Excel在水库水文资料整编中的应用.docx

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Excel在水库水文资料整编中的应用

Excel在水库水文资料整编中的应用

时间:

2006-07-0611:

19:

47  来源:

宜昌市黄柏河流域管理局  作者:

施功臣

施功臣（宜昌市黄柏河流域管理局 443000） 

摘要：

运用MicrosoftExcel软件创建水库水文资料整编电算化模板，使整个水库的系列水文资料之计算、分析统计以及成果表的格式得到了完全统一，解决了因为人的变动和理解上的差异而出现资料汇编方法不一致、可比性差、关联性差等问题，同时也减轻了资料整编人员的工作强度；水文资料成果汇编文档的数子化，使资料汇编更为规范、准确,管理更为先进、运用更为方便、查阅更加快捷。

关键词：

Excel ；软件应用；水库水文资料整编

水库水文资料整编是将水库水文观测成果，依据水量平衡原则，按照水库水帐计算、水情分析、水库调度等需要，进行系统的整理。

它是为总结防汛、洪水调度、水库水电生产调度和编制洪水预报方案提供基本数据的一项细致而重要的工作。

在以前的水库水文资料整编工作中，大量基本资料均由手工抄录和计算，其中一份入库流量成果表的计算填制，涉及到灌溉、发电、溢洪、渗漏等所有出库流量的汇总及水库蓄水率计算等上千个基本数据，难免发生错误，且需要占用大量的时间。

1995年以前，笔者在对水库水文资料进行手工整编时，一般地，一座水库一年的水库水文资料成果汇编，约需要30天左右。

整天埋没在数据抄写、计算、校对之中。

因成果表是不允许涂改的，若稍有不慎使数据计算和填写错误，则必须重来。

如此大的劳动强度和枯燥无味的重复工作，特别令人怨倦。

鉴于上述情况，1995年，本人根据多年的水库水文资料整编经验，按照《水文资料整编规范》、湖北省水库水文资料成果汇编统一表格和有关水库水文计算要求，利用MicrosoftExcel强大的计算功能，创建了《水库水文资料整编电算模板》，并在运用中广泛征求工程技术人员的意见，进行了多次修改。

利用该电算模板，一年的成果汇编，从基本数据的录入到打印只需1-2天时间，而且各种成果的计算、特征值的分析统计、表格生成等全部自动进行，数据录入完毕，成果表也同时完成。

另外，也使整个水库的水文系列资料的计算、分析统计以及成果表的方法和格式得到了完全统一，解决了因为人的变动和理解上的差异而出现资料汇编方法不一致、可比性差、关联性差等问题，使水库水文资料为生产服务更有参考价值、更加方便。

为此，本文将介绍运用MicrosoftExcel创建水库水文资料汇编模板的主要方法，旨在研究水库一般工程管理人员能够掌握应用的水文资料整编的电算化、系统化和规范化的方法，以方便水库水文资料的整理、运用和管理。

一、   资料整编要求

水库水文资料整编工作的内容，一般是考证、分析各项基本资料，校核各项原始观测成果以及编制各项资料的年表。

㈠基本资料

以下四项基本资料，是水库水帐计算的主要依据，必须首先逐一进行认真考证、分析无误后，在《水库水文资料整编电算模板》中建立《基本资料》表。

1． 水库水位与库容关系曲线：

主要依据水库水文实测资料，利用水量平衡原理，分析、考证水位库容关系是否准确。

2． 堰闸出流关系曲线：

主要分析、审查堰闸出流量关系率定成果。

3． 水位资料：

主要考证、分析水尺零点高程有无变化。

4． 降水量资料：

检查雨量器安装、降水量观测是否符合规范要求。

5． 出库流量观测成果表：

分析流量成果是否正确，该表是水帐计算的关键资料之一。

㈡原始资料的校核

在进行全年资料整编时，除了上述基本资料的分析、考证工作外，还要对出库流量观测成果、水位观测成果、降水量观测成果、蒸发量观测成果等各项资料的测算方法和相关图表进行复查，以使各项资料测算方法正确，数据无误，成果合理。

㈢水库水文资料成果汇编的内容

以下12种表格是水库水文资料成果汇编的主要内容。

1． 《基本资料》，主要录入当年与水量计算有关的水工建筑物的基本情况。

2． 《水库逐日水位表》，包括坝前水位、堰闸下游水位、渠道水位，若无特殊要求，表中水位均填写每日8时观测值。

年统计栏内的最大、最小值应在原始观测记录值中挑选。

3． 《水库蓄水量表》，没有建立入库流量观测站的水库，一般用库容曲线反推求得入库流量。

因此，应根据水库逐日水位表建立水库逐日蓄水量表，以方便入库流量的推算。

4． 《逐日平均出库流量表》，包含逐日平均灌溉流量表、逐日平均溢洪流量表、逐日平均渗漏流量表、逐日平均发电流量表等所有出库流量表。

5． 《逐日平均入库流量表》、《逐日平均引入客水流量表》。

6． 《逐日降水量表》。

7． 《逐日蒸发量表》。

8． 《洪水要素摘录表》，本表主要摘录汛期洪水资料，为总结防汛、洪水调度和编制洪水预报方案提供基本数据。

该表从入库流量推算表中摘抄填入。

9． 《降水量摘录表》，此表应注意与《洪水要素摘录表》配合，选择的降雨过程要与选择的洪水相对应。

根据降雨强度的变化可每小时或半小时或10分钟摘录。

10．             《洪水过程线图》，依据洪水要素摘录表绘制洪水过程曲线图。

11．             《逐月水量运用情况表》，该表反映水库全年的运用情况。

12．             《逐日8时库水位、库容、水面积表》。

二、创建水库水文资料整编模板

在水库水文资料整编中，一般工程管理人员都会选择MicrosoftExcel这一款应用软件。

因为它有很强大的计算功能，而且使用者不需要很高深的编程知识，只要具备软件运用的基本知识，就可解决一般性问题，不会使人望而却步。

下面是采用MicrosoftExcel创建水库水文资料整编模板的主要方法。

㈠      水库水文资料汇编流程

㈡      数学模型

1．水量平衡方程式：

W入-W出-V损-（V末-V始）=0

式中：

W入、W出—分别为时段入库、出库总水量（单位：

1×104m3）；

V始、V末—时段开绐、终了时的库容（单位：

1×104m3）；

V损—时段渗漏、蒸发总损失水量（单位：

1×104m3）；

2． 日平均总出库流量：

Q出=q灌+q电+q溢+……+q渗 

式中：

Q出—日平均总出库流量（m3/sec）；

q渗—日平均过坝渗漏流量（m3/sec）；

q灌、q电、……q溢、—分别为日平均灌溉、发电、溢洪等所有出库流量（m3/sec）；

注意：

当发电与灌溉为重复利用时,只计其一，不得重复计入。

3． 日平均入库流量：

Q入=Q出+q库+q引

式中：

Q入——日平均入库流量（m3/sec）；

q库——日平均蓄水率（m3/sec）；

q引——日均引入客水流量（m3/sec）。

4． 月平均出库水量：

W出=∑Q出×8.64

式中：

∑Q出——日均入库流量的总和；

8.64—一个计算日的历时（×104sec）。

5． 月平均入库水量：

W入=∑Q入×8.64

式中：

∑Q入——日均入库流量的总和。

6． 月蒸发损失水量：

V蒸=0.1αAZ

式中：

V蒸—月蒸发损失水量（1×104m3）；

α—当月蒸发系数，应根据蒸发皿的类型而定； 

A—当月水库平均水面积（[km]2）；

Z—当月蒸发量（mm）。

7） 年径流深：

R年=10W年÷F

式中：

R年—年径流深（mm）；

W年—年径流总量（单位：

1×104m3）；

F—水库集水面积[km]2。

㈢    分析统计项目与函数运用

1.   统计项目

⑴      流量统计：

月流量总和、月水量、月放水日数、月最大流量、月最小流量；年径流量、年径流深、年放水日数、年最大流量、年最小流量。

⑵   降水量统计：

月降水量、最大一日降水量及发生日期、最大三日降水量及发生日期；年降水量、年最大一日降水量及发生日期、年最大三日降水量及发生日期、年最大七日降水量及发生日期。

⑶   蒸发量统计：

月蒸发量、月最大一日蒸发量及发生日期、月最小一日蒸发量及发生日期；年蒸发量、年最大一日蒸发量及发生日期、年最小一日蒸发量及发生日期。

⑷   水位统计：

月平均水位、月最高水位、月最低水位；年最高水位、最大库容（蓄水量）、最大水面积、发生日期，年最低水位、最小库容（蓄水量）、最小水面积、发生日期。

2.    函数运用

⑴   应用Microsoft Excel内置函数SUM函数求和；

⑵   应用SUM配合MAX、MIN进行各类最大、最小量值的统计；

⑶   应用统计函数COUNTIF分析统计放水日数、降水日数；

⑷   用查找与引用函数MATCH查找最大、最小量的发生日期；

⑸   运用查找与引用函数VLOOKUP建立各种相关数据的查找引用；

⑹   应用IF函数实现逻辑分析、条件计算；

⑺   利用MOD与OR、AND函数配合进行闰年识别等；

⑻   自定义矩阵公式进行数组计算。

㈣     模板建立

1．建立各种相关关系表

在模板中建立水位与库容关系表、水位与面积关系表、水位与溢洪流量关系表等，以备在《数据表》中利用Excel内置函数进行查找引用，从而减少录入工作量。

可以将此类工作表设置为隐藏，资料汇编中不打印此表。

2． 建立《数据表》

在模板中建立《数据表》，该表是所有成果表的统计、分析、计算的数据源，当所有基本数据在《数据表》中全部录入，整个成果表也就全部完成了，所有成果表的一切数据均应自动统计、分析、计算，不允许手工录入。

资料汇编中不打印此表。

      ⑴   在《数据表》中设置“年号”单元格。

在年号单元格设置“请输入被整编资料年的年份（4位阿拉伯数字）”的批注提示，当光标移至该单元格时，提示录入人员输入要进行资料整编年的年份。

      ⑵   设置《数据表》第2行为“项目”行、A列为“日期”列（见图1）。

在2月28日的下一行日期单元格内，利用Excel的内置函数MOD与OR、AND判别闰年，即：

“公元纪年的年数”能被4整除、能被100整除同时也可被400整除的为“闰年”，能被100整除而不能被400整除也不能被4整除的为“平年”，如果是“闰年”，则显示“2月29日”，否则显示空白。

将设置“项目”的那一行和“日期”的那一列设置为锁定状态（Excel缺省值），数据区单元格根据需要解除锁定并设置“工作表保护”。

      ⑶   分别在“8时库容”、“8时水面积”、“日平均溢洪流量”列中，运用查找与引用函数VLOOKUP，建立各种关系表的查找引用，数据录入时，只需键入水位即可使相应的库容、水面积、溢洪流量等相关数据自动填写到《数据表》。

如果想避免在手工键入基本数据时出错，可以在数据录入区域设置数据有效性，当键入数据超出设定范围时，Excel会自动向键入者提出错误报告，提醒录入者消除录入错误。

      ⑷   运用SUM、MAX函数，建立“最大三日降水”、“最大七日降水”的统计，这样减少了大量数据分析、比较、录入的工作量。

图1　数据表（录入）

图2　降水量摘录、洪水要素摘录表（录入）

⑸设置“制表：

”、“校核：

”、“复核：

”签名单元格。

所有成果表只需在《数据表》中一次签名完成。

为了对录入资料的真实性、准确性负责，系统中可进行不签名或签名不全就不出成果表的设置。

⑹在《数据表》中设置降水量摘录、洪水要素摘录录入表（见图2）。

洪水要素摘录录入表有两个用途，一是为成果表中的洪水要素摘录提供数据源，二是自动绘制洪水过程曲线图。

3． 建立成果表 

所有成果表的数据单元格区域内均设置分析、统计、计算公式或数据链接关系。

⑴   《逐日平均出库流量表》：

在数据单元格区域内设置数据链接公式，使数据链接于“数据表”的相关流量区域（见图3）。

⑵   《逐日平均出库流量汇总表》：

在数据单元格区域内设置“日平均出库水流量汇总”矩阵计算公式，计算总出库流量Q出。

⑶   《逐日平均入库流量表》：

在《逐日平均入库流量表》中，根据Q入=∑Q出+q库建立矩阵公式，计算“入库流量”；

⑷   出库、入库流量表中，在“月总数”统计栏内用SUM函数计算当月流量总和；在“水量”统计栏内自定义水量计算公式，计算当月总水量；在“放水日数”统计栏内用COUNTIF函数统计放水日数；在“年统计”栏内用SUM函数统计“年放水日数”、“年径流量”；根据R年=10W年÷F，定义“径流深”计算公式计算“径流深”。

⑸   《逐日降水量表》、《蒸发量表》：

在数据区域建立链接，使之与“数据表”的相关区域链接（见图4）；在“降水日数”统计栏内利用COUNT函数统计降水日数；用MAX、MIN函数进行当月最大、最小量的分析统计；利用查找与引用函数MATCH查找最大量的发生日期。

⑹   《逐日8时水库水位表》、《逐日8时库容表》：

《逐日8时库容表》是《逐日入库流量表》中计算入库流量的重要环节，该表也应与《数据表》链接。

⑺   《逐月水量运用情况表》：

在该表中按照水量平衡方程式建立水量平衡计算公式，进行平衡计算；按照蒸发损失计算方法定义蒸发损失计算公式，进行蒸发损失计算；运用MAX、MATCH函数进行最大量及其发生日期统计。

其余数据与“数据表”相关区域链接。

⑻   创建“洪水过程线”：

其数据来源于《数据表》中洪水要素录入表的“日期”列和“入库流量”列，运用Excel图表功能，创建洪水过程曲线图。

⑼   所有成果表均应设置“工作表保护”，以免随意修改或误清除计算公式。

⑽   所有成果表，按A4幅面纸张布局设置打印页面。

图3　　出（入）库流量表

图4　逐日降水量表

㈤     表格格式化

在汇编资料中涉及到闰年识别、小数定位、日期格式、时间格式等。

因此，作为一种方便且格式固定具有系统性的模板，在程序中必须预先进行格式设定。

1．日期格式 将日期单元格区域设置为“×月×日”格式。

2．时间格式 将时间单元格区域以24小时计时法设置为“时∶分”格式。

应用于降水量摘录表、洪水要素摘录表等。

3．流量格式 选择流量单元格区域，设置单元格格式（自定义）为[<10]0.00;[>99.94]0;0.0（即当流量<10m3/sec时，两位小数；当流量≥100m3/sec时，取整数；当流量≥10m3/sec时，取一位小数）格式。

4．水位格式 一般设为两位小数格式（计至厘米）

5．降水量、蒸发量格式 设置为一位小数格式。

6．水量格式 设为整数格式。

7．电量格式 以104kw.h为单位，取四位小数格式。

至此，水库水文资料成果汇编的基本表格、有关计算、特征值的分析统计、成果表的打印格式等设置已完成，将其保存为“SWZLZB·XLT”文档（或自命名，但必须是·XLT类型文档）。

以后需要进行水库水文资料整编时，只须双击“SWZLZB·XLT”即打开了一个名为SWZLZB1的文档（属“·xls”类型），此时即可进行数据录入，并根据需要命名保存为“××××·xls”文档，汇编完成后打印成果表。

当需要修改“SWZLZB·XLT”模板文档时，在启动Excel后，用“文件”菜单下的“打开”命令打开模板类型文档进行修改，修改完成后保存为“·XLT”类型文档。

三、运用效果

本人创建的《水库水文资料整编电算模板》，已在宜昌市黄柏河流域的水库水文资料整编中运用多年，并将1980年至2001年的所有水文资料全部运用该模板进行电算，保存为电子文档，其打印成果表清晰、美观。

更为突出的特点是：

由于水文资料成果汇编实行了数子化文件管理，或将其制作为光盘归档保存，使资料的汇编更为规范化、管理更加现代化，运用更为方便、查阅更加快捷，为水利信息化管理奠定了基础。