謝天云，劉志成

（1.珠江水文水資源勘測(cè)中心，廣東 廣州 510630；2.珠江水利委員會(huì)珠江水利科學(xué)研究院，廣東 廣州 510630）

水閘工程在水利工程中應(yīng)用廣泛，具有防洪擋潮、分洪排漬、攔河灌溉、河道通航等多種作用，廣泛地應(yīng)用于河道、水庫(kù)、湖泊等水利設(shè)施及樞紐建設(shè)中。設(shè)計(jì)人員進(jìn)行合理化方案設(shè)計(jì)，確定其規(guī)模對(duì)于水利工程發(fā)揮預(yù)期效用、避免設(shè)計(jì)過(guò)度及投資浪費(fèi)等具有重要作用。由于水閘流態(tài)復(fù)雜，計(jì)算參數(shù)眾多，進(jìn)行公式計(jì)算工作量大，且容易出錯(cuò)，進(jìn)行不同方案比選時(shí)更加困難。本文依據(jù)水利部發(fā)布的《水閘設(shè)計(jì)規(guī)范》（SL 265-2016）[1]、有關(guān)文獻(xiàn)[2]及《水力學(xué)》[3]，利用Microsoft Excel中集成的VBA程序[4]，編程開(kāi)發(fā)了一套平底水閘水力計(jì)算程序設(shè)計(jì)程序，可應(yīng)用于不同平底閘門型式、不同流態(tài)的水力計(jì)算中，從而為水閘閘寬、閘型，河道的過(guò)閘特征水位等確定提供依據(jù)，以期協(xié)助水利設(shè)計(jì)人員準(zhǔn)確合理化決策。

1 程序功能及說(shuō)明

1.1 程序功能及特點(diǎn)

程序依據(jù)水利部發(fā)布的《水閘設(shè)計(jì)規(guī)范》（SL 265-2016）及《水力學(xué)》水閘水力計(jì)算公式編程開(kāi)發(fā)，可適用于平底水閘單孔閘、多孔閘、自由堰流、淹沒(méi)堰流；自由孔流、淹沒(méi)孔流等多種閘門型式、多種水流流態(tài)的水力計(jì)算。并且由于其基于Excel界面開(kāi)發(fā)，操作簡(jiǎn)便，參數(shù)輸入、中間過(guò)程輸出及結(jié)果輸出等均直觀可見(jiàn)。

1.2 程序說(shuō)明

程序基于Excel VBA開(kāi)發(fā)，對(duì)32 位或64 位Excel均可支持，打開(kāi)該Excel文件啟用宏權(quán)限即可應(yīng)用，不需賬戶登陸。界面見(jiàn)圖1。

圖1 程序界面圖

程序界面將水閘設(shè)計(jì)條件、中間成果、計(jì)算結(jié)果三部分分開(kāi)，并輔以參數(shù)介紹，計(jì)算參數(shù)示意圖，方便用戶進(jìn)行參數(shù)校正和調(diào)算，具有良好的數(shù)據(jù)可視性、易用性和流程性。

1.3 程序參數(shù)

根據(jù)平底水閘的不同類型，均對(duì)應(yīng)設(shè)計(jì)條件中的各項(xiàng)計(jì)算參數(shù)，用戶在使用過(guò)程中選取所對(duì)應(yīng)的水閘參數(shù)值即可。主要參數(shù)包括閘底板高程Z1、渠道上游底寬b1、渠道上游邊坡m、下游水位Zt、水閘孔數(shù)N、閘孔總凈寬B0、孔口高度he、上游水位Z、閘孔胸墻底圓弧半徑r等，若多孔閘還需設(shè)置中閘墩厚度dz，中閘孔凈寬dz，中閘孔凈寬b0，邊閘孔凈寬b01等參數(shù)，見(jiàn)圖2。

圖2 輸入?yún)?shù)界面

2 計(jì)算過(guò)程

2.1 計(jì)算流程介紹

根據(jù)上述輸入?yún)?shù)，程序即可進(jìn)行靈活判斷，以不同計(jì)算模塊進(jìn)行計(jì)算，并將計(jì)算過(guò)程中的數(shù)據(jù)反饋到軟件中，軟件計(jì)算流程見(jiàn)圖3。

圖3 程序計(jì)算流程圖

即軟件根據(jù)所輸入的數(shù)據(jù)，不需人為做判定和求解，即可自動(dòng)判別在何種模塊中計(jì)算，完成對(duì)堰流孔流等多種流態(tài)下的水力計(jì)算，方便快捷。

當(dāng)出現(xiàn)參數(shù)不合理，則無(wú)法進(jìn)行計(jì)算，程序?qū)?huì)顯示#VALUE#，提示設(shè)計(jì)者重新調(diào)整參數(shù)，見(jiàn)圖4。

圖4 參數(shù)不合理報(bào)錯(cuò)顯示示意圖

2.2 計(jì)算模塊化代碼介紹

程序集成了不同流態(tài)下的模塊化代碼，該代碼與中間數(shù)據(jù)、計(jì)算成果緊密結(jié)合，做到了無(wú)需點(diǎn)擊按鈕，無(wú)需輔助輸入，自動(dòng)完成計(jì)算的效果，代碼如下。

2.3 中間過(guò)程展示

程序設(shè)置中間過(guò)程，位于界面中段，當(dāng)水閘過(guò)流為不同流態(tài)，代入不同計(jì)算模塊時(shí)，即可輸出該工況下的流態(tài)，及相關(guān)中間參數(shù)，示例見(jiàn)圖5。

圖5 程序中間過(guò)程示意圖

2.4 計(jì)算結(jié)果展示

計(jì)算結(jié)果可直接展示在計(jì)算結(jié)果版塊，包括過(guò)閘流量Q，上游全水頭H0，上游流速V0，上游流速水頭等，設(shè)計(jì)人員可通過(guò)此計(jì)算結(jié)果，與輸入條件比對(duì)判斷在某水閘設(shè)計(jì)尺寸下是否滿足過(guò)流，是否因閘上水位過(guò)高需進(jìn)一步擴(kuò)大閘寬以降低閘上水位，靈活調(diào)整優(yōu)化方案；或在某現(xiàn)狀水閘尺寸下計(jì)算指定工況下的閘上水位，作為河道湖庫(kù)整治起算水位依據(jù)，為河道湖庫(kù)整治提供輔助。

3 結(jié)語(yǔ)

水閘工程建設(shè)應(yīng)用面廣、投資大、設(shè)計(jì)要求高、出險(xiǎn)后產(chǎn)生不利影響程度大范圍廣，為水利工程建設(shè)的重點(diǎn)和難點(diǎn)。該程序軟件集成在Excel中，易于操作上手，計(jì)算速度快，且嚴(yán)格按照水閘設(shè)計(jì)規(guī)范編制，集成了不同型式平底水閘的不同流態(tài)計(jì)算模塊，適應(yīng)性廣，并且可實(shí)現(xiàn)輸入?yún)?shù)、中間參數(shù)、輸出結(jié)果全數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)可視化展示，大大地提高了設(shè)計(jì)人員的工作效率和成果準(zhǔn)確性，有助于指導(dǎo)水閘工程的建設(shè)。