馬 琳 杜萬軍 趙 英

Excel在判斷水工建筑物下游水躍銜接形式中的應(yīng)用

馬 琳 杜萬軍 趙 英

一、引言

水力計算當(dāng)中，溢流壩下游水躍銜接形式的判斷，是一項比較繁瑣且重復(fù)的工作，要求計算者通過試算法求解相關(guān)水力要素，然后判斷下游水躍銜接形式，計算步驟較多，計算量也略大。

Microsoft Excel軟件能很好地解決試算法中計算繁瑣這一問題，筆者結(jié)合自身在水力計算教學(xué)當(dāng)中的實(shí)際情況，將Excel應(yīng)用到判斷溢流壩下游水躍銜接形式這一問題中，節(jié)省了工作量和工作時間。

二、Excel計算矩形斷面溢流壩下游消能形式

1.傳統(tǒng)計算方法

由于判斷下游消能公式是一個一元三次方程，無法直接求解，傳統(tǒng)計算方法有：

（1）用已有的關(guān)系曲線，查圖求解，該方法誤差較大精度低，也不方便。

（2）借助計算機(jī)高級語言，編寫程序求解，該方法對計算者語言編寫能力要求較高，應(yīng)用起來比較困難。

2.Excel幾種計算功能介紹（1）相對引用和絕對引用

采用相對引用，單元格的引用會隨著公式所在單元格位置的改變而改變。采用絕對引用，只要在單元格的行號和列號前加上“＄”符號，即可保證被引用在公式單元格位置變化的情況下保持不變。

（2）IF（）函數(shù)

IF（）函數(shù)是一個用來判斷條件是否滿足的邏輯函數(shù)，如果滿足條件，則返回一個值，反之則返回另一個值。其函數(shù)結(jié)構(gòu)為IF（logical_test，value_if_ true，value_if_false），其中，logical_test為判斷條件，value_if_true，value_if_false分別為當(dāng)判斷條件為真或為假時的返回值。比如，在計算單元格中輸入“=IF（80＞60，“及格”）”，因為80大于60，所以在單元格中顯示“及格”，如果將函數(shù)改為“=IF（50＜60，“不及格”）”，則單元格中會顯示“不及格”。

3.計算例題

已知某矩形渠道上修建有一WES型溢流壩，上游和下游壩高均為10m，通過壩頂閘門控制流量，現(xiàn)保持壩頂水頭H=3.2m，通過調(diào)節(jié)閘門開度，使過壩水流單寬流量q=6m3/（s.m），對應(yīng)下游水深ht=3.05m。試判斷該溢流壩下游水躍的銜接形式，并進(jìn)一步判斷，在該溢流壩下游是否需要修建消能工。

（1）計算公式

如圖1所示，矩形斷面渠道，溢流壩段剖面圖，判別下游水躍的銜接形式，計算公式如下：

在泄水建筑物下游，存在這樣一個過水?dāng)嗝妫钸_(dá)到最小值，流速達(dá)到最大值，將這個斷面稱為收縮斷面c-c，如圖1中所示?，F(xiàn)將通過收縮斷面底部的水平面，設(shè)為基準(zhǔn)面，上游壩高是P1，下游壩高是P2，則根據(jù)以上信息可列出壩前斷面o-o及收縮斷面c-c的能量方程：

式中：ζ是0-0至c-c斷面間的水頭損失系數(shù)；α是動能修正系數(shù)；E0是以收縮斷面底部為基準(zhǔn)面時，壩前水流的總能量。

c，考慮

對于矩形斷面，上式可寫成：

由于上式是一個一元三次方程，無法直接求解，因此，選用試算法進(jìn)行計算。

思路如下：當(dāng)溢流壩壩前總能量E0已知時，可假設(shè)一個收縮斷面水深值hc，計算公式（3）的右邊項，如果計算結(jié)果剛好等于已知的E0，那么假設(shè)的hc即為所求答案。否則，重新假設(shè)hc，再進(jìn)行計算，直到計算的E0值等于已知的E0值為止。

不難看出，如果采用手算計算，工作量很大，且都是重復(fù)性工作，在此，將Excel引用到計算該問題中。

（2）計算步驟

圖1 WES溢流壩剖面圖

②假設(shè)一系列側(cè)收縮斷面水深hc，用Excel公式計算，試算E0，如圖3所示。

取一組，求出的值與已知的值相等，所以，經(jīng)試算可得。

③hc的共軛水深hc"的計算，如圖4所示。

④溢流壩底流消能的判斷。

圖2 計算溢流壩壩前總能量E0圖

圖3 計算側(cè)收縮斷面水深圖

已知ht=3.05，比較可知，下游產(chǎn)生遠(yuǎn)驅(qū)式水躍，需要設(shè)置消能工。此處，可采用Excel的IF函數(shù)進(jìn)行自動判斷，如圖5所示，點(diǎn)擊常用函數(shù)，彈出“函數(shù)參數(shù)”對話框，

在Value_if_false中設(shè)置“不需要修建消能工”。從結(jié)果中可看出，此題需設(shè)置消能工。

三、結(jié)語

在水力計算中，對于矩形斷面，判斷其下游水躍銜接形式時，把Excel應(yīng)用到計算過程中，利用其強(qiáng)大的計算功能，大大減少了傳統(tǒng)計算方法所需的工作量，不僅提高了計算效率，而且能使基礎(chǔ)知識和實(shí)踐操作結(jié)合起來，引導(dǎo)今后對Excel更好地開發(fā)和利用

（作者單位：楊凌職業(yè)技術(shù)學(xué)院水利工程分院 712100）

圖4 計算hc的共軛水深hc"圖

圖5 消能判斷圖

陜西高等教育教學(xué)改革研究項目“高職水利水電建筑工程專業(yè)教學(xué)資源庫應(yīng)用推廣的研究與實(shí)踐”（15Z04））