水利工程設(shè)計(jì)常用計(jì)算公式

1、 水利常用專業(yè)計(jì)算公式一、樞紐建筑物計(jì)算1、進(jìn)水閘進(jìn)水流量計(jì)算：q=b0m（2gh03）1/2式中：m 堰流流量系數(shù) 堰流側(cè)收縮系數(shù) 2、 明渠恒定均勻流的基本公式如下：流速公式：u 流量公式qaua流量模數(shù) ka 式中：c謝才系數(shù)，對(duì)于平方摩阻區(qū)宜按曼寧公式確定，即cr水力半徑（m）；i渠道縱坡；a過水?dāng)嗝婷娣e（m2）；n曼寧粗糙系數(shù)，其值按sl 18確定。3、水電站引水渠道中的水流為緩流。水面線以a1型壅水曲線和b1型落水曲線最為常見。求解明渠恒定緩變流水面曲線，宜采用逐段試算法，對(duì)棱柱體和非棱柱渠道均可應(yīng)用。逐段試算法的基本公式為 x=式中：x流段長(zhǎng)度（m）； g重力加速度（m/s）；

2、h1、h2分別為流段上游和下游斷面的水深（m）； v1、v2分別為流段上游和下游斷面的平均流速（m/s）； a1、a2分別為流段上游和下游斷面的動(dòng)能修正系數(shù)； 流段的平均水里坡降，一般可采用 或式中：hfx段的水頭損失（m）； n1、n2分別為上、下游斷面的曼寧粗糙系數(shù)，當(dāng)壁面條件相同時(shí)，則n1=n2=n； r1、r2分別為上、下游斷面的水力半徑（m）； a1、a2分別為上、下游斷面的過水?dāng)嗝婷娣e（）；4、各項(xiàng)水頭損失的計(jì)算如下：（1）沿程水頭損失的計(jì)算公式為（2）漸變段的水頭損失，當(dāng)斷面漸縮變化時(shí)，水頭損失計(jì)算公式為： 5、前池虹吸式進(jìn)水口的設(shè)計(jì)公式（1）吼道斷面的寬高比：b0/h0=1.5

3、2.5；（2）吼道中心半徑與吼道高之比：r0/h0=1.52.5；（3）進(jìn)口斷面面積與吼道斷面面積之比：a1/a0=22.5；（4）吼道斷面面積與壓力管道面積之比：a0/am=11.65；（5）吼道斷面底部高程（b點(diǎn)）在前池正常水位以上的超高值：z=0.1m0.2m；（6）進(jìn)口斷面河吼道斷面間的水平距離與其高度之比：l/p=0.70.9；6、最大負(fù)壓值出現(xiàn)在吼道斷面定點(diǎn)a處，a點(diǎn)的最大負(fù)壓值按下式確定：式中：前池內(nèi)正常水位與最低水位之間的高差（m）；h0吼道斷面高度（m）； 從進(jìn)水口斷面至吼道斷面間的水頭損失（m）； 因法向加速度所產(chǎn)生的附加壓強(qiáng)水頭（m）。附加壓強(qiáng)水頭按下式計(jì)算：式中：吼道斷

4、面中心半徑（m）計(jì)算結(jié)果，須滿足下列條件：式中： ha計(jì)算斷面處的大氣壓強(qiáng)水柱高（m）； hv水的氣化壓強(qiáng)水柱高（m）最小淹沒深度s，可按下式估算：式中：吼道斷面的水流弗勞德數(shù)，。虹吸的發(fā)動(dòng)與斷流宜選用以下的幾種裝置和方法來實(shí)現(xiàn)：（1）用真空泵抽氣發(fā)動(dòng)，可根據(jù)設(shè)計(jì)條件和工況做設(shè)備選型；（2）自發(fā)動(dòng)；（3）水力真空裝置；（4）水箱抽氣裝置。斷流裝置常采用真空破壞閥。在已知hb、a值時(shí)，真空破壞時(shí)的瞬間最大進(jìn)氣量可按下式估算：式中：真空破壞閥系統(tǒng)的流量系數(shù)； 真空破壞閥的斷面面積（）； 分別為水河空氣的密度。7、水庫蓄水容積1、總庫容估算公式 （1）根據(jù)庫區(qū)尺寸初佑： v=blh/k v水庫總庫容

5、，104m3(萬立米)。 b壩址處的河谷寬度(相當(dāng)于壩頂?shù)牟績(jī)x)，m。 l蓄水后庫區(qū)延伸長(zhǎng)度(回水長(zhǎng)度)，km(公里)。 h最大壩前水深，m。 k按庫尾蓄水?dāng)嗝媾c壩址蓄水?dāng)嗝嬷炔捎玫南禂?shù)： l:lo時(shí)，k=32；1:5時(shí)，k=27（2）根據(jù)淹沒面積初估： v=ha/k v水庫總庫容，104m3(萬立米)。 a庫區(qū)最大水面面積(淹沒面積)，畝。 k按以下原則采用的系數(shù): 庫底平坦 k=2530， 庫底坡度陡 k=30382、有效庫容估算公式： v=chofv水庫有效庫容，104m3(萬立米)。ho多年平均徑流深(查水文手冊(cè))，mm(毫米)。f水庫集雨面積(流域面積)，km2(平方公里)。c按以

6、下原則采用的系數(shù)： 水庫為不完全年調(diào)節(jié) c=o.20.4 水庫為完全年調(diào)節(jié) c=o.51 水庫為不完全多年調(diào)節(jié) c=l1.3 水庫為完全多年調(diào)節(jié) c=1.31.53、水庫灌溉放水流量估算公式： q=ca q最大灌溉放水流量，m/s。 a水庫負(fù)擔(dān)的灌溉面積，104m3(萬立米)。 c按以下原則采用的系數(shù)： 灌區(qū)內(nèi)小型水利設(shè)施很少 c=o.50.8 灌區(qū)內(nèi)有一些孤立的小型水利設(shè)施 c=0.40.6 灌區(qū)小型水利設(shè)施互相串連 c=0.20.34、均質(zhì)土壩壩坡初估公式 m上=h/20+2，m下=h/20+1.5 m上、m下均質(zhì)土壩上、下游壩坡的邊坡系數(shù)。 h設(shè)計(jì)壩高，m。5、堆石壩壩坡初估公式m上=h

7、/30+1.5，m下=1.31.5m上、m下堆石壩上、下游壩坡的邊坡系數(shù)。h設(shè)計(jì)壩高，m。6、水庫調(diào)洪演算水量平衡方程式：式中：t調(diào)洪時(shí)段，（s）q1、q2時(shí)段初、末進(jìn)庫流量（m3/s）q1、q2時(shí)段初、末出庫流量（m3/s）v1、v2時(shí)段初、末水庫庫容 7、樞紐建筑物計(jì)算1、進(jìn)水閘進(jìn)水流量計(jì)算：q=b0m（2gh03）1/2式中：m 堰流流量系數(shù) 堰流側(cè)收縮系數(shù) 依據(jù)q=0.97m3/s，在正常引水時(shí)進(jìn)水閘凈寬為1.4m。 8、巖基上的當(dāng)水墻、堰、閘等重力式建筑物，巖基底面的抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)，應(yīng)按下列抗剪斷強(qiáng)度公式計(jì)算 k1式中：k1按抗剪強(qiáng)度計(jì)算的抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)； f 1混凝土與巖基接觸

8、面的抗剪斷摩擦系數(shù)； c混凝土與巖基接觸面的抗剪斷粘聚力（mpa）； a建筑物與巖基接觸面的面積（m2）；作用在結(jié)構(gòu)物上的全部荷載對(duì)計(jì)算滑動(dòng)面的法向分量（包括揚(yáng)壓力）（kn）；p 作用在結(jié)構(gòu)物上的全部荷載對(duì)計(jì)算滑動(dòng)面的切向分量（包括揚(yáng)壓力）（kn）；對(duì)中、小型工程，若無條件進(jìn)行抗剪試驗(yàn)取得c值時(shí)，也可按下列抗剪強(qiáng)度公式計(jì)算巖基底面的抗滑穩(wěn)定安全系數(shù) k2式中：k2按抗剪強(qiáng)度計(jì)算的抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)； f2混凝土與基巖接觸面的抗剪摩擦系數(shù)。9、堰流過水流量計(jì)算：q=b0m（2gh03）1/2式中：m 堰流流量系數(shù) 堰流側(cè)收縮系數(shù) 堰流淹沒系數(shù)10、挖深式消力池校核長(zhǎng)度計(jì)算：lsj=ls+lj式中：

9、lsj 消力池長(zhǎng)度（m） ls 消力池斜坡段投影長(zhǎng)度（m） 水躍長(zhǎng)度校正系數(shù) lj 水躍長(zhǎng)度（m）1、挖深式消力池深度按下式校核：d= hc hs z ls+ lj式中：d 消力池深度 (m) hc水躍躍后水深 (m) hs出池河床水深 (m) z出池落差 (m)2、護(hù)坦式海漫長(zhǎng)度計(jì)算：lp=ks（q（h）1/2）1/2式中：lp 海漫長(zhǎng)度 (m) ks 海漫長(zhǎng)度計(jì)算系數(shù) q 消力池末端單寬流量（m3/s） h 下泄時(shí)上下游水位差（m）3、穩(wěn)定河寬阿爾圖寧公式：b=aq0.5/j0.2式中：b 穩(wěn)定河寬（m） a 河寬系數(shù)取1.5（m2） q 造床流量（m3/s） j 河床比降11、建筑物基底

10、抗滑穩(wěn)定校核：kc=f g/h式中：kc抗滑穩(wěn)定安全系數(shù) f 基礎(chǔ)底面與地基之間摩擦系數(shù) g作用于堰體、閘室上的全部豎向荷載 h作用于堰體、閘室上的全部水平荷載2、建筑物基底應(yīng)力計(jì)算：pminmax=g/am+m/w式中：pminmax閘室基底壓力的最大值和最小值（kn/m2） am 閘室基礎(chǔ)底面面積 m作用在閘室上的全部水平向和水平荷載對(duì)基礎(chǔ)底面垂直水流方向的形心軸的力矩（knm） w 閘室基礎(chǔ)底面對(duì)該底面垂直水流方向的形心軸的截面矩（m3）12、水文計(jì)算公式1、水文比擬法：q設(shè)= f設(shè)/ f參q參式中q設(shè)設(shè)計(jì)站多年平均流量，m3/s； q參參證站多年平均流量， m3/s； f設(shè)設(shè)計(jì)站流域面

11、積，km2； f參參證站流域面積，km2。2、水文等值線圖法：q=1000fr/（360036524）式中r多年平均徑流深。 f設(shè)計(jì)站流域面積，km2；3、（水文洪水）水科院推理公式：q=0.278f式中：q洪峰流量，m3/s； s雨力，mm/h； 損失參數(shù)，mm/h； n暴雨遞減指數(shù)； f匯流面積， km2。 匯流時(shí)間，h，=0.278； 其中：m匯流參數(shù)； j主河槽比降； l主河道長(zhǎng)度，km；13、河道穩(wěn)定性計(jì)算1、縱向穩(wěn)定系數(shù)按下式計(jì)算：h=d/hj式中：d床砂平均粒徑（m）；h平灘水深（m）；j縱坡，為7.9；研究表明，h值越大，水流作用越弱，底沙不易運(yùn)動(dòng)，河床越穩(wěn)定；反之，則h值越小

12、，水流作用越強(qiáng)，底沙容易運(yùn)動(dòng)，河床越不穩(wěn)定。2、橫向穩(wěn)定系數(shù)計(jì)算公式按下式計(jì)算：b=式中：q造床流量，采用相當(dāng)于頻率為50%的平灘流量作為造床流量；b相當(dāng)于造床流量下平灘河寬（m），為52m；j縱坡；研究表明，b值越大，河身相對(duì)較窄，比降較少，水流平緩歸順，河岸越穩(wěn)定；b值越小，河身相對(duì)較寬，河岸越不穩(wěn)定。3、河道相關(guān)系計(jì)算公式用寬深比公式計(jì)算，即：=b0.5/h式中：斷面河相系數(shù)，可根據(jù)同一河流上的模范河段的實(shí)際資料確定。b相當(dāng)于造床流量下平灘河寬（m）；h平灘水深（m）。穩(wěn)定河寬采用阿爾圖寧經(jīng)驗(yàn)公式和河道水流阻力連續(xù)方程式兩種辦法計(jì)算。阿爾圖寧經(jīng)驗(yàn)公式：b=aq0.5/j0.2計(jì)算：式中：

13、b穩(wěn)定河段的水面寬度。a穩(wěn)定河道系數(shù)，由于工程區(qū)河床橫向較不穩(wěn)定。q采用相當(dāng)于頻率為50%的平灘流量作為造床流量m3/s。河道水流阻力連續(xù)方程式：b=其中：斷面河相系數(shù)；n根據(jù)河道特征，選取河床綜合糙率；b穩(wěn)定河段的水面寬度。4、洪水水面線計(jì)算公式水面線按下列公式計(jì)算：z1+=z2+ hf+hj式中：z1、z2上、下游斷面水位高程（m）；兩斷面水平距離（m）；q設(shè)計(jì)洪峰流量；1、2上、下斷面的動(dòng)量修正系數(shù)；v1、v2上、下斷面的平均水流流速，(m/s)；hf 上、下斷面間的沿程水頭損失，用公式q2計(jì)算，=，即將流量模數(shù)的平方取算術(shù)平均值，k =。hj上、下斷面間的局部水頭損失，按下列情況計(jì)算：

14、（1）河槽斷面收縮 hj=0.2（）（2）河槽斷面擴(kuò)大 hj=0.2（）5、 彎道段計(jì)算公式hj=（）式中：= r為水力半徑（m）； b為河寬，對(duì)梯形斷面應(yīng)為水面寬（m）； r為河彎軸線的彎曲半徑（m）； l為河彎軸線的長(zhǎng)度（m）； c為謝才系數(shù)； 斷面河相系數(shù)。6、堤頂高程計(jì)算公式堤頂高程按設(shè)計(jì)洪水位加堤頂超高確定，堤頂超高采用下式計(jì)算：yr+e+a式中：y堤頂超高（m）； r設(shè)計(jì)波浪爬高（m）； e設(shè)計(jì)風(fēng)壅水面高度（m）； a安全加高（m）。7、設(shè)計(jì)波浪爬高計(jì)算公式設(shè)計(jì)波浪爬高采用公式rp= kkkvkpr0計(jì)算。k斜坡糙率滲透性系數(shù)，混凝土護(hù)面??；k斜向波折減系數(shù)，；kv經(jīng)驗(yàn)系數(shù)；kpp

15、=2%爬高累計(jì)頻率換算系數(shù)；r0無風(fēng)情況下的爬高值；8、風(fēng)浪要素選用莆田試驗(yàn)站公式計(jì)算：其中：平均波周期，s； l堤前波浪的波長(zhǎng)，m； 堤前波浪的平均波高，m； v計(jì)算風(fēng)速，采用歷年汛期最大風(fēng)速平均值的1.5倍；14、設(shè)計(jì)風(fēng)壅水面計(jì)算公式設(shè)計(jì)風(fēng)壅水面高度采用公式e=計(jì)算：k綜合摩阻系數(shù)；d水域的平均水深， m；f由計(jì)算點(diǎn)逆風(fēng)向量到對(duì)岸的距離，m；風(fēng)向與垂直于堤軸線的法線的夾角。15、沖刷深度公式計(jì)算水流平行于岸坡產(chǎn)生的沖刷深度可按下式計(jì)算：hb=hp（vcp /v充）n-1+hp式中：hb局部沖刷深度（m），從水面算起； hp沖刷處的水深（m），以近似設(shè)計(jì)水位最大深度代替； vcp平均流速（m

16、/s）； v充砂礫石段河床面上允許不沖流速（m/s）； n與防護(hù)岸坡在平面上的形狀有關(guān)，一般取1/4。水流斜沖防護(hù)岸坡產(chǎn)生的沖刷深度可按下式計(jì)算：hp=（23tg（a/2）vj2）/（1+m2）0.5g）-30d式中：hp從河底算起的局部沖刷深度（m）；a水流與岸坡交角（度）；m護(hù)坡迎水面邊坡系數(shù)；d坡腳處土壤計(jì)算粒徑，取大于15%（按重量計(jì)）的篩孔直徑（m）；vj水流局部沖刷流速（m3/s），按灘地河床段計(jì)算：g重力加速度，取9.8。vj=（q/b1h1）（2/1+）式中：b1河灘寬度，從河槽邊緣至坡腳距離，（m）；q通過河灘部分的設(shè)計(jì)流量（m3/s）；h1河灘水深（m）；水流流速不均勻系數(shù)

17、，查表得。16、混凝土護(hù)坡斜坡計(jì)算公式混凝土護(hù)坡斜坡式土堤滿足混凝土板整體穩(wěn)定所需的最小厚度由下式確定：當(dāng)砼板作為堤防護(hù)面時(shí)，滿足砼板整體穩(wěn)定所需的護(hù)面板厚度度t按下式確定：th式中：t混凝土面板厚度（m）；系數(shù)，對(duì)開縫板可取0. 075；對(duì)上部為開縫板，下部為閉縫板可取0.10；h計(jì)算波高，取h1%；rb混凝土的重度25kn/m3；r水的重度10kn/m3；l波長(zhǎng)m；b沿斜坡方向的護(hù)面板長(zhǎng)度，m；m斜坡坡率。漿砌石護(hù)坡斜坡式土堤該公式適用于m=1.5-5.0的條件，在此僅作為參考數(shù)值。式中：t漿砌石厚度（m）q主要護(hù)面層的護(hù)面塊石個(gè)體質(zhì)量t；其中：q=0.1；kd穩(wěn)定系數(shù)；rb 漿砌石重度，

18、26kn/m3；r水重度，10kn/m3；n護(hù)面塊石的層數(shù)；c系數(shù)。h設(shè)計(jì)波高，取h5%，；17、堤防穩(wěn)定計(jì)算公式施工期抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)可按下式計(jì)算：水位降落期抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)可按下式計(jì)算：式中 ：b條塊寬度(m)；w條塊重力(kn)，w=wl+w2+wzb；wl在堤坡外水位以上的條塊重力(kn)；w2在堤坡外水位以下的條塊重力(kn)；z在堤坡外水位高出條塊底面中點(diǎn)的距離(m)；ui水位降落前堤身的孔隙壓力(kpa)；b條塊的重力線與通過此條塊底面中點(diǎn)的半徑之間的夾角()；w水的重度(kn/m3)；cu，u，ccu，cu，土的抗剪強(qiáng)度指標(biāo)(kn/m3)；橋梁過流能力計(jì)算現(xiàn)狀橋梁的過流量按無坎寬頂堰計(jì)算：q =smb（2g）0.5ho1.5式中：q橋過流量（m3/s）；m包括側(cè)收縮影響的流量系數(shù)；ho橋前水深，根據(jù)公路橋涵設(shè)計(jì)通用規(guī)范（jtgd60-2004）、公路水文勘測(cè)設(shè)計(jì)規(guī)范（jtg c30-2002），要求拱（平）頂至最高水位預(yù)留0.5m凈空（m）；b橋?qū)挘╩）。s淹沒系數(shù)。18、泵站揚(yáng)程計(jì)算公式管徑確定按公式：d= 計(jì)算管徑由于管道內(nèi)流速的大小直接影響工程造價(jià)和日常運(yùn)轉(zhuǎn)費(fèi)用，按經(jīng)驗(yàn)管內(nèi)流速范圍一般在1.52.5之間，取v=1.5m/s的經(jīng)濟(jì)流速作為設(shè)計(jì)流速。揚(yáng)程確定揚(yáng)程由凈揚(yáng)程和損失揚(yáng)程兩部分組成，損失揚(yáng)程由沿程損失和局部損失兩部分組成。沿程損失按下式計(jì)算： v=