过水断面计算表

第三章给水排水管道系统水力计算基础本章内容：1、水头损失计算2、无压圆管的水力计算3、水力等效简化本章难点：无压圆管的水力计算第一节基本概念一、管道内水流特征进行水力计算前首先要进行流态的判别。

判别流态的标准采用临界雷诺数Re k，临界雷诺数大都稳定在2000左右，当计算出的雷诺数Re小于2000时，一般为层流，当Re大于4000时，一般为紊流，当Re介于2000到4000之间时，水流状态不稳定，属于过渡流态。

对给水排水管道进行水力计算时，管道内流体流态均按紊流考虑紊流流态又分为三个阻力特征区：紊流光滑区、紊流过渡区及紊流粗糙管区。

二、有压流与无压流水体沿流程整个周界与固体壁面接触，而无自由液面，这种流动称为有压流或压力流。

水体沿流程一部分周界与固体壁面接触，另一部分与空气接触，具有自由液面，这种流动称为无压流或重力流给水管道基本上采用有压流输水方式，而排水管道大都采用无压流输水方式。

从水流断面形式看，在给水排水管道中采用圆管最多三、恒定流与非恒定流给水排水管道中水流的运动，由于用水量和排水量的经常性变化，均处于非恒定流状态，但是，非恒定流的水力计算特别复杂，在设计时，一般也只能按恒定流(又称稳定流)计算。

四、均匀流与非均匀流液体质点流速的大小和方向沿流程不变的流动，称为均匀流；反之，液体质点流速的大小和方向沿流程变化的流动，称为非均匀流。

从总体上看，给水排水管道中的水流不但多为非恒定流，且常为非均匀流，即水流参数往往随时间和空间变化。

对于满管流动，如果管道截面在一段距离内不变且不发生转弯，则管内流动为均匀流；而当管道在局部有交汇、转弯与变截面时，管内流动为非均匀流。

均匀流的管道对水流的阻力沿程不变，水流的水头损失可以采用沿程水头损失公式进行计算；满管流的非均匀流动距离一般较短，采用局部水头损失公式进行计算。

对于非满管流或明渠流，只要长距离截面不变，也没有转弯或交汇时，也可以近似为均匀流，按沿程水头损失公式进行水力计算，对于短距离或特殊情况下的非均匀流动则运用水力学理论按缓流或急流计算。

1、上游渠道水深h 01.1 已知数据上游渠道设计流量（m 3/s ）：Q=5 上游渠道断面参数：底宽（m ）:b=1.4边坡系数：m=0底坡：i=0.01渠床糙率：n=0.0181.1 用试算法计算上游渠道水深h 02、下游渠道水深h 0计算2.1 已知数据下游渠道设计流量（m 3/s ）：Q=5 下游渠道断面参数：底宽（m ）:b=1.4边坡系数：m=0底坡：i=0.012渠床糙率：n=0.0182.2 用试算法计算下游渠道水深h 03、渡槽底坡i 、槽身净宽B 、净深H 设计3.1 已知数据渡槽长度（m ）：L=105渡槽设计流量（m 3/s ）：Q=5渡槽加大流量（m 3/s）：Q=6渡槽糙率：n=0.018渡槽纵坡：i=0.0144、渡槽总水头损失计算进口段局部水头损失系数：ξ1=0.1出口段局部水头损失系数：ξ2=0.3允许水头损失（m ）：［△Z ］=1.61取出口渐变段长度（m ）：L 2=106、进出口槽底高程计算6.1 已知数据进口前渠底高程（m ）：▽3=1445.99计算：校核：审查：日期：日期：日期：陈军编制贵州省水利水电勘测设计研究院上游渠底高程1445.99i=0.01下游渠底高程1444.52i=0.012渡槽105m i=0.014提示一：计算稿中未着色部分需要你手工输入数据，着色部分为自动计算数据。

提示二：计算稿中所列计算公式参见《灌溉与排水设计规范》及有关水力学书籍。

提示三：本计算稿采用C5(162×229mm）排版，接近16K。

提示四：梁式渡槽满槽时槽内水深与水面宽度的比值一般取0.6～0.8；拱式渡槽可适当减少。

提示五：槽身过水断面的平均流速宜控制为1.0～2.0m/s 。

提示六：局部水头损失系数查《灌溉与排水工程设计规范》P110页表示六：局部水头损失系数查《灌溉与排水工程设计规范》P110页表M.0.2-1和M.0.2-2。

口槽底高程=1444.52m。

v(m/s) 1.352
Q(m^3/s) 10.070
计算
底坡比降 I
0.002
流速 流 量
v(m/s) 1.586
Q(m^3/s) 10.097
计算
底坡比降 I
0.002
流速 流 量
v(m/s) 1.587
Q(m^3/s) 10.066
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过水断面面积（m2）：A=(b+mh0)h0 湿周（m）：X=b+2√1+m2h0
0.5000
0.40
0.291
1.400
0.208 0.016
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引水渠试 算
水深 h(m) 5.00 22
底宽 b(m) 10.00
水深 h(m) 1.92
底宽 b(m) 1.00
边坡 m
2.00
梯形渠道断面尺寸、水深计算
过水 面积 A(m *m)
湿周 χ(m)
水力半径 R(m)
寸、水深计算
谢才系数 底坡比降
C(m^1/2/s)
I
流速 v(m/s)
谢才系数：C=1/nR1/6 流 量 流量（m3/s）:Q=AC√Ri
Q(m^3/s)
43.887
0.001
寸、水深计算
谢才系数 底坡比降
2.440 流速
243.962 流量
C(m^1/2/s)
I
v(m/s) Q(m^3/s)
49.606
糙率 n
谢才系 数
C(m^1/ 2/s)
#### 32.361
3.090
0.0275 43.887

(1)当洪水频率为P=1/10时： 过水断面面积 A=21×1×（179.30-178.00)+21×3×(179.30-177.10)+21×2×(179.30-177.10)+ 21×2×(179.30-176.70)+21×4.5×(179.30-178.70)+21×4.5×(179.30-176.70)+ 21×0.5×(179.30-178.70)=18.05m² 湿周半径：S=（1.3²+1²)1/2+（0.9²+3²)1/2+(0.4²+2²)1/2+(2²+4.5²)1/2+ (0.6²+0.5²)1/2=12.51m∴水力半径：R=A/S=18.05/12.51=1.44m由于河床严重堵塞和弯曲的周期性流水，查附表1—20得：粗糙系数m=15 有谢才—满宁公式可得：形态断面处流速:V=mR 2/3i 1/2=15×1.442/3×(10%)1/2=1.91m/s 形态断面处流量：Qx=A •V=18.05×1.91=34.48m³/s(2)根据公路技术等级查《公路工程技术标准》确定二级公路的设计洪水频率为P=1/25 按周期折算系数计算，查附表1—31：P=1/10换为P=1/25,得系数m=1.50 ∴Q XS =M •Q X =1.50×34.48=51.72m³/s (3)涵洞书设计流量：Q S =(21A A )0.8Q XS =(0.50.6)0.8×51.72=59.84m³/s二．水力计算 按照《公路涵洞设计细则有关规定：新建涵洞采用无压力式涵洞。

渠道流量计算 Q=w 1 R i
n
2/3 1/2
V 不淤=COQ
0.5
式中 Q—渠道设计流量,m3/s; w—过水断面面积,m2; n—渠道糙率; R—渠道水力半径,m; i—渠道比降.
Q—渠道设计流量
C0—不淤流速系数
渠道流量=万亩灌水率/灌溉水利用系数*(灌溉面积/10000)*续灌渠道加大流量的加大百分数
量的深比 C。 0.2 3--5 0.3345 Q﹥10m3/s
Q=5－10m /s b/h﹥20 0.2 b/h﹤20 0.4 3 0.4 Q﹤5m /s
3
水深h 安全超高 过水面积w 湿周x 水力半径R 糙率n 渠道比降i 流量Q 流速v 1.2 0.2 1.44 3.6 0.4 0.025 2000 0.6992 0.48557
断面尺寸
b=
1.2
h=
1.4
编辑绿色区域即可
V 不淤=COQ
0.5
Q—渠道设计流量(m3/s) C0—不淤流速系数,随渠道流量和宽深比而变化
设计流量（m ／s） 加大百分数（％）
３
<1 35-30
续灌渠道加大流量的加大百分数 1-5 5-20 20-50 30-25 25-20 20-15
50-100 15-10
100-300 10-5
>300 <5
Q= 渠宽b 1.2
0.98
0.7125
650
1
0.089404
浆砌块石0.02≤n≤0.03

正常水深h0
m
底宽B
m
边坡系数m
1:m
糙率n
底坡i
过水断面积A
m2
湿周X
m
水力半径R
m
谢才系数C(按满宁公式)
流量Q
m3/s
流速
m2/s
0.6
12 0 0.02 0.001 7.2 13.2 0.545455 45.19563 7.599906
1.055542
二.临界水深hk计算
使用方法：将斜字体的项目填上 ---将光标点在流量Q后的黄格子 内---点“工具”“单变量求解 ”---
在弹出窗口第二行“目标”值后 填入流量值---将光标点在弹出 窗口第三行“可变单元格”后的 空格
内---将光标点“临界水深h0”之 后兰格内，点“确定”，即可得 临界水深值。
临界水深hk
m
底宽B
m
边坡系数m
临界水深处过水断面面积AK
m2
临界水深处水面宽BK
m
流量Qm3/s三来自临界底坡(与本页临界水深配 套的)计算
使用方法：将斜字体的项目填 上,即可得临界底坡ik.
糙率n 湿周X 水力半径R 谢才系数C
临界底坡ik
m m m0.5/s
0.6 12 0 7.2 12 17.46798
0.014 13.2 0.545455 64.56518 0.002589
单式断面正常水深、临界水深、临界坡计算 (动能修正系数已自动取为1)
一.正常水深h0计算
使用方法：将斜字体的项目填上 ---将光标点在流量Q后的黄格子 内---点“工具”“单变量求解 ”---
在弹出窗口第二行“目标”值后 填入流量值---将光标点在弹出 窗口第三行“可变单元格”后的 空格

麻那村段平均水深、平均流速计算表(左岸桩号)
表5—9—2
麻那村段波浪爬高、堤高计算表(左岸桩号)
表5—10—2
0.050.050.0480.0470.045#DIV/0!
知子村段平均水深、平均流速计算表(左岸桩号)
表5—9—6
知子村段波浪爬高、堤高计算表(左岸桩号)
表5—10—6
0.050.047.000.04#DIV/0!
牙那村段平均水深、平均流速计算表(左岸桩号)
表5—9—1
牙那村段波浪爬高、堤高计算表(左岸桩号)
表5—10—1
0.050.050.050.05#DIV/0!
尕固村段平均水深、平均流速计算表(左岸桩号)
表5—9—3
尕固村段波浪爬高、堤高计算表(左岸桩号)
表5—10—3
33.000.030.03#DIV/0!#DIV/0!
普洞村段平均水深、平均流速计算表(左岸桩号)
表5—9—4
普洞村段波浪爬高、堤高计算表(左岸桩号)
表5—10—4
0.030.03#DIV/0!#DIV/0!#DIV/0!
高杂村段平均水深、平均流速计算表(左岸桩号)
表5—9—5
高杂村段波浪爬高、堤高计算表(左岸桩号)
表5—10—5
0.040.040.030.03#DIV/0!
沟口段平均水深、平均流速计算表(左岸桩号)
表5—9—7
沟口段波浪爬高、堤高计算表(左岸桩号)
表5—10—7。

计算方法说明明渠均匀流求正常水深程序是针对棱柱体明渠（过水断面为对称梯形或矩形）恒定均匀流，已知河床底坡i ，河床糙率n,过水断面形状（b,m ），流量Q ，求解正常水深h 0。

明渠断面示意图按照谢才公式：Ri CA =Q谢才系数：611R n=C过水断面面积：h mh b A )(+= 湿周：212m h b ++=χ 水力半径：χ/A R =由此解得正常水深：)/()12()(04.0203.0220mh b m h b iQ n +++=h算法：采用迭代法求解非线性代数方程。

1. 正常水深的迭代方程为：)/()12()(04.0203.02201n n n mh b m h b iQ n h +++=+；2.假设。

进行迭代求解h ； m h 0.100=....321000h h ⇒⇒3.迭代结束的判断依据为ε<Q Q Q /|-计算|，ε为一个小值。

求临界水深程序是针对棱柱体明渠（过水断面为对称梯形或矩形）恒定均匀流，已知过水断面形状（b,m ），流量Q ，动能校正系数α，求解临界水深hc 。

明渠断面示意图临界水深公式：0132=−=c c s B gA Q dh dE α其中，――断面单位能量。

s E 由此可得：cc B A g Q 32=α过水断面面积：h mh b A )(+= 水面宽度：mh b B 2+=由此解得临界水深： 3132])/()2()/[(c c c mh b mh b g Q h ++×=算法：采用迭代法求解非线性代数方程。

1. 临界水深的迭代方程为：3132])/()2()/[(1n n n c c c mh b mh b g Q h ++×=+； 2.假设。

进行迭代求解h ；m h c 0.10=....321c c c h h ⇒⇒3.迭代结束的判断依据为ε<+n n n c c c h h h /|1－|并且ε<++11/|n n n c c c h h h －|，ε为一个小值。

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算
流 量 Q(m^3/s) 0.680
算
流 量 Q(m^3/s) 0.392
算
流 量 适用条件 Q(m^3/s) 0.073 0.307 0.185 r≤0.2 r＜1.0 r≥1.0 水深h 在圆弧 段以上
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弧形渠道断面尺寸、水深计算
水 深 h(m) 0.5000 0.5000 0.5000 半径 R(m) 0.20 0.50 0.35 外倾角 弧度rad 0.248 0.364 0.496 角度° 15.00 22.00 30.00 过水面积 A(m*m) 0.151 0.392 0.280 湿 周 χ (m) 1.244 1.568 1.453 水力半径 R(m) 0.121 0.250 0.193 糙 率 n 0.016 0.016 0.016 谢才系数 C(m^1/2/s) 43.975 49.606 47.499 底坡比降 I 0.001 0.001 0.001 流 速 v(m/s) 0.484 0.784 0.659
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U型渠道断面尺寸、水深计算
水 深 h(m) 0.5000 半径 R(m) 0.40 过水面积 A(m*m) 0.291 湿 周 χ (m) 1.400 水力半径 R(m) 0.208 糙 率 n 0.016 谢才系数 C(m^1/2/s) 48.112 底坡比降 I 0.001 流 速 v(m/s) 0.694
梯形渠道断面尺寸、水深计算
水 深 h(m) 0.50 底 宽 b(m) 1.00 边坡 m 1.00 过水面积 A(m*m) 0.750 湿 周 χ (m) 2.414 水力半径 R(m) 0.311 糙 率 n 0.016 谢才系数 C(m^1/2/s) 51.435 底坡比降 I 0.001 流 速 v(m/s) 0.907

过水面积A
22.73
m2
水力半径R
1.05
Q*=A*R2/3*（I）0.5/n
Q=
23.20
m m3/s
2.3
求平均流速v
平均流速v
1.02
m/s
2.4
渠道超高值
依据灌排设计规范
Fb=h/4+0.2
Fb=
0.65
m
先根据水力计算求出渠道的设计流量下的水面线，再加上相应的渠顶超高
B计算公式
B b b+2mh
Fb=h/4+0.2
Fb=
0.60
m
先根据水力计算求出渠道的设计流量下的水面线，再加上相应的渠顶超高
2、
渠道为梯形断面时：
2.1
求正常水深h
Q*n/（I）0.5=A*R2/3
Q*n/（I）0.5=
23.48
A*R2/3=
23.48
正常水深h=
1.79
m3/s m3/s
m
0.00
变量求解
2.2
求流量Q
渠 道 基 本 水力计算
一、基本数据：
1
底宽b=
10.00
2
糙率n=
0.0320
3
设计流量Q=
23.20
4
渠道坡降I=
0.0010
5
边坡系数m：
1.50
二、计算依据: 明槽均匀流的基本
计算公式
v C RJ
Q AC Ri K i
C
1 R 1/6 n
m
m3/s
（矩形为0）
V--断面的平均流速(m/s) Q--断面的流量(m3/s) A--过水断面面积(m2) R--水力半径(m) C--谢才系数

第三章给水排水管道系统水力计算基础本章内容：1、水头损失计算2、无压圆管的水力计算3、水力等效简化本章难点：无压圆管的水力计算第一节基本概念一、管道内水流特征进行水力计算前首先要进行流态的判别。

判别流态的标准采用临界雷诺数Re k，临界雷诺数大都稳定在2000左右，当计算出的雷诺数Re小于2000时，一般为层流，当Re大于4000时，一般为紊流，当Re介于2000到4000之间时，水流状态不稳定，属于过渡流态。

对给水排水管道进行水力计算时，管道内流体流态均按紊流考虑紊流流态又分为三个阻力特征区：紊流光滑区、紊流过渡区及紊流粗糙管区。

二、有压流与无压流水体沿流程整个周界与固体壁面接触，而无自由液面，这种流动称为有压流或压力流。

水体沿流程一部分周界与固体壁面接触，另一部分与空气接触，具有自由液面，这种流动称为无压流或重力流给水管道基本上采用有压流输水方式，而排水管道大都采用无压流输水方式。

从水流断面形式看，在给水排水管道中采用圆管最多三、恒定流与非恒定流给水排水管道中水流的运动，由于用水量和排水量的经常性变化，均处于非恒定流状态，但是，非恒定流的水力计算特别复杂，在设计时，一般也只能按恒定流(又称稳定流)计算。

四、均匀流与非均匀流液体质点流速的大小和方向沿流程不变的流动，称为均匀流；反之，液体质点流速的大小和方向沿流程变化的流动，称为非均匀流。

从总体上看，给水排水管道中的水流不但多为非恒定流，且常为非均匀流，即水流参数往往随时间和空间变化。

对于满管流动，如果管道截面在一段距离内不变且不发生转弯，则管内流动为均匀流；而当管道在局部有交汇、转弯与变截面时，管内流动为非均匀流。

均匀流的管道对水流的阻力沿程不变，水流的水头损失可以采用沿程水头损失公式进行计算；满管流的非均匀流动距离一般较短，采用局部水头损失公式进行计算。

对于非满管流或明渠流，只要长距离截面不变，也没有转弯或交汇时，也可以近似为均匀流，按沿程水头损失公式进行水力计算，对于短距离或特殊情况下的非均匀流动则运用水力学理论按缓流或急流计算。

桥梁形态断面测量及计算既有桥的检定水位，难以直接在桥址处绘制出水位流量关系曲线，一般是在桥址上游或下游顺直河段建立并测绘水文基线断面（也称水文形态断面），测出该区段的水面坡（或河底纵坡）i ，调查确定出河床糙率n ，根据谢才满宁公式21321I R nW Q =，算出形态断面不同水位时的流量、流速、过水断面面积，然后绘制出水位～流量、水位～流速、水位～过水断面面积三关系曲线，根据水位～流量关系曲线找出水文形态断面相应检定流量时的水位t H ，再测出水文形态断面到桥址的距离L 与比降i ，即可推出桥址处的检定水位。

水文形态断面在桥址上游时：iL H h t j -= 水文形态断面在桥址上游时：iL H h t j +=图1 大中桥桥下水流曲线关于谢才满宁公式：WV Q =21321I R n V =21321I R nW Q =式中：Q —流量（m 3/s ）；V —流速（m/s ）；W —过水断面面积（m 2）；n1—糙率系数； I —水面坡（河底纵坡）；R —水力半径，它是过水断面面积与湿周之比，XW R； X —湿周（m ），水和固体周边接触的长度。

表1、表2是根据谢才满宁公式进行水文形态断面流量流速计算的两个实例，其中表1河床断面为单式断面，表2河床断面为复式断面。

图2和图3为单式断面桥址下游640m 处水文形态断面和三关系曲线图，图4和图5为复式断面桥址上游100m 处水文形态断面和三关系曲线图。

然后根据上图中图2、图5水位～流量、水位～流速、水位～过水断面面积三关系曲线就可以确定出检定流量时形态断面的水位，从而可以推算出桥址处的检定水位。

表1 单式断面形态断面流量及流速计算表表2 复式断面形态断面流量及流速计算表图2 单式断面桥址下游640m处水文形态断面图3 单式断面桥址下游640m处水文形态断面三关系曲线图4 复式桥址上游100m处水文形态断面图5 复式桥址上游100m处水文形态断面三关系曲线。

渠道流量计算方法和步骤在水利建筑工程设计和施工中常碰到流量计算问题，农田水利小型排灌渠道、排灌涵闸流量计算，是依据水流的过水断面形状和水流流态不同进行的流量计算方法也不同样，渠道过水断面是依据各地的土质状况确立，土质坚硬的一般以梯型、矩型为主，也有采纳建筑物工程的圆型过水断面，水闸流量计算是依据进水闸的水流流态形式状况进行流量计算的，本次主假如以梯型断面为例介绍流量计算方法和计算步骤。

小型农田排灌渠道是由渠底宽度，渠道边坡和渠道安全超高，渠道堤顶宽度构成，渠道流量计算在平原湖区是多数采纳《明渠均匀流计算公式》计算，明渠均匀流是水流在渠道中流动，各断面的水深、断面均匀流速和流速散布都沿流向不变，这类水流状况称为明渠均匀流。

明渠均匀流的流量计算公式为Q W C R i计算公式中各符号表示为；Q 流量m3 / sW过水断面 W 2C 1 R gC谢才系数nwR水力半径 Rxi渠道纵坡n糙率求公式中的各项数据，第一要计算出渠道断面的水力因素以下表；渠道断面的水力因素表断面形状过水断面积湿周水力半径水面宽bh矩型bh b+2h b2 2h梯型(b+mh)h b 2h 1m2(b mh)h b2mhb2m 1 m 22d d(1sin2h(d h)圆型d (sin )24)8例；某地计划开挖一条排灌渠道，渠道断面形状为梯形断面，设计该渠道底宽 b=4m, 边坡 m=1:2,渠道内正常过水深h=, 渠底纵坡 i=1/1000,渠道边坡糙率 i=. 计算该排灌渠道可经过最大流量为：Q m 3 / s计算步骤；1.过水断面计算22.50 m22.湿周计算x b 2m 1 22 4 2 2.5 1 223.水力半径计算R(b mh)h(42222222h12214.谢才系数计算C1R g1nR g5. 流量计算3 / S该排灌渠道设计的过水断面可经过3 / S渠道引水浇灌的坡降一般为： 1/250 、1/500、1/750、1/1000 、1/2000 、1/2500 、 1/5000 七种。