基于C#的桥涵设计洪水流量计算程序的开发应用

马新颖，祁朝相，贺 敏

(陕西省西安市长安大学公路学院桥梁系)

基于C#的桥涵设计洪水流量计算程序的开发应用

马新颖，祁朝相，贺 敏

(陕西省西安市长安大学公路学院桥梁系)

根据实际中桥涵水文计算的需求，利用C#语言强大的数据库以及可视化编程功能，开发了桥涵设计洪水流量计算程序，分别给出了适线法(皮尔逊—Ⅲ型频率曲线)、全国水文分区经验公式和公路科研所推理公式三种计算设计洪水流量的方法，并绘制机率格纸。通过实际工程验证表明，该程序准确、方便、快捷，相比于手工计算，可以大大提高计算效率。

桥涵水文;C#;洪水流量;计算程序

1 引言

目前确定桥涵设计洪水流量的方法有三种，分别是适线法(皮尔逊—Ⅲ型频率曲线)、全国水文分区经验公式和公路科研所推理公式。在用适线法进行计算时，需要对数据进行排序、计算数据统计、估计分布函数的参数，同时还需要进行试算，计算量非常庞大。在用全国水文分区经验公式或公路科研所推理公式与经验公式进行计算时，虽然不用进行特别复杂的计算，但是需要重复多次的查表，计算过程也相当繁琐。随着计算机技术的发展，桥涵水文计算软件应运而生。如许磊基于dephi平台开发的桥位水文计算及辅助设计系统功能较齐全，但是其数据库采用的是MicroSoft Access数据库，它是一种小型数据库，在对大量的数据进行管理时，性能会变差。王双银、赵培颖基于Excel和Vb开发的频率适线计算软件，其界面不够友好、功能不够齐全。本文采用了C#编程语言与SQL server数据库，编写了桥涵设计洪水流量计算程序，将繁杂的水文计算自动化。与其他软件相比，计算效率大大改进，界面也得到了优化并且可以对计算数据进行高效的管理。最后经过实例应用，验证了程序计算结果的正确性与实用性。

2 基本原理

各地区、各河流上的桥梁或涵洞，其设计洪水流量计算采用不同的方法。在计算时，要尽可能地搜集桥位水文资料。对于同一座桥梁，采用的计算方法不同，其计算的洪水流量的值也不同。在经过分析论证以后，在这些数据中选用一个合理的数值，作为该桥设计流量的确认值。

皮尔逊—Ⅲ型频率曲线适线法采用的是以频率点的分布为准来进行测算的方法，在频率格纸上绘制一条皮尔逊—Ⅲ型理论频率曲线，曲线的参数通过经验点估计，采用的方法为矩法或其他方法。然后根据该曲线对经验点数据的拟合情况来对相应的参数进行调整，绘制调整参数后的频率曲线，直到得到满意的拟合曲线为止。

全国水文分区经验公式中，把全国划分为100多个分区，并制定了3个表，分别为全国水文分区流量计算参数表、全国水文分区值表和全国水文分区经验关系表。

全国水文分区经验公式计算方法:

Qp%:查表确定 C和n的值，然后计算平均流量CFn，再查表Cv和Cs/Cv值，求得Cs，最终求出Qp%(p为给定的任意频率)。

Q1%，Q2%:查表确定K和n的值，计算Q2%=KFn，再查Q1%/Q2%表，最终得到Q1%值。

公路科研所制定的各种公式，大多应用于流域面积为100 km2以下的小河沟。上世纪80年代初，原交通部公路科研所制定小流域暴雨径流的推理公式以及简单的小流域暴雨径流的经验公式。

3 程序设计

在进行程序的设计时应该本着界面简洁、使用方便、功能齐全的原则，能够对所输入的数据进行快速的计算并绘制相应频率曲线，还要把这些数据和结果保存到数据库中，以便以后对数据的查阅。

3.1 开发语言的选择和数据库设计

该程序主要以计算功能为主，绘图功能为辅，采用Visual Studio 2010和Microsoft Sql Server 2008开发。编程语言采用流行的C#语言。程序在计算时，必然会对各种数据进行处理，采用数据库可以对这些数据进行科学的管理，实现对数据的查询、修改、添加和删除。为了便于对大量数据的管理，本程序在选用数据库时选择的是sql server数据库。在建立数据库时，根据本程序的特点将数据分为两种:静态数据和动态数据。

静态数据是程序中用到而且保持不变的数据，主要是程序中计算所需要用到的各种规范表、数值表和经验统计表。数据库中静态数据表主要有:全国水文分区流量计算参数表、分区Cv值表、全国水文分区Cs/Cv经验关系表、暴雨递减指数n分区表、损失参数系数、指数值表、土壤植被分类表、汇流时间系数、指数表

动态数据是用户输入的桥梁基本信息数据和程序计算的结果数据，将桥涵的动态数据保存后，以后可以方便的查询某座桥涵的基本信息以及计算结果。

3.2 程序的总体架构设计

根据程序计算的特点，同时为了使程序能够稳定的进行计算以及考虑到程序以后的扩展，本程序采用三层架构的模型。该层次架构把程序分为数据访问层、业务逻辑层和表示层三层。数据访问层的主要功能是访问数据库。业务逻辑层是程序架构的核心部分，数据在表示层和数据访问层之间的交换都通过业务逻辑层，管理整个程序的计算以及数据走向。表示层也叫用户界面层，用于显示数据和接收用户输入的数据，为用户提供交互式的操作界面。使用三层架构的模式可以方便的对代码进行管理，便于以后升级换代。

4 程序应用

通过对实桥工程的设计洪水量的人工计算和软件计算结果对比，检验程序。

基本资料(1):南方地区某二级公路，拟修建一座跨越河流的桥梁。选定粗糙系数为:河槽河滩mt按照历史相关数据来看，调查历史洪水位为63.8 m，洪水比降为0.3。桥址附近的某一水文站具有从1951年到1982年连续32年的年最大流量数据，其连续32年的年最大流量系列具体数据如表1所示;确定该河流2%、1%和0.33%的流量。

表1 32年最大流量

软件计算设计洪水流量:

计算步骤:点击“皮尔逊—Ⅲ型频率曲线”按钮→点击“水文资料录入”→点击“导入”按钮从excel表中把年最大流量系列表导入程序中→点击“流量连续系列”并输入设计频率和洪水频率→点击“计算”按钮，得出初步结果如下:

Cv=0.44，Cs=0.62，Qs=4 084 m3/s，Qp=4 572 m3/s

点击“频率曲线”按钮→点击“绘制经验点”和“理论曲线图”，观察理论曲线与经验点的拟合情况，为了拟合的更好，点击“调整m值按钮”，在提示框内选定一个m值，Cs值根据Cs=mCv自动调整，如果对Cv值也不满意，可以同时调整Cv、m值，理论曲线立即重新调整，调整几次，直到理论曲线和经验点拟合满意。数据的录入以及计算的最终结果如图1所示;

图1 程序计算结果

软件计算结果与手算结果对比如表2所示:

表2 计算结果比较

基本资料(2):在东北小兴安岭地区，桥位上游流域面积为123，通过全国水文分区经验公式确定该桥的和流量。

程序计算结果如图2所示:

图2 程序计算结果

程序计算结果与手工计算结果比较如表3所示:

表3 计算结果比较

基本资料(3):甘肃西部某丘陵地区，流域面积95 km2，设计洪水频率为1%，通过公路科研所推理公式和经验公式来推算这条河流的设计流量Q1%。

程序计算结果与手算计算结果比较如表4:

表4 计算结果比较

5 结语

本文的桥涵设计洪水流量计算程序，利用了计算机编程技术和数据库技术，使得计算更为方便准确，对数据的管理更为科学有效。其界面良好、操作简便，大大提高了计算速度，工作量也得到降低。通过程序计算结果与手工计算结果对比，说明了本程序的实用性，完全能够满足工作实际中的需要。本程序只采用了皮尔逊—Ⅲ型频率曲线，并没有包括其他一些类型的曲线，无法应用于一些特殊的工程。因此，本程序需要对频率曲线库进一步扩充。

［1］ 许磊.桥位水文计算及辅助设计系统软件开发［D］.长安大学，2007.

［2］ 王双银，向友珍，朱晓群，等.基于EXCEL的水文频率计算软件开发［J］.西北农林科技大学学报(自然科学版)，2006，(4):113－116.

［3］ 赵培颖，金冶，张忠孝.Visual Basic在绘制PⅢ频率曲线中的应用［J］.水利规划与设计，2008，(2):55－57.

［4］ 高冬光，王亚玲.桥涵水文［M］.北京:人民交通出版社，2011.

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1008－3383(2015)10－0076－02

2015－02－12