水利專業(yè)常用計算公式
、樞紐建筑物計算
1、進水閘進水流量計算： 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＝ C Ri
流量公式
Q＝Au＝ A C Ri
流量模數(shù)
K＝A C 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＝ 1 R1/ 6
n
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 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
h2 | 22 a2v2 a1v1 h1 2g 1 2g |
△ 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)；
hf | 1 | 22 | 22 |
n1v1 | n2v2 |
x | 2 | R14/3 | R24/3 |
| | | |
1 if1 if2 或 if
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
22
v 2 v1
hω hc hf f c 2 1 i f L
c f c 2g 2g
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： r 0/h 0=1.5 —2.5 ；
（3）進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/A M=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 點的最大負壓值按下式確定：
hw —從進水口斷面至吼道斷面間的水頭損失（ m）；
式中： 0 —吼道斷面中心半徑（ m）
計算結(jié)果，須滿足下列條件：
hB、 a h a h v
式中： h a—計算斷面處的大氣壓強水柱高（ m）；
H v —水的氣化壓強水柱高（ 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 0 V0 / gh0 。 |
| |
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氣量可按下式估算：
Q | a 2ghB、a a |
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（㎡） ； |
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、 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/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=25~30 ， 庫底坡度陡 K=30~38
2、有效庫容估算公式： V=ChoF
V—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=1.3~1.5
3、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(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=0.2~0.3
4、均質(zhì)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(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=1.3~1.5
m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、末進庫流量（ m3/s） |
Q1′、 | Q2′— | —時段初、末出庫流量（ m3/s） |
V 1、 | V 2 —— | 時段初、末水庫庫容 |
| | |
Q1 Q2 t
2
Q1 Q2 t
2
7、樞紐建筑物計算
1、進水閘進水流量計算： Q=B 0δε（m2gH03）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=0.97m 3/s，在正常引水時進水閘凈寬為 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＝ f1 W cA
P
式中： K1—按抗剪強度計算的抗滑穩(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面的抗滑 穩(wěn)定安全系數(shù)
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=B0δε（m2gH03） 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+ β Lj
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=hc hs △Z Ls+ β j L 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(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： Kc=f Σ G/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)
Σ G—作用于堰體、閘室上的全部豎向荷載
Σ 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=Σ G/Am+Σ M/W
