劉宏宇

【摘 要】利用手工進行調洪計算和繪圖比較復雜，熟悉應用Excel的工作表及圖表技巧，把水文計算中的公式編輯成Excel表格專用的計算公式，采用列表試算法，利用Excel中的單變量求解功能對小山水庫百年一遇設計洪水和兩千年一遇校核洪水進行調洪演算，其計算過程簡單易懂，具有較好的實際應用價值，對提高日常工作效率有很大幫助。

【關鍵詞】Excel圖表；洪水調洪；水文計算；單變量求解

0.概述

水利工程管理運用階段的主要任務是在確保安全的前提下，充分發(fā)揮水利設施的作用。以小山水庫為例：小山水庫為大型水庫，壩址以上集水面積1252km2，按《防洪標準》（GB50201-94）規(guī)定，按工程規(guī)模，其相應的工程設計洪水標準為百年一遇洪水設計、兩千年一遇洪水校核。

1.庫容曲線的繪制

在調洪計算中，庫容曲線是最基本的，但是，采用手工方式在方格紙上點繪實測數(shù)據(jù)點是一項非常繁雜的工作，特別是當實測數(shù)據(jù)量比較多的時候。而在excel中，只要輸入相關數(shù)據(jù)（在第一行單元格中輸入相應水位，在第二行單元格中輸入容積），點取“插入”-“圖表”中選擇“xy散點圖”，根據(jù)提示就可以輕松的繪出庫容曲線的散點圖，如圖1。

圖1

2.蓄泄曲線的繪制

在excel中，只要輸入相關數(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容），點取“插入”-“圖表”中選擇“xy散點圖”，根據(jù)提示就可以輕松的繪出庫容曲線的散點圖，如圖2。

圖2

3.調洪計算

3.1設計洪水過程的推求

（1）選取最大洪水過程為8月23日8：00至24日8：00的洪水過程。

（2）水量平衡方程基本公式如下：

（Q1+Q2）△t/2-（q1+q2）△t/2=V1-V2

V=f（q）

式中：Q1、q1——時段初入庫、出庫流量（m3/s）

Q2、q2——時段末入庫、出庫流量（m3/s）

V1、V2——時段初、末水庫蓄水量（萬m3）

△t——計算時段（△t=1小時）

V=f（q）為水庫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力方程，以求得水庫的下泄流量過程線。其計算步驟如下：

①根據(jù)庫區(qū)地形資料，繪制水庫水位容積關系曲線Z—V。有相應的水利學出流計算公式求得q—V曲線。

②在Excel中輸入相應的計算公式，再利用單變量求解功能。從第一時段開始調洪，由剛開始的入流流量查Z—V及q—V曲線得到水量平衡方程中的V1和q1；再有入庫洪水過程線查得Q1、Q2；然后假設一個q2值，根據(jù)水量平衡算得相應的V2值，有V2在q—V曲線上查得q2，若二者相等，q2即為所求。否則重設q2，重復上述計算過程，直到二者相等為止。如圖3

圖3

③將上時段末的q2、V2值作為下一時段的起始條件，重復上述試算過程，最后即可得出水庫下泄流量過程線。

④如果天然來流量小于正常蓄水位所對應的下泄流量，則用該流量作為假設下泄流量，則根據(jù)水量平衡方程可知對應的庫容為正常蓄水位對應的庫容，水位為正常蓄水位。不用進行試算。直到天然來流量大于正常蓄水位對應的下泄流量時起，開始試算。如表1

表1

⑤作退水段，試算到天然來流量再次小于正常蓄水位對應的下泄流量時，由水量平衡方程算得該時段的下泄流量，直到水庫水位低于正常蓄水位時，再由水量平衡方程調節(jié)庫水位達到正常蓄水位。之后，按計算上面天然來流量小于正常蓄水位對應的下泄流量的方法作完退水段。

⑥在Q，q—V曲線上查得百年最大入庫流量Q為1687m3/s和最大下泄流量q為1704m3/s。設計防洪庫容V設為90.39×106m3，再由V值在Z—V曲線上查得設計防洪水位Z設為681.14m。

⑦兩千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與入流曲線相重合。查得該下泄流量值為2736m3/s。在q—V曲線上查得設計防洪庫容V設為107.10×106m3，再由V值在Z—V曲線上查得設計防洪水位Z設為685.23m。

⑧繪制小山百年一遇和兩千年一遇的入庫流量與下泄流量關系曲線圖調洪計算表（列表試算法p=1%）。

（4）在Excel中輸入相應時間與洪水入庫流量及下泄流量的數(shù)據(jù)，點取“插入”-“圖表”中選擇“xy散點圖”，然后點擊網(wǎng)格線，進行適當加密圖格，根據(jù)提示就可以輕松的繪出設計洪水過程線及下泄流量過程線的散點圖，如圖4。

圖4

3.2校核洪水過程的推求

（1）利用Excel的計算功能，輸入相應公式，求得相應數(shù)據(jù)（表格計算方法、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與入流曲線相重合。查得該下泄流量值為2958m3/s。在q—V曲線上查得設計防洪庫容V效為110.42×106m3，再由V值在Z—V曲線上查得設計防洪水位Z設為686.04m。

（2）調洪結果：P=1%時，調后最大入庫流量1687m3/s，最大下泄流量為1704m3/s，設計洪水位為681.14m，對應的庫容為9039萬m3。P=0.05%時，調后最大入庫流量2681m3/s，最大下泄流量為2736m3/s，設計洪水位為685.23m，對應的庫容為一億零七百一十萬m3。由此可進行小山水庫的相應設計。

4.結語

該方法是把不同數(shù)據(jù)應用同一個公式的繁重計算工作簡化了，只要人工輸入的數(shù)據(jù)和公式準確，那么計算過程則由計算機來完成。這樣這部分的工作量就大大減少了，出錯率自然明顯地降低了；而且演算成果可以通過插入圖表功能自動繪制曲線圖。方法簡單易懂，高效便捷。Excel電子表格有效的計算功能對水文計算非常有用，很多計算可依此方法進行簡化，便于提高工作效率。 [科]

【參考文獻】

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