Excel水力计算展示——堰顶高程确定设计

1、Excel水力计算展示之专题8. 堰顶高程确定实用堰堰顶高程的确定主要是解决实用堰高度的问题，为水头计算提供依据。堰流的基本计算公式 （8-1）式中：为过堰流量，m3/s；为淹没系数，当自由出流时，取值为1；为侧收缩系数，当有侧收缩时，无侧收缩时，；为堰上总水头，m。【工程任务】某河道宽160m，设有WES型实用堰，堰上游面垂直。闸墩头部为圆弧形，边墩头部为半圆形。共7孔，每孔净宽10m。当设计流量为5500 m3/s时，相应的上游水位为55.0m，下游水位为39.2 m，上下游河床高程为20.0m，确定该实用堰堰顶高程。图8.1 实用堰流图【分析与计算】堰上全水头 对于WES型实用堰，在设计

2、水头下（时），流量系数；侧收缩系数与有关，应先假定，求出，再求（即逐次迭代逼近）。先假定，因堰顶高程未知，无法判断堰的出流情况，可先按自由出流计算，即取淹没系数，然后再校核。 （m）将求得的近似值代入下式，求值 查表水力计算手册得，闸墩形状系数，边墩形状系数。因，因按代入计算。用求得的近似值代入公式重新计算： （m）因，因仍按计算，所求得的不变，说明所求得的m是正确的。已知上游河道宽为160m，上游设计水位为55.0m，河床高程为20.0m，近似按矩形计算上游过水断面面积： （m2） （m/s）则堰的设计水头 （m）计算堰顶高程 （m）最后校核出流条件：上游堰高（m），因下游水位比堰顶低，满足

3、自由出流条件，以上按自由出游计算的结果正确。【Excel迭代计算】以上对流量的迭代计算过程较繁琐，需重复多次使用流量公式，使用Excel计算软件进行迭代，可大大加快计算速度。Excel编程的步骤：1. 列清已知条件根据题目的条件，列清迭代的已知条件。在A2D5单元格中列清项目名称，主要包括流量Q，淹没系数、流量系数、闸门孔数n，单孔净宽b，边墩形状系数k，闸墩形状系数0，首次假设侧收缩系数、在A3D3, A5D5单元格中分别填写参数的值。2. 编写计算程序根据迭代的过程，分别编写迭代需要的公式。具体形式见表8.1.表8.1 堰顶高程Excel迭代计算表ABCDE1已知条件2流量Q(m3/s)淹

4、没系数s流量系数m孔数n3550010.50274单孔净宽（m）边墩形状系数0边墩形状系数k首次假设侧收缩系数5100.450.70.96迭代过程7迭代次数堰上总水头H0（m）(H0/b)计算的侧收缩系数是否完成迭代（相对误差1,1,B8/$A$5)第1次迭代3计算的侧收缩系数D8=1-0.2*(C5+(D3-1)*B5)*C8/D3第1次迭代4堰上总水头H0（m）B9=($A$3/($B$3*D8*$C$3*$D$3*$A$5*SQRT(2*9.8)(2/3)第2次迭代5(H0/b)C9=IF(B9/$A$51,1,B9/$A$5)第2次迭代6计算的侧收缩系数D9=1-0.2*($C$5+(

5、$D$3-1)*$B$5)*C9/$D$3第2次迭代7是否完成迭代（相对误差0.01）E9=IF(ABS(D9-D8)/D9)0.01,是,否，继续迭代)第2次迭代使用Excel迭代堰流的过流能力，提高了计算速度，减少了计算量。【编写计算程序时需要注意的问题】正确使用常用的计算函数。表示加“+”，减“ ”，乘“ *”，除“ /”，开平方“sqrt( )”，幂函数“ab”(即a的b次幂)等的函数，都要严格符合Excel计算程序的要求。否则，错一个符号，都可能导致计算的错误。尤其需要注意的是，乘号“*”在任何时候都不能省略。思路要清晰，“（）”要对称。在Excel计算程序中，需用括号之处一律用小括

6、号，没有中括号和大括号的使用。在编写时，务必保证“（）”的左右对称，使用得当。合理布置表格结构。在编写程序前，应在工作薄中合理布置“已知条件”和“计算程序”的位置，一般条件下，将已知的参数“已知条件”集中放在一个区域，将计算的过程集中放在一个区域，计算过程按试算思路的顺序进行。绝对单元格的的引用。“已知条件”中的部分数据，在“计算过程”的每一个试算过程都要用到，如n、i、m、b等参数。对这些参数，应进行绝对化单元格，才能保证在下拉时这些单元格参与到每个试算过程的计算。绝对化单元格的符号“$”，如“$B$4”。使用IF函数，应当正确书写该函数的形式：IF（条件，条件成立时，条件不成立）。【参考文献】