兴利调节计算的计算机自动化实现

杨 淼，刘 埔，黄鑫磊，张 凯

（中国矿业大学资源与地球科学学院，江苏 徐州 221008）

0 前言

河川径流的剧烈变化，给人类带来很多不利，如汛期大洪水容易造成灾害，而枯水期水少，不能满足兴利需要。因此，无论是为了消除或减轻洪水灾害，还是为了满足兴利需要，都要求采取措施对天然径流进行控制和调节。这种为了除水害，兴水利，通过采取人工措施对天然径流进行的调节，就称为径流调节。 而利用水库，以兴利为目的进行的径流调节称为水库兴利调节。借助水库的调节作用，通过兴利调节，按用水要求重新分配河流天然径流，可以协调来水与用水在时间分配和地区分布上的矛盾，以及统一协调各用水部门需求之间的矛盾，对个人、集体用水，工业生产均有着重要的意义。但是水利计算中的计算公式通常都比较复杂，在兴利调节计算中，往往需要进行大量的运算才能得到所需的结论数据，如果单纯依靠书面计算，需要耗费大量人力物力，不符合现代水文工作的要求。虽然使用 Excel 可以帮助我们完成一部分自动计算工作，但 Excel 毕竟不是专业的计算软件，当计算量和公式复杂之后，编写起来十分容易出错，且各 Excel 表格之间的计算公式不具备可移植性，这就导致下次计算仍然会出现大量的重复性工作。

鉴于上述情况，以 Microsoft Visual Basic 6.0 为平台，结合 Excel 的报表功能，通过 VB 与 Excel 相互间数据的交互，将 VB 与 Office 结合。用户只需按照规定格式输入数据，兴利调节计算输入格式如图 1 所示，阴影部分为实测资料或历史数据，空白处即为所需的结果，利用已经写好的 VB 程序载入数据计算，并将计算结果输出到计算机的任意位置。

图1 兴利调节计算输入格式

1 兴利调节计算

兴利调节计算的基本原理是水库的水量平衡，即将整个调节周期划分为若干个计算周期（一般取月或旬），然后按时历顺序进行逐时段的水库水量平衡计算。它是研究天然来水、各部门的用水与水库库容 3 者之间的关系。某一计算时段△t 内水库水量平衡方程式为：

式中： △Vi为 △t 时段内水库的进水量；△V0为 △t时段内水库的出水量；△V 为 △t 时段内水库水量的净增量。

根据河川的径流特性，径流调节计算方法可分为 2 大类：1）利用径流的时历特性进行计算的方法，叫做时历法。采用按时序排列的实测径流系列作为入库径流过程进行水库径流调节计算，再将调节后的调节流量、水库水位等多年变化情况，绘制成相应的频率曲线，供设计选择，也就是先调节计算后频率统计的方法，时历法又分为列表法和模拟计算法；2）利用径流的统计（频率）特性进行计算的方法叫做数理统计法。该方法多用于多年调节计算，计算的结果直接以调节水量、水库存水量、多余和不足水量的频率曲线的形式表示出来，然后在进行调节计算，也就是先频率统计后调节计算的方法。

本文以年调节水库为例，具体说明径流调节时历列表计算方法及其计算机自动化实现。

1.1 不计水量损失的年调节计算

该法是根据来水量和用水量，计算余水量和缺水量，再根据水库运用情况，由逆时序最大蓄水量法求兴利库容。其计算步骤如下：1）计算来水量减去用水量，得出对应时段的余水量或亏水量；2）求调节年的总来水量、总用水量和总余水量；3）求时段累积余亏水量；4）求不计损失时的兴利库容；5）求时段末蓄水库容。

1.2 考虑水量损失的年调节计算

水库对来水进行调节以满足用水要求时，会同时产生各种水量损失，因此水库实际所需的兴利库容应较不计水利损失计算的库容适当增大。在考虑水量损失的前提下，可首先不考虑水量损失进行计算，近似求得各时段的蓄水情况，用各时段的水库平均蓄水量（包括死库容）计算出各时段的损失量，然后用考虑损失的水量平衡方程逐时段进行计算。其计算步骤如下：1）不计损失近似求各时段的蓄水库容；2）查算水库时段平均库容和水面面积；3）计算水库损失水量；4）计入水库损失水量求兴利库容；5）计入损失后月（旬）末库容；6）确定正常蓄水位。

2 Visual Basic 程序设计思路

微软给我们提供了操作 Office 的顶层对象，其中操作 Excel 的是 Excel.Application。要使用 VB 读写 Excel，首先要在 VB 工程中添加引用：Microsoft Excel x.x Object Library，其中 x.x 表示本计算机上Excelv的引用的版本号，如 Office 2000 下的引用版本为 9.0；Office 2003 下的引用版本为 11.0；Office 2007 下的引用版本为 12.0 等。接下来就可以在 VB工程中对 Excel 进行操作了。加入的方法是打开项目菜单，选择添加引用子菜单，在添加引用对话框的 Com 选项卡下，选中 Microsoft Excel x.x Object Library 后单击确定。添加引用后就可以在 VB 6.0 中通过相应的语句对 Excel 表格进行一系列的读取或写入的操作。

2.1 读 Excel 文件

以本程序为例，读取 Excel 文件内容的部分程序代码如下：

2.2 写 Excel 文件

以本程序为例，写入 Excel 文件内容的部分程序代码如下：

3 应用实例演示

以图 1 所列数据为例，考虑水量损失，利用 VB设计的程序来推求年调节水库的兴利库容蓄水量等数据。具体操作步骤如下：

1）选择合适的计算内容和已知数据的输入方式后确认，如选择计水量损失水能计算，且自动载入。

2）打开存贮已知数据的 Excel 表格后依次单击“载入数据”、“计算”、“输出数据”按钮，选择存放输出数据的 Excel 表格在电脑中的存放位置后确认，即输出 1 个新的 Excel 文件，该 Excel 文件存贮已知数据和要求计算的全部数据，流程图如图 2 所示。

图2 兴利调节计算实例流程图

4 结语

通过实例可以知道，使用本方法进行水库的兴利调节计算，推求水库兴利库容蓄水量，将VB 与 Excel 结合在一起。使用者只需按照规定格式输入已知数据，简单的几个操作之后，便可轻松求出水库兴利库容蓄水量等待求参数。既利用了 Excel的报表功能，又结合了计算机的计算能力，节省了水文工作者计算过程中耗费的宝贵时间，实现了兴利调节计算过程中的自动化操作，符合现代水文高效的工作要求，是水文水利计算的计算机自动化的一个简单实现。

[1]秦虎锋，唐永芬，王 斌. VB.NET 与 Excel 的数据互换[J]. 牡丹江大学学报，2009, 18(8): 103-106.

[2]张艳，徐月美，马海波，等. Visual Basic 程序设计教程[M]. 徐州：中国矿业大学出版社，2001.

[3]梁忠民. 水文水利计算[M]. 北京：中国水利水电出版社，2006.

[4]胡芳筠，金治华，徐炯鹏. Excel VBA 在水利工程计算中的应用[J]. 工程技术，2009 (19): 60.