《防洪工程常用计算公式》由会员分享，可在线阅读，更多相关《防洪工程常用计算公式（11页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、防洪工程常用计算公式防洪工程常用计算公式防洪工程常用计算公式2010-8-28 强新泉在抗洪抢险中，经常遇到一些技术问题，也就是暴雨、洪水、河道、水库的设计洪水、校核洪水、河道过洪能力计算问题，本人把一般常用的水利水电工程计算公式摘录如下，以供大家在抗洪抢险中参考、探讨：暴雨洪水设计暴雨设计：暴雨：12 小时降雨量达到 30 毫米或者 24 小时降雨量达到 50 毫米时称为暴雨。每小时以内的降雨量达到 20 毫米也称为暴雨。设计暴雨的计算公式：设计点雨量计算公式：Htp=KpHt(式中：Ktp设计点雨量；Kp皮尔逊曲线值；Ht最大雨量均值；t欲求时间；)设计面雨量计算公式：Ht 面=atHt
2、（式中：Ht 面设计面雨量；at暴雨线性系数；Ht设计历时点雨量；at、bt暴雨线性拟合系数；）暴雨系数计算公式：at= （式中：at、bt线性拟合参数；F流域面积；）多年平均径流量计算公式：Wp=1000yF(式中：Wp多年平均径流量；y多年平均径流深；F流域面积；)设计频率年径流深计算公式：yp=yKp(式中：y多年平均径流深；Kp频率模比系数；)多年平均年径流系数计算公式：=y/x =W/1000Fx（式中：多年平均年径流系数；y年径流深；x多年平均降雨量；）洪水设计：洪水特征：一般常用洪峰流量、洪水总量、洪水过程线三个要素表示。洪水设计的概念：一次降雨形成的洪水过程线，反映洪水的外形，
3、过程线上的最大值就是洪峰流量，用 Q 表示。洪峰最高点就是洪峰水位，用 Z 表示。洪水过程线和横坐标所包围的面积，经过单位面积换算求得，就是洪水总量，用 W 表示。洪水过程线的底宽是洪水总历时，用 T 表示。从开始涨水到洪峰流量的历时称为涨水历时，用 t1 表示。从洪峰到洪水下落到终止的历时称为落水历时，用 t2表示。洪水总历时等于涨水历时和落水历时之和。即 T=t1+t2。一般情况下，一次降雨形成的洪水过程称为单式洪水过程。相邻两次以上的降雨，前面降雨形成的洪水没有泄完，后面降雨形成的洪水接踵而来，称为复式洪水过程。洪水的类型：洪水的类型一般分为六种，一是暴雨洪水，暴雨洪水又分为山洪和泥石流
4、两种。二是融雪洪水，三是冰川洪水，四是冰凌洪水，五是雨雪混合洪水，六是溃坝洪水。洪水分级：根据国家水文情报预报规范 ，按洪水重现期的大小，把洪水分为常见洪水（8-10 年一遇） 、较大洪水（10-50 年一遇）、大洪水（50-150 年一遇） 、特大洪水（大于 50 年一遇） 。洪水的形成过程：从降雨到水流汇集至河流出口的整个物理过程，称为径流形成过程，也就是洪水的形成过程。洪水的形成，是一个相当复杂的物理过程，为了便于说明这个过程，我们把它概化为：流域蓄渗过程、坡地汇流过程和河网汇流过程。也可以概化为产流过程和汇流过程。产流过程：指降雨满足了截流、下渗、填洼、和雨期蒸发后形成径流量的过程。损
5、失过程：流域的蓄渗过程，不直接生产径流，而是消耗或损失于植物截流、下渗、填洼、蒸发的降雨量。超渗产流：地下水埋藏深，包气带土层厚度可达数十米到几百米，下部干土缺水量很大，一般降雨不能使土层达到田间持水量，因植被差，土质贫瘠，下渗能力低，往往形成的大量产流。蓄满产流：年降雨量充沛，地下水位高，包气带土层不厚，下层容易常达田间持水量，缺水量不大，不容易形成超渗产流，在土壤缺水量满足后全部产生径流的蓄流方式，称为满蓄产流。汇流过程：降雨或者溃坝形成的洪水，从产生的地点到流域出口断面的汇集过程，称为汇流过程。也可以称为流域汇流。流域汇流分为坡地汇流和河网汇流两个阶段。坡地汇流：降雨产生的水流从产生地点
6、沿坡地向河槽汇集的过程，称为坡地汇流。分为坡面径流、表层径流和地下径流三种径流形式：坡面径流，出流过程一般用坡地汇流曲线的径流成因公式计算描述；表层径流，通常用线性蓄泄关系描述；地下径流，流动规律一般采用土壤饱和水流与非饱和水流方程进行描述。河网汇流：许多大小不同的河槽构成相互贯通的泄水系统，称为河系。水流沿着河槽向下游运动的过程，称为河槽汇流。在这个系统中，各级河槽的水流向下游流动的过程，称为河系汇流。在天然河槽，特别是在河系中，沿程旁侧支流洪水的加入和入流，干支流的互相干扰因素和沿程水力特性的差异，使河道洪水的波浪运动变化更为复杂，一般采用水流连续定理和蓄泄关系进行描述河系汇流。也就是采用
7、径流成因公式计算描述出流过程。因此，在实际工作中，可以直接用净雨代表坡面出流，经过河槽汇流计算描述流域出口断面的流量过程。洪水过程的水源组成： 降雨形成的洪水过程，一般由地表径流、壤中流、浅层地下水和深层地下水四种水源组成。地表径流，是超渗降雨形成沿坡面流动注入河槽的水量，是洪水的主要组成部分。壤中流，地表以下和地下水水面以上的包气带土层，由包气带进入河槽的水量称为壤中流。也可称为表层流。浅层地下水，指地下水面以下的第一个隔水层以上的有自由表面的重力水，称为浅层地下水。也可称为潜水。河道切割深度达到潜水位以下时，潜水就会立即向河槽排泄，从而形成潜流。深层地下水，指第一个隔水层以下，不透水层以上
8、的地下水。也可称为承压水或者层间水。深层地下水补给河道水量，一般不是本次降雨产生的。对于一个流域而言，深层地下水比较稳定，我们通常把深层地下水称为基流。洪水标准：分为五等 5 级，水工建筑物五等 5 级。正常运用洪水标准分为五级 10-500 年一遇 8 个档次，是一般设计洪水的标准；非常运用洪水标准分为五级 200-10000 年一遇 8 个档次，是一般校核洪水的标准。洪水设计前，把防洪工程的等级、级别和相应的洪水频率标准、确定出来，才能进行洪水设计。洪水设计洪水设计，就是根据国家防洪工程设计的有关法律规范、洪水频率、标准把河道或沟道的洪水流量、水位、海拔高程、概略坐标（经纬度） 、流域面积
9、，计算设计出来的一种科学法定方法。洪水设计一般分为三种方法：实测资料设计洪水：就是根据一个附近典型的水文站或者水库，设计计算本流域的洪水流量。计算公式为：Qm 设=（Fs/Fz）2/3.Qmz (式中：Qm 设洪水设计流量；Fs设计控制面积；Fz附近典型水文站的控制面积；Qmz水文站的标准流量。)经验公式设计洪水：经验公式有两种计算公式。一是洪水面积相关法：Qm=KnFn (式中：Qm洪水设计流量；Kn不同重现期的 8 个洪水频率系数和不同分区的 6 个地形系数，洪水设计计算系数是 28-48 个系数；Fn控制面积，F 上面的 n 是面积系数。面积系数是 12-24个，根据地形地貌状况确定。这
10、种计算方法在 1000 平方公里内可以应用，超过 1000 平方公里控制面积慎用。在XXX 水文手册里面可以查到。)二是综合参数法：Qm=CNFH3n （式中：N洪水设计重现期（年） ；F控制面积；流域形状系数，= ；、水文手册中的 30 种设计计算参数。 ）暴雨资料设计洪水：按照产流面积、面雨量、径流深、前期影响雨量、入渗率、土壤含水量、平均降雨强度、净雨量、汇流计算、综合指数、参数、概化暴雨洪水过程线、洪水总量、根据产流高程、设计洪水，绘制设计洪水过程线图、在设计洪水过程线图上查算，设计洪水计算成果表。过洪断面的水力验算一般习惯上应用明渠等速流计算公式,解决防洪工程的水力计算问题。人工渠道
11、、天然河道、未充满水的管道，通称为明渠等速流。在明渠等速流的水，称为明渠水流，明渠水流是无压流。明渠水流，可能是恒定流，也可能是非恒定流。可能是等速流（均匀流） ，也可能是变速流（非均匀流） 。当明渠水流的过水断面、平均流速、水深沿流动方向不变时，称为明渠等速流。否则，称为明渠变速流。明渠变速流是一般防汛单位研究的重点问题，明渠变速流是设计单位研究的复杂繁琐问题。明渠等速流洪水的类型和水力计算要素：梯形断面的过水断面面积计算公式：=（b+mh）h(式中：过水断面面积，单位：平方米；b底宽，单位：米；h水深，单位：米；m边坡系数，表示斜坡的垂直距离每增加 1 米，则水平距离相应增加 m 米；)过
12、水断面宽度计算公式：B=b+2mh湿周计算公式：X=b+2h水力半径计算公式：R=/X =bh/b+2h(1+m2)1/2矩形断面的过水断面面积计算公式：=bh湿周计算公式：X=b+2h水力半径计算公式：R=/X =bh/b+2h宽浅矩形断面的过水断面面积计算公式：当 10 时，X=b,R=h。圆形断面的过水断面面积计算公式：= (-sin)水面宽度计算公式：B=2h(d-h)1/2湿周计算公式：X= 1/2d水力半径计算公式：R=/X = d/4(1-sin/ )(式中：d直径；h水深；=3.14/180. ; =180+2arcsin.h-d/2/d/2 )不规则的天然河道的过水断面面积计
13、算公式：一般按照宽浅矩形断面计算。明渠等速流的平均流速计算公式：V=C(RJ)1/2明渠等速流的流量计算公式：Q=C(RJ)1/2 如果有流量模数 K=C 值的话，则 Q=K (R)1/2谢才系数 C 值的计算公式：C=1/n R1/6河道洪水和防洪工程的糙率 n 值的确定：铁路、公路桥梁、河道堤防、排洪渠工程,把天然河道与人工渠道、堤防的糙率 n 值，在水力计算手册上罗列了 15-24 种情况，n 值从 0.012-0.040 不等，一般习惯上把糙率 n 值统一确定为 0.025进行计算。河道洪水设计的纵断面比降 J 值的测量确定，防汛部门规定：河道洪水计算或者防洪工程，一般纵断面比降测量的
14、距离500 米。在设计洪水和防洪工程中，一定要求以实际测量出来的上下游距离和高差的比降为准。水库溃坝洪水计算公式：水库溃坝方式一般分为瞬溃、瞬分溃、渐溃三种。瞬溃，危害性最大，破坏力极强；瞬分溃，次之；渐溃，过程非常复杂。黄河流域洪水经验公式：峰顶流量：qm=B（gH)1/2连续波流：=mn-12(m)1/2+u/(gH)1/2/1+2m2n+1不连续波流：=m（m-m)（m-m)/(m+1)m-m+u2/(gH)1/2溃坝缺口宽度：b=KW1/4.B1/4.H1/2溃坝最大流量：Qmax=(8/27)(g)1/2(B/b)1/4.bH2/3溃坝沿程最大流量：Q1=W/(W/Qmax)+(L/
15、VmaxK)溃坝洪水传播时间：t1=KL1.75(10-h)1.5/W0.2H0.35溃坝洪水到达时间：t2=K2L1.4/W0.2H0.5hm0.25河槽过流能力：Q=AR2/3/n(J)1/2溃坝洪水传播到下游的洪峰：QL=W/W/Qmax+L/VmaxK生活污水量设计：Q=qNK/24*3600管道设计：断面：A=3.14/4(d.d);流量：Q=AV=3.14/4(d.d).V;管径：d=4Q/3.14V1/2=3.14Q/V1/2;管道的最经济流速计算公式：100-400,则 V=0.6-1.0m/s;管道阻力：管道阻力=管道长度 L/管道 1m 的阻力。管道 1m 的阻力=阻力系数*（流速*流速） 。水库洪水计算公式：溢洪道下泄流量：W=QT=1.5Bh2/3T;水库洪水总量计算公式：W=1000KRF;翼墙扩散角计算：tg=2/3h/h1/2;翼墙下游长度计算：L=(2.5-3)B/2;淤地坝洪水总量计算：Wn=0.18Qm1.27;滞洪库容计算：qp=Qp(1-V/Wp);放水量确定：Qf=Am/3600TtN;消能井计算公式：容积V=9.81/8.QH=1.23QH;流量 Q=0.62A2gH1/2;深度 P=t-h+；平面面积 BL=V/t;L=2B;B=V/2t1/2。水电站装机容量确定：高水头大型水
