基于Excel VBA程序的平底水闸水力计算程序设计

谢天云，刘志成

（1.珠江水文水资源勘测中心，广东 广州 510630；2.珠江水利委员会珠江水利科学研究院，广东 广州 510630）

水闸工程在水利工程中应用广泛，具有防洪挡潮、分洪排渍、拦河灌溉、河道通航等多种作用，广泛地应用于河道、水库、湖泊等水利设施及枢纽建设中。设计人员进行合理化方案设计，确定其规模对于水利工程发挥预期效用、避免设计过度及投资浪费等具有重要作用。由于水闸流态复杂，计算参数众多，进行公式计算工作量大，且容易出错，进行不同方案比选时更加困难。本文依据水利部发布的《水闸设计规范》（SL 265-2016）[1]、有关文献[2]及《水力学》[3]，利用Microsoft Excel中集成的VBA程序[4]，编程开发了一套平底水闸水力计算程序设计程序，可应用于不同平底闸门型式、不同流态的水力计算中，从而为水闸闸宽、闸型，河道的过闸特征水位等确定提供依据，以期协助水利设计人员准确合理化决策。

1 程序功能及说明

1.1 程序功能及特点

程序依据水利部发布的《水闸设计规范》（SL 265-2016）及《水力学》水闸水力计算公式编程开发，可适用于平底水闸单孔闸、多孔闸、自由堰流、淹没堰流；自由孔流、淹没孔流等多种闸门型式、多种水流流态的水力计算。并且由于其基于Excel界面开发，操作简便，参数输入、中间过程输出及结果输出等均直观可见。

1.2 程序说明

程序基于Excel VBA开发，对32 位或64 位Excel均可支持，打开该Excel文件启用宏权限即可应用，不需账户登陆。界面见图1。

图1 程序界面图

程序界面将水闸设计条件、中间成果、计算结果三部分分开，并辅以参数介绍，计算参数示意图，方便用户进行参数校正和调算，具有良好的数据可视性、易用性和流程性。

1.3 程序参数

根据平底水闸的不同类型，均对应设计条件中的各项计算参数，用户在使用过程中选取所对应的水闸参数值即可。主要参数包括闸底板高程Z1、渠道上游底宽b1、渠道上游边坡m、下游水位Zt、水闸孔数N、闸孔总净宽B0、孔口高度he、上游水位Z、闸孔胸墙底圆弧半径r等，若多孔闸还需设置中闸墩厚度dz，中闸孔净宽dz，中闸孔净宽b0，边闸孔净宽b01等参数，见图2。

图2 输入参数界面

2 计算过程

2.1 计算流程介绍

根据上述输入参数，程序即可进行灵活判断，以不同计算模块进行计算，并将计算过程中的数据反馈到软件中，软件计算流程见图3。

图3 程序计算流程图

即软件根据所输入的数据，不需人为做判定和求解，即可自动判别在何种模块中计算，完成对堰流孔流等多种流态下的水力计算，方便快捷。

当出现参数不合理，则无法进行计算，程序将会显示#VALUE#，提示设计者重新调整参数，见图4。

图4 参数不合理报错显示示意图

2.2 计算模块化代码介绍

程序集成了不同流态下的模块化代码，该代码与中间数据、计算成果紧密结合，做到了无需点击按钮，无需辅助输入，自动完成计算的效果，代码如下。

2.3 中间过程展示

程序设置中间过程，位于界面中段，当水闸过流为不同流态，代入不同计算模块时，即可输出该工况下的流态，及相关中间参数，示例见图5。

图5 程序中间过程示意图

2.4 计算结果展示

计算结果可直接展示在计算结果版块，包括过闸流量Q，上游全水头H0，上游流速V0，上游流速水头等，设计人员可通过此计算结果，与输入条件比对判断在某水闸设计尺寸下是否满足过流，是否因闸上水位过高需进一步扩大闸宽以降低闸上水位，灵活调整优化方案；或在某现状水闸尺寸下计算指定工况下的闸上水位，作为河道湖库整治起算水位依据，为河道湖库整治提供辅助。

3 结语

水闸工程建设应用面广、投资大、设计要求高、出险后产生不利影响程度大范围广，为水利工程建设的重点和难点。该程序软件集成在Excel中，易于操作上手，计算速度快，且严格按照水闸设计规范编制，集成了不同型式平底水闸的不同流态计算模块，适应性广，并且可实现输入参数、中间参数、输出结果全数据实时可视化展示，大大地提高了设计人员的工作效率和成果准确性，有助于指导水闸工程的建设。