明渠水力计算公式

水利专业常用计算公式一、枢纽建筑物计算1、进水闸进水流量计算：3）1/2 Q=B0δε m（ 2gH0式中： m —堰流流量系数ε—堰流侧缩短系数2、明渠恒定平均流的基本公式以下：流速公式：u＝C Ri流量公式Q＝Au ＝ A C Ri流量模数K ＝ A C R式中： C—谢才系数，对于平方摩阻区宜按曼宁公式确定，即C＝ 1 R1 / 6nR—水力半径（ m）；i—渠道纵坡；A —过水断面面积（m2）；n—曼宁粗糙系数，其值按SL 18 确定。

3、水电站引水渠道中的水流为缓流。

水面线以a1 型壅水曲线和b1 型落水曲线最为常有。

求解明渠恒定缓变流水面曲线，宜采用逐段试算法，对棱柱体和非棱柱渠道均可应用。

逐段试算法的基本公式为a v2 a v22211h2h12g2g△ x=i - i f式中：△ x——流段长度（m）；g——重力加速度（m/s2）；h1、 h2——分别为流段上游和下游断面的水深（m）；v1、 v2——分别为流段上游和下游断面的平均流速（m/s）；a1、 a2——分别为流段上游和下游断面的动能修正系数；i f——流段的平均水里坡降，一般可采用1-h f1n12 v 12n 22 v 22i f i f 1i f 2或 i f2R14/3R24 / 32x式中： h f —— △ x 段的水头损失（ m ）；n 1、 n 2——分别为上、下游断面的曼宁粗糙系数，当壁面条件相同时，则n 1=n 2=n ；R 1、 R 2 ——分别为上、下游断面的水力半径（m ）；A 1、 A 2——分别为上、下游断面的过水断面面积（㎡）；4、各项水头损失的计算以下：（ 1）沿程水头损失的计算公式为h fx n 12 v 12n 22 v 222 R 14 / 3R 24 / 3（ 2）渐变段的水头损失，当断面渐缩变化时，水头损失计算公式为：h ω h c h fv 22v 12i f Lf c2g2g 5、前池虹吸式进水口的设计公式（ 1）吼道断面的宽高比： b 0/h 0=1.5 —2.5 ；（ 2）吼道中心半径与吼道高之比： r 0/h =1.5 —2.5 ；（ 3）进口断面面积与吼道断面面积之比：A /A =2— 2.5 ；1（ 4）吼道断面面积与压力管道面积之比： A 0/A M =1— 1.65 ；（ 5）吼道断面底部高程（ b 点）在前池正常水位以上的超高值： △ z=0.1m —0.2m ；（ 6）进口断面河吼道断面间的水平距离与其高度之比： l/P=0.7 — 0.9；6、最大负压值出现在吼道断面定点a 处， a 点的最大负压值按下式确定：2*ph B 、 ah 0h w2g式中： —前池内正常水位与最低水位之间的高差（m ）；h 0—吼道断面高度（ m ）；h w —从进水口断面至吼道断面间的水头损失（m ）；*p / —因法向加速度所产生的附加压强水头（m ）。

第一节明渠均匀流的基本公式
一、明渠均匀流水力计算的基本公式
1.明渠均匀流水力计算的基本公式
连续性方程（4-7）：
谢才公式（6-29)及式（9-1），明渠均匀流的基本公式为：
（9-2）
(9-3)
式中：R——水力半径（m），R=A/P；
P——过水断面湿周，是过水断面固体壁面与液体接触部分的周长（m）；
J——水力坡度；
C——谢才系数（m1/2/s）。

——明渠均匀流的流量模数，
——相应于明渠均匀流正常水深时的过水断面面积。

选择：流量模数K0的量纲为：你的回答： A.无量纲 B.L3/T C.L2/T
D.L3/2/T
2. 谢才系数的计算
（1）曼宁公式：
（6-31）
（2）巴甫洛夫斯基公式：
（6-32）
式中：
二、梯形断面的几何计算（图9-7）
1.基本量
b——底宽；h——水深；
m——边坡系数m =ctan。

m越大，边坡越缓；m越小，边坡越陡；m=0时是
矩形断面。

m根据边坡岩土性质及设计范围来选定。

2.导出量
B——水面宽，B=b+2mh
A——过水断面面积，A=(b+mh)h
P
——过水断面湿周，
R ——水力半径，
图9-7。

1、明渠均匀流计算公式： Q=Aν=AC Ri C=n 1R y （一般计算公式）C=n 1R 61（称曼宁公式） 2、渡槽进口尺寸(明渠均匀流)z ：渡槽进口的水位降（进出口水位差）ε：渡槽进口侧向收缩系数，一般ε＝0.8～0.9b ：渡槽的宽度（米）h ：渡槽的过水深度（米）φ：流速系数φ＝0.8～0.953、倒虹吸计算公式： Q=mA z g 2(m 3/秒）4、跌水计算公式：5、流量计算公式：Q=Aν式中Q ——通过某一断面的流量，m 3／s ；ν——通过该断面的流速，m ／hA ——过水断面的面积，m 2。

6、溢洪道计算1）进口不设闸门的正流式开敞溢洪道（1）淹没出流：Q ＝εσMBH 23＝侧向收缩系数×淹没系数×流量系数×溢洪道堰顶泄流长度×溢洪水深23（2）实用堰出流：Q=εMBH 23=侧向收缩系数×流量系数×溢洪道堰顶泄流长度×溢洪水深232）进口装有闸门控制的溢洪道（1）开敞式溢洪道。

Q ＝εσMBH 23＝侧向收缩系数×淹没系数×流量系数×溢洪道堰顶泄流长度×溢洪水深23（2）孔口自由出流计算公式为 Q=MωH=堰顶闸门自由式孔流的流量系数×闸孔过水断面面积×H 其中：ω=be7、放水涵管(洞)出流计算1）、无压管流 Q=μA 02gH=流量系数×放水孔口断面面积×02gH2）、有压管流Q ＝μA 02gH=流量系数×放水孔口断面面积×02gH8、测流堰的流量计算——薄壁堰测流的计算1）三角形薄壁测流堰，其中θ＝90°，即自由出流：Q ＝1.4H 25或Q ＝1.343H 2.47（2-15）淹没出流：Q ＝（1.4H 25）σ（2-16）淹没系数：σ=2)13.0(756.0--Hh n +0.145（2-17） 2）梯形薄壁测流堰，其中θ应满足tanθ=41，以及b ＞3H ，即 自由出流：Q ＝0.42b g 2H 23＝1.86bH 23（2-18）淹没出流：Q ＝（1.86bH 23）σ（2-19）淹没系数：σ=2(23.1）Hh n --0.127（2-20) 9、水力发电出力计算N=9.81HQη式中N ——发电机出力，kW ；H ——发电毛水头，m ，为水库上游水位与发电尾水位之差，即H=Z 上-Z 下； Q ——发电流量，m 3／s ；η——发电的综合效率系数（包括发电输水管的水头损失因素和发电机组效率系数），小型水库发电一般为0.6—0.7。

明渠均匀流水力计算方法及Basic 程序使用说明(优选)word资料明渠均匀流水力计算方法及Basic 程序使用说明明渠均匀流水力计算的主要内容包括如下两个方面：一是校核已成渠道的过水能力；或者由实测流量资料确定已成渠道的糙率；二是设计新的渠道即确定底宽(b)或水深(h)或底坡(i)。

为了应用方便，这两类问题可以汇编成一个电算程序来解决。

一、明渠均匀流水力计算的数学公式：明渠均匀流水力计算的基本公式是连续方程及谢才公式。

3/23/56/1/1X A n i Q X A R R n C Ri C V VA Q •=⇒⎪⎪⎪⎭⎪⎪⎪⎬⎫==•=•= 令 1nQ Y •=，3/23/5x A K =只要根据不同的横断面类型找出A 与x 的表达式，就可以解决各种情况下的明渠均匀流水力计算问题。

工程中较为常用的是梯形和u 形断面型式，其相应的过水断面面积和湿周的表达式，分别如下：梯形断面：()h mh b A •+=212m h b x ++=对于不同的问题，编写程序时可分别应用下述不同的公式。

(1)计算流量：niK Q •=(2)计算底坡：2⎪⎭⎫⎝⎛•=K Q n i(3)计算糙率：QiK n •=(4)计算正常水深，应用迭代公式，()h K y h •=6.0/ (5)计算底宽或半径R ，用迭代公式：b xy b •= 二、Basic 原程序 5REM 梯形断面明渠均匀流水力计算 10 INPUT “J=”;J20 ON J GOTO 30,150,270,390,58030 INPUT “H=”;H: INPUT “N=”;N: INPUT “I=”;I 50 INPUT “B=”;B: INPUT “M=”;M 60 GOSUB 860 130 Q=K*SQR(I)/N140 PRINT “Q=”;INT(1000*Q+0.5)/1000 145 END150 INPUT “Q=”;Q: INPUT “N=”;N: INPUT “H=”;H 170 INPUT “B=”;B: INPUT “M=”;M 180 GOSUB 860 190 I=(Q*N/K)^2200 PRINT “I=”;INT(1000*I+0.5)/1000 205 END270 INPUT “H=”;H: INPUT “Q=”;Q: INPUT “I=”;I 280 INPUT “B=”;B: INPUT “M=”;M 290 GOSUB 860 300 N=K*SQR(I)/Q310 PRINT “N=”;INT(1000*N+0.5)/1000 320 END390 INPUT “Q=”;Q: INPUT “N=”;N: INPUT “I=”;I 392 Y=Q*N/SQR(I)395 INPUT “B=”;B: INPUT “M=”;M:H=5 400 GOSUB 860430 H1=H*(Y/K)^0.6450 IF ABS(H-H1)<0.001 THEN 470 460 H=H1 : GOTO 400470 PRINT “H=”;INT(1000*H+0.5)/1000 480 END580 INPUT “Q=”;Q: INPUT “N=”;N: INPUT “I=”;I 590 Y=Q*N/SQR(I)600 INPUT “H=”;H: INPUT “M=”;M:B=5 610 GOSUB 860 620 B1=B*Y/K630 IF ABS(B-B1)<0.001 THEN 650 640 B=B1 : GOTO 610650 PRINT “H=”;INT(1000*H+0.5)/1000 660 END860 A=(B+M*H)*H:P=B+2*H*SQR(1+M*M) 870 K=A^(5/3)/(P^(2/3)) 880 RETURN三、有关程序的说明：1、程序只适用于计算梯形(矩形)断面，对于其它的的断面类型，可根据具体情况修改子程序中的断面面积A及湿周x的表达式即可。

第六章 明渠均匀流一、一、概念：明渠是具有自由表面液体的渠道 分类（据形成）： 天然渠道→天然河流人工渠道→人工河流、不满流的排水管渠明渠流——明渠中流动的液体又称重力流（依靠重力作用而产生） 也称无压流（自由表面相对大气压为0） 分类： 恒定流 均匀流 非恒定流 非均匀流注意特殊性：A 随θ的变化而变化，故不可能发生非恒定均匀流动。

2、水流运动的影响因素： 过水断面形状过水断面尺寸底坡的大小 2、 据影响把明渠分为： 1、棱柱形渠道 非棱柱性渠道 2、顺坡、平坡和逆坡渠道 二、1、 1、 棱柱形渠道：凡是断面形状、尺寸沿程不变，过水断面仅随水深变化而变化的常直渠道。

过水断面面积随形状沿程变化的渠道，称非棱柱形渠道。

棱柱断面 断面规则的长直人工渠道，同管径的排水管道、涵洞 非棱柱断面 连接两条在断面形状、尺寸，不同渠道的过渡段。

渠道断面类型：矩形、梯形、圆形、半圆形、此外有组合型、三角型（复式）、抛物线型、卵型2、 2、 顺坡、平坡、逆坡渠道：底坡——渠道底面的坡度，用i 表示，通常是指单位渠长。

l 上的渠道高差，即θsin =∆=lz iz∆——渠底高差l ——对应z ∆的相应渠长θ——渠底与水平线的夹角一般渠道底坡都很小，即θ很小，实际中，为方便测量渠长和水深，故常用θtg 代替θsin ，水平渠长代替水流方向渠长，铅垂水深代替垂直于底坡的水深。

底坡分类：顺坡：0>i ，渠底沿程降低的底坡。

平坡：0=i ，渠底水平，平坡 逆坡：0<i ，渠底沿程升高。

意义：底坡i 反映了重力在流动方向上的分力，表征水流推动力的大小，i 愈大，重力沿水流方向分力愈大，流速愈快。

§6-1 明渠均匀流的形成条件和水力特征一、一、明渠均匀流的形成条件：1、 1、 明渠均匀流——水深、断面平均流速沿程都不变的流动。

⑴ 渠底必须沿程降低，即0>i 并且要在较长一段距离内保持不变。

（是重力流，依靠重力分力驱使水流运动，保证流动流向必须有恒定不变的作用力。

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。