EXCEL在常用明渠均匀流水力计算中的应用

1、EXCEL在常用明渠均匀流水力计算中的应用孙铁蕾（陕西省水利电力勘测设计研究院 西安 710001）【摘要】 本文通过运用EXCEL软件建立了明渠均匀流水力计算的方法，适用于梯形、U形、弧形底梯形、弧形坡角梯形、矩形明渠断面，具有通用性、使用简便的特点。. 【关键词】 EXCEL软件明渠均匀流水力计算单变量求解1 引言在水利工程设计中经常要遇到各种不同断面明渠均匀流的水力计算，常用明渠断面主要有梯形、U形、弧形底梯形、弧形坡角梯形、矩形。传统明渠均匀流水力计算时常借用各种图表查算或采用试算法，这样工作量很大，而且误差大，进行多种方案的比较更加困难。目前也有这方面的相关程序，但其输入、输出格式不

2、如EXCEL直观、简便，且在程序编制上常将梯形、矩形断面归为一类，U形、弧形底梯形断面归为一类，弧形坡角梯形断面归为一类，造成了程序使用繁琐、不具有通用性。为此本论文依据渠道防渗工程技术规范SL 182004，利用Excel软件的编程计算和对数据自动处理的功能，编制了一套常用明渠断面均匀流水力计算的通用方法。2 程序功能及计算步骤渠道常用明渠断面形式及设计参数详见图1。其断面尺寸应按渠道防渗工程技术规范SL 18式中：Q渠道设计流量，m3/s；W过水断面面积，m2；n渠道糙率；R渠道水力半径, m；i渠道比降。图1 常用明渠断面图2.1程序功能本程序适用于梯形、弧形底梯形、弧形坡角梯形、矩形、

3、U形渠道的明渠均匀流水力计算。主要功能有：1、对已建渠道工程进行过水能力复核。2、设计渠道断面，包括：（1）已知渠道的断面尺寸、底坡I、糙率n和流量Q求相应的均匀流水深H；（2）已知渠道的Q、I、H、n、m，可直接求解相应的底宽b。（用于梯形、矩形、弧形坡角梯形断面）；（3）已知渠道的断面尺寸、Q、n、H，求i；（4）已知渠道的断面尺寸、Q、H、i，求n。3 计算步骤下面以图2为例，说明用EXCEL以“U形渠道”为例说明明渠均匀流水力计算的方法。图2选择A4单元格，输入“渠1”；选择B4单元格，输入“=O4*L4*(N4*H4)0.5”计算设计流量Q；选择C4、D4、E4、H4、I4单元格，分

4、别输入输入b、R、m、I、n基础参数；选择F4单元格，输入“=180-2*G4”计算弧底圆心角；选择G4单元格，输入“=ATAN(E4)*180/PI()”计算倾角；选择J4单元格，输入“1或估计值”；选择K4单元格，输入“=B4/L4”计算流速v；选择L4单元格，输入：“=IF(J4>P4,D42/2*(PI()*(1-G4/90)-SIN(2*G4*PI()/180)+Q4*(2*D4*COS(G4*PI()/180)+Q4*TAN(G4*PI()/180)+C4*J4,J4*C4+0.5*D42*(2*(ACOS(D4-J4)/D4)*180/PI()*PI()/180-SIN(2

5、*(ACOS(D4-J4)/D4)*180/PI()*PI()/180)”计算过水面积A；选择M4单元格，输入：“=IF(J4>P4,PI()*D4*(1-G4/90)+2*Q4/COS(G4*PI()/180)+C4,C4+PI()*D4*2*2*(ACOS(D4-J4)/D4)*180/PI()/360)” 计算湿周X；选择N4单元格，输入“=L4/M4”计算水力半径R；选择O4单元格，输入“=1/I4*N4(1/6)”计算谢才系数C；选择P4单元格，输入“=D4*(1-SIN(G4*PI()/180)”计算弓形高度H1；选择Q4单元格，输入“=J4-P4”计算弓形以上高度H2；选择R4单元格，输入断面形式“U形”。这样完整的计算表就完成了，下面就已知渠道的断面尺寸、底坡i、糙率n和流量Q为例说明用“单变量求解“功能求解相应的“U形渠道”均匀流水深H的方法。步骤如下：选定B4选择“工具”“单变量求解”命令弹出“单变量求解”对话框在“目标值（V）”框中输入流量值“1.8”在“可变单元格（C）”框中选取或输入单元格“J4”点击“确定”即完成。需要说明的是如果需要求解b、i、n时只需在上述过程中将“可变单元格（C）”框中选取或输入需求解的单元格即可。对于完成其它断面