巧用Excel提高水文水利分析计算效率_周丽.pdf

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1、图 1 水面线推算数据输出窗口1前言Microsoft Office Excel（简称Excel），在水文水利分析计算中是非常常用且通用的办公软件，在水文水利分析计算中的作用也是毋庸置疑的。在水文水利分析计算中，大量水文数据的处理，水文水利计算中的试算、联动运算及一些水文水利计算模块的建立，在借助Excel后，不仅可大大简化水文水利计算，更可以提高计算成果的精度。Excel功能强大，在学会灵巧使用拖动、筛选、排序、单变量求解等基本功能后，掌握Excel中公式函数，甚至与VBA编程的联合运用，可快速地解决大部分水文水利分析计算。2数据处理在水文水利分析计算中，对收集回来的原始水文数据按使用的目的

2、进行处理，是水文水利分析计算的前期基本工作。数据拖动、筛选、排序、分列等功能在数据处理中时十分常用的，数据拖动功能通过按住鼠标左键即可实现，Excel会根据已有数列规律进行扩展或填充，筛选、排序、分列功能在Excel菜单的“数据”中可找到。这些功能都是十分简单的功能，本文不再详述。本文举例说明这些功能的联合运用。例如，采用水文水利分析计算绘图软件系统进行水面线推算，得出的结果文件用Excel打开如图1所示。为了提取“水位”这一列数据，可先采用“分列”功能分出各列，然后将“水位”一列复制出来，在“水位”一列的附近一列，使用数据拖动的功能，生成一列单数行数据（如“1”），然后选取这两列，使用筛选功

3、能，选择“1”，就可以提取目标列中单数行数据，见图24。3相关关系曲线的拟定在水文水利分析计算中，相关关系曲线的拟定 设计与研究 巧用 Excel 提高水文水利分析计算效率收稿日期：2012-05-09作者简介：周丽（1980-），女，四川岳池人，工程师，学士，主要从事水利规划。周丽（广东省水利电力勘测设计研究院，广东 广州510635）摘要：以数据处理、水量供需平衡分析、调洪演算程序等为例，介绍了 Excel 在水文水利计算中的运用。通过借助Excel 中公式、函数与 VBA 编程等功能，可以大大简化水文水利分析计算，提高工作效率。关键词：Excel；数据处理；水量供需平衡分析；水文水利分析

4、计算中图分类号：TV214文献标志码：B文章编号：2095-0144（2012）05-0027-05第48卷第5期2012年5月甘 肃 水 利 水 电 技 术GANSU WATER RESOURCES AND HYDROPOWER TECHNOLOGYVol48，No5May.，201227是非常常用的一种计算分析手段。在Excel中，“图表-添加趋势线”是非常实用的功能，趋势线类型分线性、对数、多项式、乘幂、指数等。例如，在双对数纸上点绘某流域洪峰流量-集水面积相关关系，趋势线类型可选乘幂类型。当然，选定趋势线类型后，还可修改相应公式上有关参数，以拟定最佳相关关系曲线。至于双对数纸，则可通过

5、在“坐标轴格式”中勾选“对数刻度”即可实现。在拟定最佳相关关系曲线（图5）后，即可直接根据公式进行相关内插、延长（图6），大大简化相关法计算。4水量供需平衡分析计算水量供需平衡分析计算的计算公式较为简单，以水量平衡公式为主。本文主要谈下水库的水量供需平衡分析计算中需注意解决的问题。对于水库来说，水量供需平衡分析计算时应注意两个边界，即正常蓄水位（或汛限水位）和死水位。当水库水位上升到正常蓄水位（或汛限水位）时，来水量有剩余，则水库弃水；当水库水位下落到死水位时，仍不能满足用水，则水库缺水。由于库水位一般通过水库库容进行内插求得，故在编写水量供需平衡分析计算表格时，往往以正常蓄水位（或汛限水位）

6、、死水位相应的库容作为边界。在Excel中，则通过对“水库蓄水增量”（+为蓄水，-为放水）中使用多层“IF”函数进行控制：图 2 水位赋值窗口图 3 水位筛选窗口图 4 水位排序窗口图 5 点绘流域洪峰流量-集水面积关系曲线时的线型选择窗口-甘肃水利水电技术2012年第5期第48卷28图 7 清凉山水库水量供需平衡分析计算窗口图 6 点绘流域洪峰流量-集水面积关系曲线窗口若余水量（可利用水量-需水量）+时段初蓄水量正常蓄水位（或汛限水位）相应库容，则水库蓄水增量=正常蓄水位（或汛限水位）相应库容-时段初蓄水量；否则，即等于余水量。在确定了水库蓄水增量，就可以按相互关系确定水库实际放水量（可利用

7、水量-水库蓄水增量）、水库蓄水量（时段初蓄水量+水库蓄水增量）、弃水量（余水量大于水库蓄水增量时，余水量-水库蓄水增量）、缺水量（需水量大于水库实际放水量时，需水量-水库实际放水量）。以广东省梅州市清凉山水库的水量供需平衡分析计算为例（图7）。5频率计算频率计算水文水利分析计算中常用的计算方法，也是比较基本的计算内容。在过去缺乏计算机的时候，往往都是通过在频率格纸上手动点绘频率曲线，随着计算机的普及，现在水文频率计算一般都通过计算机实现。同样，频率计算也可以通过Excel来实现。在使用Excel来进行频率计算时，主要难点在于绘制频率格纸图和如何将经验频率计算的点距-周丽：巧用Excel提高水文

8、水利分析计算效率第5期第48卷29计算的经验频率值及适线法拟定频率曲线的频率值进行转换，以落在绘制的频率格纸图上。至于频率计算中统计参数（均值、Cv值等）及经验频率的计算则根据相关规范及参考书，采用Excel中函数、公式来进行列表计算，本文就不在详述。在采用Excel来实现频率计算中还有一个要点，即Kp值的计算，在Excel中，Kp值可通过GAMMAINV函数（即为返回伽玛累积分布函数的反函数）来计算（返回伽玛累积分布函数的反函数），具体计算公式为：Kp=1+CsGAMMAINV（1-P，4/Cs2，1）/2-2/CsCv式中：Kp模比系数；Cs偏态系数；GAMMAINV返回伽玛累积分布函数的

9、反函数；P频率值；Cv变差系数。频率计算以广东省高州水文站-高州水库区间洪峰流量频率计算为例，见图8、9。6调洪演算、等出力电能计算调洪演算、等出力电能计算的难点在于试算，特别是等出力电能计算，需要多次试算，以求得最优解。在Excel中，“规划求解”即是十分实用的试算工具，“规划求解”也称作工具，通过多次迭代计算，求得工作表上某个单元格（被称为目标单元格）中的最优值。当然，本文所说“规划求解”是在VBA编程中运用规划求解模型，值得注意的是，使用本函数之前，必须建立对规划求解加载宏的引用，当VisualBasic模块处于活动状态时，单击“工具”菜单上的“引用”，再选中“可使用的引用”列表框中的“

10、Solver.xla”复选框。在编写调洪演算、等出力电能计算程序时，首先应该根据相应的原理及计算公式在Excel中工作表建立起计算表格，确定假设数列（即试算数列）、目标数列。以“调洪演算”为例，水库洪水位即为假设数列，根据水量平衡公式即可定出“目标数列”（取库水位查算的库容和按水量平衡公式计算的库容之差，目标值为0），在建立好计算表格后，即在VBA编程（即“宏”）中引用假设数列、目标数列，通过规划求解工具和循环语句（for next）依次求解。下面为一个采用规划求解进行调洪演算的示例（等出力电能计算表 1 绘制频率横坐标主刻度线的点据坐标值及频率曲线落在频率格纸图上。我们现在使用的频率格纸图为

11、海森频率格纸图，从频率格纸图可看出，横坐标为频率（%），与方格纸的横坐标刻度是不一样的，纵坐标为需要频率计算的数值，与方格纸的纵坐标刻度是一致的。故在使用Excel绘制频率格纸图关键在意绘制出横坐标（频率）的刻度，在Excel中，可以使用NORMSINV函数（即标准正态累积分布函数的反函数）计算各频率值至中值（P=50%）的水平距离，而中值（P=50%）至横坐标左端点的距离为3.719，故可通过公式“NORMSINV（P）+3.719”计算各频率至横坐标左端点的距离（即X值），据此即可绘制出频率格纸图。表1为用于绘制频率格纸图中横坐标主刻度线的点据坐标值。同样，通过公式“NORMSINV（P）

12、+3.719”即可将P/%0.010.010.050.5P/%99.599.599.899.99横坐标 X6.296.296.607.44纵坐标 Y010 00010 00010 0000.0599.86.6000.599.997.4400.299.957.0100.299.957.0110 0000.199.96.8110 0000.199.96.810横坐标 X0.000.000.431.140.431.140.840.840.630.63纵坐标 Y10 0000010 00010 0000010 00010 0000横坐标 X4.564.565.005.005.365.365.775.7

13、76.056.05P/%80809090959598989999纵坐标 Y010 00010 0000010 00010 0000010 000横坐标 X3.193.193.473.473.723.723.973.974.244.24P/%30304040505060607070纵坐标 Y10 0000010 00010 0000010 00010 0000横坐标 X1.391.391.671.672.072.072.442.442.882.88P/%11225510102020纵坐标 Y010 00010 0000010 00010 0000010 000注：表中纵坐标 Y 值 0、10 0

14、00 为纵坐标的最小、最大值；频率格纸图中横坐标次刻度线绘制与主刻度线绘制类似，不再赘述。甘肃水利水电技术2012年第5期第48卷30大体相同）：Sub thys（）Worksheets（sheet1）.Activatej=Range（k1）.Value For i=1 To j1 SolverResetSolverOptions Precision:=0.001 SolverOK SetCell:=Cells.Item（i+8,7）,_ maxminval:=3,_ValueOf:=0,_byChange:=Cells.Item（i+8,4）SolverAdd CellRef:=Cells.

15、Item（i+8,7）,_ Relation:=2,_图 8 高州水文站-高州水库区间洪峰流量、频率、模比系数计算窗口图 9 高州水文站-高州水库区间洪峰流量频率曲线-（下转第 42 页）周丽：巧用Excel提高水文水利分析计算效率第5期第48卷31（上接第 31 页）FormulaText:=0SolverAdd CellRef:=Cells.Item（i+8,4）,_ Relation:=3,_FormulaText:=Range（c1）.ValueSolverAdd CellRef:=Cells.Item（i+8,4）,_ Relation:=1,_FormulaText:=Range（

16、c1）.Value+20SolverSolve UserFinish:=TrueNext iEnd Sub7结语在使用Excel解决水文水利分析计算问题前，都必须掌握每个计算的原理、方法，在熟练掌握Excel使用后，两者结合才能熟能生巧、生快。同一个水文水利分析计算，在Excel中可通过不同方法来解决，只要用心去学习、思考、探讨其规律，必能进一步发挥Excel的能力、潜力。不产生离析，温度控制在145175 之间，确保其经过运输、摊铺等热量损失后的温度能满足沥青混凝土碾压温度要求。5.2运输沥青混合料使用5 t自卸汽车水平运输至施工部位后，用改装带料斗的装载机将沥青混合料卸入摊铺机沥青混合料料

17、斗；人工摊铺则用改装带料斗的装载机直接将沥青混合料卸入模板内，人工摊平。运料车为运输沥青混凝土专用车。沥青混合料运输设备及运输道路应保证沥青混合料在运输过程中，不出现骨料分离和外漏，能保证沥青混合料连续、均匀、快速，及时地从拌和楼运至铺筑部位。混合料温度不能满足碾压要求时，作废料处理。5.3沥青混凝土心墙铺筑沥青混凝土心墙施工分为人工摊铺和机械摊铺段，与岸坡接触段、心墙扩大段及心墙底部扩大段宽度大于0.8 m部位采用人工摊铺，其余部分心墙采用机械摊铺。人工摊铺段心墙混合料铺筑使用的自制钢模板，钢模定位检查合格后，填筑两侧过渡料，再将沥青混合料填入钢模铺平，在沥青混合料碾压前将钢模拔出，并及时将

18、表面黏附物清除干净。机械摊铺可同时进行沥青混合料和过渡料的摊铺，摊铺机行走速度控制为13 m/min。每次铺筑前，根据心墙和过渡料的结构和施工要求，校正铺筑宽度、厚度等相关参数。5.4碾压先碾压过渡料再碾压沥青混合料，心墙两侧过渡料同时静压2遍后再振动碾压，碾压时离心墙2030 cm。沥青混凝土心墙先静压2遍后再振动碾压，振动碾行进速度按25 m/min控制，连同离心墙两侧未碾压的2030 cm过渡料一起碾压。沥青混凝土心墙碾压时最高温度不超过160，最低温度不低于120。5.5注意事项心墙两侧过渡料要同时铺筑碾压，防止模板走样、变位；碾压后的沥青混合料表面要求返油良好，不产生纵向裂缝；沥青心

19、墙与过渡层坝壳填筑应尽量平起平压均衡施工，心墙全线均衡上升，使全线尽可能保持同一高程；当必须出现横缝时，其结合坡度做成缓于13的斜坡，且上下层横缝位置错开2 m以上。6结语2010年11月16日截流堤龙口合拢，2011年1月初上游围堰河床段基础处理结束后，开始填筑，同年4月底完建，经过一个汛期运行，碾压式沥青混凝土心墙防渗效果良好，达到设计标准。基坑开挖后渗水量小，达到了预期目标。参考文献：1DL/T 5363-2006，水工碾压式沥青混凝土施工规范 S.2DL/T 5411-2009，土石坝沥青混凝土面板和心墙设计规范 S.3DL/T 5397-2007，水电工程施工组织设计规范 S.!甘肃水利水电技术2012年第5期第48卷!保护水资源改善水环境42