用EXCEL进行洪峰流量计算

用EXCEL进行洪峰流量计算
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标准类别:水利标准
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用EXCEL进行洪峰流量计算

在水文工程中,洪峰流量是防洪设计、桥梁建设及流域规划的重要参数。利用Excel进行洪峰流量计算,具有操作简便、数据可视化强和成本低等优点,广泛应用于中小型项目或初步设计阶段。

常用的洪峰流量计算方法包括经验公式法(如推理公式法、地区性经验公式)、单位线法以及频率分析法等。在Excel中,用户可通过输入流域特征参数(如流域面积、坡度、降雨强度、汇流时间等),结合选定的计算公式进行自动运算。例如,采用“推理公式法”时,公式为:Q=φ×i×A,其中Q为洪峰流量,φ为径流系数,i为设计暴雨强度,A为流域面积。这些参数可分别录入Excel的不同单元格,通过公式链接实现一键计算。

此外,Excel还可用于暴雨强度的频率分析。通过输入多年最大日降雨量数据,利用内置函数如“平均值(AVERAGE)”、“标准差(STDEV)”和“百分位数(PERCENTILE)”,结合皮尔逊Ⅲ型分布进行频率适配,推求不同重现期(如10年、50年、100年)下的设计降雨量,进而计算对应洪峰流量。

Excel的强大图表功能还能将计算结果以折线图、柱状图等形式直观展示,便于对比分析不同重现期或不同区域的洪峰变化趋势。同时,通过数据验证和条件格式,可提高数据输入的准确性和计算过程的可靠性。

总之,Excel作为通用办公软件,凭借其灵活的数据处理与计算能力,为洪峰流量的快速估算提供了有效工具,特别适合教学、初步设计及小型工程项目使用。

从以上的公式可看出,要求得洪峰流量Qm,必须求得Ψ和τ的值,而Ψ和τ互为参变,传统的方法是通过图解法和诺模图法求解,图解法需要画图,比较麻烦,诺模图法需要查图,容易出错,精度也不高。还有没有快捷而又精准的方法呢?答案是肯定的,这就是用EXCEL来计算洪峰流量。EXCEL是我们常用的软件,其简洁的界面、丰富的函数、可编程的宏语言常常使我们事半功倍,工作轻松而更有效率。下面就用推理公式法推求洪峰流量为例,介绍EXCEL在其中的应用。

为使叙述清晰易懂,下面以用编辑好的表格为例,介绍在EXCEL表格中用推理公式计算洪峰流量的方法。见图1。

            图1

首先,在1至10行输入要用到的基本公式,目的是让人一目了然,了解计算的来龙去脉,也便于以后的理解。

第20至24行是计算雨力的值,最大24小时降雨量变差系数可由水文手册上查取,偏差系数一般采用变差系数的3.5倍值,离均系数与设计频率有关,可查表计算,将离均系数表全部录入,放入另一张工作表中,见图2:

我们一般常用的频率有5、10、20、30、50、100、200、300、500、1000年一遇,为实现离均系数自动查算,还需要动一番脑筋,离均系数表的横列为频率,纵列是Cs值,在离均系数表的N3和N4单元格中分别填入“=推理公式法!E21”、“=100/推理公式法!F22”,在N9单元格中填入:

    第25行至28行是计算损失系数u值,用到了三个公式:

前面两个公式来自《广西中小河流设计洪水计算方法研究》,后一个公式来自《水保水文》。

    第29行是确定汇流系数m的值,可采用查表法计算,见表1: 

    汇流系数也可用公式法计算,对于湘江流域或者相似的流域,可用下列公式计算:

第30行是计算τ0的值,其计算公式为:

由于公式比较烦杂,以前将其做成诺模图,用查图法计算,比较麻烦,现在有了EXCEL,利用其强大的计算能力,将公式输入,就可轻松计算出来了。

    第31至32行是求解二元方程组:

    Sheets("推理公式法").Select

    Range("b47").GoalSeek Goal:=0, ChangingCell:=Range("b46")

以后求解方程只需按下“解方程”按钮就行了。

最终,第33行是计算洪峰流量Qm,所有的参数都求出了值雨水、污水管基槽开挖安全技术交底,将其一一代入方程 ,得出我们所需要的洪峰流量Qm的值。

这样,用推理公式求解洪峰流量的表格就做好了,今后求洪峰流量,只需输入几个值,按一下按钮,几分钟之内就可得出答案。

表格完成后,以后进行洪峰流量的计算就十分简单了。下面以计算实例来说明该表格的用法。首先在E14、E15、E16输入流域面积、河流长度、河道平均坡降等基本数据,实例为流域面积为2.1km2,河流长度为1.05km,平均坡降为0.0204,暴雨衰减指数、流域中心最大24暴雨量和最大24降雨量变差系数Cv值可在各省的水文手册上查取,本例为暴雨衰减指数为0.66, 流域中心最大24暴雨量为100, 最大24降雨量变差系数Cv值为0.4,如果要计算10年一遇的洪峰流量,就在F22单元格中输入10,有了这些数据,表格自动计算出雨力Sp的值为52mm, 损失系数u的值为1.791,我们还需要输入最后一个数据-汇流系数m,可从表1 汇流参数m查用表查得值为0.9,输入E29单元格,最后我们要做的只需一点鼠标,点击解方程按钮,就可快速地求出洪峰流量的值为50.765m3/s。

本文用EXCEL进行洪峰流量计算,巧妙地运用了单变量求解工具来解决二元方程组,并用EXCEL函数来实现表格的自动查算,相对于传统方法,快速而精准,一劳而永逸,极大地提高了工作效率。其实,在实际工作中,我们也会遇到许多相类似的问题,本文的目的在于抛砖引玉,聪明的你,一定会利用EXCEL强大的计算优势,结合工程实际,解决更多的问题。

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