水文頻率曲線適線軟件的開(kāi)發(fā)與應(yīng)用

水文頻率曲線適線軟件的開(kāi)發(fā)與應(yīng)用

1數(shù)據(jù)庫(kù)操作系統(tǒng)在分析水文水資源時(shí)，大多數(shù)工作都是純處理不同類型的數(shù)據(jù)。從實(shí)用出發(fā),結(jié)合日常工作的需要,作者采用TurboC語(yǔ)言編程,結(jié)合關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)(即dBASE及Foxbase或Foxpro)結(jié)構(gòu)特點(diǎn),開(kāi)發(fā)了一個(gè)水文水資源數(shù)據(jù)庫(kù)操作系統(tǒng)。該系統(tǒng)以其友好的界面設(shè)計(jì),具有使用方便、數(shù)據(jù)輸入效率高、便于管理應(yīng)用等特點(diǎn),在具體工作中已得到廣泛運(yùn)用?；舅悸啡缈驁D1所示。1.1水位長(zhǎng)且寬度,以t流量、水位、降雨量等水文資料的庫(kù)結(jié)構(gòu)基本相同,各有5個(gè)字段名:①站名編號(hào):用STA_NUM表示,N型字段,寬度為8;②年份:用YEAR表示,N型字段,寬度為4;③月份:用MONTH表示,N型字段,寬度為2;④日期:用DAY表示,N型字段,寬度為2;⑤數(shù)據(jù):流量、降雨量用VALUE表示,水位用LEVEL表示,皆為N型字段,流量寬度為10,其中小數(shù)位數(shù)為3;水位寬度為7,其中小數(shù)位數(shù)為2;降雨量寬度為5,其中小數(shù)位數(shù)為1。1.2將已輸入的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)納入數(shù)字保護(hù)通過(guò)TurboC編程語(yǔ)言對(duì)關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)巧妙直接的操作(限于篇幅,操作源程序略),這一步對(duì)已輸入數(shù)據(jù)的站名編號(hào)進(jìn)行索引,以表格形式顯示各站已輸入數(shù)據(jù)的年份、起始月日和終止月日、總天數(shù),已輸入數(shù)據(jù)的本文于2005-03-25收到,2005-07-22收到修改稿。總站數(shù)等。按鍵及其功能:①←、數(shù)字鍵:數(shù)字鍵輸入站名編號(hào),←鍵用于修改數(shù)字;②Tab鍵:彩條光標(biāo)在要輸入的站名編號(hào)與已輸入數(shù)據(jù)的站名編號(hào)之間切換;③↑、↓、PageUp、PageDn鍵:尋找需要顯示具體數(shù)據(jù)的站名編號(hào);④Esc鍵:退出軟件系統(tǒng)。1.3水文輸入的軟件設(shè)計(jì)為了方便水文數(shù)據(jù)的輸入工作,經(jīng)設(shè)計(jì)后屏幕將顯示與水文年鑒上逐日平均流量(或水位、降雨量等)基本相同的表格。說(shuō)明如下:(1)年份欄:輸入年份,必須輸入四位整數(shù);(2)站名編號(hào)可以輸入1～8位整數(shù);(3)數(shù)據(jù)加值:可以輸入實(shí)數(shù)。若輸入該欄數(shù)值,表格內(nèi)已有的各日數(shù)據(jù)將加上該值后存入數(shù)據(jù)庫(kù)。此欄目對(duì)水位數(shù)據(jù)庫(kù)非常有用,可以隨時(shí)改變水位數(shù)據(jù)庫(kù)中的水位基面或加上某一修正值;(4)用戶說(shuō)明:可輸入任何能打印的字符。此欄目?jī)H用來(lái)顯示一些用戶的提示說(shuō)明,如水文測(cè)站說(shuō)明等;(5)逐日數(shù)據(jù)欄:若輸入數(shù)據(jù)為降雨量,允許輸入整數(shù)或帶一位小數(shù)的實(shí)數(shù);若是水位,允許輸入整數(shù)或帶不大于二位小數(shù)的實(shí)數(shù);若是流量,允許輸入整數(shù)或有多位小數(shù)的實(shí)數(shù);(6)Ins、Del功能鍵:插入、冊(cè)除數(shù)據(jù);(7)PageUP、PageDn功能鍵:向前、向后移動(dòng)整個(gè)月的數(shù)據(jù);(8)為了操作方便,特別設(shè)計(jì)了一些如F1功能鍵、F2功能鍵、Esc鍵等等,可以按需要對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。在輸入水文數(shù)據(jù)時(shí),軟件設(shè)計(jì)了以下簡(jiǎn)便的輸入方法,將大大提高數(shù)據(jù)輸入效率。(1)直接按回車鍵,當(dāng)日數(shù)據(jù)將取上一日的數(shù)據(jù);(2)輸入數(shù)據(jù)的第一位是小數(shù)點(diǎn)時(shí),當(dāng)日數(shù)據(jù)的整數(shù)部分將取上一日數(shù)據(jù)的整數(shù)部分,而小數(shù)部分則取輸入數(shù)。這對(duì)提高建立水位數(shù)據(jù)庫(kù)的效率非常有用;(3)可以直接修改數(shù)據(jù),并且在打入回車鍵以前又不想修改了,只要將彩條光標(biāo)移走,仍顯示原數(shù)值,相當(dāng)方便;(4)若輸入數(shù)據(jù)是流量或水位,表中就有“平均”這一欄,用來(lái)顯示月平均值;若是降雨量則有“總量”這一欄,顯示月降水總量。逐日數(shù)據(jù)輸入是否正確,用戶基本上可以通過(guò)這一欄檢查;(5)月份、日期在顯示屏上已經(jīng)定格,因而可以省圖不輸。上述這些簡(jiǎn)便方法,使得數(shù)據(jù)輸入的效率大大提高。另外,菜單一和菜單二所列的功能,在使用上是隨時(shí)的,即在數(shù)據(jù)輸入的任何時(shí)候都可以使用這些功能。如選擇菜單二第6條功能,屏幕將顯示水文要素過(guò)程線圖,再按任意鍵,屏幕將返回?cái)?shù)據(jù)輸入狀態(tài)。建立水文水資源數(shù)據(jù)庫(kù),為以后的水文水利分析、測(cè)報(bào)分析提供了系統(tǒng)資源,必將給水文工作帶來(lái)更加方便快捷的理想模式。2適合頻率曲線的軟件2.1設(shè)計(jì)頻率曲線的適線問(wèn)題在洪水測(cè)報(bào)方面,往往想知道洪峰洪量的等級(jí),即約為多少年一遇的洪水;在水利水電規(guī)劃設(shè)計(jì)方面,諸如設(shè)計(jì)暴雨、設(shè)計(jì)洪水、設(shè)計(jì)水位、設(shè)計(jì)年徑流等若干分析計(jì)算工作都涉及到頻率曲線,其適線工作量大,往往要經(jīng)過(guò)查表、計(jì)算、數(shù)據(jù)點(diǎn)繪、曲線繪制等多道過(guò)程,且需要重復(fù)多次,特別是現(xiàn)階段大都采用PⅢ型頻率曲線目估適線,需經(jīng)多次適線比較才能定線,若采用手工操作自然是諸多不便,宜通過(guò)計(jì)算機(jī)途徑簡(jiǎn)化。2.2cs參數(shù)的調(diào)整PⅢ型頻率曲線呈一端有限,而另一端無(wú)限的偏態(tài)分布。確定PⅢ型頻率曲線的參數(shù)有3個(gè):均值(Xˉˉˉ)(Xˉ)、離差系數(shù)(Cv)及偏態(tài)系數(shù)(Cs)。XˉˉˉXˉ、Cv的計(jì)算視樣本系列是否連續(xù)而定?！端姽こ淘O(shè)計(jì)洪水計(jì)算規(guī)范》規(guī)定,對(duì)于n年連續(xù)系列:Xˉˉˉ=1n∑i=1nXiXˉ=1n∑i=1nXiCV=1Xˉˉˉ∑i=1n(Xi?Xˉˉˉ)2n?1????????√CV=1Xˉ∑i=1n(Xi-Xˉ)2n-1對(duì)于N年不連續(xù)系列:Xˉˉˉ=1n[∑j=1aXj+N?an?k∑i=k+1nXi]Xˉ=1n[∑j=1aXj+Ν-an-k∑i=k+1nXi]Cv=1Xˉˉˉ1N?1[∑j=1a(Xj?Xˉˉˉ)2+N?an?k∑i=k+1n(Xi?Xˉˉˉ)2]???????????????????????????????????ue001?ue000ue000Cv=1Xˉ1Ν-1[∑j=1a(Xj-Xˉ)2+Ν-an-k∑i=k+1n(Xi-Xˉ)2]式中,Xj—特大特征值;Xi—一般特征值;a—特大值的總個(gè)數(shù),其中包括發(fā)生在實(shí)測(cè)系列內(nèi)的k個(gè)。Cs—因計(jì)算誤差較大,在實(shí)際工作中一般不直接計(jì)算,多采用經(jīng)驗(yàn)數(shù)值給出Cs/Cv的倍比,通過(guò)適線調(diào)整Cs。首先將樣本系列按從大到小的次序排列,然后采用經(jīng)驗(yàn)頻率公式P=m/(n+1)×100%或p=M/(N+1)×100%算出每一個(gè)特征值Xm的對(duì)應(yīng)累積頻率Pm,并得到n對(duì)的(Xm,Pm)點(diǎn),繪在頻率紙(縱坐標(biāo)為特征值Xp,橫坐標(biāo)為頻率P)上即為經(jīng)驗(yàn)頻率分布。其次,通過(guò)樣本的PⅢ分布參數(shù)特征值計(jì)算,求出P與Xp的關(guān)系,繪于上述同一張頻率紙上,檢查兩條頻率曲線配合情況。若PⅢ型曲線與經(jīng)驗(yàn)曲線配合密切,則該P(yáng)Ⅲ型曲線的參數(shù)即作為采用的參數(shù)。根據(jù)采用的參數(shù)推求各種不同設(shè)計(jì)頻率的特征值。假如配合不理想,再重新調(diào)整參數(shù)繪線,直到滿意為止?？梢?jiàn),如果手工作業(yè)進(jìn)行頻率曲線適線是相當(dāng)麻煩的。2.3軟件的設(shè)計(jì)特點(diǎn)和主要功能2.3.1基礎(chǔ)數(shù)據(jù)模塊本軟件的設(shè)計(jì)特點(diǎn)是化整為零,表現(xiàn)為多個(gè)模塊設(shè)計(jì):①主模塊;②漢字處理模塊;③基礎(chǔ)數(shù)據(jù)模塊:主要是有關(guān)PⅢ型頻率曲線的一些基本數(shù)據(jù);④樣本系列輸入模塊:包括調(diào)查系列數(shù)據(jù)、實(shí)測(cè)系列數(shù)據(jù)等;⑤適線方法模塊:主要包括目估適線法、數(shù)學(xué)矩法、概率權(quán)重法、極大似然法、權(quán)函數(shù)法等;⑥菜單操作模塊:漢字菜單的顯示及操作。2.3.2合理設(shè)計(jì)頻率曲線為了盡可能的方便操作者,頻率曲線適線軟件特別設(shè)計(jì)了如下功能:①西文方式下也能提供漢字操作說(shuō)明,軟件自帶小字庫(kù);②數(shù)據(jù)輸入表格化,一目了然;③多種適線方法選擇(除目估適線法外,其它如單權(quán)函數(shù)積分法等參照南京水文所提供編制);④自動(dòng)選取頻率曲線座標(biāo)比例,并可作適當(dāng)放大或縮小;⑤目估適線方式下,根據(jù)需要可隨意調(diào)整均值、離差系數(shù)、偏態(tài)系數(shù),并在曲線上、設(shè)計(jì)值輸出表格上即調(diào)即顯,相當(dāng)方便;⑥實(shí)線設(shè)計(jì)值表格、頻率曲線圖打印等,圖形比例正好適用于一般報(bào)告紙。2.4方法2.4.1數(shù)據(jù)輸入的配置在鍵入數(shù)據(jù)文件名、計(jì)算成果文件名后,屏幕將顯示輸入表格。(1)這些數(shù)據(jù)是由幾個(gè)團(tuán)隊(duì)測(cè)量的“年份”欄若是第一次輸入,在輸入第1個(gè)年份數(shù)字后,后面的年份將自動(dòng)按順序顯示,之后可依次填寫“數(shù)值”欄。(2)幾個(gè)數(shù)據(jù)如實(shí)測(cè)系列年份的特大值放入該欄,則實(shí)測(cè)系列數(shù)據(jù)里應(yīng)保留該值。(3)彩條標(biāo)志功能在該部份表格中輸入縱座標(biāo)和圖名,屏幕上或打印圖紙上都作漢字輸出。為數(shù)據(jù)輸入的方便,設(shè)計(jì)的功能有:①彩條光標(biāo):光標(biāo)為白色,移動(dòng)自如;②Ins鍵:按此鍵后可在彩條光標(biāo)處插入一個(gè)數(shù)據(jù);③Del鍵:按此鍵后將刪除彩條光標(biāo)處的數(shù)據(jù);④→、←、↑、↓鍵:移動(dòng)彩條光標(biāo);⑤F1鍵:樣本系列存盤后適線;⑥F2鍵:樣本系列存盤后退出;⑦F3鍵:樣本系列不存盤退出。2.4.2適宜的輸入窗口屏幕顯示頻率曲線圖后,按F1鍵可彈出適線方法選擇菜單,按F2鍵彈出功能選擇菜單,按F3鍵彈出操作提示窗口。(限于篇幅,實(shí)例說(shuō)明略。)3操作系統(tǒng)效益特性以上軟件已廣泛應(yīng)用于生產(chǎn)實(shí)踐,收到了良好的實(shí)用效果。如在淮河流域水資源規(guī)劃、南水北調(diào)東線工程、淮河干流設(shè)計(jì)洪水、淮河中游臨淮崗控制工程設(shè)計(jì)洪水、淮沂設(shè)計(jì)洪水分析等國(guó)家重點(diǎn)項(xiàng)目中,都很好地發(fā)揮了作用,使工作效率大幅度提高,并且能保證成果的精度和質(zhì)量,較好地克服了工作中對(duì)成果的人為影響。經(jīng)河海大學(xué)、安徽水科院、安徽計(jì)算機(jī)技術(shù)協(xié)會(huì)及淮委有關(guān)專家評(píng)審?fù)ㄟ^(guò),認(rèn)為“