渠道水深试算表
03 渠道临界水深计算
临界 水深
Q2 Ak3
g Bk
临界水深对应的 过水断面面积
临界水深对应的 水面宽度
式中： A (b mh)h
B b 2mh
计算思路：不断假设水深h，当假设的水深使临界流方程成立时，该假
设水 深即临界水深hk。
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水力分析与计算子项目
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水力分析与计算子项目
3.Excel试算临界水深
需要用到的公式和需要注意的问题： ①基本变量的单元格符号应加“$”加以固定；
②常用的excel计算符号： 求和 sum函数； 求差 “—”号； 求积 “ * ”号； 求商 “ / ”号； 平均数 average 函数； 开方 “sqrt”或“power（a，0.5）”函数； 幂函数 “^”或 power（a，b）=ab 三角函数 相应的三角函数（注意：默认的格 式是弧度制）。
水力分析与计算子项目
用excel计算临界水深
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水力分析与计算子项目
四 课下练习
某梯形断面渠道，底宽b=2.5.0m，边坡系数m=2.0。当通过流 量Q=7.0m3/s时，试计算渠道的临界水深hk。
要求：编写excel公式，并用单变量求解的方法计算结果。
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水力分析与计算子项目
A
B
B7=($B$4+$C$4 *A7)*A7
C7=$B$4+2*$C$4* A7
A (b mh)h B b 2mh
D4=A4^2/9.8
A3 / B
D7=B7^3/C7
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在编制计算程序时，应注意这些参数在计算过程中始终不变，应当使 用“$”符号加以控制。
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。
河道水深、流速水利计算
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。
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
渠道的水力计算造表原理和使用方法
计算的。所以在工程界，通常是将壳槽简化为纵、横两个方向分别 进行近似计算，纵向按梁理论计算其内力，横向取单位长度槽身按 平面问题进行分析。实践证明，这种近似的计算方法，对于中小型 渡槽工程是可行的。对于一些大的工程，还有必要进行 １：１ 仿真模 型试验观测和有限元仿真分析等多种手段进行对比验证，以评价 利用薄壳结构计算理论进行设计的可靠程度或近似程度。同时利 用模型试验段在各工况荷载（包括满槽超载）作用下的结构应力和 变形观测结果，检验实际工程整体结构的受力性能和超载能力。
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１．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
－８
解：（１）F= NQ H ３ ＝８．８６ 姨I
（２）按 Ｆ＝８．８６，Ｍ ＝３，在表 １ 查得，当 Ｆ＝８．００ 时，Ｘ ＝８．７３；当
Ｆ＝９．００ 时，Ｘ ＝７．７７。通过内插得 Ｘ ＝７．６２。 （３）取底宽 Ｂ ＝Ｘ Ｈ ＝１３．７ｍ 。 例 ２，某农渠，在设计流量 Ｑ ＝０．２５ｍ ／ｓ，底坡 Ｉ＝１／１０００，糟率
4. 结论 以上主要对大型渡槽三向预应力槽身的结构进行了设计。 对设置伸缩缝时间的选择非常重要。要求在最低设计温度以及 混凝土收缩、徐变全部完成的最有利的组合条件下进行，以便保 证在任何情况下橡胶部件中仍有一定的压缩量，使橡胶部件与
样，跨度也就不尽相同，以使槽身结构、下部结构、基础结构、施 钢板之间不会出现拉应力。
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
03 渠道临界水深计算
专题3. 临界水深的计算从比能曲线可知，在水深由零增加到无穷大的过程中，断面比能也在随着水深而改变，但其中有一个最小值存在。
我们把在渠道流量、断面尺寸确定的情况下，相应断面比能Es 最小的水深，称为临界水深，用hk 表示。
计算临界水深的基本方程式临界流方程，其形式如下：kk B Ag Q 32=α (式3-1) 式中：A k 为临界水深对应的过水断面面积，m 2；Bk 为临界水深对应的水面上宽，m ；对于等腰梯形断面渠道，过水断面面积A 与水深h 之间的关系复杂，不易由临界流方程直接求解出临界水深h k ，需用试算法求解。
试算法的基本思路：当给定渠道断面形状、形状及流量时，临界流方程（式3-1）左端的gQ 2α可直接求出，而右端的B A 3仅是水深的函数，可假设若干个水深，分别求出其B A 3值，当该值与g Q 2α相等时，此水深即所求的临界水深。
也可只假设几个水深，绘制BA h 3—关系曲线，在曲线上查出满足临界流方程式的水深，即所求临界水深h k 。
【工程任务】某梯形断面渠道，底宽b=2.0m ，边坡系数m=1.5。
当通过流量Q=4.0m 3/s 时，渠道中实际的水深为h=1.0m ，试计算渠道的临界水深h k 。
【分析与计算】1. 试算法求解这是一个典型的计算梯形断面临界水深的问题。
由式子3-1可知，当Q 已知时，由可解出临界流方程左端的值，然后不断试算方程右端的值，即可解出临界水深。
先设h 1=0.5m ，63.18.94122=⨯=g Q α 过水断面面积38.15.0)5.05.12()(=⨯⨯+=+=h mh b A （m 2） 水面上宽5.35.05.1222=⨯⨯+=+=mh b B （m ）74.05.338.133==B A 该值与已知的gQ 2α不符，故需重新代数计算。
将h 代0.5、0.6、0.7、0.8m 时，得到B A 3值分别为0.74、1.39、2.37、3.81。
各种渠道、河道过流的计算表
1、工程概况：北门江钟山水厂段现状宽8.8m，堤防洪水采用20年一遇257.9m3/s。
北门江钟山水厂段0+000.00至0+098.00m,进口0+000.00m底板高程131.29m，出口0+098.00m底板高程130.80m,河底坡降0.005。
钟山水厂处北门江1994年7月23日最大洪水位134.22m2、过流能力计算水面宽：B=b过水面积：A=bh湿周：X=b+2h 水力半径：（2）明渠均匀流计算公式：谢才系数：0+000.000+098.00流量：131.29130.8m 257.9m 3/s 北门江流量与水深的计算水面宽B h(m)b(m)(m)A(m 2)(m)(m)(m 1/2/s)(m 3/s)(m/s)m 0+000 5.668.80.4549.822220.1232 2.480.02546.520.005257.90 5.18136.950+098 5.668.80.4549.822220.1232 2.480.02546.520.005257.90 5.18136.460+000 2.9318.290.4553.594924.1518 2.220.02545.680.005257.90 4.81134.220+098 3.4215.070.4551.549421.9129 2.350.02546.130.005257.90 5.00134.220+000 2.74200.4554.750725.4751 2.150.02545.440.005257.90 4.71134.030+098 2.74200.4554.750725.4751 2.150.02545.440.005257.90 4.71133.54北门江过流能力与水深的计算20年洪水流量河道底板高程经以上计算分析，本设计护堤取北门江水深h=2.74m。
库水位谢才系数C度坡i 过流量Q 流速V 湿周Ｘ水力半径R 糙率n 编号假设底宽过水面积χA R =6/11R n C =Ri AC Q =。
渠道水力计算
渠道⽔⼒计算10年20年n 1第⼀种66 2.200.00360.0225第⼆种 2.6 2.6 3.2600.0070.0225第三种 2.6 2.6 3.2600.0070.0225⽔⾯宽（B)底宽(b)⾼(h)边坡系数m 底坡（i)断⾯情况说明：以下是考虑渠道⽔流为明渠恒定均匀流计算⼀、矩形断⾯第⼀种9222 1.50.007第⼆种9222 1.50.007第三种9222 1.50.007（２）计算设计⽔深和底宽（ｈ、ｂ），校核不冲不淤。
思考：发⽣冲刷或淤积，怎么办？调整宽深⽐或⽐降流量⼀定时，ｂ⼤，则ｖ⼩，ｉ⼤，则ｖ⼤。
（３）计算最⼩⽔深和加⼤⽔深。
（１）拟定或估算各设计参数（ｉ、ｎ、ｍ、b等）。
断⾯情况⽔⾯宽（B)底宽(b)⾼(h)边坡系数m 底坡（i)⼆、梯形断⾯边坡系数n 三、设计渠道断⾯（以梯形断⾯为例）渠道横断⾯设计步骤（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（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（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(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β=2.8Q1/10-m31/4(3)实⽤经济断⾯宽深⽐（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max 或不淤的41.16 44.75宽和⽔深h。
宽b就有确定的解。
应⽤以下公式计算，其中K为流量模数，相当于i=1时流量。