水利工程設(shè)計(jì)常用計(jì)算公式

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=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(duì)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(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/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(dòng)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(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—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(diǎn)）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(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(lái)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(kù)蓄水容積1、總庫(kù)容估算公式（1）根據(jù)庫(kù)區(qū)尺寸初佑：V=BLH/KV—水庫(kù)總庫(kù)容，104·m3(萬(wàn)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(kù)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(kù)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/KV—水庫(kù)總庫(kù)容，104·m3(萬(wàn)立米)。A—庫(kù)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(kù)底平坦K=25~30，庫(kù)底坡度陡K=30~382、有效庫(kù)容估算公式：V=ChoFV—水庫(kù)有效庫(kù)容，104·m3(萬(wàn)立米)。ho—多年平均徑流深(查《水文手冊(cè)》)，mm(毫米)。F—水庫(kù)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(kù)為不完全年調(diào)節(jié)C=O.2~0.4水庫(kù)為完全年調(diào)節(jié)C=O.5~1水庫(kù)為不完全多年調(diào)節(jié)C=l~1.3水庫(kù)為完全多年調(diào)節(jié)C=1.3~1.53、水庫(kù)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(kù)負(fù)擔(dān)的灌溉面積，104·m3(萬(wàn)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(jì)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(jì)壩高，m。6、水庫(kù)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(kù)流量（m3/s）Q1′、Q2′——時(shí)段初、末出庫(kù)流量（m3/s）V1、V2——時(shí)段初、末水庫(kù)庫(kù)容7、樞紐建筑物計(jì)算1、進(jìn)水閘進(jìn)水流量計(jì)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(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)；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(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(wú)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=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(zhǎng)度計(jì)算：Lsj=Ls+βLj式中：Lsj—消力池長(zhǎng)度（m）Ls—消力池斜坡段投影長(zhǎng)度（m）β—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=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(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(jì)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(duì)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(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(jì)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(shí)間，h，τ=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)算縱向穩(wěn)定系數(shù)按下式計(jì)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(yùn)動(dòng)，河床越穩(wěn)定；反之，則Φh值越小，水流作用越強(qiáng)，底沙容易運(yùn)動(dòng)，河床越不穩(wěn)定。、橫向穩(wěn)定系數(shù)計(jì)算公式按下式計(jì)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(duì)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(duì)較寬，河岸越不穩(wěn)定。河道相關(guān)系計(jì)算公式用寬深比公式計(jì)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(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。①阿爾圖寧經(jīng)驗(yàn)公式：B=A·Q0.5/J0.2計(jì)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(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；α1、α2──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：（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=ξ（）式中：ξ=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)；ξ──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：Y＝R+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=Kβ·K△·Kv·Kp·R0·計(jì)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(yàn)系數(shù)；KP——P=2%爬高累計(jì)頻率換算系數(shù)；R0——無(wú)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；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(jì)算①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/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(jì)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(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）·（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(jì)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(jì)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(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：t＝η·H式中：t——混凝土面板厚度（m）；η——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。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(gè)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(jì)波高，取H5%，；17、堤防穩(wěn)定計(jì)算公式①施工期抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)可按下式計(jì)算：②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+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(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(°)；γw——水的重度(kN/m3)；Cu，φu，Ccu，φcu，土的抗剪強(qiáng)度指標(biāo)(kN/m3)；③橋梁過流能力計(jì)算現(xiàn)狀橋梁的過流量按無(wú)坎寬頂堰計(jì)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(jì)通用規(guī)范》（JTGD60-2004）、《公路水文勘測(cè)設(shè)計(jì)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(yáng)程計(jì)算公式①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1.5—2.5之間，取V=1.5m/s的經(jīng)濟(jì)流速作為設(shè)計(jì)流速。②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=C