沟渠水力计算

一、降雨强度计算已知：上海；设计重现期P＝2年；设计降雨历时t＝5分钟；径流系数=0.9 计算：设计降雨强度q＝((17.812+14.668×Lg(2))/((5+10.472)0.796))×1000/6＝418.66升/秒•公顷。

二、FX100排水沟水力计算1、已知：水深＝0.12米；沟宽＝0.1米；粗糙系数n＝0.001 ；2、计算：计算时将U形排水沟分为上部矩形和下部半圆形计算。

矩形部分：水深70mm ，底宽:100mm；计算过程：湿周＝2×0.07+0.1＝0.24m ；过流面积＝0.1×0.07＝0.007平米；水力半径＝0.007/0.24＝0.0292m ；流速v＝((0.02922/3)×(0.0010.5))/0.001＝3m/s ；矩形天沟排水量Q＝3×0.007×1000＝21L/s。

半圆形部分：半径为50mm；计算过程：湿周＝3.14×0.05＝0.157m ；过流面积＝0.5×3.14×0.05×0.05＝0.0039平米；水力半径＝0.0039/0.157＝0.0248m ；流速v＝((0.02482/3)×(0.0010.5))/0.001＝2.69m/s ；半圆形天沟排水量Q＝2.69×0.0039×1000＝10.49L/s 。

3、FX100排水沟排水能力=21+10.49=31.49L/s4、FX100排水沟基本资料：三、FX150排水沟水力计算1、已知：水深＝0.21米；沟宽＝0.15米；粗糙系数n＝0.001 ；2、计算：计算时将U形排水沟分为上部矩形和下部半圆形计算。

矩形部分：水深135mm ，底宽:150mm；计算过程：湿周＝2×0.135+0.15＝0.42m ；过流面积＝0.15×0.135＝0.0203平米；水力半径＝0.0203/0.42＝0.0483m ；流速v＝((0.04832/3)×(0.0010.5))/0.001＝4.19m/s ；矩形天沟排水量Q＝4.19×0.0203×1000＝85.06L/s 。

排洪沟编号集雨面积（km 2）（河长）沟长(km)平均坡降(‰)洪峰流量(m 3/s)1#0.0130.2231.80.0982#0.0060.1643.80.048R—水力半径；χ—排水沟断面湿周；C—谢才系数；排洪沟断面按明渠均匀流公式谢才公式计算：R=A/χC=R 1/6/n式中： Q—设计坡面最大径流量；A—排水沟断面面积； ＝85mm，Cv6＝0.50=140mm，Cv 24＝0.45　根据项目区1：10000地形图量测区内各溪流集雨面积、河道长、坡降，其它参数参照当地水文部门提供的数据，分别计算两条排洪沟10年一遇的洪峰流量，详见表5-5。

表5-5 项目区排洪沟设计洪水社硎排水沟是如何计算（3）排洪沟水力计算 社硎村兰前后山经常由于暴雨产生漫流，损毁房屋基础以及农田，项目设置两条排洪沟，汇集山坡漫流，直排入河。

因流域内无实测水文资料，采用推理公式由暴雨推求设计洪水，暴雨参数由《福建省暴雨等值线图》查得：　＝48mm，Cv1＝0.45hH 1h H 6h H 24RiC A Q105260min420.5 3.569.7283.58101.646h1000.5 3.516619927724h 1200.6 3.5213.6264290.4下面这个表我是从其他《水土保持方案》复制过来的，他们是从那里查来的？是不是其他项目也可以用？根据《福建省暴雨等值线图》和《中国暴雨统计参数图集》，项目区暴雨特征值见表4-1。

表4-1 项目区暴雨特值设计频率暴雨值（mm,P= %)设计频率暴雨值（mm,P= %)中的（P= %)表示什么意思？暴雨历时均值(mm)变差系数Cv Cs/Cv n—沟渠的糙率，浆砌石明沟取0.025；i—沟道比降。

经计算，设计排洪沟断面能满足洪水过流要求。

是不是表示1小时的平均降水量48mm？ 是不是表示6小时的平均降水量85mm？ 是不是表示24小时的平均降水量140mm？A—（是不是表示要求得排水沟的断面面积？）式中R（从那里来？）R是不是水力半径RQ—设计坡面最大径流量；（从那里来？）R—水力半径；（从那里来？）C—谢才系数；（从那里来？）χ—排水沟断面湿周；（从那里来？）Cv6＝0.50是表示什么意思？Cv24＝0.45是表示什么意思？Cv1＝0.45是表示什么意思？hH 1hH 6hH 24n—沟渠的糙率，（从那里来？）浆砌石明沟取0.025；（从那里来？）i—沟道比降。

排洪沟编号集雨面积（km 2）（河长）沟长(km)平均坡降(‰)洪峰流量(m 3/s)1#0.0130.2231.80.0982#0.0060.1643.80.048R—水力半径；χ—排水沟断面湿周；C—谢才系数；排洪沟断面按明渠均匀流公式谢才公式计算：R=A/χC=R 1/6/n式中： Q—设计坡面最大径流量；A—排水沟断面面积； ＝85mm，Cv6＝0.50=140mm，Cv 24＝0.45　根据项目区1：10000地形图量测区内各溪流集雨面积、河道长、坡降，其它参数参照当地水文部门提供的数据，分别计算两条排洪沟10年一遇的洪峰流量，详见表5-5。

表5-5 项目区排洪沟设计洪水社硎排水沟是如何计算（3）排洪沟水力计算 社硎村兰前后山经常由于暴雨产生漫流，损毁房屋基础以及农田，项目设置两条排洪沟，汇集山坡漫流，直排入河。

因流域内无实测水文资料，采用推理公式由暴雨推求设计洪水，暴雨参数由《福建省暴雨等值线图》查得：　＝48mm，Cv1＝0.45hH 1h H 6h H 24h H 1h H 6hH 24RiC A Qn—沟渠的糙率，浆砌石明沟取0.025；i—沟道比降。

经计算，设计排洪沟断面能满足洪水过流要求。

下面这个表我是从其他《水土保持方案》复制过来的，他们是从那里查来的？是不是其他项目也可以用？根据《福建省暴雨等值线图》和《中国暴雨统计参数图集》，项目区暴雨特征值见表4-1。

设计频率暴雨值（mm,P= %)中的（P= %)表示什么意思？ 是不是表示1小时的平均降水量48mm？ 是不是表示6小时的平均降水量85mm？ 是不是表示24小时的平均降水量140mm？A—（是不是表示要求得排水沟的断面面积？）式中R（从那里来？）R是不是水力半径RQ—设计坡面最大径流量；（从那里来？）R—水力半径；（从那里来？）C—谢才系数；（从那里来？）χ—排水沟断面湿周；（从那里来？）Cv6＝0.50是表示什么意思？Cv24＝0.45是表示什么意思？Cv1＝0.45是表示什么意思？hH 1hH 6hH 24n—沟渠的糙率，（从那里来？）浆砌石明沟取0.025；（从那里来？）i—沟道比降。

明渠均匀流的水力计算明渠均匀流的水力计算，可分为两类：一类是对已建成的渠道，此类计算主要是校核计算，例如，校核流量、流速，求某渠段通水后的糙率等。

另一类是为设计新渠道进行水力计算，如确定底宽b、水深h、底坡i等等。

这两类计算，都是如何应用明渠均匀流基本公式的问题。

在实际工程中，梯形断面渠道应用最广，现以梯形渠道为例，来说明经常遇到的几种水力计算类型。

由明渠均匀流计算的基本公式和梯形断面各水力要素的计算公式可得231Q A Rn===(4-15)从上式中可看出Q=f(b,h,m,n,i)。

根据此表达式，我们可对梯形渠道进行水力计算。

现用算例说明。

4.1 已成渠道的水力计算如果已知其它五个数值，要求流量Q，或要求流速v，或要求糙率n，只要应用基本公式，进行简单的代数运算，就可直接求得结果。

[例4-1] 有一预制的混凝土渡槽，断面为矩形，底宽b=1.0m，底坡i=0.005，均匀流水深h=0.5m，糙率n=0.014，求通过的流量及流速。

解：矩形断面，边坡系数m=0，代入基本公式(4-15)得[]())()535323230.51.020.0142bhQn b h===+（m3/s）12.00.5Qvbh==== (m/s)[例4-2] 一梯形渠道，流量Q=16m3/s，边坡系数m=1.5，底宽b=3.0m，水深h=2.84m，底坡i=1/6000，求渠道的糙率n。

解：A=(b+mh)h=(3+1.5×2.84)×2.84=20.62m1620.62QvA====0.78m/s2313.24bχ=+=+=m20.6213.24ARχ===1.56m所以0.0223n===4.2 设计新渠道的水力计算如果已知其它五个数值，要求水深h ，或要求底宽b ，因为在基本公式(4-15)中表达b 和h 的关系式都是高次方程，不能采用直接求解法，而只能采用试算法。

试算法步骤如下：假设若干个h 值，代入基本公式，计算相应的Q 值；若所得的Q 值与已知的相等，相应的h 值即为所求。

排洪沟编号集雨面积（km 2）（河长）沟长(km)平均坡降(‰)洪峰流量(m 3/s)1#0.0130.2231.80.0982#0.0060.1643.80.048R—水力半径；χ—排水沟断面湿周；排洪沟断面按明渠均匀流公式谢才公式计算： R=A/χC=R 1/6/n式中： Q—设计坡面最大径流量；A—排水沟断面面积； ＝85mm，Cv6＝0.50=140mm，Cv 24＝0.45　根据项目区1：10000地形图量测区内各溪流集雨面积、河道长、坡降，其它参数参照当地水文部门提供的数据，分别计算两条排洪沟10年一遇的洪峰流量，详见表5-5。

表5-5 项目区排洪沟设计洪水社硎排水沟是如何计算（3）排洪沟水力计算 社硎村兰前后山经常由于暴雨产生漫流，损毁房屋基础以及农田，项目设置两条排洪沟，汇集山坡漫流，直排入河。

因流域内无实测水文资料，采用推理公式由暴雨推求设计洪水，暴雨参数由《福建省暴雨等值线图》查得：　＝48mm，Cv1＝0.45hH 1h H 6h H 24h H 1h H 6hH 24RiC A QC—谢才系数；n—沟渠的糙率，浆砌石明沟取0.025；i—沟道比降。

经计算，设计排洪沟断面能满足洪水过流要求。

下面这个表我是从其他《水土保持方案》复制过来的，他们是从那里查来的？是不是其他项目也可以用？根据《福建省暴雨等值线图》和《中国暴雨统计参数图集》，项目区暴雨特征值见表4-1。

设计频率暴雨值（mm,P= %)中的（P= %)表示什么意思？ 是不是表示1小时的平均降水量48mm？ 是不是表示6小时的平均降水量85mm？ 是不是表示24小时的平均降水量140mm？A—（是不是表示要求得排水沟的断面面积？）式中R（从那里来？）R是不是水力半径RQ—设计坡面最大径流量；（从那里来？）R—水力半径；（从那里来？）C—谢才系数；（从那里来？）Cv6＝0.50是表示什么意思？Cv24＝0.45是表示什么意思？Cv1＝0.45是表示什么意思？hH 1hH 6hH 24χ—排水沟断面湿周；（从那里来？）n—沟渠的糙率，（从那里来？）浆砌石明沟取0.025；（从那里来？）i—沟道比降。

一、降雨强度计算已知：上海；设计重现期P＝2年；设计降雨历时t＝5分钟；径流系数=0.9 计算：设计降雨强度q＝((17.812+14.668×Lg(2))/((5+10.472)0.796))×1000/6＝418.66升/秒•公顷。

二、FX100排水沟水力计算1、已知：水深＝0.12米；沟宽＝0.1米；粗糙系数n＝0.001 ；2、计算：计算时将U形排水沟分为上部矩形和下部半圆形计算。

矩形部分：水深70mm ，底宽:100mm；计算过程：湿周＝2×0.07+0.1＝0.24m ；过流面积＝0.1×0.07＝0.007平米；水力半径＝0.007/0.24＝0.0292m ；流速v＝((0.02922/3)×(0.0010.5))/0.001＝3m/s ；矩形天沟排水量Q＝3×0.007×1000＝21L/s。

半圆形部分：半径为50mm；计算过程：湿周＝3.14×0.05＝0.157m ；过流面积＝0.5×3.14×0.05×0.05＝0.0039平米；水力半径＝0.0039/0.157＝0.0248m ；流速v＝((0.02482/3)×(0.0010.5))/0.001＝2.69m/s ；半圆形天沟排水量Q＝2.69×0.0039×1000＝10.49L/s 。

3、FX100排水沟排水能力=21+10.49=31.49L/s4、FX100排水沟基本资料：三、FX150排水沟水力计算1、已知：水深＝0.21米；沟宽＝0.15米；粗糙系数n＝0.001 ；2、计算：计算时将U形排水沟分为上部矩形和下部半圆形计算。

矩形部分：水深135mm ，底宽:150mm；计算过程：湿周＝2×0.135+0.15＝0.42m ；过流面积＝0.15×0.135＝0.0203平米；水力半径＝0.0203/0.42＝0.0483m ；流速v＝((0.04832/3)×(0.0010.5))/0.001＝4.19m/s ；矩形天沟排水量Q＝4.19×0.0203×1000＝85.06L/s 。

第一章明渠水力计算明渠水力计算分为明渠均匀流计算及明渠非均匀流计算，这不仅是渠道工程设计的主要计算项目，也是灌区水工建筑物设计中最基本的水力计算项目。

在渡槽、涵洞、陡坡等建筑物的设计中，常需推算水面线，水面线的推算属于明渠非均匀流计算。

消能计算中的下游尾水深计算及渡槽槽身的水力计算都是明渠均匀流计算；水面线计算中的正常水深也是按明渠均匀流计算。

因此本书将首先在此简要介绍明渠水力计算。

第一节单式断面明渠均匀流水力计算一、计算公式明渠均匀流的基本计算公式如式(1—1)一式(1—3)；二、计算类型根据设计条件及要求，单式断面明渠均匀流一般可分为以下(种计算情况：(1)已知设计流量、渠底比降及渠底宽，计算水深。

(2)已知设计流量，渠底比降及水深，计算渠底宽。

(3)已知设计流量及过水断面面积、计算渠底比降。

(4)已知过水断面面积及渠底比降，计算过水流量。

上述第(3)、(4)两种情况可由式(1—1)直接求得计算结果，但不是设计中的主要计算情况．第(1)、(2)两种情况，因式(1—1)中的w、R、C 等值均包含有渠底宽及第1页水深两个未知数，因此不可能由式(1—1)简单求解，而需要经过反复试算才能得到计算结果，这两种是设计中常见的情况，为了减少计算工作量，过去多是借助有关的计算图表进行计算，现在则可采用电算。

三、算例现以算例介绍单式断面明渠均匀流不同计算情况的计算方法和步骤。

[例1—1，已知某梯形断面渠槽的渠底宽为b＝1．5m，水深为h--3．2m，边坡系数[例1—2] 已知某梯形断面渠槽的设计流量为Q＝20．07m^3／s，渠底宽为b--1．Sm，边坡系数为m--2．5，渠底比降i=1／7000，糙率为n=0．025。

试计算渠道水深。

解：本倒不可能由式(1—1)一次算出水深，需通过假定不同的水深反复试算才能求得所需值。

计算步骤是首先假定一个水深值，计算相应的w、R、C等值，然后按式(1—1)计算过水流量，如流量计算值小于设计流量，表明假定的水深偏小，再加大水深值重新计算；反之，则表明假定的水深偏大，再减小水深值重新计算，如此反复多次，直至按假定的水深计算的过水流量渐进等于设计流量时，该水深即为所求水深。