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1、防洪工程经常用到的公式在抗洪抢险中,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 M或者 24 小时降雨量达到50 毫 M时称为暴雨。每小时以内的降雨量达到20 毫 M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(式中: Ht 面设计面雨量;at 暴雨线性系数;H
2、t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:精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 1 页,共 7 页洪水特征:一般常用洪峰流量
3、、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,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
4、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
5、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M到几百 M ,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
6、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。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 2 页,共 7 页河网汇流: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
7、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
8、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
9、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,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=K
10、nFn(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 是面精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 3 页,共 7 页积系数。面积系数是12-24 个,根据地形地貌状况确定。这种计算方法在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
11、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、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
12、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M ;b底宽,单位:M ; h水深,单位: M ;m 边坡系数,表示斜坡的垂直距离每增加1M ,则水平距离相应增加mM ;) 过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
13、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:精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 4 页,共 7 页= (-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:
14、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距离500M 。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
15、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 精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 5 页,共 7 页溃坝最大流量: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
16、/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
17、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:高水头大型水电站:水头在70m以
18、上的装机容量大于75万 KW 的水电站;中水头中型水电站:水头在30-70m 之间的装机容量在2.5-25KW 的水电站;低水头小型水电站:水头在30m以下的装机容量在2.5KW以下的水电站;水电站年利用小时: h=E/N。装机范围确定:N=CNP 。水电站装机容量计算公式:P=9.81QH;水电站单位时间的水能:N=9.81QH 。水电站出力计算公式:N=(6.0-8.0)QH 。水电站年发电量计算公式:E=NT 。泰勒稳定分析数计算公式:m=C/KyH 。安全系数:K=C/myH 。河道施工期围堰导流计算公式:Q=1000FLC/86400=0.0116FLC铁路、公路桥梁的桥孔过洪能力审
19、查计算公式:Q= hBV 。风壅洪水水面高度计算公式:e=KV2F/(2gd)cos 。泥石流整体冲击力计算公式:F=.ycVc/g.sin2。水库抢险的管涌危险范围确定公式:J=hL/L=0.05,正常渗流出逸点一般在堤身的1/3 以下处。出逸点渗流比降计算:J=sin 。沉砂池断面平均流速计算公式:V=Q/HB 。泥沙沉降的水平长度:L=VH/;沉砂池长度计算公式:L=KL。泥石流流量计算公式:Q= CVc 。涵洞孔径净宽:b=Q/1.58H1.5 。涵洞前面水深:H=Q/1.58b2/3。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 6 页,共 7 页以上水利水电工程计算公式,是本人长期从事防洪工程摘录的知识,给大家在暴雨、洪水期间抗洪抢险参考。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 7 页,共 7 页