EXCEL在設(shè)計(jì)洪峰流量計(jì)算中的應(yīng)用 洪峰流量計(jì)算

　　【摘要】在工程設(shè)計(jì)中我們經(jīng)常遇到求解設(shè)計(jì)洪水以作為水工建筑物設(shè)計(jì)的依據(jù)。利用EXCEL的數(shù)據(jù)處理功能可以幫助我們化繁為簡(jiǎn)，從而大大降低求解設(shè)計(jì)洪峰流量的難度，有很好的實(shí)用價(jià)值。
　　【關(guān)鍵詞】設(shè)計(jì)洪峰流量；洪峰流量PⅢ頻率曲線；EXCEL
　　【中圖分類號(hào)】TV222【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A
　　【文章編號(hào)】1007―4309（2010）10―0093―1.5
　　
　　在工程設(shè)計(jì)的水文計(jì)算中，我們經(jīng)常遇到求解設(shè)計(jì)洪水計(jì)算的問(wèn)題。設(shè)計(jì)洪水計(jì)算是通過(guò)對(duì)暴雨、洪水等資料的分析，尋求它們的規(guī)律，推求出將來(lái)在設(shè)計(jì)地點(diǎn)可能出現(xiàn)的符合設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)的洪水，給我們的規(guī)劃設(shè)計(jì)提供必要的水文依據(jù)。EXCEL具有強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理分析能力，通過(guò)一些簡(jiǎn)單設(shè)置，可以進(jìn)行洪峰流量計(jì)算的繁瑣工作。本文主要介紹使用EXCEL計(jì)算洪水的設(shè)計(jì)洪峰流量。
　　
　　一、經(jīng)驗(yàn)頻率計(jì)算
　　
　　已知某河水文站實(shí)測(cè)洪峰流量資料共30年，其經(jīng)驗(yàn)頻率計(jì)算步驟如下：
　　第一，如圖1所示，將30年的實(shí)測(cè)洪峰資料輸入到圖中B列，在A列中輸入1-25的相應(yīng)序號(hào)。選中B列中30個(gè)洪峰數(shù)據(jù)，點(diǎn)擊鼠標(biāo)右鍵進(jìn)行“降序”排列。
　　第二，計(jì)算經(jīng)驗(yàn)頻率。經(jīng)驗(yàn)頻率計(jì)算公式為P=m/（n+1），n=30。在圖1中，計(jì)算結(jié)果列在D列，在D2中輸入“=A2/31×100”，然后回車可以得到計(jì)算結(jié)果。以下各行計(jì)算結(jié)果直接用十字光標(biāo)拖動(dòng)即可。
　　二、統(tǒng)計(jì)參數(shù)估計(jì)
　　
　　第一，求平均洪峰流量X。在洪峰數(shù)據(jù)最后一行的下面B32行輸入“=AVERAGE（B2：B31）”，回車，即可以得出結(jié)果。
　　第二，計(jì)算模比系數(shù)Ki。模比系數(shù)計(jì)算為Ki=Xi/X。在H列重新輸入并降序排列實(shí)測(cè)的30年洪峰資料，在I列輸入所求的均值X。在J2處輸入“=H2/I2”，回車，然后按住十字光標(biāo)拖動(dòng)至需要計(jì)算的行即可。
　　第三，求“（Ki-1），（Ki-1）2”。（Ki-1）的計(jì)算式為在K2處輸入“=J2-1”，回車。（Ki-1）2的計(jì)算式為在L2處輸入“=J^2”，回車。
　　第四，計(jì)算Cv值。在L32處輸入“=SUM（L2：L31）”，回車。在L34中輸入“=（L34/29）^0.5”，回車�？汕蟪鯟v=0.63。為了方便查表及方便目估適線，Cv=0.7和Cv=0.8。
　　第五，計(jì)算Cs值。根據(jù)相關(guān)工程經(jīng)驗(yàn)。當(dāng)1＞Cv＞0.5時(shí)，Cs值�。�2.5-3.5）Cv。在本例中。當(dāng)取Cv=0.7時(shí)，取Cs=3Cv；當(dāng)取Cv=0.8時(shí)，取Cs=3.5Cv。
　　
　　三、各頻率洪峰流量計(jì)算
　　
　　已知Cv=0.7，Cs=3Cv；已知Cv=0.8時(shí)，Cs=3.5 Cv兩種情況。相應(yīng)洪峰流量的頻率P（%）如圖O欄所示。在“PⅢ頻率曲線Kp系數(shù)表”查得相應(yīng)兩種情況的Kp值分別列入Q欄和S欄。然后用Q欄和S欄對(duì)應(yīng)頻率的Kp值乘以X，可以得出相應(yīng)頻率的設(shè)計(jì)洪峰流量值。至此，洪水基本資料的處理完成。
　　
　　四、使用EXCEL制作PⅢ頻率格紙
　　
　　數(shù)據(jù)處理完成后的頻率格紙的制作是做出洪峰流量頻率曲線的關(guān)鍵所在，而頻率格紙制作的關(guān)鍵所在就是X軸的刻度劃分，在EXCEL圖表中默認(rèn)的X軸為等距劃分的。而頻率格紙X軸劃分是把標(biāo)準(zhǔn)正態(tài)頻率曲線拉成一條直線的原理來(lái)繪制。所以這種頻率格紙的Y軸仍是普通分格，但是橫坐標(biāo)的分格是不相等的，中間分隔較密，越往兩端分格越稀，其間距在P=50%的兩端是對(duì)稱的，即當(dāng)P=0.01%，X=3.72。在EXCEL中，這種轉(zhuǎn)化是由以下步驟完成的：
　　第一，在新建立的工作表2的AA欄中輸入擬畫入的X橫坐標(biāo)刻度值，一直到AA欄的51行（如果想獲得更好的效果可以更加細(xì)分X橫坐標(biāo)）。在AB3中輸入“=NORMSINV（AA3%）”，回車。然后拖動(dòng)十字光標(biāo)到AB欄51行。若以P=0.01%為橫坐標(biāo)原點(diǎn)，則在AC3欄中輸入“=－$AB3$+AB4”，然后向下拖動(dòng)十字光標(biāo)至該欄51行。
　　第二，Y軸最小值取0，最大值根據(jù)第二次適線洪峰流量計(jì)算成果取2 400最大。
　　第三，在工作表1中任意處點(diǎn)擊一個(gè)插入點(diǎn)，在EXCEL“插入”下拉菜單或快捷鍵中選擇插入帶直線的點(diǎn)散圖。
　　第四，在插入的空白圖上點(diǎn)擊右鍵選擇數(shù)據(jù)源。彈出一個(gè)對(duì)話框，點(diǎn)擊“添加”按鈕，彈出“編輯數(shù)據(jù)系列”對(duì)話框，首先給這個(gè)系列命名，不妨命名為“頻率格紙”，然后引入上述步驟計(jì)算出的X軸、Y軸的坐標(biāo)刻度值，點(diǎn)擊確定。這樣可以繪制出頻率格紙的各條縱線。
　　第五，刪除系統(tǒng)自動(dòng)生成的坐標(biāo)刻度。
　　第六，選擇剛剛畫好的縱線，右擊鼠標(biāo)，選擇“添加數(shù)據(jù)標(biāo)簽”，選擇只顯示X值的選項(xiàng)。然后逐個(gè)修改各頻率所對(duì)應(yīng)的AC欄3-51的X值，刪除多余的標(biāo)簽，可以制作完成頻率格紙。
　　
　　五、將各頻率對(duì)數(shù)刻度轉(zhuǎn)化為統(tǒng)一的PⅢ頻率線性刻度
　　
　　按照第4節(jié)第一步的做法，分別改變工作表1中D列中經(jīng)驗(yàn)頻率、O列中目估適線各指定頻率的X軸，轉(zhuǎn)化后的X軸刻度值結(jié)果分別列入F列和V列。這樣做的目的是使頻率格紙的坐標(biāo)橫軸統(tǒng)一起來(lái)，便于下一步目估適線。
　　
　　六、繪制經(jīng)驗(yàn)點(diǎn)據(jù)，進(jìn)行適線目估
　　
　　第一，繪制經(jīng)驗(yàn)點(diǎn)據(jù)。點(diǎn)擊在工作表2里生成的頻率格紙，重復(fù)第4節(jié)的第4步的過(guò)程，添加經(jīng)驗(yàn)頻率點(diǎn)據(jù)。添加完成后更改數(shù)據(jù)圖表類型為僅顯示點(diǎn)據(jù)的點(diǎn)散圖。
　　第二，繪制目估適線。重復(fù)上一步驟兩次，分別添加第一次和第二次的目估適線。數(shù)據(jù)圖類型為帶直線的點(diǎn)散圖。
　　
　　七、計(jì)算相應(yīng)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)的洪峰流量
　　
　　在兩次配線結(jié)果中選擇一條與經(jīng)驗(yàn)點(diǎn)據(jù)配合較好，可作為采用的洪峰頻率曲線。查得與設(shè)計(jì)洪峰頻率相應(yīng)的Kp值計(jì)算設(shè)計(jì)洪峰。例如，查P=0.5%對(duì)應(yīng)Kp=4.87，按Qp=Kp×X算得Qp=4.87×551.2=2684m3/s。
　　
　　八、總結(jié)
　　
　　EXCEL有強(qiáng)大的函數(shù)和數(shù)據(jù)處理能力，使用EXCEL計(jì)算設(shè)計(jì)洪水的設(shè)計(jì)洪峰流量及繪制洪峰流量的PⅢ曲線準(zhǔn)確可靠。而且在部分?jǐn)?shù)據(jù)修改時(shí)，EXCEL提供的數(shù)據(jù)鏈接功能可以方便地修改結(jié)果；再加上EXCEL與WORD強(qiáng)大的兼容功能，可以大大提高編寫設(shè)計(jì)報(bào)告的效率。用EXCEL處理設(shè)計(jì)洪水是一種簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)、有效的方式，值得在工程設(shè)計(jì)中推廣應(yīng)用。
　　
　　【參考文獻(xiàn)】
　　[1]詹道江，葉守澤合編.工程水文學(xué)（第3版）[M].北京：中國(guó)水利水電出版社，2004：181―185，241―244.
　　[2]吳江，翁澤平.用EXCEL繪制PⅢ頻率曲線[J].工程地質(zhì)計(jì)算機(jī)應(yīng)用，2005（1）：17―19.
　　[3]郭天翔，劉紅.基于EXCEL的PⅢ型頻率曲線繪制[J].水資源研究，2010（1）：39―40.
　　【收稿日期】2010年8月23日
　　【作者簡(jiǎn)介】夏小偉（1983― ）：男，安徽亳州人，湖南水利水電職業(yè)技術(shù)學(xué)院助理講師，研究方向：水工結(jié)構(gòu)。

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