水利工程常用計算公式

1、.水利專業(yè)常用計算公式一、樞紐建筑物計算1、進(jìn)水閘進(jìn)水流量計算：3）1/2Q=B0 m（ 2gH0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：uCRi流量公式QAu A CRi流量模數(shù)KACR式中： C謝才系數(shù)，對于平方摩阻區(qū)宜按曼寧公式確定，即C 1 R1/6nR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a v2a

2、v22211h2h12g2g x=i - if式中： x流段長度（m）；g重力加速度（m/s2）；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能修正系數(shù)；i f 流段的平均水里坡降，一般可采用1-h f1n12 v 12n 22 v 22i fi f 1i f 2 或 i f2R 14/3R24/32x.式中： hf x 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，則n1=n2=n；R1、 R2 分別為上、下游斷面的水力半徑（m）；A 1、 A 2分別

3、為上、下游斷面的過水?dāng)嗝婷娣e（）；4、各項水頭損失的計算如下：（ 1）沿程水頭損失的計算公式為h fx n12 v 12n 22 v 222 R14 /3R24 /3（ 2）漸變段的水頭損失，當(dāng)斷面漸縮變化時，水頭損失計算公式為：h h c h fv 22v12i f Lf c2g2g5、前池虹吸式進(jìn)水口的設(shè)計公式（ 1）吼道斷面的寬高比： b0/h 0=1.5 2.5；（ 2）吼道中心半徑與吼道高之比：r0/h =1.5 2.5 ；0（ 3）進(jìn)口斷面面積與吼道斷面面積之比：A /A =2 2.5 ；10（ 4）吼道斷面面積與壓力管道面積之比：A0/A M=1 1.65 ；（ 5）吼道斷面底部

4、高程（ b 點）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=0.7 0.9；6、最大負(fù)壓值出現(xiàn)在吼道斷面定點a 處， a 點的最大負(fù)壓值按下式確定：2*ph B、 ah00hw2g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）；h w 從進(jìn)水口斷面至吼道斷面間的水頭損失（m）；*p / 因法向加速度所產(chǎn)生的附加壓強(qiáng)水頭（m）。附加壓強(qiáng)水頭按下式計算：2*20 1p /02gh 002式中：0 吼道斷面中心半徑（m）計算結(jié)果，須滿足下列條件：h B、 ah a h v式中： h 計算斷面處的大氣壓強(qiáng)水柱

5、高（m）；a.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：S / h0 （1 1.75） F 0式中： F 0 吼道斷面的水流弗勞德數(shù)，F(xiàn) 0V0 /gh 0 。虹吸的發(fā)動與斷流宜選用以下的幾種裝置和方法來實現(xiàn)：（ 1）用真空泵抽氣發(fā)動，可根據(jù)設(shè)計條件和工況做設(shè)備選型；（ 2）自發(fā)動；（ 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，真空破壞時的瞬間最大進(jìn)氣量可按下式估算：Qa 2gh B 、aa式中：真空破壞閥系統(tǒng)的流量系數(shù)；a 真空破壞閥的斷面面積（）；、 a 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)

6、尺寸初佑： V=BLH/K V 水庫總庫容， 104·m3( 萬立米 ) 。B 壩址處的河谷寬度 ( 相當(dāng)于壩頂?shù)牟績x ) ， m。L 蓄水后庫區(qū)延伸長度 ( 回水長度 ) ，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， K=32； 1:5 時， K=27（ 2）根據(jù)淹沒面積初估： V=HA/K V 水庫總庫容， 104· m3( 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，104

7、3; m3( 萬立米 ) 。ho多年平均徑流深( 查水文手冊) ， mm(毫米 ) 。F水庫集雨面積( 流域面積 ) ， km2( 平方公里 ) 。C按以下原則采用的系數(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=CAQ最大灌溉放水流量，m3/s 。A水庫負(fù)擔(dān)的灌溉面積，43萬立米)。10 · m(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

8、公式m 上=H/20+2， m下 =H/20+1.5m 上、 m下均質(zhì)土壩上、下游壩坡的邊坡系數(shù)。H 設(shè)計壩高， m。5、堆石壩壩坡初估公式m上 =H/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)計壩高， m。6、水庫調(diào)洪演算水量平衡方程式：Q1Q2 tQ1Q2tV1V222式中：t 調(diào)洪時段，（ s）Q1、Q2 時段初、末進(jìn)庫流量（m3/s）Q 、 Q 時段初、末出庫流量（3m /s）12V 1、V 2 時段初、末水庫庫容7、樞紐建筑物計算1、進(jìn)水閘進(jìn)水流量計算：Q=B 0m（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=0.97

9、m 3/s，在正常引水時進(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)度公式計算K 1f1 W cAP式中： K 1按抗剪強(qiáng)度計算的抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)；f 1混凝土與巖基接觸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）；W 作用在結(jié)構(gòu)物上的全部荷載對計算滑動面的法向分量（包括揚(yáng)壓力）（ kN ）；P 作用在結(jié)構(gòu)物上的全部荷載對計算滑動面的切向分量（包括揚(yáng)壓力）（ kN ）；對中、小型工程，若無條件進(jìn)行抗剪試驗取得c 值時，也可按下列抗剪強(qiáng)度公式計算巖基底面的抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)

10、2f2 WK P式中： k2按抗剪強(qiáng)度計算的抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)；f 2混凝土與基巖接觸面的抗剪摩擦系數(shù)。9、堰流過水流量計算：Q=B 0m（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度計算：Lsj=Ls+ Lj式中： Lsj 消力池長度（ m）Ls 消力池斜坡段投影長度（m） 水躍長度校正系數(shù)Lj 水躍長度（ m）1、挖深式消力池深度按下式校核：csjLd= hh Z Ls+式中： d 消力池深度 (m)hc 水躍躍后水深(m)s(m)h 出池河床水深 Z出池落差 (m)2、護(hù)坦式海漫長度計算：L p=Ks （ q（ H） 1/2） 1/2式中

11、： L p 海漫長度 (m)Ks 海漫長度計算系數(shù)q 消力池末端單寬流量（m3/s） H 下泄時上下游水位差（m）3、穩(wěn)定河寬阿爾圖寧公式：B=AQ 0.5/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、建筑物基底抗滑穩(wěn)定校核：K c=f G/ H.式中： K c 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)力計算：minmaxmP= G/A + M/W式中： Pminmax 閘室基底壓力的最大值和最小值（KN/m 2）A m 閘室基礎(chǔ)底面

12、面積 M 作用在閘室上的全部水平向和水平荷載對基礎(chǔ)底面垂直水流方向的形心軸的力矩（ KN·m）W 閘室基礎(chǔ)底面對該底面垂直水流方向的形心軸的截面矩（m3）12、水文計算公式1、水文比擬法：Q 設(shè)= F 設(shè)/ F 參 ·Q 參式中 Q 設(shè)計站多年平均流量，3/s；設(shè)mQ 參 參證站多年平均流量，m3/s；F 設(shè) 設(shè)計站流域面積，km2；F 參 參證站流域面積，km2。2、水文等值線圖法：Q=1000F·R/（ 3600 ×365 ×24）式中 R 多年平均徑流深。F 設(shè)計站流域面積，km2；3、（水文洪水）水科院推理公式： Q=0.278S

13、83; Fn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。 匯流時間， h， =0.278L；11mJ 3 Q 4其中： m 匯流參數(shù)；J 主河槽比降；L 主河道長度，km ；13、河道穩(wěn)定性計算1、縱向穩(wěn)定系數(shù)按下式計算：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，底沙不易運動，河床越穩(wěn)定；反之，則h 值越小，水流作用越強(qiáng)，底沙容易運動，河床越不穩(wěn)定。2、橫向穩(wěn)定系數(shù)計算公式Q 0.5按下式計算：b= B ? J 0.2式中：Q造床流量

14、，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，河身相對較寬，河岸越不穩(wěn)定。3、河道相關(guān)系計算公式用寬深比公式計算，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)驗公式和河道水流阻力連續(xù)方程式兩種辦法計算。阿爾圖寧經(jīng)驗公式：B=A·Q0.5/J0.2 計算：式中： 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。

15、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：6511Q ? n ? 3B=1J2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、洪水水面線計算公式水面線按下列公式計算：.1V122V22f+hjZ +2g=Z +2g+ h式中： Z1、 Z2上、下游斷面水位高程（m）；X 兩斷面水平距離（ m）；Q設(shè)計洪峰流量；1、 2上、下斷面的動量修正系數(shù)；V1、 V2上、下斷面的平均水流流速，(m/s)；222K 2 ，即將流量模數(shù)的平方取hf 上、下斷面間的沿程水頭損失，用公式Q2× X2 計算， K =K1K2算術(shù)平均

16、值，2K =A?R3。nhj上、下斷面間的局部水頭損失，按下列情況計算：（ 1）河槽斷面收縮V22V12hj =0.2 ×（）2 g2g（ 2）河槽斷面擴(kuò)大V12V22hj =0.2 ×（）2g2g5、 彎道段計算公式V22V12hj=（）2g2g19.62L3b式中： =1rC 2 R4R為水力半徑（m）；b為河寬，對梯形斷面應(yīng)為水面寬（m）；r為河彎軸線的彎曲半徑（m）；L 為河彎軸線的長度（m）；C為謝才系數(shù)；斷面河相系數(shù)。6、堤頂高程計算公式堤頂高程按設(shè)計洪水位加堤頂超高確定，堤頂超高采用下式計算：Y R+e+A式中： Y 堤頂超高（ m）；R 設(shè)計波浪爬高（m）；

17、e 設(shè)計風(fēng)壅水面高度（m）；.A 安全加高（ m）。7、設(shè)計波浪爬高計算公式設(shè)計波浪爬高采用公式Rp= K ·K ·K v·K p·R0·H 計算。K 斜坡糙率滲透性系數(shù)，混凝土護(hù)面取；K 斜向波折減系數(shù)， ；K v 經(jīng)驗系數(shù)；K P P=2%爬高累計頻率換算系數(shù)；R0 無風(fēng)情況下的爬高值；8、風(fēng)浪要素選用莆田試驗站公式計算：0.45g H0.70.0018 gF0.13th 0.7gdthV 2V2V20.70.13th 0.7 gdV 20.5gT13.9 g HVV 22gT2 dLth2L其中： T 平均波周期， s；L 堤前波浪的波長

18、，m；H 堤前波浪的平均波高，m；V 計算風(fēng)速，采用歷年汛期最大風(fēng)速平均值的1.5 倍；14、設(shè)計風(fēng)壅水面計算公式設(shè)計風(fēng)壅水面高度采用公式e= KV 2 F cos 計算：2gdK 綜合摩阻系數(shù)；d 水域的平均水深，m；F 由計算點逆風(fēng)向量到對岸的距離，m；風(fēng)向與垂直于堤軸線的法線的夾角。15、沖刷深度公式計算水流平行于岸坡產(chǎn)生的沖刷深度可按下式計算：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)計水位最大深度代替；vcp 平均流速（ m/s）；.v 充 砂礫石段河床面上允許不沖流速（m/s）；n 與

19、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算： hp=（ 23tg（ a/2）·V j 2） /（ 1+m2） 0.5·g） -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 坡腳處土壤計算粒徑，取大于15%（按重量計）的篩孔直徑（m）；V j 水流局部沖刷流速（m3/s），按灘地河床段計算：g 重力加速度，取9.8。V j=（ Q/B 1H 1） ·（ 2 /1+）式中：B 1 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)計流量（m3/s）；H 1

20、 河灘水深（ m）；水流流速不均勻系數(shù)，查表得。16、混凝土護(hù)坡斜坡計算公式混凝土護(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，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：t ·Hr? LrbrBm式中：t 混凝土面板厚度（m）；系數(shù)，對開縫板可取0. 075；對上部為開縫板，下部為閉縫板可取0.10；H 計算波高，取H 1%；rb 混凝土的重度25kN/m 3；r 水的重度10kN/m 3 ；L 波長 m；B 沿斜坡方向的護(hù)面板長度，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。.1Q3t

21、nc0.1rb式中：t 漿砌石厚度（ m）Q 主要護(hù)面層的護(hù)面塊石個體質(zhì)量t；其中：Q=0.1rb H 3；rb3K D1mrK D 穩(wěn)定系數(shù)；rb 漿砌石重度， 26kN/m 3；r 水重度， 10kN/m 3；n 護(hù)面塊石的層數(shù)；c 系數(shù)。H設(shè)計波高，取H5%，；17、堤防穩(wěn)定計算公式施工期抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)可按下式計算：水位降落期抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)可按下式計算：式中 ： b 條塊寬度 (m) ；W 條塊重力 (kN) ， W=W l+W 2+wZb；W l 在堤坡外水位以上的條塊重力(kN) ；W 2 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的距離(m) ；ui

22、 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的半徑之間的夾角w3( °)； 水的重度 (kN/m )；C ， C， ，土的抗剪強(qiáng)度指標(biāo)(kN/m )；uucucu3橋梁過流能力計算.現(xiàn)狀橋梁的過流量按無坎寬頂堰計算：Q = sm b（2g） 0.5H o1.5式中： Q 橋過流量（ m3/s）；m包括側(cè)收縮影響的流量系數(shù)；H 橋前水深，根據(jù)公路橋涵設(shè)計通用規(guī)范（ JTGD60-2004 ）、公路水文勘測設(shè)計規(guī)范（JTGoC30-2002 ），要求拱（平）頂至最高水位預(yù)留0.5m 凈空（ m）；b橋?qū)挘?m）。s 淹沒系數(shù)。18、泵站揚(yáng)程計算公式管徑確定按公式： D=計算管徑由于管道內(nèi)流速的大小直接影響工程造價和日常運轉(zhuǎn)費用，按經(jīng)驗管內(nèi)流速范圍一般在1.5 2.5 之間，取 V=1.5m/s 的經(jīng)