興利調(diào)節(jié)計(jì)算的計(jì)算機(jī)自動(dòng)化實(shí)現(xiàn)

楊 淼，劉 埔，黃鑫磊，張 凱

（中國(guó)礦業(yè)大學(xué)資源與地球科學(xué)學(xué)院，江蘇 徐州 221008）

0 前言

河川徑流的劇烈變化，給人類帶來很多不利，如汛期大洪水容易造成災(zāi)害，而枯水期水少，不能滿足興利需要。因此，無論是為了消除或減輕洪水災(zāi)害，還是為了滿足興利需要，都要求采取措施對(duì)天然徑流進(jìn)行控制和調(diào)節(jié)。這種為了除水害，興水利，通過采取人工措施對(duì)天然徑流進(jìn)行的調(diào)節(jié)，就稱為徑流調(diào)節(jié)。 而利用水庫，以興利為目的進(jìn)行的徑流調(diào)節(jié)稱為水庫興利調(diào)節(jié)。借助水庫的調(diào)節(jié)作用，通過興利調(diào)節(jié)，按用水要求重新分配河流天然徑流，可以協(xié)調(diào)來水與用水在時(shí)間分配和地區(qū)分布上的矛盾，以及統(tǒng)一協(xié)調(diào)各用水部門需求之間的矛盾，對(duì)個(gè)人、集體用水，工業(yè)生產(chǎn)均有著重要的意義。但是水利計(jì)算中的計(jì)算公式通常都比較復(fù)雜，在興利調(diào)節(jié)計(jì)算中，往往需要進(jìn)行大量的運(yùn)算才能得到所需的結(jié)論數(shù)據(jù)，如果單純依靠書面計(jì)算，需要耗費(fèi)大量人力物力，不符合現(xiàn)代水文工作的要求。雖然使用 Excel 可以幫助我們完成一部分自動(dòng)計(jì)算工作，但 Excel 畢竟不是專業(yè)的計(jì)算軟件，當(dāng)計(jì)算量和公式復(fù)雜之后，編寫起來十分容易出錯(cuò)，且各 Excel 表格之間的計(jì)算公式不具備可移植性，這就導(dǎo)致下次計(jì)算仍然會(huì)出現(xiàn)大量的重復(fù)性工作。

鑒于上述情況，以 Microsoft Visual Basic 6.0 為平臺(tái)，結(jié)合 Excel 的報(bào)表功能，通過 VB 與 Excel 相互間數(shù)據(jù)的交互，將 VB 與 Office 結(jié)合。用戶只需按照規(guī)定格式輸入數(shù)據(jù)，興利調(diào)節(jié)計(jì)算輸入格式如圖 1 所示，陰影部分為實(shí)測(cè)資料或歷史數(shù)據(jù)，空白處即為所需的結(jié)果，利用已經(jīng)寫好的 VB 程序載入數(shù)據(jù)計(jì)算，并將計(jì)算結(jié)果輸出到計(jì)算機(jī)的任意位置。

圖1 興利調(diào)節(jié)計(jì)算輸入格式

1 興利調(diào)節(jié)計(jì)算

興利調(diào)節(jié)計(jì)算的基本原理是水庫的水量平衡，即將整個(gè)調(diào)節(jié)周期劃分為若干個(gè)計(jì)算周期（一般取月或旬），然后按時(shí)歷順序進(jìn)行逐時(shí)段的水庫水量平衡計(jì)算。它是研究天然來水、各部門的用水與水庫庫容 3 者之間的關(guān)系。某一計(jì)算時(shí)段△t 內(nèi)水庫水量平衡方程式為：

式中： △Vi為 △t 時(shí)段內(nèi)水庫的進(jìn)水量；△V0為 △t時(shí)段內(nèi)水庫的出水量；△V 為 △t 時(shí)段內(nèi)水庫水量的凈增量。

根據(jù)河川的徑流特性，徑流調(diào)節(jié)計(jì)算方法可分為 2 大類：1）利用徑流的時(shí)歷特性進(jìn)行計(jì)算的方法，叫做時(shí)歷法。采用按時(shí)序排列的實(shí)測(cè)徑流系列作為入庫徑流過程進(jìn)行水庫徑流調(diào)節(jié)計(jì)算，再將調(diào)節(jié)后的調(diào)節(jié)流量、水庫水位等多年變化情況，繪制成相應(yīng)的頻率曲線，供設(shè)計(jì)選擇，也就是先調(diào)節(jié)計(jì)算后頻率統(tǒng)計(jì)的方法，時(shí)歷法又分為列表法和模擬計(jì)算法；2）利用徑流的統(tǒng)計(jì)（頻率）特性進(jìn)行計(jì)算的方法叫做數(shù)理統(tǒng)計(jì)法。該方法多用于多年調(diào)節(jié)計(jì)算，計(jì)算的結(jié)果直接以調(diào)節(jié)水量、水庫存水量、多余和不足水量的頻率曲線的形式表示出來，然后在進(jìn)行調(diào)節(jié)計(jì)算，也就是先頻率統(tǒng)計(jì)后調(diào)節(jié)計(jì)算的方法。

本文以年調(diào)節(jié)水庫為例，具體說明徑流調(diào)節(jié)時(shí)歷列表計(jì)算方法及其計(jì)算機(jī)自動(dòng)化實(shí)現(xiàn)。

1.1 不計(jì)水量損失的年調(diào)節(jié)計(jì)算

該法是根據(jù)來水量和用水量，計(jì)算余水量和缺水量，再根據(jù)水庫運(yùn)用情況，由逆時(shí)序最大蓄水量法求興利庫容。其計(jì)算步驟如下：1）計(jì)算來水量減去用水量，得出對(duì)應(yīng)時(shí)段的余水量或虧水量；2）求調(diào)節(jié)年的總來水量、總用水量和總余水量；3）求時(shí)段累積余虧水量；4）求不計(jì)損失時(shí)的興利庫容；5）求時(shí)段末蓄水庫容。

1.2 考慮水量損失的年調(diào)節(jié)計(jì)算

水庫對(duì)來水進(jìn)行調(diào)節(jié)以滿足用水要求時(shí)，會(huì)同時(shí)產(chǎn)生各種水量損失，因此水庫實(shí)際所需的興利庫容應(yīng)較不計(jì)水利損失計(jì)算的庫容適當(dāng)增大。在考慮水量損失的前提下，可首先不考慮水量損失進(jìn)行計(jì)算，近似求得各時(shí)段的蓄水情況，用各時(shí)段的水庫平均蓄水量（包括死庫容）計(jì)算出各時(shí)段的損失量，然后用考慮損失的水量平衡方程逐時(shí)段進(jìn)行計(jì)算。其計(jì)算步驟如下：1）不計(jì)損失近似求各時(shí)段的蓄水庫容；2）查算水庫時(shí)段平均庫容和水面面積；3）計(jì)算水庫損失水量；4）計(jì)入水庫損失水量求興利庫容；5）計(jì)入損失后月（旬）末庫容；6）確定正常蓄水位。

2 Visual Basic 程序設(shè)計(jì)思路

微軟給我們提供了操作 Office 的頂層對(duì)象，其中操作 Excel 的是 Excel.Application。要使用 VB 讀寫 Excel，首先要在 VB 工程中添加引用：Microsoft Excel x.x Object Library，其中 x.x 表示本計(jì)算機(jī)上Excelv的引用的版本號(hào)，如 Office 2000 下的引用版本為 9.0；Office 2003 下的引用版本為 11.0；Office 2007 下的引用版本為 12.0 等。接下來就可以在 VB工程中對(duì) Excel 進(jìn)行操作了。加入的方法是打開項(xiàng)目菜單，選擇添加引用子菜單，在添加引用對(duì)話框的 Com 選項(xiàng)卡下，選中 Microsoft Excel x.x Object Library 后單擊確定。添加引用后就可以在 VB 6.0 中通過相應(yīng)的語句對(duì) Excel 表格進(jìn)行一系列的讀取或?qū)懭氲牟僮鳌?/p>

2.1 讀 Excel 文件

以本程序?yàn)槔x取 Excel 文件內(nèi)容的部分程序代碼如下：

2.2 寫 Excel 文件

以本程序?yàn)槔?，寫?Excel 文件內(nèi)容的部分程序代碼如下：

3 應(yīng)用實(shí)例演示

以圖 1 所列數(shù)據(jù)為例，考慮水量損失，利用 VB設(shè)計(jì)的程序來推求年調(diào)節(jié)水庫的興利庫容蓄水量等數(shù)據(jù)。具體操作步驟如下：

1）選擇合適的計(jì)算內(nèi)容和已知數(shù)據(jù)的輸入方式后確認(rèn)，如選擇計(jì)水量損失水能計(jì)算，且自動(dòng)載入。

2）打開存貯已知數(shù)據(jù)的 Excel 表格后依次單擊“載入數(shù)據(jù)”、“計(jì)算”、“輸出數(shù)據(jù)”按鈕，選擇存放輸出數(shù)據(jù)的 Excel 表格在電腦中的存放位置后確認(rèn)，即輸出 1 個(gè)新的 Excel 文件，該 Excel 文件存貯已知數(shù)據(jù)和要求計(jì)算的全部數(shù)據(jù)，流程圖如圖 2 所示。

圖2 興利調(diào)節(jié)計(jì)算實(shí)例流程圖

4 結(jié)語

通過實(shí)例可以知道，使用本方法進(jìn)行水庫的興利調(diào)節(jié)計(jì)算，推求水庫興利庫容蓄水量，將VB 與 Excel 結(jié)合在一起。使用者只需按照規(guī)定格式輸入已知數(shù)據(jù)，簡(jiǎn)單的幾個(gè)操作之后，便可輕松求出水庫興利庫容蓄水量等待求參數(shù)。既利用了 Excel的報(bào)表功能，又結(jié)合了計(jì)算機(jī)的計(jì)算能力，節(jié)省了水文工作者計(jì)算過程中耗費(fèi)的寶貴時(shí)間，實(shí)現(xiàn)了興利調(diào)節(jié)計(jì)算過程中的自動(dòng)化操作，符合現(xiàn)代水文高效的工作要求，是水文水利計(jì)算的計(jì)算機(jī)自動(dòng)化的一個(gè)簡(jiǎn)單實(shí)現(xiàn)。

[1]秦虎鋒，唐永芬，王 斌. VB.NET 與 Excel 的數(shù)據(jù)互換[J]. 牡丹江大學(xué)學(xué)報(bào)，2009, 18(8): 103-106.

[2]張艷，徐月美，馬海波，等. Visual Basic 程序設(shè)計(jì)教程[M]. 徐州：中國(guó)礦業(yè)大學(xué)出版社，2001.

[3]梁忠民. 水文水利計(jì)算[M]. 北京：中國(guó)水利水電出版社，2006.

[4]胡芳筠，金治華，徐炯鵬. Excel VBA 在水利工程計(jì)算中的應(yīng)用[J]. 工程技術(shù)，2009 (19): 60.