CASIO fx-5800P計算器在水文工作中的應用

王 昕

（陜西省西安水文水資源勘測局，陜西 西安 710100）

fx—5800 P計算器在線路工程測量中有著廣泛應用，引入水文行業，將發揮不可小覷的作用—借助編程計算器提高工作效率。本文以水準測量、土壤墑情監測計算和擬合水位流量關系曲線為例，通過計算器基本功能和操作，實現fx—5800 P計算器在水文工作方面的應用。

1 fx—5800 P計算器

fx—5800 P是卡西歐公司于2006年10月引入中國市場的fx-4850P的升級產品，其外形與普通的計算器差別不大，攜帶方便。用戶可以根據需要進行計算公式的編寫存儲。最大的優點是具有類BASIC語言編程功能，簡單易學，存儲功能強大，程序調用方便，能夠快速準確的完成復雜的數據及程序運算，它已成功應用于水文工作中。

1.1 主要功能

用類BASIC語言編程：If...then…else…ifend（條件判斷語句），Lbi n～Goton Goto n～Lbln（無條件轉移語句），Prog～Return（調子程序語句），Fix：（數值顯示格式設置語句），Cls、ClrStat、ClrMemory、ClrMat、ClrVar（清除語句），等等。

矩陣計算：Mat A～Mat F 六個矩陣，能進行矩陣的＋、－、×、行列式、求逆等計算，最多可以計算10行×10列的矩陣，能解決小型控制網的嚴密平差計算問題。

統計串列計算：List X，List Y，List Freq三個統計串列存儲器。統計計算方法是先將統計數據輸入統計串列存儲器，再進行統計計算，可以根據需要隨時修改統計串列中的數據。

1.2 程序菜單

按“MODE”鍵進人模式菜單，按“5：PROG”鍵，顯示狀態欄“Progrm Menu”菜單，按“1：NEW”鍵進入“File Name”程序文件名輸入狀態，用戶最多可以輸入12個字符作為程序文件名，完成響應后按“EXE”鍵進入“File Mode”文件模式菜單，要求選擇程序文件的運行模式，有 1：COMP，2：BASE-N 與 3：Formula三種模式可供選擇。按“1：COMP”鍵選擇模式進入程序輸入與編輯狀態；按3鍵選擇Formula模式為進入用戶自定義公式輸入與編輯狀態，此時，狀態行顯示FMLA。“Progrm Menu”菜單,按“2：RUN”鍵運行程序，按“3：EDIT 鍵”進入程序編輯狀態，按“4：DELETE”鍵進入刪除文件命令狀態。

2 應用實例

2.1 水準點測量

根據《水文測量規范》（SL-58 2014）之要求，每逢0、5年或10年對基本水準點、校核水準點等進行三等測量，每年對基本水尺等進行四等測量。水文三、四等水準測量在每站上水準儀照準雙面尺的順序為“后、前、前、后” 或者“后、后、前、前”。觀測過程中，光學水準儀須采用K1(4687)和K2(4787)配對尺進行施測。對測量人員來說，重復性測量及計算工作量比較大，尤其現場計算工作復雜、繁瑣，按照隨測、隨算、隨分析、隨整理的“四隨”工作制度，現場計算必然要耗費較長時間。鑒此，依據準測量計算原理公式，高差H=B(后視)-A(前視)，高差中數h={b(黑面高差)+a(紅面高差)+k(兩尺常數之差)}÷2以及水文三、四等水準測量記載表，利用fx—5800P計算器編程，錄入計算器后隨時算出結果，以滿足“四隨”工作制度。所編程序如下：

程序被錄入計算器后，便可在現場運行程序完成測量計算。執行程序時，按“MODE”鍵，按“5：PROG”進入“program Menu”程序菜單，按“2：RUN”執行菜單，進入“prog List” 程序列表，按“REPLAY”的上或下鈕查找要執行的程序文件名“LEVEL34”，按"EXE"健運行。只要按程序提示要求順序輸入觀測數值，計算器即刻會顯示計算結果。數據輸出形式見表1。

表1 輸出數據示意圖表

2.2 土壤含水量計算

每年汛后，市級水文機構便開始進行資料集中審查。原始資料的審查和核算是其中很重要的環節，涉及了大量的重復性水文計算和核對工作。在資料整編過程中，看到大家依然使用只具簡單功能的計算器埋頭計算，工作效率低下，且很容易出錯。如土壤墑情烘干法計算表中10 cm、20 cm、40 cm三層土壤深度共計32個數據需要多次計算等，這些簡單重復性的工作交給fx—5800P計算器來完成就變得非常容易。因此，根據《土壤墑情監測規范》SL364-2015烘干法計算表及其計算土壤平均含水量公式：第一土層（0～10 cm）θ1=θ10，第二土層（10～20 cm）θ2=（θ10+θ20）/2，第三土層（20～40 cm）θ3=（θ20+θ40）/2，所編程序如下：

經過對多家墑情站使用情況表明，計算快捷，顯示簡明，極大地減少了工作強度，提高了工效。執行程序時，按“MODE”鍵，按“5：PROG”進入“program Menu”程序菜單，按“2：RUN”執行菜單，進入“prog List”程序列表，按“REPLAY”的上或下鈕查找要執行的程序文件名“TRSQ”按"EXE"健，只需按照程序提示要求輸入原始資料數據便可快速完成核算工作。數據輸出形式見表2。

表2 輸出數據示意圖表

2.3 擬合水位流量關系曲線

《水文資料整編規范（SL247-1999）》規定，用單一曲線法推流，應結合測站特性，應用插值法或通過選用適當的數學模型來擬合曲線，用水位推算流量。目前，水位流量關系曲線是根據實測點據采用曲線尺或曲線條手工畫線得來，存在著徒手繪制因人而異而帶來的任意性，讀數易出錯，而且不能滿足水文信息化、自動化的要求。隨著計算技術不斷發展，可以借助不同的計算方法和手段對人工率定水位流量關系曲線進行擬合或檢驗，以給出規范統一的函數。用一定的數學模型來擬合單一水位流量關系曲線的工作前人作過不少嘗試。例如，利用Excel中規劃求解的方法以及MathCAD軟件計算、繪圖和簡單編程的功能均可對水位流量關系曲線進行很好擬合，但二者必須在電腦上操作才能完成，使得應用受到一定限制。而采用fx-5800計算器中統計串列計算功能亦可實現對水位流量數據的擬合，且更方便快捷，幾乎不受限制。

資料選擇西安水文局某站2017年水位流量成果資料（見表3）。河道水位是相對于某一基面而言（如黃海基面），根據某站資料情況，選擇的邊界條件—河干高程Z0為425.00m。所以，表列實時水位均為減去河干高程常數之值。

表3 某站2017年水位流量成果表

水位流量數據的擬合。按“MODE”鍵進入模式菜單，在11個選項中選擇“4：REG”雙變量回歸統計計算進入串列界面，在“X”列依照順序輸入水位Z，將水位放進List X存儲器。在“Y”列依照順序輸入流量Q，將流量放進List Y存儲器。點椐全部輸入完成后按“FUNCTION”鍵進入功能菜單，在6個選項中選擇“6：RESULT”顯示結果，再選擇“2：REG”雙變量菜單，在“1：Line”(線性回歸),“2：Quad”（二次回歸），“3:Log”（對數回歸）,“4：eExp”（e 指數回歸），“5：abExp”（ab 指數回歸），“6：Power”（乘方回歸），“7：inv”（逆回歸）這七個選項中經過回歸比較，認為二次回歸最優。故，選擇“2：Quad”得到某站水位流量擬合函數為Q=123.2Z2-229.02Z+118.68，R=0.9996′（R值為回歸系數，其值俞接近于1俞好)。通過對西安水文局某站水位流量資料的分析、擬合計算和檢驗，結果與利用Excel規劃求解擬合的函數完全一致。選擇三參數多項式函數（Q=aZ2+bZ+c）線型，具有良好的適應性，能滿足現行水文資料整編規范要求。用fx-5800計算器擬合水位流量關系曲線函數，無疑多了一種更方便、快捷的方法，值得應用。

3 結語

fx-5800P計算器在水文應用中僅使用了部分功能，已極大簡化工作中重復、繁瑣的勞動，很多功能有待于不斷地去研究和應用。如計算器內置128個函數(公式)，基于串列的編程等。fx-5800P計算器必將成為水文工作不可或缺的工具。