论文部分内容阅读
摘要：通过闸门启闭来控制水位和流量，是水库调度运用的一项基本内容。为了使运行管理人员做好水闸的调度工作，科学调配水量，利用EXCEL软件绘制水位—开度—流量关系曲线，解决了人工绘制复杂工程图表的问题。
关键词：EXCEL；水位—流量关系曲线
Abstract: through the gate crane to control water level and flow, is the use of the reservoir regulation a basic content. In order to make the operation management personnel do the damages to the scheduling, scientific allocation of water, use of EXCEL software draw water level-the opening-flow relation curves, solve the artificial drawing complex engineering graphs problems.
Keywords: EXCEL; Water level-flow relation curves
中圖分类号：P332.3文献标识码：A 文章编号：
前言
MICROSOFT EXCEL 2007是美国微软公司发布的Office系列办公软件之一，是一个功能强大的电子表格软件，具有数据计算 、统计分析、图表制作等多种功能。EXCEL在表格中输入公式、函数，可自动计算出结果；利用表格中的数据，可生成各种柱状图、拆线图、区域图、饼图、环形图、雷达图、组合图等图形。用EXCEL软件绘制的图表，图形随着数据的改变而改变，具有成图速度快、容易操作的特点。工程技术人员掌握EXCEL的基本命令和操作技巧，将EXCEL与水利理论知识相结合，应用于水利工程计算之中，起到事半功倍的效果。本文笔者结合绘制铁岗水库溢洪闸水位—开度—流量关系曲线图的实践经验，介绍EXCEL 软件在水利工程中应用。
1、铁岗水库溢洪闸概况
铁岗水库位于深圳市宝安区，集雨面积64km2，正常蓄水位28.70米，正常库容为9400万m3；校核洪水位29.29米，总库容为9950万m3。溢洪闸为驼峰堰，由弧形钢闸门控制，堰顶高程为22.69米，堰高P=2.404米，闸门孔数为2孔，每孔宽高为10×6.5米。
2、水闸流量的计算
水闸的水流可分为堰流和闸孔出流，而堰流和闸孔出流根据出流是否受下游水位的影响可又可分为自由出流和淹没出流。堰流由于不受闸门的控制，水面线为一光滑的降落曲线；闸孔出流由于受到闸门的控制，闸孔上、下游水面是不连续的。由于堰流和闸孔出流这种边界条件的差异，导致它们的水流特征和过水能力不同。在同一水闸上，往往可以发生堰流和闸孔出流。这两种水流随闸底坎形式及闸门的相对开度不同而相互转化。铁岗水库溢洪闸为驼峰堰，驼峰堰为曲线型实用堰的一种，实用堰一般为自由出流。曲线型实用堰当e/H≤0.75时，为闸孔出流，其流量公式为：
Q=μ0be，式中：μ0为流量系数，当闸门为弧形闸门时，μ0=0.685－0.19，b为闸孔的总宽度，b=2×10，g=9.8，H为堰上水头，H=闸前水位－22.69；当e/H＞0.75时为堰流，其流量公式为：
Q=εσs mbn，式中：H0为包括行近流速水头的堰上水头，忽略行近流速水头，即H0=H，n为孔数，n=2，b为闸孔单孔净宽，b=10，g=9.8，σs为淹没系数，自由出流时，σs=1，ε为侧向收缩系数，
ε=1－0.2［ζκ+（n－1）ζ0］，ζκ为边墩形状系数，ζ0为闸墩形状系数，本例中经查算，ζκ=0，ζ0=0.25，即
ε=1－0.2［0+（2－1）×0.25］=1－0.0025H0，
m为流量系数，当≤0.34时，m=0.385+0.224()0.934，当≥0.34时，m=0.452()-0.032，由于在校核洪水位29.29米以下水位时， =2.404/(29.29－22.69)=0.364＞0.34，所以应选m=0.452()-0.032。
3、制作水位—开度—流量关系表
如表1，在A4:A18输入水位数据，在B3:L3输入开度数据，在B5单元格输入“=(0.685-0.19*B$3/($A5-22.69))*2*10*B$3*SQRT(2*9.8*($A5-22.69))”，单击B5单元格的充填柄，往下拖动至B6，得到开度为0.1时不同水位对应的闸孔出流的流量，用同样的方法可得到不同水位、不同开度对应的闸孔出流的流量。在M4单元格中输入“0”，在M5单元格中输入“=(1-0.0025*($A5-22.69)) *0.452* ((2.404/($A5-22.69))^(-0.032)) *10*2*(2*9.8)^0.5* ($A5-22.69)^1.5”，单击M5单元格的充填柄，往下拖动至M18，得到不同水位在堰流即闸门全开时对应的流量，此列数据反映闸门在不同水位全开闸门时的最大下泄流量。
表1 水位—开度—流量关系表
4、绘制水位—开度—流量关系曲线图
绘图时，以每一个开度作为系列名称，以开度所在列的流量数据作为横坐标，以流量对应的水位数据作为纵坐标数据。在EXCEL菜单栏中选择【插入】，点击图表栏散点图中的“带平滑线散点图”，生成一个空白的图表区，然后在图表区点击右键，在下拉菜单中点击【数据选择】，点击图列项【添加】，在系列名称中输入“e=0.1”，在X轴系列值中选择表中B5:B6的数据，在Y轴系列值中选择表中A5:A6的数据，点击确定，生成一条e=0.1的水位—流量曲线。重复以上步骤，可生成e=0.5、e=1.0……等一系列水位—流量关系曲线，见图1所示。绘图时，还要对图表标题、坐标轴标题、坐标轴、网格线及字体等进行设置，在此不再赘述。图1中的Q—H流量曲线表示闸门全开时不同水位对应的流量，反映了闸门不同水位时的最大泄洪能力。
图1
5、结语 ：
绘制水位—开度—流量关系曲线是水库管理工作中的一项重要内容，对水库工程运行具有重要的意义。在实际工作中为便于查算及提高计算精度，可从堰顶高程起至校核洪水位，水位、闸门开度每隔10cm，制成水位—开度—流量对应关系表。对于许多水文水利计算，都可以运用Excel，如编制概预算、调洪计算、河道水面曲线等等，可以有效减轻计算强度，提高工作效率。
参考文献：《水力学》下册，北京：水利电力出版社，1984.
作者简介：詹伟球男 1967年5月出生， 大专 ，建筑经济师/水工助理工程师，从事水库运行管理工作。
注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。
关键词：EXCEL；水位—流量关系曲线
Abstract: through the gate crane to control water level and flow, is the use of the reservoir regulation a basic content. In order to make the operation management personnel do the damages to the scheduling, scientific allocation of water, use of EXCEL software draw water level-the opening-flow relation curves, solve the artificial drawing complex engineering graphs problems.
Keywords: EXCEL; Water level-flow relation curves
中圖分类号：P332.3文献标识码：A 文章编号：
前言
MICROSOFT EXCEL 2007是美国微软公司发布的Office系列办公软件之一，是一个功能强大的电子表格软件，具有数据计算 、统计分析、图表制作等多种功能。EXCEL在表格中输入公式、函数，可自动计算出结果；利用表格中的数据，可生成各种柱状图、拆线图、区域图、饼图、环形图、雷达图、组合图等图形。用EXCEL软件绘制的图表，图形随着数据的改变而改变，具有成图速度快、容易操作的特点。工程技术人员掌握EXCEL的基本命令和操作技巧，将EXCEL与水利理论知识相结合，应用于水利工程计算之中，起到事半功倍的效果。本文笔者结合绘制铁岗水库溢洪闸水位—开度—流量关系曲线图的实践经验，介绍EXCEL 软件在水利工程中应用。
1、铁岗水库溢洪闸概况
铁岗水库位于深圳市宝安区，集雨面积64km2，正常蓄水位28.70米，正常库容为9400万m3；校核洪水位29.29米，总库容为9950万m3。溢洪闸为驼峰堰，由弧形钢闸门控制，堰顶高程为22.69米，堰高P=2.404米，闸门孔数为2孔，每孔宽高为10×6.5米。
2、水闸流量的计算
水闸的水流可分为堰流和闸孔出流，而堰流和闸孔出流根据出流是否受下游水位的影响可又可分为自由出流和淹没出流。堰流由于不受闸门的控制，水面线为一光滑的降落曲线；闸孔出流由于受到闸门的控制，闸孔上、下游水面是不连续的。由于堰流和闸孔出流这种边界条件的差异，导致它们的水流特征和过水能力不同。在同一水闸上，往往可以发生堰流和闸孔出流。这两种水流随闸底坎形式及闸门的相对开度不同而相互转化。铁岗水库溢洪闸为驼峰堰，驼峰堰为曲线型实用堰的一种，实用堰一般为自由出流。曲线型实用堰当e/H≤0.75时，为闸孔出流，其流量公式为：
Q=μ0be，式中：μ0为流量系数，当闸门为弧形闸门时，μ0=0.685－0.19，b为闸孔的总宽度，b=2×10，g=9.8，H为堰上水头，H=闸前水位－22.69；当e/H＞0.75时为堰流，其流量公式为：
Q=εσs mbn，式中：H0为包括行近流速水头的堰上水头，忽略行近流速水头，即H0=H，n为孔数，n=2，b为闸孔单孔净宽，b=10，g=9.8，σs为淹没系数，自由出流时，σs=1，ε为侧向收缩系数，
ε=1－0.2［ζκ+（n－1）ζ0］，ζκ为边墩形状系数，ζ0为闸墩形状系数，本例中经查算，ζκ=0，ζ0=0.25，即
ε=1－0.2［0+（2－1）×0.25］=1－0.0025H0，
m为流量系数，当≤0.34时，m=0.385+0.224()0.934，当≥0.34时，m=0.452()-0.032，由于在校核洪水位29.29米以下水位时， =2.404/(29.29－22.69)=0.364＞0.34，所以应选m=0.452()-0.032。
3、制作水位—开度—流量关系表
如表1，在A4:A18输入水位数据，在B3:L3输入开度数据，在B5单元格输入“=(0.685-0.19*B$3/($A5-22.69))*2*10*B$3*SQRT(2*9.8*($A5-22.69))”，单击B5单元格的充填柄，往下拖动至B6，得到开度为0.1时不同水位对应的闸孔出流的流量，用同样的方法可得到不同水位、不同开度对应的闸孔出流的流量。在M4单元格中输入“0”，在M5单元格中输入“=(1-0.0025*($A5-22.69)) *0.452* ((2.404/($A5-22.69))^(-0.032)) *10*2*(2*9.8)^0.5* ($A5-22.69)^1.5”，单击M5单元格的充填柄，往下拖动至M18，得到不同水位在堰流即闸门全开时对应的流量，此列数据反映闸门在不同水位全开闸门时的最大下泄流量。
表1 水位—开度—流量关系表
4、绘制水位—开度—流量关系曲线图
绘图时，以每一个开度作为系列名称，以开度所在列的流量数据作为横坐标，以流量对应的水位数据作为纵坐标数据。在EXCEL菜单栏中选择【插入】，点击图表栏散点图中的“带平滑线散点图”，生成一个空白的图表区，然后在图表区点击右键，在下拉菜单中点击【数据选择】，点击图列项【添加】，在系列名称中输入“e=0.1”，在X轴系列值中选择表中B5:B6的数据，在Y轴系列值中选择表中A5:A6的数据，点击确定，生成一条e=0.1的水位—流量曲线。重复以上步骤，可生成e=0.5、e=1.0……等一系列水位—流量关系曲线，见图1所示。绘图时，还要对图表标题、坐标轴标题、坐标轴、网格线及字体等进行设置，在此不再赘述。图1中的Q—H流量曲线表示闸门全开时不同水位对应的流量，反映了闸门不同水位时的最大泄洪能力。
图1
5、结语 ：
绘制水位—开度—流量关系曲线是水库管理工作中的一项重要内容，对水库工程运行具有重要的意义。在实际工作中为便于查算及提高计算精度，可从堰顶高程起至校核洪水位，水位、闸门开度每隔10cm，制成水位—开度—流量对应关系表。对于许多水文水利计算，都可以运用Excel，如编制概预算、调洪计算、河道水面曲线等等，可以有效减轻计算强度，提高工作效率。
参考文献：《水力学》下册，北京：水利电力出版社，1984.
作者简介：詹伟球男 1967年5月出生， 大专 ，建筑经济师/水工助理工程师，从事水库运行管理工作。
注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。