EXCEL在设计洪峰流量计算中的应用 洪峰流量计算

发布时间:2020-02-14 来源: 感悟爱情 点击:

  【摘要】在工程设计中我们经常遇到求解设计洪水以作为水工建筑物设计的依据。利用EXCEL的数据处理功能可以帮助我们化繁为简,从而大大降低求解设计洪峰流量的难度,有很好的实用价值。
  【关键词】设计洪峰流量;洪峰流量PⅢ频率曲线;EXCEL
  【中图分类号】TV222【文献标识码】A
  【文章编号】1007―4309(2010)10―0093―1.5
  
  在工程设计的水文计算中,我们经常遇到求解设计洪水计算的问题。设计洪水计算是通过对暴雨、洪水等资料的分析,寻求它们的规律,推求出将来在设计地点可能出现的符合设计标准的洪水,给我们的规划设计提供必要的水文依据。EXCEL具有强大的数据处理分析能力,通过一些简单设置,可以进行洪峰流量计算的繁琐工作。本文主要介绍使用EXCEL计算洪水的设计洪峰流量。
  
  一、经验频率计算
  
  已知某河水文站实测洪峰流量资料共30年,其经验频率计算步骤如下:
  第一,如图1所示,将30年的实测洪峰资料输入到图中B列,在A列中输入1-25的相应序号。选中B列中30个洪峰数据,点击鼠标右键进行“降序”排列。
  第二,计算经验频率。经验频率计算公式为P=m/(n+1),n=30。在图1中,计算结果列在D列,在D2中输入“=A2/31×100”,然后回车可以得到计算结果。以下各行计算结果直接用十字光标拖动即可。
  二、统计参数估计
  
  第一,求平均洪峰流量X。在洪峰数据最后一行的下面B32行输入“=AVERAGE(B2:B31)”,回车,即可以得出结果。
  第二,计算模比系数Ki。模比系数计算为Ki=Xi/X。在H列重新输入并降序排列实测的30年洪峰资料,在I列输入所求的均值X。在J2处输入“=H2/I2”,回车,然后按住十字光标拖动至需要计算的行即可。
  第三,求“(Ki-1),(Ki-1)2”。(Ki-1)的计算式为在K2处输入“=J2-1”,回车。(Ki-1)2的计算式为在L2处输入“=J^2”,回车。
  第四,计算Cv值。在L32处输入“=SUM(L2:L31)”,回车。在L34中输入“=(L34/29)^0.5”,回车。可求出Cv=0.63。为了方便查表及方便目估适线,Cv=0.7和Cv=0.8。
  第五,计算Cs值。根据相关工程经验。当1>Cv>0.5时,Cs值取(2.5-3.5)Cv。在本例中。当取Cv=0.7时,取Cs=3Cv;当取Cv=0.8时,取Cs=3.5Cv。
  
  三、各频率洪峰流量计算
  
  已知Cv=0.7,Cs=3Cv;已知Cv=0.8时,Cs=3.5 Cv两种情况。相应洪峰流量的频率P(%)如图O栏所示。在“PⅢ频率曲线Kp系数表”查得相应两种情况的Kp值分别列入Q栏和S栏。然后用Q栏和S栏对应频率的Kp值乘以X,可以得出相应频率的设计洪峰流量值。至此,洪水基本资料的处理完成。
  
  四、使用EXCEL制作PⅢ频率格纸
  
  数据处理完成后的频率格纸的制作是做出洪峰流量频率曲线的关键所在,而频率格纸制作的关键所在就是X轴的刻度划分,在EXCEL图表中默认的X轴为等距划分的。而频率格纸X轴划分是把标准正态频率曲线拉成一条直线的原理来绘制。所以这种频率格纸的Y轴仍是普通分格,但是横坐标的分格是不相等的,中间分隔较密,越往两端分格越稀,其间距在P=50%的两端是对称的,即当P=0.01%,X=3.72。在EXCEL中,这种转化是由以下步骤完成的:
  第一,在新建立的工作表2的AA栏中输入拟画入的X横坐标刻度值,一直到AA栏的51行(如果想获得更好的效果可以更加细分X横坐标)。在AB3中输入“=NORMSINV(AA3%)”,回车。然后拖动十字光标到AB栏51行。若以P=0.01%为横坐标原点,则在AC3栏中输入“=-$AB3$+AB4”,然后向下拖动十字光标至该栏51行。
  第二,Y轴最小值取0,最大值根据第二次适线洪峰流量计算成果取2 400最大。
  第三,在工作表1中任意处点击一个插入点,在EXCEL“插入”下拉菜单或快捷键中选择插入带直线的点散图。
  第四,在插入的空白图上点击右键选择数据源。弹出一个对话框,点击“添加”按钮,弹出“编辑数据系列”对话框,首先给这个系列命名,不妨命名为“频率格纸”,然后引入上述步骤计算出的X轴、Y轴的坐标刻度值,点击确定。这样可以绘制出频率格纸的各条纵线。
  第五,删除系统自动生成的坐标刻度。
  第六,选择刚刚画好的纵线,右击鼠标,选择“添加数据标签”,选择只显示X值的选项。然后逐个修改各频率所对应的AC栏3-51的X值,删除多余的标签,可以制作完成频率格纸。
  
  五、将各频率对数刻度转化为统一的PⅢ频率线性刻度
  
  按照第4节第一步的做法,分别改变工作表1中D列中经验频率、O列中目估适线各指定频率的X轴,转化后的X轴刻度值结果分别列入F列和V列。这样做的目的是使频率格纸的坐标横轴统一起来,便于下一步目估适线。
  
  六、绘制经验点据,进行适线目估
  
  第一,绘制经验点据。点击在工作表2里生成的频率格纸,重复第4节的第4步的过程,添加经验频率点据。添加完成后更改数据图表类型为仅显示点据的点散图。
  第二,绘制目估适线。重复上一步骤两次,分别添加第一次和第二次的目估适线。数据图类型为带直线的点散图。
  
  七、计算相应设计标准的洪峰流量
  
  在两次配线结果中选择一条与经验点据配合较好,可作为采用的洪峰频率曲线。查得与设计洪峰频率相应的Kp值计算设计洪峰。例如,查P=0.5%对应Kp=4.87,按Qp=Kp×X算得Qp=4.87×551.2=2684m3/s。
  
  八、总结
  
  EXCEL有强大的函数和数据处理能力,使用EXCEL计算设计洪水的设计洪峰流量及绘制洪峰流量的PⅢ曲线准确可靠。而且在部分数据修改时,EXCEL提供的数据链接功能可以方便地修改结果;再加上EXCEL与WORD强大的兼容功能,可以大大提高编写设计报告的效率。用EXCEL处理设计洪水是一种简单、经济、有效的方式,值得在工程设计中推广应用。
  
  【参考文献】
  [1]詹道江,叶守泽合编.工程水文学(第3版)[M].北京:中国水利水电出版社,2004:181―185,241―244.
  [2]吴江,翁泽平.用EXCEL绘制PⅢ频率曲线[J].工程地质计算机应用,2005(1):17―19.
  [3]郭天翔,刘红.基于EXCEL的PⅢ型频率曲线绘制[J].水资源研究,2010(1):39―40.
  【收稿日期】2010年8月23日
  【作者简介】夏小伟(1983― ):男,安徽亳州人,湖南水利水电职业技术学院助理讲师,研究方向:水工结构。

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