CASIO fx-5800P计算器在水文工作中的应用

2018-05-04王昕

陕西水利 2018年2期

王昕

（陕西省西安水文水资源勘测局，陕西西安 710100）

fx—5800 P计算器在线路工程测量中有着广泛应用，引入水文行业，将发挥不可小觑的作用—借助编程计算器提高工作效率。本文以水准测量、土壤墒情监测计算和拟合水位流量关系曲线为例，通过计算器基本功能和操作，实现fx—5800 P计算器在水文工作方面的应用。

1 fx—5800 P计算器

fx—5800 P是卡西欧公司于2006年10月引入中国市场的fx-4850P的升级产品，其外形与普通的计算器差别不大，携带方便。用户可以根据需要进行计算公式的编写存储。最大的优点是具有类BASIC语言编程功能，简单易学，存储功能强大，程序调用方便，能够快速准确的完成复杂的数据及程序运算，它已成功应用于水文工作中。

1.1 主要功能

用类BASIC语言编程：If...then…else…ifend（条件判断语句），Lbi n～Goton Goto n～Lbln（无条件转移语句），Prog～Return（调子程序语句），Fix：（数值显示格式设置语句），Cls、ClrStat、ClrMemory、ClrMat、ClrVar（清除语句），等等。

矩阵计算：Mat A～Mat F 六个矩阵，能进行矩阵的＋、－、×、行列式、求逆等计算，最多可以计算10行×10列的矩阵，能解决小型控制网的严密平差计算问题。

统计串列计算：List X，List Y，List Freq三个统计串列存储器。统计计算方法是先将统计数据输入统计串列存储器，再进行统计计算，可以根据需要随时修改统计串列中的数据。

1.2 程序菜单

按“MODE”键进人模式菜单，按“5：PROG”键，显示状态栏“Progrm Menu”菜单，按“1：NEW”键进入“File Name”程序文件名输入状态，用户最多可以输入12个字符作为程序文件名，完成响应后按“EXE”键进入“File Mode”文件模式菜单，要求选择程序文件的运行模式，有 1：COMP，2：BASE-N 与 3：Formula三种模式可供选择。按“1：COMP”键选择模式进入程序输入与编辑状态；按3键选择Formula模式为进入用户自定义公式输入与编辑状态，此时，状态行显示FMLA。“Progrm Menu”菜单,按“2：RUN”键运行程序，按“3：EDIT 键”进入程序编辑状态，按“4：DELETE”键进入删除文件命令状态。

2 应用实例

2.1 水准点测量

根据《水文测量规范》（SL-58 2014）之要求，每逢0、5年或10年对基本水准点、校核水准点等进行三等测量，每年对基本水尺等进行四等测量。水文三、四等水准测量在每站上水准仪照准双面尺的顺序为“后、前、前、后” 或者“后、后、前、前”。观测过程中，光学水准仪须采用K1(4687)和K2(4787)配对尺进行施测。对测量人员来说，重复性测量及计算工作量比较大，尤其现场计算工作复杂、繁琐，按照随测、随算、随分析、随整理的“四随”工作制度，现场计算必然要耗费较长时间。鉴此，依据准测量计算原理公式，高差H=B(后视)-A(前视)，高差中数h={b(黑面高差)+a(红面高差)+k(两尺常数之差)}÷2以及水文三、四等水准测量记载表，利用fx—5800P计算器编程，录入计算器后随时算出结果，以满足“四随”工作制度。所编程序如下：

程序被录入计算器后，便可在现场运行程序完成测量计算。执行程序时，按“MODE”键，按“5：PROG”进入“program Menu”程序菜单，按“2：RUN”执行菜单，进入“prog List” 程序列表，按“REPLAY”的上或下钮查找要执行的程序文件名“LEVEL34”，按"EXE"健运行。只要按程序提示要求顺序输入观测数值，计算器即刻会显示计算结果。数据输出形式见表1。

表1 输出数据示意图表

2.2 土壤含水量计算

每年汛后，市级水文机构便开始进行资料集中审查。原始资料的审查和核算是其中很重要的环节，涉及了大量的重复性水文计算和核对工作。在资料整编过程中，看到大家依然使用只具简单功能的计算器埋头计算，工作效率低下，且很容易出错。如土壤墒情烘干法计算表中10 cm、20 cm、40 cm三层土壤深度共计32个数据需要多次计算等，这些简单重复性的工作交给fx—5800P计算器来完成就变得非常容易。因此，根据《土壤墒情监测规范》SL364-2015烘干法计算表及其计算土壤平均含水量公式：第一土层（0～10 cm）θ1=θ10，第二土层（10～20 cm）θ2=（θ10+θ20）/2，第三土层（20～40 cm）θ3=（θ20+θ40）/2，所编程序如下：

经过对多家墒情站使用情况表明，计算快捷，显示简明，极大地减少了工作强度，提高了工效。执行程序时，按“MODE”键，按“5：PROG”进入“program Menu”程序菜单，按“2：RUN”执行菜单，进入“prog List”程序列表，按“REPLAY”的上或下钮查找要执行的程序文件名“TRSQ”按"EXE"健，只需按照程序提示要求输入原始资料数据便可快速完成核算工作。数据输出形式见表2。

表2 输出数据示意图表

2.3 拟合水位流量关系曲线

《水文资料整编规范（SL247-1999）》规定，用单一曲线法推流，应结合测站特性，应用插值法或通过选用适当的数学模型来拟合曲线，用水位推算流量。目前，水位流量关系曲线是根据实测点据采用曲线尺或曲线条手工画线得来，存在着徒手绘制因人而异而带来的任意性，读数易出错，而且不能满足水文信息化、自动化的要求。随着计算技术不断发展，可以借助不同的计算方法和手段对人工率定水位流量关系曲线进行拟合或检验，以给出规范统一的函数。用一定的数学模型来拟合单一水位流量关系曲线的工作前人作过不少尝试。例如，利用Excel中规划求解的方法以及MathCAD软件计算、绘图和简单编程的功能均可对水位流量关系曲线进行很好拟合，但二者必须在电脑上操作才能完成，使得应用受到一定限制。而采用fx-5800计算器中统计串列计算功能亦可实现对水位流量数据的拟合，且更方便快捷，几乎不受限制。

资料选择西安水文局某站2017年水位流量成果资料（见表3）。河道水位是相对于某一基面而言（如黄海基面），根据某站资料情况，选择的边界条件—河干高程Z0为425.00m。所以，表列实时水位均为减去河干高程常数之值。

表3 某站2017年水位流量成果表

水位流量数据的拟合。按“MODE”键进入模式菜单，在11个选项中选择“4：REG”双变量回归统计计算进入串列界面，在“X”列依照顺序输入水位Z，将水位放进List X存储器。在“Y”列依照顺序输入流量Q，将流量放进List Y存储器。点椐全部输入完成后按“FUNCTION”键进入功能菜单，在6个选项中选择“6：RESULT”显示结果，再选择“2：REG”双变量菜单，在“1：Line”(线性回归),“2：Quad”（二次回归），“3:Log”（对数回归）,“4：eExp”（e 指数回归），“5：abExp”（ab 指数回归），“6：Power”（乘方回归），“7：inv”（逆回归）这七个选项中经过回归比较，认为二次回归最优。故，选择“2：Quad”得到某站水位流量拟合函数为Q=123.2Z2-229.02Z+118.68，R=0.9996′（R值为回归系数，其值俞接近于1俞好)。通过对西安水文局某站水位流量资料的分析、拟合计算和检验，结果与利用Excel规划求解拟合的函数完全一致。选择三参数多项式函数（Q=aZ2+bZ+c）线型，具有良好的适应性，能满足现行水文资料整编规范要求。用fx-5800计算器拟合水位流量关系曲线函数，无疑多了一种更方便、快捷的方法，值得应用。