河道洪水计算中VBA模块的建立及应用

刘 克，李 颖

（1.郑州市水利建筑勘测设计院，河南 郑州 450006；2.黄河水利职业技术学院，河南 开封 475004）

河道洪水计算中VBA模块的建立及应用

刘 克1，李 颖2

（1.郑州市水利建筑勘测设计院，河南 郑州 450006；2.黄河水利职业技术学院，河南 开封 475004）

水文分析计算成果是水利工程规划设计的重要依据。在数据量较大和重复操作较多的步骤中，建立VBA模块，提高了工作效率和计算结果的精度。分析了推理公式法求设计洪水的过程和特点，探讨了VBA模块的建立步骤和实现过程。

洪水计算；Excel表格；VBA模块；推理公式法

0 引言

随着水利改革工作的推进，全国中小型水库除险加固、重点地区中小河流治理建设等水利工程建设项目广泛开展实施。水文分析计算作为各水利工程设计的主要依据，对工程规模、治理方案、施工组织和工程投资等起决定性作用。

近年来，各类水文分析计算软件相继出现。但是，由于水利工程的区域差异，部分软件仅在局部地区得到认可和使用，大多数工程还是采用Excel（电子表格）进行水文分析与计算。应用Excel进行水文分析与计算时，对于一些需计算者判断并反复操作的问题，若仅使用Excel的自带函数进行计算，会在一定程度上影响其工作效率。为了减轻计算工作量，提高设计效率，采用VBA（Visual Basic for Applications简称VBA）编程进行辅助计算。即将Excel和VBA编程技术做合理衔接，将水利工程水文分析计算的数据输入、表格编制、计算书编制等形成有机整体。这不仅有利于提高计算准确度，还可大幅度节省时间和人力。笔者以水文分析计算中的设计洪水计算过程为例，探讨了VBA模块的建立和应用。

1 推理公式法计算设计洪水的过程及特点

由雨量资料推求设计洪水时，推理公式法由于计算方法相对简便，又能保证一定精度，是在缺乏资料的小流域计算设计洪水时常用的方法。在我国几乎各省区的“水文手册”或“水文图集”中，均引用了这种方法［1］。

1.1 计算过程

由24 h净雨推求设计洪水的计算步骤为［2］：（1）根据暴雨图集，由所在水文分区设计的点、面雨量计算得到同频率24 h净雨概化时程分配表；（2）选定对应重现期的逐时净雨过程；（3）根据逐时净雨过程，推求各个流域汇流历时τ时段的净雨过程；（4）根据各流域汇流历时τ时段的净雨过程，计算各τ时段的洪水过程；（5）根据τ时段的洪水过程，推求对应重现期24 h洪水过程线。

在应用MicrosoftExcel2003电子表格进行分析计算时，常采用列表的方式，主要包括24 h净雨概化时程分配表、逐时净雨过程表（重现期P＝n%）、τ时段净雨过程～洪水过程表、设计洪水过程线表、设计洪水过程线修正表。其中，τ时段净雨过程～洪水过程表的计算过程比较繁杂，具体为：（1）由逐时净雨过程表（重现期P＝n%）计算τ时段（往往时非整小时）净雨过程表。从24 h最大净雨时段起，分别向起始时刻和结束时刻依次逐个τ时段推求，即由逐时（整时段）净雨内插计算各个τ时段净雨。（2）由τ时段净雨过程推求τ时段洪水过程。（3）根据各个τ时段洪水过程，计算24 h（整时段）设计洪水（重现期P＝n%）。

1.2 计算特点

在由雨量资料推求设计洪水的过程中，对于不同的流域，由于净雨历时（产流历时）tB可能大于或等于流域汇流历时τ，也可能小于流域汇流历时，致使流域断面出口处洪峰流量Qm的计算公式不同。因此，在1个整时段内，可能存在多个τ时段净雨和历时的情况，也会出现1个τ时段跨越2个整时段的情况。于是，先要进行判断分析，再分别在各区域进行计算。由于数据较多，计算及整理表格工作量大，如果采用计算器或Microsoft Excel 2003电子表格自带函数计算，必然耗费大量时间和精力，而且必须进行反复检查，才能确保计算结果准确无误。

2 VBA模块的建立和应用［3～4］

按照准确、简洁、易用、清晰、效率的原则，先对基于Excel的设计洪水计算过程进行分析，确定系统分析图，然后按照系统分析图，丰富各部分功能。以下结合某中小河流治理工程水文分析，介绍采用推理公式法由净雨资料推求设计洪水过程中VBA模块的建立及应用。

2.1 VBA模块的建立步骤

（1）打开Microsoft Visual Basic界面，在工程窗口中，选择VBAProject（book1），然后选择菜单“插入”“模块1”。（2）在属性窗口中，将“模块1”改为“Flood Calculation”。（3）在代码窗口中（如图1所示），定义“sub（）… end sub”等主程序和子程序。

2.2 VBA模块的实现过程

在水文分析计算表中，VBA主要实现逐时净雨过程表 （重现期P＝n%，该工程设计洪水重现期为P＝2%）和τ时段净雨过程～洪水过程表的计算及数据输出填表。具体实现过程为：

（1）输入计算参数。输入的参数包括流域面积、计算历时τ、净雨历时和对应净雨量。其中，净雨历时和对应净雨量分别定义为一维数组，作为后续计算的基本区域。输入方法是，利用InputBox函数，通过交互对话框的形式在工作表（sheet）中直接选择相应单元格内的计算参数。

（2）判断计算重现期和净雨表输入数据是否满足计算要求。为保证计算条件满足计算目标，需要判断重现期选择是否正确，净雨表是否完整。先通过msgbox函数确认表头重现期是否为所需计算的重现期，再判断选取时段个数与暴雨图集中选定净雨时段个数是否相同，并且识别净雨起始时刻是否为零，避免将不完整的净雨过程表输入。

（3）分析出净雨表中最大净雨量及其对应时刻，并赋值。对于单峰值净雨过程，净雨过程最大值及其对应时刻是τ时段净雨及其洪量计算的起算位置。因此，先找出净雨数组中最大值位置，然后确定最大净雨值在工作表（sheet）中的绝对位置，并分别赋值给事先定义的净雨最大值变量及其对应时刻变量，备下一过程计算引用。

（4）选择τ时段净雨及其对应洪量计算表填表位置，自最大净雨时刻依次计算τ时段对应洪水，并填入工作表（sheet）。在采用列表进行水文分析时，“τ时段净雨及其对应洪量计算表”中最大净雨时刻与“逐时净雨过程表（重现期P＝n%）”中最大净雨时刻相同，通常放置在工作表中相同列上。据此确定“τ时段净雨及其对应洪量计算表”位置，以净雨过程最大值及其对应时刻作为起算位置，以τ为步长分别向前、向后计算。计算时，采用两个“Do… Loop Until”语句嵌套多层“For…next”等语句。本过程核心是判断所需计算τ时段在“逐时净雨过程表（重现期P＝n%）”中的位置，并根据各个τ时段与整时段的差值关系进行τ时段洪量计算，并根据相对位置依次填表，按设计计算书格式生成τ时段净雨及其对应洪量计算表，如表1所示。

图1 模块操作界面Fig.1 M odule operation interface

表1 τ时段净雨及其洪水计算过程表（重现期P＝2%）Table 1 Net rainfall and flood calculation process ofτ（recurrence interval P=2%）

（5）选择设计洪水过程线填表位置，计算设计洪水过程并填入成果表。对于24 h洪水计算，设计洪水过程线时刻（1～24 h）固定。于是，可根据经验选择出设计洪水过程填表区域。然后，根据各个整数时刻在“τ时段净雨及其对应洪量计算表”中的τ时段位置，按照历时和洪量两个参数线性内差计算出各个整数时段设计洪水，并按相对位置关系填表，按设计计算书格式生成“24 h设计洪水（重现期P＝n%）”成果表，如表2所示。

表2 设计洪水过程成果表（重现期P＝2%）Table 2 Designed flood process results（recurrence interval P=2%）

应用中应注意的几个问题：（1）如计算过程中人为操作退出，应重新执行程序。（2）如果计算过程出现提示“溢出”无输出结果，是计算精度问题，应在Microsoft Excel 2003电子表格界面窗口菜单栏选择“工具—选项—重新计算—工作簿选项”选择“以显示精度为准”，而后重新执行程序。

3 结语

在用Excel（电子表格）进行水文分析时，采用VBA编程技术进行辅助计算，计算过程开放、可控程度高、效率高、应用广泛。经测定，依据暴雨图集，按照推理公式法由典型净雨过程推求设计洪水的计算，从输入参数至计算成果输出，大约只需1min。若人工逐个列表计算，一般约需要1 h。由此可见，采用Excel（电子表格）进行水文分析计算时，合理引入VBA编程，可有效提高工作效率和结果的准确性。

［1］长江流域规划办公室水文处.水利工程实用水文水利计算［M］.北京：水利出版社，1980：69－70.

［2］王燕生.工程水文学［M］.北京：中国水利水电出版社，1998：76－79.

［3］ ［美］John Walkenbach.Excel 2003高级VBA编程宝典［M］.盖江南，王勇译.北京：电子工业出版社，2005：13－57.

［4］蔡士源.Excel VBA语法字典［M］.北京：中国青年出版社，2005：87－90.

[责任编辑 杨明庆]

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1008-486X（2015）02-0014-03

2015-01-13

刘 克（1980-），男，河南南阳人，工程师，主要从事水利水电工程设计与施工工作。