiàng)非常繁雜的工作，特別是當(dāng)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)量比較多的時(shí)候。而在excel中，只要輸入相關(guān)數(shù)據(jù)（在第一行單元格中輸入相應(yīng)水位，在第二行單元格中輸入容積），點(diǎn)取“插入”-“圖表”中選擇“xy散點(diǎn)圖”，根據(jù)提示就可以輕松的繪出庫(kù)容曲線的散點(diǎn)圖，如圖1。圖12.蓄泄曲線的繪制在excel中，只要輸入相關(guān)數(shù)據(jù)（在第一行單元格中輸入泄流能力，在第二行單元格中庫(kù)容），點(diǎn)取“插

3、入”-“圖表”中選擇“xy散點(diǎn)圖”，根據(jù)提示就可以輕松的繪出庫(kù)容曲線的散點(diǎn)圖，如圖2。圖23.調(diào)洪計(jì)算3.1設(shè)計(jì)洪水過(guò)程的推求（1）選取最大洪水過(guò)程為8月23日8：00至24日8：00的洪水過(guò)程。（2）水量平衡方程基本公式如下：（q1+q2）t/2-（q1+q2）t/2=v1-v2v=f（q）式中：q1、q1時(shí)段初入庫(kù)、出庫(kù)流量（m3/s）q2、q2時(shí)段末入庫(kù)、出庫(kù)流量（m3/s）v1、v2時(shí)段初、末水庫(kù)蓄水量（萬(wàn)m3）t計(jì)算時(shí)段（t=1小時(shí)）v=f（q）為水庫(kù)蓄水量與泄水量曲線（3）采用列表試算法聯(lián)立求解水量平衡方程和動(dòng)力方程，以求得水庫(kù)的下泄流量過(guò)程線。其計(jì)算步驟如下：根據(jù)庫(kù)區(qū)地形資料，繪

4、制水庫(kù)水位容積關(guān)系曲線zv。有相應(yīng)的水利學(xué)出流計(jì)算公式求得qv曲線。在excel中輸入相應(yīng)的計(jì)算公式，再利用單變量求解功能。從第一時(shí)段開始調(diào)洪，由剛開始的入流流量查zv及qv曲線得到水量平衡方程中的v1和q1；再有入庫(kù)洪水過(guò)程線查得q1、q2；然后假設(shè)一個(gè)q2值，根據(jù)水量平衡算得相應(yīng)的v2值，有v2在qv曲線上查得q2，若二者相等，q2即為所求。否則重設(shè)q2，重復(fù)上述計(jì)算過(guò)程，直到二者相等為止。如圖3圖3將上時(shí)段末的q2、v2值作為下一時(shí)段的起始條件，重復(fù)上述試算過(guò)程，最后即可得出水庫(kù)下泄流量過(guò)程線。如果天然來(lái)流量小于正常蓄水位所對(duì)應(yīng)的下泄流量，則用該流量作為假設(shè)下泄流量，則根據(jù)水量平衡方程可

5、知對(duì)應(yīng)的庫(kù)容為正常蓄水位對(duì)應(yīng)的庫(kù)容，水位為正常蓄水位。不用進(jìn)行試算。直到天然來(lái)流量大于正常蓄水位對(duì)應(yīng)的下泄流量時(shí)起，開始試算。如表1表1作退水段，試算到天然來(lái)流量再次小于正常蓄水位對(duì)應(yīng)的下泄流量時(shí)，由水量平衡方程算得該時(shí)段的下泄流量，直到水庫(kù)水位低于正常蓄水位時(shí)，再由水量平衡方程調(diào)節(jié)庫(kù)水位達(dá)到正常蓄水位。之后，按計(jì)算上面天然來(lái)流量小于正常蓄水位對(duì)應(yīng)的下泄流量的方法作完退水段。在q，qv曲線上查得百年最大入庫(kù)流量q為1687m3/s和最大下泄流量q為1704m3/s。設(shè)計(jì)防洪庫(kù)容v設(shè)為90.39×106m3，再由v值在zv曲線上查得設(shè)計(jì)防洪水位z設(shè)為681.14m。兩千年一遇的洪水下泄

6、曲線與入流曲線相交，且下泄曲線的最高點(diǎn)與入流曲線相重合。查得該下泄流量值為2736m3/s。在qv曲線上查得設(shè)計(jì)防洪庫(kù)容v設(shè)為107.10×106m3，再由v值在zv曲線上查得設(shè)計(jì)防洪水位z設(shè)為685.23m。繪制小山百年一遇和兩千年一遇的入庫(kù)流量與下泄流量關(guān)系曲線圖調(diào)洪計(jì)算表（列表試算法p=1%）。（4）在excel中輸入相應(yīng)時(shí)間與洪水入庫(kù)流量及下泄流量的數(shù)據(jù)，點(diǎn)取“插入”-“圖表”中選擇“xy散點(diǎn)圖”，然后點(diǎn)擊網(wǎng)格線，進(jìn)行適當(dāng)加密圖格，根據(jù)提示就可以輕松的繪出設(shè)計(jì)洪水過(guò)程線及下泄流量過(guò)程線的散點(diǎn)圖，如圖4。圖43.2校核洪水過(guò)程的推求（1）利用excel的計(jì)算功能，輸入相應(yīng)公式，

7、求得相應(yīng)數(shù)據(jù)（表格計(jì)算方法、繪圖方法與上述方法完全一樣，只是頻率p=0.05%，這里筆者就不再詳細(xì)介紹）。由圖中可知，兩千年一遇的洪水下泄曲線與入流曲線相交，且下泄曲線的最高點(diǎn)與入流曲線相重合。查得該下泄流量值為2958m3/s。在qv曲線上查得設(shè)計(jì)防洪庫(kù)容v效為110.42×106m3，再由v值在zv曲線上查得設(shè)計(jì)防洪水位z設(shè)為686.04m。（2）調(diào)洪結(jié)果：p=1%時(shí)，調(diào)后最大入庫(kù)流量1687m3/s，最大下泄流量為1704m3/s，設(shè)計(jì)洪水位為681.14m，對(duì)應(yīng)的庫(kù)容為9039萬(wàn)m3。p=0.05%時(shí)，調(diào)后最大入庫(kù)流量2681m3/s，最大下泄流量為2736m3/s，設(shè)計(jì)洪水

8、位為685.23m，對(duì)應(yīng)的庫(kù)容為一億零七百一十萬(wàn)m3。由此可進(jìn)行小山水庫(kù)的相應(yīng)設(shè)計(jì)。4.結(jié)語(yǔ)該方法是把不同數(shù)據(jù)應(yīng)用同一個(gè)公式的繁重計(jì)算工作簡(jiǎn)化了，只要人工輸入的數(shù)據(jù)和公式準(zhǔn)確，那么計(jì)算過(guò)程則由計(jì)算機(jī)來(lái)完成。這樣這部分的工作量就大大減少了，出錯(cuò)率自然明顯地降低了；而且演算成果可以通過(guò)插入圖表功能自動(dòng)繪制曲線圖。方法簡(jiǎn)單易懂，高效便捷。excel電子表格有效的計(jì)算功能對(duì)水文計(jì)算非常有用，很多計(jì)算可依此方法進(jìn)行簡(jiǎn)化，便于提高工作效率。 科【參考文獻(xiàn)】1葉守澤.水文水利計(jì)算.中國(guó)水利水電出版社，1992，11.2陳元芳.水文與水資源工程專業(yè)畢業(yè)設(shè)計(jì)指南.中國(guó)水利水電出版社.319571987年松花江流域水文年鑒.4詹道江，葉守則合編.工程水文學(xué).中國(guó)水利水電出版社，1987，6.5松江河梯級(jí)水電站初步設(shè)計(jì)報(bào)告.水利部松遼水利委員會(huì).6水利計(jì)算及水利規(guī)劃.中國(guó)水利水電出版社.科技致富向?qū)?013年20