基于Excel VBA程序的平底水閘水力計算程序設計

謝天云，劉志成

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

水閘工程在水利工程中應用廣泛，具有防洪擋潮、分洪排漬、攔河灌溉、河道通航等多種作用，廣泛地應用于河道、水庫、湖泊等水利設施及樞紐建設中。設計人員進行合理化方案設計，確定其規模對于水利工程發揮預期效用、避免設計過度及投資浪費等具有重要作用。由于水閘流態復雜，計算參數眾多，進行公式計算工作量大，且容易出錯，進行不同方案比選時更加困難。本文依據水利部發布的《水閘設計規范》（SL 265-2016）[1]、有關文獻[2]及《水力學》[3]，利用Microsoft Excel中集成的VBA程序[4]，編程開發了一套平底水閘水力計算程序設計程序，可應用于不同平底閘門型式、不同流態的水力計算中，從而為水閘閘寬、閘型，河道的過閘特征水位等確定提供依據，以期協助水利設計人員準確合理化決策。

1 程序功能及說明

1.1 程序功能及特點

程序依據水利部發布的《水閘設計規范》（SL 265-2016）及《水力學》水閘水力計算公式編程開發，可適用于平底水閘單孔閘、多孔閘、自由堰流、淹沒堰流；自由孔流、淹沒孔流等多種閘門型式、多種水流流態的水力計算。并且由于其基于Excel界面開發，操作簡便，參數輸入、中間過程輸出及結果輸出等均直觀可見。

1.2 程序說明

程序基于Excel VBA開發，對32 位或64 位Excel均可支持，打開該Excel文件啟用宏權限即可應用，不需賬戶登陸。界面見圖1。

圖1 程序界面圖

程序界面將水閘設計條件、中間成果、計算結果三部分分開，并輔以參數介紹，計算參數示意圖，方便用戶進行參數校正和調算，具有良好的數據可視性、易用性和流程性。

1.3 程序參數

根據平底水閘的不同類型，均對應設計條件中的各項計算參數，用戶在使用過程中選取所對應的水閘參數值即可。主要參數包括閘底板高程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，見圖2。

圖2 輸入參數界面

2 計算過程

2.1 計算流程介紹

根據上述輸入參數，程序即可進行靈活判斷，以不同計算模塊進行計算，并將計算過程中的數據反饋到軟件中，軟件計算流程見圖3。

圖3 程序計算流程圖

即軟件根據所輸入的數據，不需人為做判定和求解，即可自動判別在何種模塊中計算，完成對堰流孔流等多種流態下的水力計算，方便快捷。

當出現參數不合理，則無法進行計算，程序將會顯示#VALUE#，提示設計者重新調整參數，見圖4。

圖4 參數不合理報錯顯示示意圖

2.2 計算模塊化代碼介紹

程序集成了不同流態下的模塊化代碼，該代碼與中間數據、計算成果緊密結合，做到了無需點擊按鈕，無需輔助輸入，自動完成計算的效果，代碼如下。

2.3 中間過程展示

程序設置中間過程，位于界面中段，當水閘過流為不同流態，代入不同計算模塊時，即可輸出該工況下的流態，及相關中間參數，示例見圖5。

圖5 程序中間過程示意圖

2.4 計算結果展示

計算結果可直接展示在計算結果版塊，包括過閘流量Q，上游全水頭H0，上游流速V0，上游流速水頭等，設計人員可通過此計算結果，與輸入條件比對判斷在某水閘設計尺寸下是否滿足過流，是否因閘上水位過高需進一步擴大閘寬以降低閘上水位，靈活調整優化方案；或在某現狀水閘尺寸下計算指定工況下的閘上水位，作為河道湖庫整治起算水位依據，為河道湖庫整治提供輔助。

3 結語

水閘工程建設應用面廣、投資大、設計要求高、出險后產生不利影響程度大范圍廣，為水利工程建設的重點和難點。該程序軟件集成在Excel中，易于操作上手，計算速度快，且嚴格按照水閘設計規范編制，集成了不同型式平底水閘的不同流態計算模塊，適應性廣，并且可實現輸入參數、中間參數、輸出結果全數據實時可視化展示，大大地提高了設計人員的工作效率和成果準確性，有助于指導水閘工程的建設。