Excel表格在水库调洪演算中的应用

Excel 表格在水库调洪演算

中的应用

伊布拉音·米吉提 刘丽 （巴州水利水电勘测设计院）

【摘要】

水库的洪水调节计算在设计阶段主要是用来确定泄洪建筑物的尺寸，而在蓄水运行阶段则是为洪水调度提供依据的重要手段。

调洪计算的基本原理是水库水量平衡。计算方法主要有“列表试算法、半图解法、图解法、简化三角形法”等，其中列表试算法具有概念清楚、易于理解，精度高等优点，但存在计算繁琐、反复查图、速度较慢的缺点。随着计算机应用的普及，笔者针对试算法进行了探索，利用Excel 表格强大的计算、差值功能，简化调洪演算方法，取消了人工查图、差值、手工反复试算的过程，极大地提高了计算速度。

一、试算法调洪的原理

试算法的基础就是求解如下联立方程：

⎪⎩⎪⎨⎧=-=∆+-∆+)

()(21)(211

22121V f q V V t q q t Q Q

式中：21Q Q 、——时段t ∆始末

的入库流量，米3/秒；

21q q 、——时段t ∆始末的出库流量，米3/秒；

21V V 、——时段t ∆始末的水库蓄水量，米3；

t ∆——时段长，小时。

时段入库流量，由设计洪水过程线提供。时段末的出库流量，可根据水库下泄流量变化趋势，假定数值进行试算。起调时，一般011==q Q ，假定一个2q ，就能根据2Q 求出时段的蓄水增量12V V V -=∆。再从q ～V 关系曲线上由2V 查出2q 。如果这个

2q 与原假设的2q 相等，可继续下一

个时段的计算，否则，需重新假定

2q ，直到两者相符为止。由此可见

手工进行试算法调洪是相当麻烦的。

目前利用Excel 表格将上述计算所需的公式逐一输入相应的表格，可实现假设泄量试q 至水库蓄水量V 逐栏的自动计算，然后根据假设蓄水量查q ～V 曲线，再计算出下泄流量与假设的泄量比较。如此，仍然是比较

麻烦的。见下图：

二、应用Excel调洪计算的必要条件

下面仅莫呼查汗水库导流期为例说明洪水调节计算的方法和过程（之所以选导流期，是因为本方法更加适合水位变幅较大的调洪演算）。

1.水库蓄水量V是水库水位G的函数，但由于水库形状极不规则，无法列出)

(G

f

V 方程式的代数式，因此，必须将实测所得的G～V曲线由图形转化为数字格式，并制成表格，以便调洪演算时，通过内插得相应的水位及库容。

2.将上述表中的库容输入Excel 表格的A列，相应的水位输入B 列。

3.同样将导流洞不同水位及对应的下泄流量输入直C和D列。三、计算方法

如上所述，水库入库洪量、导流洞下泄流量，直接让围堰水位变化，而围堰水位变化，将导致导流洞下泄能力，因此这是一个循环过程，而调洪演算的任务是找到该时段的最终库水位，本文主要采用线性插值方法，将该繁琐的循环过程利用excel来完成。计算步骤如下：

1、定义名称：

为便于计算，分别将定义名称围堰水位、围堰库容、围堰、导流洞水位、导流洞流量及导流洞。

定义方法：将该名称对应的单元格区域选定后，在名称框中输入对应的名字即可。

2、输入公式：

在J5单元格输入公式：

=IF(COUNTIF(导流洞水位,O5)=1,VLOOKUP(O5,导流洞,2),(INDEX(导流洞流量,MATCH(O5,导流洞水位,1)+1,1)-INDEX(导流洞流量,MATCH(O5,导流洞水位,1),1))/(INDEX(导流洞水位,MATCH(O5,导流洞水位,1)+1,1)-INDEX(导流洞水位,MATCH(O5,导流洞水位,1),1))*(O5-INDEX(导流洞水位,MATCH(O5,导流洞水

位,1),1))+INDEX(导流洞流量,MATCH(O5,导流洞水位,1),1))

在P5单元格输入公式： =IF(COUNTIF(围

堰

库容

,N5)=1,VLOOKUP(N5,

围

堰,2),(INDEX(围堰水位,MATCH(N5,围堰库容,1)+1,1)-INDEX(围堰水位,MATCH(N5,围堰库容

,1),1))/(INDEX(

围

堰

库

容,MATCH(N5,围堰库容,1)+1,1)-INDEX(围堰库容,MATCH(N5,围堰库容,1),1))*(N5-INDEX(围堰库容,MATCH(N5,围堰库容

,1),1))+INDEX(

围

堰

水

位,MATCH(N5,围堰库容,1),1))

3、说明：

（1）名称说明：围堰水位、围堰库容、围堰、导流洞水位、导流洞流量及导流洞为前面定义的单元格区域。

（2）公式思路：若需要找的水位在相应的区域里有，则流量或库容即为该区域改水位对应的值，若没有该值则进行插值计算；计算公式为：

1

0100101)

()

()()()( y x x x x y x x x x x P --+--=

（3）函数说明：

Match 函数可在单元格区域中搜索指定项，然后返回该项在单元格区域中的相对位置

Index 返回表格或中的元素值，此元素由行号和列号的索引值给定。

Vlookup 函数搜索某个单元格区域的第一列，然后返回该区域相同行上指定单元格中的值。

Countif 函数对区域中满足单个指定条件的单元格进行计数。

If 如果指定条件的计算结果为 TRUE ，IF 函数将返回某个值；如果该条件的计算结果为 FALSE ，则返回另一个值。

四、使计算方法程序化

通过以上步骤，列表试算法的计算表格基本完成，此时只需单变量求解的方法使试算差为0即可，但往往洪水过程较长，如本例莫呼查汗水库工程，洪水过程长达7天，即160小时，此过程单纯利用单变量求解来完成，也是需要较长时间，若将利用excel 的VBA 功能编写一个小程序，即可快速完成此过程。

按Alt+F11打开VBA 编辑器，输入以下代码：

Sub thjs()

'采用牛顿二分法求解法进行试