渠道水力计算
渠道的水力计算造表原理和使用方法
水深 Ｈ 。
－８
解：（１）G= NQ B ３ ＝２．２７４ 姨I
（２）按 Ｇ ＝２．２７４，Ｍ ＝１ 在表中内插求得 Ｘ ＝１．３１６。
（３）设计水深 Ｈ ＝Ｘ Ｂ ＝０．５３ｍ 。
2. 渠道水力计算造表原理和编制方法
１．２ 渠道底宽和正常水深求解表的使用方法
１．２．１ 针对问题 １ 利用表 １ 求解渠道底宽的步骤
－８
第一步，根据已知条件，计算 F= NQ H ３ 的值。第二步，按 姨I
Ｆ 值及边坡系数 Ｍ ，在表 １ 中查得 Ｘ ＝Ｈ ／Ｂ 的值。第三步，按 Ｂ ＝Ｘ Ｈ 即可求得渠道底宽 Ｂ 的值。
１．２．２ 针对问题 ２ 利用表 ２ 求解正常水深的步骤
２．１ 计算公式
采用均匀流流量公式 Q=AC 姨RI
１
C= １ R ６ N
R=
A X
式中：Ｑ － 流量；Ｉ－ 底坡；Ａ － 过水断面面积；Ｒ － 水力半经；ｘ－
湿周；Ｃ － 谢才系数。
２．２ 底宽求解表的编制方法和原理
设梯形断面底宽为 Ｂ ，水深为 Ｈ ，边坡系数为 Ｍ ，糙率为 Ｎ ，
流量 Ｑ 。
例如：（１） 简支梁式渡槽排架高度在 １０ｍ 以下的槽段，可采用
槽壁厚度不但对其本身的技术经济合理性影响巨大，而且 １２ｍ 跨度 Ｕ 形槽身，并在横向施加预应力，下部结整体结构的抗震性能等都 有很大的影响。从整体结构的受力性能和预应力的效果考虑，槽 壁厚度在满足构造要求的前提下应尽可能减薄。但是考虑到现场 浇筑施工要求以及输水结构的抗渗性等因素，槽壁厚度也不宜过 小。因此，合理选择槽壁厚度是东改渡槽设计的技术难点之一。
立方抛物线形渠道水力计算的显式计算式
ｆ ：。 ５ — Ａ ６ Ｐ Ｊ ｌ ５
２ ２
Ｈ 。 ＝ １ ０９ ２Ｍｏ ．１
＋０
．
０ ２１ ＋０ ００５ １ Ｍ ．０
（） ６
Ｂ ＝ ２ Ｙｈ Ｐ— Ｔ
：
（） １
正 常水深为
ｈ＝Ｐ 珥 （） ７
＿［ ＋ ２（
｝｝ ｝ １ Ｐ ）一］
（） ３ （） ３
在立方抛 物线形断 面渠道设 计 中要尽 可能 与水力 最优 断 面接近 ， 以便获得优 良的水力学条件 和较好 的经 济性 。 因此 ， 笔
４ ，
均 匀 流 基 本 方 程 Ｊ ：
Ｑ ＝ ｎ 一 ／ √ ～ ２３
式 中： 为洞底坡 降 ； ｉ ｎ为糙率 。
ｄ ，
图 １ 立 方 抛 物 线 形 断 面
联立式 （ ）和式 （ ）即可得到 临界水深 的直接计 算公式 。 １ ２
设 无量纲参数 Ｋ ＝ｄ ｇ 则 Ｑ／ ，
ｋ ３ 而 ３ ＿ ｈ ＝ ｐｌ （１５ ， ＿ ， ２Ｋ ｌ ３ ｋ＝ ”（ Ｋ ｌ 丽 ，
抛物 线形 状 参 数 Ｐ的关 系 为 Ｐ ｈ ＝０ ９ １ 。 ＴＴ ． ８ ６
收 稿 日期 ：０ ９ １２ ２０ —０ －０
式中 ： Ａ为过水断 面面积 ； 曰为水面宽度 为湿周 ； 为水深 。
临 界 流 基 本 方 程 ：
ｇ ＝
作者简介 ： （９３ ） 男． 文辉 １６一 ， 四川射 洪人 ， 授 ， 教 主要从 事土木 工程教 学与研
究工作。
嬖 ／ ｆ
一
算特征水深 ． 误差 △ ＝（ ， Ｈ。一１ ） 。×１０ ， ／ ／ ｏ ０ ％ 结果见表
１可见 ， 。 最大误差约为 ０ ６ ％， ．０ 精度完 全满 足工程需要 。 已知某立方抛物线形 断面渠 道 ｙ：０ ４Ｉ ｌ 渠 道 底 坡 ． 丁 ３
渡槽水力计算
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。
水电站建筑物-第二章-引水道-1
一、压力前池
压力前池设置在引水渠道或无压隧洞的末端，是 水电站引水建筑物与压力管道的连接建筑物。 1、作用： (1) 平稳水压、平衡水量。 (2) 均匀分配流量。 (3) 渲泄多余水量。 (4) 拦阻污物和泥沙。
一、压力前池
2、组成： (1) 前室(池身及扩散段)：P131 (2) 进水室及其设备：与引水道的进水口
渠 道
一、渠道的要求和类型
水电站的引水渠道称为动力渠道（为适应负荷变 化，Q、H在不断变化——非恒定流)
1、要求： 有一定的输水能力。按水电站的Qmax设计。 水质要符合要求。渠道进口、沿线及渠道末端 都要采取拦污、防沙、排沙措施。
一、渠道的要求和类型
运行安全可靠 防冲、防淤：渠道内水流速度要小于不冲流速而大 于不淤流速，即：V淤<V设<V冲； 对渠道加设护面，减小糙率、防渗、防冲、防草、 维护边坡稳定，保证电站出力 ； 防草：维持渠道中的水深大于1.5m及流速大于 0.6m/s可抑制水草的生长； 防凌:尤其是北方地区
一、渠道的要求和类型
自动调节渠道
渠道首部和尾部堤顶的高程基本相同，并高出上游 最高水位，渠道断面向下游逐渐加大，渠末不设泄 水建筑物。
适用：渠道不长，底坡较缓，上游水位变化不大的 情况。
水电站引用流量Q = 0时，渠道水位是水平的，渠道 不会发生漫流和弃水现象；Q<Qmax雍水曲线。Q >Qmax为降水曲线。
类似，一般为墙式。P132 (3) 泄水建筑物：P132 (4) 排污、排冰、排冰设备：P132
压力前池组成建筑物
一、压力前池
3、布置
结合整个引水系统及厂房布置进行全面和综合考虑。
前池整体布置时，应使水流平顺，水头损失最少，以 提高水电站的出力和电能。
梯形、矩形渠道水力计算表 ——有用(算出流速和流量)
A(m*m) 0.151 0.392 0.280
χ (m) 1.244 1.568 1.453
R(m) 0.121 0.250 0.193
n 0.016 0.016 0.016
C(m^1/2/s) 43.975 49.606 47.499
I 0.001 0.001 0.001
v(m/s) 0.484 0.784 0.659
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流
量
Q(m^3/s) 7.921 流 量
Q(m^3/s) 0.761
流
量
Q(m^3/s) 0.392 1.69 流 量 适用条件
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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 -1.32
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水力半径 R(m) 0.428 R(m) 0.308
糙 率 n 0.017 n 0.017
谢才系数 底坡比降 C(m^1/2/s) 51.068 C(m^1/2/s) 48.344 I 0.001 I 0.00/s) 0.968
Q(m^3/s) 1.723 Q(m^3/s) 0.702
梯形渠道断面尺寸、水深计算
梯形、矩形渠道水力计算
梯形渠道断面尺寸、水深计算水深底宽边坡过水面积湿周水力半径糙率谢才系数坡比降流速流量h(m)b(m)m A(m*m)χ(m)R(m)n C(m^1/2/s)I v(m/s)Q(m^3/s) 0.400.30 1.000.280 1.4310.1960.025030.4760.01 1.3480.377 0.64 1.000.410 1.8100.2260.022534.6940.000250.2610.1070.600.600.500.540 1.9420.2780.012067.3270.03 6.150 3.321 0.400.500.500.280 1.3940.2010.018042.5130.03 3.3000.924 0.600.320.400.336 1.6120.2080.012064.1640.03 5.073 1.705 0.750.80 1.00 1.157 2.9150.3970.02534.2920.01 2.1607 2.5004说明：1、计算的范围为尾水（即尾0+000~尾0+017.5）。
2、计算时假设该渠水流为明渠均匀流进行水力计算。
3、该渠道的衬砌为浆砌块石衬砌，其糙率n值取为n=0.025。
水 深过水面积湿 周水力半径糙 率谢才系数底坡比降流 速流 量h(m)A(m*m)χ(m)R(m)n C(m^1/2/s)I v(m/s)Q(m^3/s)0.6700 1.608 3.740.42994650.022538.6117860.00120.8770 1.41030.40000.16 1.20.13333330.01259.5628140.03 3.76710.6027.0#VALUE!#VALUE!0.014#VALUE!0.0012#######VALUE!0.80000.56 2.30.24347830.01843.9006410.01 2.1662 1.21311.3800 2.208 4.360.5064220.02535.7118290.002 1.1365 2.50950.30000.090.90.10.01256.7743390.03 3.10970.27990 1.600.02500.0020.00000.00001.3770 2.2032 4.3540.50601750.02535.7070720.002 1.1359 2.50271.38002.2084.360.5064220.02535.7118290.002 1.13652.5095201882.400.401.800.70矩形渠道断面尺寸、水深计算底 宽b(m)1.601.600.301.601.60水 位湿 周水力半径糙 率比降h(m)χ(m)R(m)n I 4014 4.188810.064870.0810.0083401524.73240.6629390.0810.0083401641.99927 1.1770520.0810.0083401756.68853 1.7723470.0810.0083401860.01827 2.6099290.0810.0083401963.96554 3.3681810.0810.0083402068.29129 4.0660120.0810.0083402171.52681 4.7937480.0810.0083402274.59941 5.4991830.0810.0083402377.67202 6.1762850.0810.0083402480.744616.8282910.0810.008314.0209061270931,401561.9852860896954,4016165.499744002757,40170.0493423963017573,4014水位~流量关系795.6114.02156.643397215.447505277.673195河道流量~水位关系曲线333.978518041592,4018544.493160351384,4019795.610327806321,4020流 量Q(m 3/s)0.05A(m 2)过水面积0.27172916.39606949.435331100.471771479.724499342.881492410.235771437.541816.34551.3476792231.971437.53901810852,40221816.34129695998,40232231.96604967931,402461.99165.50333.981096.43156212984,40211096.43544.49河道流量~水位关系曲线河道流量~水位关系曲线河道流量~水位关系曲线河道流量~水位关系曲线河道流量~水位关系曲线河道流量~水位关系曲线河道流量~水位关系曲线0.2780.466.90.160.2231780.040.2975713 1.1902850.12419166860325393625640高程261577.6 470332.55293136.569967 2.054854796.280.507464530.8910 2.29723770110.9594720.8916220.58413933690.4333332860.2780.552.80.790.1076410.2780.552.80.10.73392高程45128267891096110.58120.413142775 1.250.7224030.043000高程39008400 4400 5450 646.379.27416.379474723.185 4.6378.18547220 895449 1.3842694561011121315.7-0.0079614高程4567891011121314实际堆渣量可堆渣量（万m3）（万m3）1#废石场新建矿区道路下方0.490.52103024m～3034m0.21沟谷地，但坡度较陡、坡度在30°左右。
第一章 明渠水力计算
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。
详谈多种糙率渠道的水力计算方法
详谈多种糙率渠道的水力计算方法现阶段，在渠道的设计工作中需要对多种糙率渠道进行有效的水力计算。
随着现代化社会的快速发展以及先进技术的革新，渠道设计工作中多种糙率渠道的水力计算方法越来越多样化，而且多种糙率渠道的水力计算准确性也在不断提高。
因此，在渠道设计的实际工作中，相关的设计管理人员要不断提升自身的专业知识储备，熟练掌握多种糙率渠道的具体水力计算方法，并确保其准确性以及科学性，从根本上确保渠道设计工作的顺利开展。
一、多种糙率渠道的基本论述（一）多种糙率渠道中糙率数值的重要性一般情况下，糙率主要是指人工渠道在设计环节中的重要技术参数标准之一，糙率数值在选取过程中的准确性以及科学性直接影响到渠道工程的顺利施工建设，对渠道工程质量水平的提高起到非常重要的作用，有着较大的实际意义。
如果在实际过程中，糙率数值在选择期间数值过大，将会直接影响到工程的实际资金投资情况，在一定程度上增加工程的实际投资成本。
还会造成渠道的冲刷现象。
糙率数值在选择期间数值过小，则不能达不到渠道工程施工建设的设计过水能力，在一定程度上造成渠道的淤积，给渠道工程的施工建设带来较大的消极影响。
通常情况下，在一些中小型的渠道工程设计过程中，大多数都会参照一定的规范化标准以及一些经验套用的具体糙率数值标准[1]。
但是如果是规模相对较大的渠道工程，由于渠道工程在设计以及运行过程中涉及到的运行条件相对复杂，若在糙率数值的选择期间出现相对微小的偏差，则会给整个渠道工程的造价管理以及之后的运行管理等工作造成非常严重的影响。
因此，在渠道工程设计运行过程中，需要对多种糙率渠道进行相对详细的研究分析，为以后的输水工程设计管理工作提供相对充分以及科学的糙率信息数据。
（二）多种糙率渠道的具体影响因素从某种程度上来讲，糙率系数是一种衡量渠道边壁性状以及粗糙程度的相对综合性的数值，现阶段在我国的工程界主要是采用谢才公式的计算方法以及曼宁公式的计算方法进行糙率的水力计算。
渠道水力计算表
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
水电站引水渠道的水力计算探讨
水电站引水渠道的水力计算探讨王少勇摘要：水电站渠道可当作引水渠，为无压引水式水电站集中落差，形成水头，并向机组输水；也用作尾水渠，将发电用过的水排入下游河道。
文章将从功用、要求和类型入手，对水电站引水渠道的水力计算特点进行探讨。
关键词：引水渠道；自动调节渠道；恒定流水电站渠道可当作引水渠，为无压引水式水电站集中落差，形成水头，并向机组输水；也用作尾水渠，将发电用过的水排入下游河道。
由于尾水渠道通常很短，本文将主要讨论引水渠道。
1 水电站引水渠道的功用及要求1.1 足够的输水能力渠道应能随时向机组输送所需的流量，并有适应流量变化的能力。
1.2 水质符合要求为防止有害的污物及泥沙经渠首或由渠道沿线进入渠道，在渠末水电站压力管道进口处还要再次采取拦污排冰、防沙等措施。
1.3 经济合理的构造结构经济合理，便于施工运行。
1.4 运行安全可靠渠道中既要防冲又要防淤，为此渠内流速要小于不冲流速而大于不淤流速；渠道的渗漏要限制在一定范围内，过大的渗漏不仅造成水量损失，而且会危及渠道的安全；渠道中长草会增大水头损失，降低过水能力，在气温较高易于长草的季节，维持渠中水深大于1.5m及流速大于0.6m/s可抑制水草生长；在渠道中加设护面既可减小糙率，又可防冲、防渗、防草，还有利于维护边坡稳定，但造价较贵；严寒季节，水流中的冰凌会堵塞进水口拦污栅，用暂时降低水电站出力，使渠中流速小于0.45～0.60m/s，以迅速形成冰盖的方法可防止冰凌的生成，为了保护冰盖，渠内流速应限制在1.25m/s以下，并防止过大的水位变动。
2 引水渠道的类型水电站渠道按其水力特性分为非自动调节渠道和自动调节渠道。
非自动调节渠道末端压力前池处（或接近渠末处）设有泄水建筑物，如溢流堰或虹吸泄水道。
当渠中通过最大流量时，压力前池水位低于堰顶；当流量减小到一定程度时，水位超过堰顶，溢流堰开始溢流。
当水电站引用流量为零时，通过渠道的全部流量由溢流堰溢走。
渠道水力计算类型
渠道水力计算类型在水利工程中，梯形渠道应用最为广泛，因而后面以梯形断面为代表，讨论渠道的水力计算方法。
因明渠流量计算公式32352132==x A n i i R n A Q ，将梯形的面积h mh b A )(+=、湿周212m h b ++=χ代入上式得[][]32235+12++=mh b h mh b n i Q )( (6-17) 则),,,,(=i n m h b f Q ，这说明，梯形断面水力计算存在着（Q 、b 、h 、m 、n 、i ）六个变量。
通常渠道的边坡系数m 和糙率系数n ，可由渠的地质情况、施工条件、护面材料等实测确定，或由经验查表确定。
则渠道的水力计算主要是流量计算、正常水深计算、渠宽度计算及渠底坡度计算。
明渠均匀流的水力计算问题,可分为两大类：一类是对已建成的渠道进行计算，如校核流速、流量、糙率和底坡；另一类是按要求设计新渠道，如确定底宽、水深、底坡、边坡系数或超高等。
一、已成渠道的水力计算已成渠道的水力计算任务是校核过水能力及流速，或由实测过水断面的流量反推粗糙系数和底坡。
下面以例题形式来说明。
1. 流量和流速的校核【例6-3】 某灌溉工程粘土渠道，总干渠全长70km ，糙率n =0.028，断面为梯形，底宽为8m ，边坡系数m = 1.5，底坡i=1/8000，设计流量Q 为40m 3/s 。
试校核当水深为4m 时，能否满足通过设计流量的要求。
解： (1) 流量校核由于渠道较长，断面规则，底坡和糙率固定，故可按明渠均匀流计算。
因： 4)45.18()(⨯⨯+=+=h mh b A = 56（m 2）42.22=5.1+1×4×2+8=+12+=22m h b x （m ）水力半径： 42.2256==x A R = 2.498 m 谢才系数： 6161498.2028.011⨯==R n C = 41.6 m 1/2 / s流 量 =)8000/1(×498.2×6.41×56==Ri AC Q 41.17 m 3 /s(2) 流速较核：74.0=5617.41==A Q v （m/s ）>不淤v =0.5m/s查表6-4粘土渠道，不冲流速允许值为（0.75～0.85）m/s,水力半径为2.498m, 则实际允许流速为()=498.2×)85.0~75.0(==41αR 表不冲v v 0.942～1.07m/s因计算流量大于设计流量,则满足能过设计流量的要求；实际流速满足不冲、不淤允许流速要求。
明渠均匀流计算公式.
可以看出，正常水深h0大小与流量Q、过水断面形状尺寸、 糙率n及底坡i有关。
水力分析与计算
公式计算内容 明渠均匀流公式形式：
Q AC Ri
A 23 12 Q R i n
1.校核渠道的输水能力Q
2.确定渠道的底坡i
水力分析与计算
3.河渠粗糙系数n的计算
4.设计渠道的断面尺寸(b、h0)
主持单位: 广东水利电力职业技术学院 黄河水利职业技术学院 参建单位: 杨凌职业技术学院 安徽水利水电职业技术学院 山西水利职业技术学院 四川水利职业技术学院
长江工程职业技术学
QK
i
K为流量模数，与流量的单位相同，它综合反映了明渠断面 形状、尺寸和粗糙程度对渠道过流能力的影响。 根据曼宁公式，明渠均匀流公式也可写为：
A 23 12 Q R i n
水力分析与计算
公式推导 明渠均匀流公式形式：
Q AC Ri
A 23 12 Q R i n
公式中R为水力半径，i为底坡，n为糙率，A为过水断面面积。 通常将明渠均匀流的水深称为正常水深，以h0表示。
水力分析与计算
明渠均匀流计算公式
主 讲 人： 王勤香 黄河水利职业技术学院 2014.10
水力分析与计算
公式推导 明渠均匀流水力计算采用谢才公式：
v C RJ
因明渠均匀流的水力坡度J等于底坡i，则明渠均匀流的流量公 式也可写为：
Q AC Ri
令K AC R
则Q K
水力分析与计算
i
公式推导 明渠均匀流公式可写为：
梯形、矩形渠道水力计算
bb
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bb
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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
bb
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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
bb
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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
渠道水力计算
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
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0.068611328 9.12
8.476 0.929386 47.19416011 14.398045 3.806583286
0.068611328 9.12
8.476 0.929386 47.19416011 14.398045 3.806583286
综合糙率（n)
nmax/nmin＜1.5 nmax/nmin＞
定了渠底宽度b，设一系列h，做出K=f(h)曲线图，再由已知流量Q和底坡i算出相应的流量模数K已知，在曲线图上查出
湿周（χ）
水力半径 （R）
谢才系数 流量模数 已知流量模数
（C)
（K)
（K已知）
6.52 0.693251534 37.6306567 141.620346 18.76091434 1.453306673 47.3017302 1554.77278 23.41640786 2.049844719 50.0923003 3442.49006 27.88854382 2.58170525 52.055736 6022.18949 32.36067977 3.090169944 53.6390663 9429.14667
相对稳定断面 （β）
水深 （h）
底宽
(b)
38
0.007
0 0.0209 7.448471389 1.162294654 8.657318479
(3)实用经济断面宽深比
计算方法： （1）拟定偏离系数α：α=A经/A优（一般取α=1.01～1.4） （2）计算γ： γ=h经/h优 γ=α5/2-(α*（α4-1）)1/2 （3）计算宽深比β：β=(α*（2（1+m2)1/2-m)-m)/r2
0.0225 0.020932018 0.020932018
n1
0.0225 0.0225 0.0225
糙率 n2
0.017 0.017 0.017
n3
χ1
0.0225 4.47213595 0.0225 4.47213595 0.0225 4.47213595
湿周 χ2
2 2 2
χ3
3.605551275 3.605551275 3.605551275
m 2( 1 m2 m)
1、对于梯形断面，在满足水力最佳断面的基础上，相应水力半径为 2、对于矩形断面，在满足水力最佳断面的基础上，其底宽为水深的
流量 （Q）
1.5
底坡（i) 0.0005
边坡 系数 (m)
1.5
糙率 (n)
0.025
最优水力断面 （βm）
0.605551275
水深 （hm）
1.091943494
面积(A)
10.122 14 16 18 20
（二）底宽b已定，确定相应的水深h。如由于施工机械开挖作业宽度限定了渠底宽度b，设一系列h，做
底宽 (b)
2 10 10 10 10
水深 (h)
流量 （Q）
底坡 （i)
边坡系数(m) 糙率
(n)
2.26
2 0.0002
0
1.959 70 0.0009
2
3
说明：以下是考虑渠道水流为明渠恒定均匀流计算
v C Ri Q AC Ri
1
1 C R6
n C 1 R y , y 2.5 n 0.13 0.75 R ( n 0.10) ,0.1m R 3m,0.011 n 0.04
n
一、矩形断面
10年 20年
断面 情况
水面宽 （B)
底宽 (b)
141.4213562
最佳条件（以下公式给出），大型渠道的宽深比β由综合技术条件给出。由以上两种相同的方法确定对应的h和b值。
断面的基础上，相应水力半径为水深的0.5倍； 断面的基础上，其底宽为水深的2倍。
流速 (v) 0.597482386
流速 (v) 3.776451938
水深 （h经）
底宽 (b)
底宽 (b)
0.661227776
(2)满足相对稳定的宽深比（相对平稳，不冲不淤或冲淤平衡）
对于一般渠道：β=3Q1/4-m 多沙河流上的引水渠道：A:Q<1.5m3/s时 B： Q=1.5～50m3/s时 β=2.6Q1/4-m
β=2.8Q1/10-m
流量 （Q）
边坡 底坡（i) 系数
(m)
糙率 (n)
70 0.0009
2
4
70 0.0009
2
5
70 0.0009
2
0.025 0.0225 0.0225 0.0225 0.0225
面积(A)
4.52 27.265362
48 72 100
（三）宽深比β=b/h已知，确定相应的b、h,小型渠道的宽深比可按水力最佳条件（以下公式给出），大
(1)水力最优断面
0.013358527 0.0155421 10.07769 11 1.091520281 75.9591429 65.28739951
。设定不同的底宽b值，计算出相应的流量模数K，做出 流量模数K已知，在曲线图上查出对应的h值，即为所求。
种相同的方法确定对应的h和b值。
积和水力半径为定值。
水深 (h)
底宽 (b)
-37.7083745 5.4610068
单位：m
流速（v）
流量（Q）
nmax/nmin＞1.5～ nmax/nmin＜ nmax/nmin＞
2.0
1.5～2.0
1.5～2.0
0.755809193 41.26385 9.976681
1.161316514 32.2646 9.843319
686
11.94427191 1.172109954 45.6364872 691.710583
12.94427191 1.236067977 46.0423916 819.028539 13.94427191 1.290852625 46.3763885 948.435414 14.94427191 1.338305414 46.6562706 1079.48754
4.5 6.125
8 8.82 10.125 12.5
（四）按允许流速，即不冲不淤流速，确定相应的b、h，以渠道不发生冲刷的最大允许流速vmax或不淤的
Q A
v max
R ( nv max ) 3 / 2 i1 / 2
A ( b mh ) h
( b mh ) h R
b 2h 1 m 2
允许不冲流速 （vmax）
0
1.25
38 0.007
0
1.5
38 0.007
0
1.75
38 0.007
0
2
38 0.007
0
2.1
38 0.007
0
2.25
38 0.007
0
2.5
38 0.007
0
0.0225 0.0225 0.0225 0.0225 0.0225 0.0225 0.0225
0.0225
面积(A)
2 3.125
46.1284807 644.665116
454.1868715
冲刷的最大允许流速vmax或不淤的最小允许流速vmin为控制条件，则渠道的过水断面面积和水力半径为定值。
底坡（i) 糙率
(n)
边坡系数 (m)
水力半径 （R)
面积 (A)
水深 (h)
0.007
0.0134
0
0.20915473 17.27272727 3.162919946
流速 (v)
2.304860308 10.28546778 1.60293141
湿周（χ）
4 5 6 7 8 8.4 9 10
水力半径 （R）
0.5 0.625 0.75 0.875
1 1.05 1.125 1.25
谢才系数 流量模数 已知流量模数
（C)
（K)
（K已知）
39.5954986 55.9964911 41.0958043 101.528394 42.3637464 165.096362 43.4662484 249.036083 44.4444444 355.555556 44.8073265 404.960129 45.3255312 486.75923
（３）计算最小水深和加大水深。
（４）确定安全超高、堤顶宽。
（５）绘制渠道横断面图。
说明：已知流量Q、渠道底坡i、边坡系数m及粗糙系数n的条件下，决定渠道底宽和水深h。 分以下几种情况：
（一）水深h已定，确定相应的底宽b。如由通航和施工条件限定了水深h，则底宽b就有确定的解。应用 K=f(b)曲线图，再由已知流量Q和底坡i算出相应的流量模数K已知，在曲线图上查出对应的b值，即为所求
流量 （Q）
边坡 底坡（i) 系数
(m)
糙率 (n)
α
γ
最优水力断面 （β经）
38
0.0007 0 0.0225
1.04
0.682718935 4.462512434
底宽 (b)
2 2.5 3 3.5 4 4.2 4.5 5
水深 (h)
流量 （Q）
底坡 （i)
边坡系数(m) 糙率
(n)
1
38 0.007
～2.0
1.5～2.0
湿周 （χ）
面积(A)
水力半径 （R）
谢才系数（C)
nmax/nmin＜1.5 nmax/nmin＞1.5～
～2.0
2.0
0.013358527 0.0155421 10.07769 11 1.091520281 75.9591429 65.28739951