EXCEL在小库加固水文计算中的运用

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摘 要：excel具备强大的函数功能，可以为水文分析提供便利，丙级水利工程设计单位没有软件开发能力，可借助EXCEL完成计算。

关健词：小库水文计算 EXCEL

1概述

小型水库除险加固工程设计，常常需要进行雨量计算、推求洪水过程线、调洪演算等水文计算。而小型水库加固方案的的设计，一般都是委托丙级水利工程设计单位完成，它们没有软件开发能力，各种计算只能靠技术人员手工完成。EXCEL是我们常用的办公软件，它具备强大的函数功能，充分利用不仅可以减少各种计算的大部分重复劳动，为水文分析提供便利，更大大提高了工作效率。

水文计算时变差系数、瞬时单位线等等，通过查表费时费力，各种加减乘除，乘方开方，指数对数计算繁锁复杂，借助EXCEL表格在输入基本数据后一次性得到我们需要的各种数据，并将各种数据整合成需要的文字，很方便地插入到文字报告中。

下面以雨量计算、推求洪水过程线、调洪演算及报告汇总为例谈一下EXCEL功能。

2雨量计算：

设计暴雨资料采用水文水资源局编制的暴雨统计参数图集，查得雨量均值和变差系数Cv值，偏态系数Cs=3.5*Cv，由表格计算模比系数Kp值。

模比系数是某一时段内的数数值与均值的比值，EXCEL中GAMMAINV是返回伽玛累积分布函数的反函数。如果 P = GAMMADIST（x，...），则 GAMMAINV（p，...） = x。使用此函数可研究可能出现偏态分布的变量，具体运用见图1：

tp =GAMMAINV（1-p/100，4/Cs^2，1）， GAMMAINV是 EXCEL函数，P是频率。

Φ=C2*tp-2/Cs

Kp=Φ*Cv+1

Cv值和频率P手工输入，

C2表格：=3.5*A2

A4表格：=GAMMAINV（1-B2/100，4/C2^2，1）

B4表格：=C2/2*A4-2/C2

C4表格：=B4*A2+1

在编制初步设计报告时并不需要一一罗列出Cs值和Φ值，也可泄总以上公式步骤：

在C2表格入：

=（3.5*A2/2*（GAMMAINV（1-B2/100，4/（3.5*A2）^2，1））-2/（3.5*A2））*A2+1也可直接得到Cv值。

暴雨递减指数、设计净雨及净雨过程仅需进行一般的加减乘除运算，乘方开方等较复杂的计算就不逐一列举了。

3推求设计洪水过程线

3.1 单位过程线

单位过程线是指单位时段内均匀落到流域上的单位净雨量在出口断面处所形成的地面径流过程线。降雨历时是m个时段，地面流量过程线的纵标为单位线纵标的n 倍。时段单位线的S-曲线是指将同一单位线沿时间坐标每隔一单位时段错开，然后将同一时刻的纵坐标累加而求得的一条累积流量和时间的关系曲线。

我们以承雨面积为1.3Km2，n=1.094，K=0.387，五十年一遇和十年一遇两个频率为例，计算每个时段的流量：（为了迎合报告中表格的要求， EXCEL表格要做到和报告中表格一致）

N值和K值利用各地区公式已经计算出，承雨面积F已知。D2表格现在输入了4，是指我们计算时保留四位小数。（当然也可保留三位小数。EXCEL计算保留了太多位的小数，为了让S（t）- S（t-Δt）有一个真正为零的值， 4位3位就看谁让我们的合计值为零，而不拖泥带水）。

3.3 插入图表

为了让报告清晰直观，我们可以“插入――图表-散点图”，将时段值作为横坐标，流量q值作纵坐标，再根据需要调整坐标轴数字。

求得时段单位线，配合设计净雨过程，即得地表径流过程，和地下汇流迭加后就是设计洪水过程线了。最后要做的就是调洪演算了。

4调洪演算

洪水来临时，超过正常蓄水位时开始下泄。水库能削减洪峰流量和延长泄洪时间，溢洪道的下泄流量受到溢洪水头H的控制，而溢洪水头H又受到水库蓄洪量（堰顶高程以上的蓄洪量）的控制。

4.1水库库容关系

每试算一个水位，要算出对应的库容，水位库容关系可以用TREND、OFFSET、MATCH函数计算，TREND是用来线性拟合的。也就是说你水位与对应的库容有不严格的函数关系，帮你在水位库容关系表中内查取值，OFFSET函数的功能为以指定的引用为参照系，通过给定偏移量得到新的引用。MATCH函数返回指定数值在指定数组区域中的位置。

4.2单变量求解

调洪演算可采用试算法，用EXCEL中的单变量求解搞定

例如：起调水位是112.5m，1、2时段的入库流量分别是0m3/s、2.5 m3/s，堰顶高程112.5，堰宽5m，下泄流量 ，其中

=1.5，存放在H2单元格。

D5单元格输入=$H$2*$J$2*（E5-$I$2）^1.5，反映了下泄流量和水位的函数关系。

入库流量大于出库流量引起的库容增量就是两个时段对应水位的库容增量就是，加一个辅助列F，在F5单元格输入=（B4+B5）*0.09-D5*0.18+C4-C5，F5单元格值为零时表示两种库容增量相等。

在e5单元格填一个稍大于112.5的数值，选中F5单元格后，点“数据-模拟分析――单变量求解”，在目标值项填上“0”，可变单元格选E5，确定后。E5单元格中即出现了我们试算出的水位。

默认的情况下，“单变量求解”命令在它执行100次求解与指定目标值的差在0.001之内时停止计算。如果不需要这么高的精度，可以选择“工具”菜单中的“选项”命令，单击“重新计算”修改“最多次数”和“最大误差”框中的值。

4.3宏

每次计算时有几个频率和n个水位要试算，仅靠单变求解是不能满足要求的，“宏”就要上场了。

堰高，堰宽，下泄流量和水位关系，及入库洪水过程。将这些需要的数据一一放在调洪演算的表附近即可。点开发工具――宏――录制宏，将每一步试算水位都依次做一遍，结束后点停止录止。当我们的各种设计参数变化后，只需找到相应的宏，再运行一次就可全部完成。

5 报告汇总

设计报告中还有很多语言描述用到了计算中的各种数据，我们可以用“&”符号或CONCATENATE函数将文字和数据揉合到一起，直接将这些内容粘贴到报告中，可减少许多工作量。

我们可以将标签名命为水库名称，任意找一个单元格输入=MID（CELL（"filename"，G1），FIND（"]"，CELL（"filename"，G1））+1，100），得到的就是水库名了。

在A3中输入=CONCATENATE（ H1，"水库流域面积F="，A2，"km2，流程长度"，B2，"km，流程高差"，C2，"m，河道比降"，D2，"‰。形状系数f=F/L^2="，E2，"，为"，F2，G2，"。"）。

我们进行的雨量计算，雨型设计、洪水过程线推求，调洪演算，坝顶高程计算，一步一步，可以链接到一起，一环扣一环。由于每一步的公式是自己编制，当每次评审时专家提出了不同的意见，改起来也得心应手。当需要计算下一个水库时，更是复制一次后只须输入各种原始数据，重复前面所讲的步骤，利用EXCEL的函数计算功能就行了。

作者简介：许清华（1974.07）女，湖北当阳人，本科，工程师，从事水利工程设计。