水利工程設計常用計算公式

1、 水利常用專業(yè)計算公式一、樞紐建筑物計算1、進水閘進水流量計算：Q=B0m（2gH03）1/2式中：m 堰流流量系數 堰流側收縮系數 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 KA 式中：C謝才系數，對于平方摩阻區(qū)宜按曼寧公式確定，即CR水力半徑（m）；i渠道縱坡；A過水斷面面積（m2）；n曼寧粗糙系數，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/s

2、78;）； 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； 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，當壁面條件相同時，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、下游斷面的過水斷面面積（）；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，當斷面漸縮變化時，水頭損失計算公式為： 5、前池虹吸式進水口的設計公式（1）吼道斷面的寬高比：b0/

3、h0=1.52.5；（2）吼道中心半徑與吼道高之比：r0/h0=1.52.5；（3）進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）在前池正常水位以上的超高值：z=0.1m0.2m；（6）進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、最大負壓值出現在吼道斷面定點a處，a點的最大負壓值按下式確定：式中：前池內正常水位與最低水位之間的高差（m）；h0吼道斷面高度（m）； 從進水口斷面至吼道斷面間的水頭損失（m）； 因法向加速度所產生的附加壓強水頭（m）。附加壓強水頭按下式計算：

4、式中：吼道斷面中心半徑（m）計算結果，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，。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：（1）用真空泵抽氣發(fā)動，可根據設計條件和工況做設備選型；（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氣量可按下式估算：式中：真空破壞閥系統(tǒng)的流量系數； 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）根據庫區(qū)尺寸初佑： V=BLH/K

5、V水庫總庫容，104·m3(萬立米)。 B壩址處的河谷寬度(相當于壩頂的部儀)，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按庫尾蓄水斷面與壩址蓄水斷面之比采用的系數： l:lO時，K=32；1:5時，K=27（2）根據淹沒面積初估： 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: 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·m3(萬立米)。ho多年平均徑流深(查水文手冊)，mm(毫米)。F水庫

6、集雨面積(流域面積)，km2(平方公里)。C按以下原則采用的系數： 水庫為不完全年調節(jié) C=O.20.4 水庫為完全年調節(jié) C=O.51 水庫為不完全多年調節(jié) C=l1.3 水庫為完全多年調節(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，m³/s。 A水庫負擔的灌溉面積，104·m3(萬立米)。 C按以下原則采用的系數： 灌區(qū)內小型水利設施很少 C=O.50.8 灌區(qū)內有一些孤立的小型水利設施 C=0.40.6 灌區(qū)小型水利設施互相串連 C=0.20.34、均質土壩壩坡初估公式 m上=H/20+2，m下=H/20+1.5 m上、m下均質土壩

7、上、下游壩坡的邊坡系數。 H設計壩高，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。H設計壩高，m。6、水庫調洪演算水量平衡方程式：式中：t調洪時段，（s）Q1、Q2時段初、末進庫流量（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、進水閘進水流量計算：Q=B0m（2gH03）1/2式中：m 堰流流量系數 堰流側收縮系數 依據Q=0.97m3/s，在正常引水時進水閘凈寬為1.4m。 8、巖基上的當水墻、堰、閘等重力式建筑物，巖基底面的抗滑穩(wěn)定安全系數，應按下列抗剪斷強度公式計算

8、K1式中：K1按抗剪強度計算的抗滑穩(wěn)定安全系數； f 1混凝土與巖基接觸面的抗剪斷摩擦系數； 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）；作用在結構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 作用在結構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 K2式中：k2按抗剪強度計算的抗滑穩(wěn)定安全系數； f2混凝土與基巖接觸面的抗剪摩擦系數。9、堰流過水流量計算：Q=B0m（2gH03）1/2式中：m 堰流流量系數 堰流側收縮系

9、數 堰流淹沒系數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 Lj 水躍長度（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 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

10、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=f G/H式中：Kc抗滑穩(wěn)定安全系數 f 基礎底面與地基之間摩擦系數 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、建筑物基底應力計算：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 閘室基礎底面面積 M作用在閘室上的全部水平向和水平荷載對基礎底面垂直水流方向的形心軸的力矩（KN·m） W 閘室基礎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= F設/ F參·Q

11、參式中Q設設計站多年平均流量，m3/s； Q參參證站多年平均流量， m3/s； F設設計站流域面積，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； 損失參數，mm/h； n暴雨遞減指數； F匯流面積， km2。 匯流時間，h，=0.278； 其中：m匯流參數； 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)定系數按下式計算：h=d/

12、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，底沙容易運動，河床越不穩(wěn)定。2、橫向穩(wěn)定系數計算公式按下式計算：b=式中：Q造床流量，采用相當于頻率為50%的平灘流量作為造床流量；B相當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，可根據同一河流上的模范河段的實際資料確定。B相當于造床流量下平灘河寬（

13、m）；h平灘水深（m）。穩(wěn)定河寬采用阿爾圖寧經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，由于工程區(qū)河床橫向較不穩(wěn)定。Q采用相當于頻率為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；n根據河道特征，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設計洪峰流量；1、2上、下斷面的動量修正系數；V1、V2上、下斷面的平均水流流速

14、，(m/s)；hf 上、下斷面間的沿程水頭損失，用公式Q2×計算，=，即將流量模數的平方取算術平均值，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=（）式中：= R為水力半徑（m）； b為河寬，對梯形斷面應為水面寬（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； 斷面河相系數。6、堤頂高程計算公式堤頂高程按設計洪水位加堤頂超高確定，堤頂超高采用下式計算：YR+e+A式中：Y堤頂超高（m）； R設計波浪爬高（m）； e設

15、計風壅水面高度（m）； A安全加高（m）。7、設計波浪爬高計算公式設計波浪爬高采用公式Rp= K·K·Kv·Kp·R0·計算。K斜坡糙率滲透性系數，混凝土護面?。籏斜向波折減系數，；Kv經驗系數；KPP=2%爬高累計頻率換算系數；R0無風情況下的爬高值；8、風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計算風速，采用歷年汛期最大風速平均值的1.5倍；14、設計風壅水面計算公式設計風壅水面高度采用公式e=計算：K綜合摩阻系數；d水域的平均水深， m；F由計算點逆風向量到對岸的距離，m；

16、風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與防護岸坡在平面上的形狀有關，一般取1/4。水流斜沖防護岸坡產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護坡迎水面邊坡系數；d坡腳處土壤

17、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）·（2/1+）式中：B1河灘寬度，從河槽邊緣至坡腳距離，（m）；Q通過河灘部分的設計流量（m3/s）；H1河灘水深（m）；水流流速不均勻系數，查表得。16、混凝土護坡斜坡計算公式混凝土護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：當砼板作為堤防護面時，滿足砼板整體穩(wěn)定所需的護面板厚度度t按下式確定：t·H式中：t混凝土面板厚度（m）；系數，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

18、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沿斜坡方向的護面板長度，m；m斜坡坡率。漿砌石護坡斜坡式土堤該公式適用于m=1.5-5.0的條件，在此僅作為參考數值。式中：t漿砌石厚度（m）Q主要護面層的護面塊石個體質量t；其中：Q=0.1；KD穩(wěn)定系數；rb 漿砌石重度，26kN/m3；r水重度，10kN/m3；n護面塊石的層數；c系數。H設計波高，取H5%，；17、堤防穩(wěn)定計算公式施工期抗滑穩(wěn)定安全系數可按下式計算：水位降落期抗滑穩(wěn)定安全系數可按下式計算：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

19、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(°)；w水的重度(kN/m3)；Cu，u，Ccu，cu，土的抗剪強度指標(kN/m3)；橋梁過流能力計算現狀橋梁的過流量按無坎寬頂堰計算：Q =smb（2g）0.5Ho1.5式中：Q橋過流量（m3/s）；m包括側收縮影響的流量系數；Ho橋前水深，根據公路橋涵設計通用規(guī)范（JTGD60-2004）、公路水文勘測設計規(guī)范（JTG C30-2002），要求拱（平）頂至最高水位預留0.5m凈空（m）；b橋寬（m）。s淹沒系數。18、泵站揚程計算公式管徑確定按公式：D= 計算管徑由于管道內流速的大小直接影響工程造價和日常運轉費用，按經驗管內流速范圍一般在1.52.5之間，取V=1.5m/s的經濟流速作為設計流速。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