水利工程設(shè)計常用計算公式

水利常用專業(yè)計算公式一、樞紐建筑物計算1、進(jìn)水閘進(jìn)水流量計算：Q=B0δεm(2gH03）1/2式中：m—堰流流量系數(shù)ε—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Q＝Au＝A流量模數(shù)K＝A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＝R—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SL18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△x=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)；--流段的平均水里坡降，一般可采用或式中：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）；A1、A2——分別為上、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(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：5、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/h0=1。5—2。5；(2）吼道中心半徑與吼道高之比:r0/h0=1。5—2.5;（3）進(jìn)口斷面面積與吼道斷面面積之比：A1/A0=2—2。5；（4)吼道斷面面積與壓力管道面積之比：A0/AM=1-1。65;（5）吼道斷面底部高程(b點）在前池正常水位以上的超高值:△z=0。1m—0。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：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)生的附加壓強水頭(m）。附加壓強水頭按下式計算:式中：-吼道斷面中心半徑(m）計算結(jié)果,須滿足下列條件:式中：ha—計算斷面處的大氣壓強水柱高(m）；Hv—水的氣化壓強水柱高(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：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/KV—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/KV—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=25~30,庫底坡度陡K=30～382、有效庫容估算公式:V=ChoFV—水庫有效庫容，104·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.2～0。4水庫為完全年調(diào)節(jié)C=O。5~1水庫為不完全多年調(diào)節(jié)C=l～1.3水庫為完全多年調(diào)節(jié)C=1.3～1.53、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,104·m3(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.5~0.8灌區(qū)內(nèi)有一些孤立的小型水利設(shè)施C=0。4～0.6灌區(qū)小型水利設(shè)施互相串連C=0。2~0。34、均質(zhì)土壩壩坡初估公式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=1.3~1.5m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：式中:△t—-調(diào)洪時段,（s）Q1、Q2--時段初、末進(jìn)庫流量(m3/s）Q1′、Q2′——時段初、末出庫流量（m3/s)V1、V2—-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=B0δεm(2gH03）1/2式中：m—堰流流量系數(shù)ε—堰流側(cè)收縮系數(shù)依據(jù)Q=0.97m3/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)按下列抗剪斷強度公式計算K1＝式中：K1—按抗剪強度計算的抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)；f1—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）；—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，也可按下列抗剪強度公式計算巖基底面的抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)K2＝式中：k2—按抗剪強度計算的抗滑穩(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、堰流過水流量計算：Q=B0δεm（2gH03）1/2式中：m—堰流流量系數(shù)ε—堰流側(cè)收縮系數(shù)δ—堰流淹沒系數(shù)10、挖深式消力池校核長度計算：Lsj=Ls+βLj式中：Lsj-消力池長度（m）Ls—消力池斜坡段投影長度（m）β—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：d=hchs△ZLs+βLj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)坦式海漫長度計算:Lp=Ks(q（△H)1/2)1/2式中：Lp—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=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、建筑物基底抗滑穩(wěn)定校核：Kc=fΣG/ΣH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)ΣG-作用于堰體、閘室上的全部豎向荷載ΣH-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：Pminmax=ΣG/Am+ΣM/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ΣM—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)——設(shè)計站多年平均流量，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。278·F式中：Q——洪峰流量，m3/s；S——雨力，mm/h；μ——損失參數(shù)，mm/h；n—-暴雨遞減指數(shù)；F-—匯流面積,km2。τ——匯流時間，h，τ=0。278；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)定性計算縱向穩(wěn)定系數(shù)按下式計算：Φh=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,Φh值越大，水流作用越弱，底沙不易運動，河床越穩(wěn)定；反之，則Φh值越小，水流作用越強,底沙容易運動,河床越不穩(wěn)定。、橫向穩(wěn)定系數(shù)計算公式按下式計算:Φb=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，Φb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；Φb值越小，河身相對較寬，河岸越不穩(wěn)定.河道相關(guān)系計算公式用寬深比公式計算，即：ξ=B0。5/h式中：ξ—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.①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。Q──采用相當(dāng)于頻率為50％的平灘流量作為造床流量m3/s.②河道水流阻力連續(xù)方程式:B=其中:ζ-—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：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)計洪峰流量；α1、α2──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）；hf──上、下斷面間的沿程水頭損失，用公式Q2×計算,=，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，按下列情況計算：(1）河槽斷面收縮hj=0。2×（）（2）河槽斷面擴大hj=0。2×（）5、彎道段計算公式hj=ξ（）式中：ξ=R──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);ξ──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）;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=Kβ·K△·Kv·Kp·R0·計算。K△--斜坡糙率滲透性系數(shù)，混凝土護(hù)面取;Kβ——斜向波折減系數(shù)，;Kv——經(jīng)驗系數(shù)；KP——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：其中：——平均波周期，s;L——堤前波浪的波長，m；——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=計算：K——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;β--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①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—-與防護(hù)岸坡在平面上的形狀有關(guān)，一般取1/4。②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）·Vj2）/(（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）；Vj——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。Vj=（Q/B1H1）·(2η/1+η）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)計流量（m3/s）；H1-—河灘水深（m）;η--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①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＝η·H式中：t——混凝土面板厚度(m）;η——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H1％;rb—-混凝土的重度25kN/m3；r—-水的重度10kN/m3;L--波長m;B——沿斜坡方向的護(hù)面板長度,m；m——斜坡坡率.②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)面塊石個體質(zhì)量t;其中：Q=0.1;KD—-穩(wěn)定系數(shù)；rb--漿砌石重度,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)計波高，取H5％，;17、堤防穩(wěn)定計算公式①施工期抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)可按下式計算:②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=Wl+W2+ρwZb；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的半徑之間的夾角（°）；γw——水的重度（kN/m3)；Cu，φu，Ccu，φcu，土的抗剪強度指標(biāo)（kN/m3）;③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=σsm′b′(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)計通用規(guī)范》（JTGD60—2004)、《公路水文勘測設(shè)計規(guī)范》（JTGC30—2002),要求拱（平）頂至最高水位預(yù)留0。5m凈空（m）；b′——橋?qū)挘╩)。σs——淹沒系數(shù)。18、泵站揚程計算公式①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)濟(jì)流速作為設(shè)計流速.②揚程確定揚程由凈揚程和損失揚程兩部分組成，損失揚程由沿程損失和局部損失兩部分組成。沿程損失按下式計算：v=C式中:C--謝才系數(shù)R——過水?dāng)嗝嫠?/p>