水利工程設(shè)計常用計算公式

1、水利常用專業(yè)計算公式、樞紐建筑物計算1、進水閘進水流量計算：Q=BS & m( 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：流量公式Qi= Au= AC t Ri流量模數(shù)K= AC R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= 1R1/6nr水力半徑（m ；i 渠道縱坡；a過水斷面面積（吊）；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al型壅水曲線和bl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2a“2g

2、2h a界 2hh2h12g x=ITf式中： x流段長度（m ；g重力加速度（m/s2）；h !、h2分別為流段上游和下游斷面的水深（m；v 1、V2分別為流段上游和下游斷面的平均流速（m/s）;a 1、a2分別為流段上游和下游斷面的動能修正系數(shù)；if 流段的平均水里坡降，一般可采用if1 -if i2hf12 2門1 V12 2n 2V224/34/3xR1R2if2 或|f式中：hf x段的水頭損失（m）；n i、n2分別為上、下游斷面的曼寧粗糙系數(shù)，當壁面條件相同時，則n1=n2=n；r 1、艮一一分別為上、下游斷面的水力半徑（m ；A 1、A分別為上、下游斷面的過水斷面面積（川）;4

3、、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(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 0=1.5 2.5 ；3）進口斷面面積與吼道斷面面積之比： A1/A0=22.5 ；z=0.1m4）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：0.2m；6）進口斷面河吼道斷面間的水平距離與其高度之比： l/P=0.7 0.9 ；6、最大負壓值出現(xiàn)在吼道斷面定點 a處，a點的

4、最大負壓值按下式確定:式中： 前池內(nèi)正常水位與最低水位之間的高差（m）；ho吼道斷面高度（m）；hw 從進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)生的附加壓強水頭（ m；。附加壓強水頭按下式計算:式中：o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：F。一吼道斷面的水流弗勞德數(shù)，F(xiàn)。V/.gho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

5、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(shù)；a 真空破壞閥的斷面面積（川）；、 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)尺寸初佑： V=BLH/Kv 水庫總庫容，io4 m（萬立米）B 壩址處的河谷寬度 （相當于壩頂?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 按庫尾蓄水斷面與壩址蓄水斷面之比采用的系數(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，io4 m（萬立米）。A 庫區(qū)最大水面

6、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 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），km（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 水庫負擔(dān)的灌溉面積，io4m（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=

7、O.5o.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+1.5m上、m下一均質(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下一堆石壩上、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：At調(diào)洪時段，（s）Q、Q2時段初、末進庫流量（nVs）q、q時段初、末出庫流量（m/s）V 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=BS& m( 2gH03) 1/2式中：

8、 m 堰流流量系數(shù) 堰流側(cè)收縮系數(shù)依據(jù)Q=0.97nVs，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(shù)，應(yīng)按列抗剪斷強度公式計算fi W cA式中：Ki按抗剪強度計算的抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)；fi混凝土與巖基接觸面的抗剪斷摩擦系數(shù);MPa；c 混凝土與巖基接觸面的抗剪斷粘聚力（a 建筑物與巖基接觸面的面積（吊）；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

9、面的抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)f2 WP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)31/29、堰流過水流量計算： Q=B m（ 2gH）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+ B Lj式中： Lsj 消力池長度（ m）Ls 消力池斜坡段投影長度（ m）B 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=hc hs Z Ls+ B Lj 式中： d 消力池深度 （m）hc 水躍躍后水深（m）h s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

10、/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/J 0.2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=f工G/XH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)工G作用于堰體、閘室上的全部豎向荷載工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：Pminmax=2 G/An+2 M/W式中：Pminmax閘室基底壓力的最大值和最小值（KN/m）A m 閘室基礎(chǔ)底面面積工M作用

11、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- mW 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，m/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/ (3600X 365X 24)式中R多年平均徑流深。7SQ=0.278 斗 -FF 設(shè)計站流域面積，km23、（水文洪水）水科院推理公式：式中：q洪峰流量，m/s ；S雨力，mm/h卩 損失參數(shù)，mm/h暴雨遞減指數(shù);

12、L1 1 ；mJ3Q7F 匯流面積，km2。t匯流時間，h,T =0.278其中：m匯流參數(shù)；J 主河槽比降；L 主河道長度，km13、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 %0；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(shù)計算公式按下式計算：bQ05B ? J 0.2式中：Q造床流量，采用相當于頻率為 50%勺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52mJ縱坡;研究表明，b值越大，河身相對較窄，比降較

13、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：E =B.5/h式中：E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=AQ .5/J 0.2 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采用相當于頻率為50%勺平灘流量作為造床流量nVs河道水流阻力連續(xù)方程式:611B=Q ? n ? Z31J2其中：一一斷面河相系數(shù);n根據(jù)河道特征，選取河床綜合糙率;

14、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:乙+人二乙+迪+ hf+h2g2g式中：Zi、Z2上、下游斷面水位咼程（m；x 兩斷面水平距離（m；Q設(shè)計洪峰流量；V V上、下斷面的平均水流流速，（m/s）;X2 K 2 K 2hf 上、下斷面間的沿程水頭損失，用公式計算，k =0 乞，即將K2流量模數(shù)的平方取算術(shù)平均值，2A?R3K =。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h j=0.2 X(止2g(2)河槽斷面擴大h j=0.2 X(2g5、彎道段計算公式hj=隘鯊)2g 2g式中：E=畔丄1C2Rr 為水力半徑（m ；b 為河寬，對梯形斷

15、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)；E 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= KhKvKpR H計算Ka斜坡糙率滲透性系數(shù)，混凝土護面取; 氐 斜向波折減系數(shù)，；K/ 經(jīng)驗系數(shù)；矗一一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：T 平均波周期，s；l 堤前波浪

16、的波長，mH堤前波浪的平均波高，mV 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 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，mB 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 N 充）n-1 +hp式中：hB局部沖刷深度（m,從水面算起；h p沖刷處的水深（m,以近似設(shè)計水位最大深度代替;v cp平均流速（m/s）;v 充砂礫石段河床面上允許不沖流速（m/s）;與防護岸坡在平面上的形狀有關(guān)，一般取 1/4水流斜

17、沖防護岸坡產(chǎn)生的沖刷深度可按下式計算： hp= (23tg ( a/2 )Vj2) / (1+rn) 0.5 g) -30d式中： h p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(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/BH）（2n /1+ n）式中：Bi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（m/s）；Hi河灘水深（m；水流流速不均勻系數(shù)，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

18、板整體穩(wěn)定所需的最小厚度由下式確定：t按下式確定: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Bm式中：t混凝土面板厚度（R）；7系數(shù)，對開縫板可取 0. 075H計算波高，取Hi%;rb混凝土的重度 25kN/m；r水的重度10kN/m；L波長g;對上部為開縫板，下部為閉縫板可取 0.10;b沿斜坡方向的護面板長度，mm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(shù)值。式中：t漿砌石厚度（mQ主要護面層的護面塊石個體質(zhì)量t ；其中:Q=0.1 KdKd穩(wěn)定系數(shù)；rb 漿砌石重度，26kN/mi;r 水重度，IOkN/卅；n護面塊石的層數(shù)

19、；c系數(shù)。H設(shè)計波高，取H%,;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=WW+p 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( ) ;丫 w水的重度(kN/m3);G, u, Gu, cu，土的抗剪強度指標(kN/m ); 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=c sm b（ 2g） 0.5HO1.5式中：q橋過流量（m/s）；m 包括側(cè)收縮影響的流量系數(shù)；H0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（JTG C30-2002）,要求拱（平）頂至最高水位預(yù)留 0.5m凈空（m）；a s淹沒系數(shù)。18、泵站揚程計算公式 管徑確定按公式：Dn匚-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)濟流速作為設(shè)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