涵洞过流能力计算

涵洞过水流量计算公式涵洞是一种常见的水利设施，用于排水和过水。

要计算涵洞的过水流量，那可得好好说道说道。

咱们先来说说影响涵洞过水流量的因素。

这就好比做菜，食材、火候、调料都能影响菜的味道，涵洞过水流量也受好多因素影响。

比如说涵洞的形状、尺寸，水流的速度、水深，还有涵洞的粗糙程度等等。

接下来，咱们就聊聊常见的涵洞过水流量计算公式。

其中一个常用的是曼宁公式。

这公式看起来有点复杂，其实就像解一道有点绕的数学题。

Q = A × V这里的 Q 就是过水流量啦，A 是过水断面的面积，V 是平均流速。

那怎么算这个平均流速 V 呢？这就要用到曼宁公式的另一个部分啦。

V = (1 / n) × R^(2/3) × S^(1/2)这里的 n 是糙率系数，R 是水力半径，S 是水力坡度。

给您举个例子吧，就说我之前参与过的一个乡村水利工程。

那地方有个小涵洞，因为年久失修，排水不太顺畅，一到下雨天，周边的农田就容易积水。

我们去实地考察的时候，发现这个涵洞是个矩形的，长 3 米，宽 2 米，水深 1.5 米。

通过测量和分析，我们确定糙率系数 n 为 0.013，水力坡度 S 为 0.05。

先算过水断面的面积 A ，那就是 3×1.5 = 4.5 平方米。

再算水力半径 R ，R = A / P ，其中 P 是湿周。

对于这个矩形涵洞，P = 2×(3 + 1.5) = 9 米，所以 R = 4.5 / 9 = 0.5 米。

然后就能算出平均流速 V 啦，V = (1 / 0.013) × 0.5^(2/3) × 0.05^(1/2) ≈ 1.2 米/秒。

最后得出过水流量 Q = 4.5 × 1.2 = 5.4 立方米/秒。

通过这个计算，我们就能清楚知道这个涵洞的过水能力，从而决定是要对它进行维修还是重建，以保证农田不再受积水之苦。

除了曼宁公式，还有其他一些计算公式，比如谢才公式。

明渠涵洞过流能力计算明渠、涵洞过流能力计算是水利工程中非常重要的计算。

明渠是一种开放渠道，通常用于引导和排放水流；而涵洞是一种封闭通道，通常用于穿越地形或障碍物。

在设计水利工程中，正确计算明渠和涵洞的过流能力对于保证工程安全和正常运行至关重要。

本文将从明渠和涵洞的基本原理出发，介绍明渠、涵洞过流能力的计算方法，并通过实例进行说明。

一、明渠过流能力计算方法明渠过流能力计算是根据水流的基本原理进行的。

下面介绍两种常用的明渠过流能力计算方法：曼宁公式和水力学计算法。

1.曼宁公式曼宁公式是最常用、最简单的明渠过流能力计算方法。

它是根据河道的流量和流速之间的关系来确定的。

曼宁公式的数学表达式如下所示：Q=A*R^(2/3)*S^(1/2)其中，Q为明渠流量，A为明渠横截面积，R为该横截面湿周和横截面面积的比值（也称为水力半径），S为水面比降。

曼宁公式的具体计算步骤如下：(1)确定明渠横截面形状和尺寸；(2)根据明渠横截面形状计算横截面面积A和湿周P；(3)根据已知的明渠水面比降S和河道流速R，代入曼宁公式计算明渠过流能力Q。

曼宁公式的优点是简单易用，适用范围广。

但它对于不同表面粗糙度和水流状态的明渠都有一定的适用性误差。

2.水力学计算法水力学计算法更加准确，适用于复杂的明渠过流能力计算。

通过建立数学模型，考虑明渠纵坡、水面坡度、边缘影响等因素进行计算。

水力学计算法的具体步骤如下：(1)建立明渠水力模型，考虑明渠纵坡及其它复杂条件；(2)根据水力模型的数学方程和边界条件，求解流量和水面高程；(3)根据求解结果，计算明渠过流能力。

水力学计算法的优点是精确度高，可以考虑更多的影响因素，但计算过程较为复杂，需要借助计算机模拟方法进行。

二、涵洞过流能力计算方法涵洞过流能力计算方法与明渠类似，但在计算过程中需考虑涵洞内的水流速度和水压等因素。

下面介绍两种常用的涵洞过流能力计算方法：水动力学计算法和工程经验法。

1.水动力学计算法水动力学计算法是通过建立数学模型，考虑涵洞内水流动力学行为进行计算。

附录P 涵洞（或隧洞）水力计算P.0.1 涵洞水流流态可按以下情况进行判别：圆形、拱形涵洞进口水深h1≤1.1D（洞高）或矩形涵洞h1≤1.2D时，为无压力流；圆形、拱形涵洞h1>1.1D或矩形涵洞h1>1.2D，且洞长L≤l0（洞内回水曲线长度）+2.7D时，为半压力流；圆形、拱形或矩形涵洞h1>1.5D，且L>l0+2.7D时，为压力流。

P.0.2 无压力流可按下列情况进行判别：1 淹没流与非淹没流的判别：0≤i（洞底坡降）≤ik（洞底临界坡度），且涵洞出口水深h2≤（1.2～1.25）h k（洞内临界水深）或h2≤（0.75～0.77）H0（计及流速水头的涵洞进口水头）时，为非淹没流；反之，则为淹没流。

I>i k，且L≤（8～15）h1时，仍可按上述标准判别涵洞是否淹没。

2 长洞与短洞的判别：i≈0时，且L ≤（52～64）h1或L ≤（86～106）h k时，为短洞；反之，则为长洞。

0＜i≤i k，且L ≤（52～83）h1或L ≤（86～138）h k时，为短洞；反之，则为长洞。

，i ＞i k且L≥4h1时，均按短洞进行水力计算。

P.0.3 无压力流过水能力可按下列公式计算：1 涵洞为短洞时：式中Q——涵洞设计流量（m3/s）；m——无压力流时的流量系数；B——矩形涵洞底宽（m），涵洞为非矩形断面时，按公式（P.0.3-3）计算；g——重力加速度（m/s2）；H0——计及流速水头的涵洞进口水头（m）；m0——进口轮廓形状系数，可根据进口型式，由表P.0.3查得；A h——相应于涵洞进口水深的过水断面面积（m2）；A j——进洞水流的过水断面面积（m2）；A k——相应于临界水深的过水断面面积（m2）；h k——洞内临界水深（m）；h1——涵洞进口水深（m）；α——流速分布系数，可取1.05～1.10；V1——涵洞进口断面平均流速（m/s）。

表P.0.3 涵洞进口轮廓形状系数2 涵洞为长洞时：（P.0.3-5）矩形断面σn＝f（h c/H0）（P.0.3-6）非矩形断面σn＝f（A hc/A h0）（P.0.3-7）式中σn——淹没系数，可由图P.0.3查得；h c——进口段收缩断面水深（m），当洞身较长，且底坡0＜i＜i k时，h c≈h0（正常水深）；A hc——相应于h c的过水断面面积（m2）；A h0——相应于h0的过水断面面积（m2）。

162附录H 涵洞流态判别及过流能力计算 H.0.1 涵洞水流流态决定过流能力所采用的计算公式。

涵洞的流态主要根据进口水深、出口水深与洞高的关系，分为无压流、半压力流、非淹没压力流及淹没压力流，其判别标准为： 1 时D H 2.1≤当h<D ，为无压流；当h ≥D ，为淹没压力流。

2 1.2D<H ≤1.5D 时当h<D ，为半压力流；当h ≥D ，为淹没压力流。

3 H>1.5D 时当h<D ，为非淹没压力流，当h ≥D ，为淹没压力流。

式中 H——从进口洞底算起的上游进口水深（m ）； h——从出口洞底算起的下游出口水深（m ）； D——洞高（m ）。

H.0.2 无压流涵洞流态还与洞身长度有关，分为长洞与短洞，其判别标准为：L<8H 时为短洞；L ≥8H 时为长洞。

式中的L 为洞身身长度（m ），H 的意义同前。

H.0.3 涵洞过流能力按下列不同流态分别计算：1 无压流涵洞过流能力可按公式（H.03—1）～ 公式（H.0.3--4）计算2302H g mB Q σε= （H.0.3--1）g v H H 220ε+= （H.0.3--2）4.000131.2⎟⎟⎠⎞⎜⎜⎝⎛−=H h H h s sσ （H.0.3--3）163iL h h s −= (短洞) （H.0.3--4）式中 Q——涵洞过流量（m 3/s ）；B——洞宽（m ）；m——流量系数，可近似采用m=0.36；ε——侧收缩系数，可近似取ε=0.95；H 0——包括行近流速水头在内的进口水深（m ），按公式（H.0.3--2）计算求得；g——重力加速度，g=9.81（m/s 2）； h s ——洞进口内水深（m ），对短洞，可按公式（H.0.3--4）计算求得，对长洞需以出口水深为控制水深，从出口断面向上游推算水面线以确定洞进口内水深；σ——淹没系数，可按公式（H.0.3--3）计算求得或按表H.0.3—1查得。

1、涵洞宽1.3m,高1.7m按满流计算，阻力系数按0.017，坡度按0.002计算得：最大通过流量2987.34 L/sQ=c ω√Ri 手册76页2、青岛暴雨强度公式P=5（年） q=12440/(t+33.2)3、洪水量计算，青岛气象科技中心观测数据21.3mm/h ，设计此数据为设计雨力S p ，汇水面积F ＝25.3ha 小于3km 2按水科院水文研究所经验公式：洪峰流量Q p =0.6S p F 计算得3.195m 3/s ＝3195L/s1、 河渠水力计算公式流量计算：Q=c ω√RiQ －雨水量（m 3/s ）R －水力半径（m ）i －河渠底坡 q(暴雨强度)5aΨ－径流系数 F-汇水面积 Q-降雨量 T1 m T2 T T+33.2 182.4046920.65 25.3 2999.645161 15 2 10 35 68.2C －流速系数（谢才系数）ω－过水断面面积（m 2）桥过水断面宽10.2m,高0.65m按满流计算，阻力系数按0.017，坡度按0.002计算得：最大通过流量2987.34 L/s2、青岛暴雨强度公式P=5（年） q=12440/(t+33.2)3、洪水量计算，青岛气象科技中心观测数据21.3mm/h ，设计此数据为设计雨力S p ，汇水面积F ＝25.3ha 小于3km 2按水科院水文研究所经验公式：洪峰流量Q p =0.6S p F 计算得3.195m 3/s ＝3195L/sq(暴雨强度)5aΨ－径流系数 F-汇水面积 Q-降雨量 T1 m T2 T T+33.2 182.4046920.65 25.3 2999.645161 15 2 10 35 68.2。

对涵洞过流能力的分析作者：魏可为来源：《建筑工程技术与设计》2014年第30期摘要：涵洞是水利工程中常见的一种过水建筑物，其过流能力决定了洞身尺寸的大小，进而影响工程投资，因此涵洞的过流能力是涵洞工程设计中很重要的部分。

关键词：涵洞水面线水深过流能力1 概况水利工程中的涵洞一般指渠道（河道）穿越公路、堤防或高地时，为了宣泄水流的需要而设置的一种过水建筑物，广泛应用于取水输水工程及灌排工程中，与渡槽、虹吸管、隧洞组成了灌排工程系统中的四大交叉建筑物。

涵洞按照结构型式的不同，又分为箱涵、拱涵、盖板涵和涵管。

涵洞的过流能力是确定洞身尺寸的重要依据，直接影响到工程投资与泄流安全，是涵洞工程设计的重要部分。

一般根据上游渠道（河道）的来水量确定涵洞的设计流量，然后再依据相应的流量、下游水深和底坡选择合适的洞身尺寸。

2涵洞水流流态的分类及判别标准涵洞水流流态可根据进口水深、出口下游水深与洞高的关系分为无压流、半压力流、非淹没压力流和淹没压力流。

不同文献资料（如《水工设计手册》、《水力计算手册》）对涵洞流态的判断有不同之处。

如《水工设计手册》中采用以下的判别标准：（1）对圆形、拱形的涵洞，当洞前水深H≤1.1D，对矩形涵洞，当H≤1.2D时均为无压流；（2）对圆形、拱形的涵洞，当洞前水深1.1D（3）当H≥1.5D，洞长L>L1+L0+L2，且涵洞底坡0L1+L0+L2而i>ik，且正常水深h0>D 时也为压力流。

式中L0为洞内收缩断面至涵洞进口的距离，L0为收缩断面回水的长度，L2为回水未端至涵洞出口的距离。

计算中近似取L1=1.4D，L2=1.3D，陡坡涵洞中忽略L2的影响。

对于涵洞是否被淹没采用如下的方法判断：当涵洞的底坡0≤iik、L≤（8～15）H和底坡接近临界底坡时，符合h≤（1.2～1.25）h k、h≤（0.75～0.77）H0时为非淹没出流。

水利部于2011年颁布并实施了《灌溉与排水渠系建筑物设计规范》（SL 482-2011）（以下简称规范），明确了涵洞不同流态的判别标准：（1）进口水深H≤1.2D时：当出口水深h（2）1.2D（3）H>1.5D时：当h式中：H为从进口洞底算起的进口上游水深，H0为计入行近流速水头的上游水深，h k为洞内临界水深；h为从出口洞底算起的出口下游水深；D为洞高或洞径。

放水涵洞水利计算说明书放水洞的水力计算1、闸孔出流计算根据闸孔出流公式计算闸门开度：Q =μ2gH 0式中：Q ——下泄流量，为2.0m 3/s；μ——闸孔出流流量系数，μ=ε2ϕ-ε2取0.62；b——闸孔宽度，为1.2m ； e——闸门开度；H0——闸前水头，为13.02m ；试算得闸门开度e=0.181m时，下泄流量为2.0 m3/s。

（1）涵洞临界底坡 q =3Q 2==1. 67mB 1. 2e其中ψ取0.95；ε2H 02*1. 67h k ==0. 669. 8x k =0. 66⨯2+1. 2=2. 52mA k =0. 66⨯1. 2=0. 79m 2R k =0. 79=0. 31m 2. 5211C k =⨯0. 36=54. 95m0. 01522=0. 0068 i k =220. 79⨯54. 95⨯0. 31i=0. 01>i k =0. 0068根据计算结果，涵洞纵坡大于临界底坡，涵洞为陡坡，按短洞考虑。

（2）涵洞正常水深涵洞正常水深计算公式如下：12(1++m h ) nQ ) h =(m b 1+h b22535oioitHoi涵洞的过水流量Q=2 m3/s,涵洞底板宽度b 本工程取1.2m 。

由以上已知条件可求得: h0=0.57m。

（3）闸孔收缩断面水深计算计算公式：hc=eε=0.62*0.18=0.12m式中：hc──闸孔收缩断面水深；e──闸门开度, 为0.18m ；ε——垂直收缩系数，0.62。

（4）涵洞水面线计算涵洞水面线计算按明渠水面线计算方法计算，采用分段求和法计算。

由于hc ＜h0＜hk ，故洞内水面线型式为c 2型壅水曲线。

因此水面线应从起始端开始向下游计算。

基本公式如下：计算结果见表4-9⎛v i 2⎛⎛v i 2+1⎛h i +⎛- h i +1+⎛ ⎛ 2g ⎛⎛2g ⎛⎛⎛=i -J =∆l（5）波动及掺气水深计算⎛v 2⎛∆ h +2g ⎛⎛⎛⎛∆l深孔闸后洞内无压流的流速很大，一般都要考虑因水流掺气而增加的水深，已得到设计涵洞的高度。

（十三）淹没出流的无压长涵洞过流能力计算问题我院过去计算淹没出流的无压长涵洞过流能力，近似采用短涵洞的公式计算，采用公式为：5. 12H g mB Q δσε=上式中的侧压缩系数ε、淹没系数σ、流量系数m ，是采用华东水利学院编的《水力学上册》1977年6月版的计算公式和数值。

这些计算公式和数值，现行规范已不推荐使用。

因为引黄的涵洞式水闸都是淹没出流的无压长涵洞，应该按现行规范《水闸设计规范（SL265-2001）》和《灌溉与排水工程规范（GB50288-99）》的有关规定进行计算。

建议采用《水闸设计规范》附录A 第A ●0●1条的计算公式，并计入侧向引水系数δ，取H H =0（因为引黄闸是无坝侧向引水）后，公式为：5. 12H g mB Q δσε=上式符号的意义见《水闸设计规范》。

但是该公式是淹没出流的开敞式水闸过流能力的计算公式，引黄闸是淹没出流的无压长涵洞，必须考虑进口段以后洞身阻力和水位对涵洞过流能力的影响，其淹没系数σ与开敞式水闸不同，σ采用《灌溉与排水工程设计规范》附录P ：“涵洞（或隧洞）水力计算”中的第P ●0●3条之2“涵洞为长洞时”的淹没系数，由图P ●0●3查得。

但该图的印刷有误，应改用下图查取。

图中：0H 为以涵洞进口断面底板高程起算的上游总水头，H H =0； c h 为进口段收缩断面水深（m ），当洞身较长，且底坡k i i <<0时，0h c h ≈（正常水深）；c ω为相应于c h 过水断面面积（cm 2）； 0H ω为相应于0H 过水断面面积（cm 2）。

由于黄河引黄涵洞的底坡0=i ，洞内水深为缓流，水面线虽然是降水曲线，但受到涵洞出口下游断面突然扩大（因为该断面没有洞墙）产生水位雍高的影响，而且涵洞长度在80m 左右，因此可以近似采用下游水深s H 近似等于c H 来查取上图中的σ值，计算误差小于5%。

附注：《灌溉与排水工程设计规范》附录P ：“涵洞（或隧洞）水利计算”中的第P ●0●3条之2“涵洞为长洞时”中，0h h c 应改为0H h c ，0h h c A A 应改为0H h c A A 。