防洪工程常用計算公式

⑥多年平均年徑流系數(shù)計算公式：⑥多年平均年徑流系數(shù)計算公式：a =y/x=W/1000Fx防洪工程常用計算公式在抗洪搶險中，經(jīng)常遇到一些技術問題，也就是暴雨、洪水、河道、水庫的設計洪水、校核洪水、河道過洪能力計算問題，本人把一般常用的水利水電工程計算公式摘錄如下，以供大家在抗洪搶險中參考、探討：㈠暴雨洪水設計⑴暴雨設計：暴雨：12小時降雨量達到30毫米或者24小時降雨量達到50毫米時稱為暴雨。每小時以內(nèi)的降雨量達到20毫米也稱為暴雨。設計暴雨的計算公式：設計點雨量計算公式：Htp=KpHt（式中：Ktp――設計點雨量；K 皮爾遜曲線值；Ht――最大雨量均值；t――欲求時間；）設計面雨量計算公式：Ht面=atHt（式中：Ht面——設計面雨量；at——暴雨線性系數(shù)；Ht——設計歷時點雨量；at、bt――暴雨線性擬合系數(shù)；）暴雨系數(shù)計算公式：at=（式中：at、bt——線性擬合參數(shù)；F——流域面積；）多年平均徑流量計算公式：Wp=1000yF（式中：Wp多年平均徑流量；y――多年平均徑流深；F――流域面積；）設計頻率年徑流深計算公式：yp=yKp（式中：y――多年平均徑流深；Kp頻率模比系數(shù)；）（式中：（式中：a 多年平均年徑流系數(shù)；y――年徑流深；x 多年平均降雨量；）⑵洪水設計：①洪水特征：一般常用洪峰流量、洪水總量、洪水過程線三個要素表示。洪水設計的概念：一次降雨形成的洪水過程線，反映洪水的外形，過程線上的最大值就是洪峰流量，用Q表示。洪峰最高點就是洪峰水位，用Z表示。洪水過程線和橫坐標所包圍的面積，經(jīng)過單位面積換算求得，就是洪水總量，用 W表示。洪水過程線的底寬是洪水總歷時，用T表示。從開始漲水到洪峰流量的歷時稱為漲水歷時，用t1表示。從洪峰到洪水下落到終止的歷時稱為落水歷時，用t2表示。洪水總歷時等于漲水歷時和落水歷時之和。即T=t1t2。一般情況下，一次降雨形成的洪水過程稱為單式洪水過程。相鄰兩次以上的降雨，前面降雨形成的洪水沒有泄完，后面降雨形成的洪水接踵而來，稱為復式洪水過程。洪水的類型：洪水的類型一般分為六種，一是暴雨洪水，暴雨洪水又分為山洪和泥石流兩種。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，六是潰壩洪水。洪水分級：根據(jù)國家《水文情報預報規(guī)范》，按洪水重現(xiàn)期的大小，把洪水分為常見洪水（8-10年一遇）、較大洪水（10-50年一遇）、大洪水（50-150年一遇）、特大洪水（大于50年一遇洪水的形成過程：從降雨到水流匯集至河流出口的整個物理過程，稱為徑流形成過程，也就是洪水的形成過程。洪水的形成，是一個相當復雜的物理過程，為了便于說明這個過程，我們把它概化為：流域蓄滲過程、坡地匯流過程和河網(wǎng)匯流過程。也可以概化為產(chǎn)流過程和匯流過程。⑴產(chǎn)流過程：指降雨滿足了截流、下滲、填洼、和雨期蒸發(fā)后形成徑流量的過程。⑵損失過程：流域的蓄滲過程，不直接生產(chǎn)徑流，而是消耗或損失于植物截流、下滲、填洼、蒸發(fā)的降雨量。⑶超滲產(chǎn)流：地下水埋藏深，包氣帶土層厚度可達數(shù)十米到幾百米，下部干土缺水量很大，一般降雨不能使土層達到田間持水量，因植被差，土質(zhì)貧瘠，下滲能力低，往往形成的大量產(chǎn)流。⑷蓄滿產(chǎn)流：年降雨量充沛，地下水位高，包氣帶土層不厚，下層容易常達田間持水量，缺水量不大，不容易形成超滲產(chǎn)流，在土壤缺水量滿足后全部產(chǎn)生徑流的蓄流方式，稱為滿蓄產(chǎn)流。⑸匯流過程：降雨或者潰壩形成的洪水，從產(chǎn)生的地點到流域出口斷面的匯集過程，稱為匯流過程。也可以稱為流域匯流。流域匯流分為坡地匯流和河網(wǎng)匯流兩個階段。⑹坡地匯流：降雨產(chǎn)生的水流從產(chǎn)生地點沿坡地向河槽匯集的過程，稱為坡地匯流。分為坡面徑流、表層徑流和地下徑流三種徑流形式：坡面徑流，出流過程一般用坡地匯流曲線的徑流成因公式計算描述；表層徑流，通常用線性蓄泄關系描述；地下徑流，流動規(guī)律一般采用土壤飽和水流與非飽和水流方程進行描述。⑺河網(wǎng)匯流：許多大小不同的河槽構成相互貫通的泄水系統(tǒng)，稱為河系。水流沿著河槽向下游運動的過程，稱為河槽匯流。在這個系統(tǒng)中，各級河槽的水流向下游流動的過程，稱為河系匯流。在天然河槽，特別是在河系中，沿程旁側支流洪水的加入和入流，干支流的互相干擾因素和沿程水力特性的差異，使河道洪水的波浪運動變化更為復雜，一般采用水流連續(xù)定理和蓄泄關系進行描述河系匯流。也就是采用徑流成因公式計算描述出流過程。因此，在實際工作中，可以直接用凈雨代表坡面出流，經(jīng)過河槽匯流計算描述流域出口斷面的流量過程。⑻洪水過程的水源組成：降雨形成的洪水過程，一般由地表徑流、壤中流、淺層地下水和深層地下水四種水源組成。地表徑流，是超滲降雨形成沿坡面流動注入河槽的水量，是洪水的主要組成部分。壤中流，地表以下和地下水水面以上的包氣帶土層，由包氣帶進入河槽的水量稱為壤中流。也可稱為表層流。淺層地下水，指地下水面以下的第一個隔水層以上的有自由表面的重力水，稱為淺層地下水。也可稱為潛水。河道切割深度達到潛水位以下時，潛水就會立即向河槽排泄，從而形成潛流。深層地下水，指第一個隔水層以下，不透水層以上的地下水。也可稱為承壓水或者層間水。深層地下水補給河道水量，一般不是本次降雨產(chǎn)生的。對于一個流域而言，深層地下水比較穩(wěn)定，我們通常把深層地下水稱為基流。洪水標準：分為五等5級，水工建筑物五等5級。正常運用洪水標準分為五級10-500年一遇8個檔次，是一般設計洪水的標準；非常運用洪水標準分為五級200-10000年一遇8個檔次，是一般校核洪水的標準。洪水設計前，把防洪工程的等級、級別和相應的洪水頻率標準、確定出來，才能進行洪水設計。洪水設計洪水設計，就是根據(jù)國家防洪工程設計的有關法律規(guī)范、洪水頻率、標準把河道或溝道的洪水流量、水位、海拔高程、概略坐標（經(jīng)緯度）、流域面積，計算設計出來的一種科學法定方法。洪水設計一般分為三種方法：⑴實測資料設計洪水：就是根據(jù)一個附近典型的水文站或者水庫，設計計算本流域的洪水流量。計算公式為：Qm設=（Fs/Fz）2/3.Qmz（式中：Qm設 洪水設計流量；Fs設計控制面積；Fz 附近典型水文站的控制面積；Qmz—水文站的標準流量。）⑵經(jīng)驗公式設計洪水：經(jīng)驗公式有兩種計算公式。一是洪水面積相關法：Qm=KnFn（式中：Qm洪水設計流量；K——不同重現(xiàn)期的8個洪水頻率系數(shù)和不同分區(qū)的6個地形系數(shù)，洪水設計計算系數(shù)是28-48個系數(shù)；Fn――控制面積，F(xiàn)上面的n是面積系數(shù)。面積系數(shù)是12-24個，根據(jù)地形地貌狀況確定。這種計算方法在1000平方公里內(nèi)可以應用，超過1000平方公里控制面積慎用。在《XXX水文手冊》里面可以查到。）二是綜合參數(shù)法：Qm=CNFB①丫H“3n（式中：N――洪水設計重現(xiàn)期（年）；F――控制面積；①一一流域形狀系數(shù)，=；a、B、丫、n 水文手冊中的30種設計計算參數(shù)。）⑶暴雨資料設計洪水：按照產(chǎn)流面積、面雨量、徑流深、前期影響雨量、入滲率、土壤含水量、平均降雨強度、凈雨量、匯流計算、綜合指數(shù)、參數(shù)、概化暴雨洪水過程線、洪水總量、根據(jù)產(chǎn)流高程、設計洪水，繪制設計洪水過程線圖、在設計洪水過程線圖上查算，設計洪水計算成果表。㈡過洪斷面的水力驗算一般習慣上應用明渠等速流計算公式,解決防洪工程的水力計算問題。人工渠道、天然河道、未充滿水的管道，通稱為明渠等速流。在明渠等速流的水，稱為明渠水流，明渠水流是無壓流。明渠水流，可能是恒定流，也可能是非恒定流?？赡苁堑人倭?均勻流)，也可能是變速流(非均勻流)。當明渠水流的過水斷面、平均流速、水深沿流動方向不變時，稱為明渠等速流。否則，稱為明渠變速流。明渠變速流是一般防汛單位研究的重點問題，明渠變速流是設計單位研究的復雜繁瑣問題。明渠等速流洪水的類型和水力計算要素：梯形斷面的過水斷面面積計算公式：3 =(bmh)h(式中：①——過水斷面面積，單位：平方米； b——底寬，單位：米；h——水深，單位：米；m邊坡系數(shù)，表示斜坡的垂直距離每增加 1米，則水平距離相應增加m米；)過水斷面寬度計算公式：B=b2mh濕周計算公式：X=b2h水力半徑計算公式：R=3/X=bh/b2h(1m2)1/2矩形斷面的過水斷面面積計算公式：3=bh濕周計算公式：X=b2h水力半徑計算公式：R=3/X=bh/b2h寬淺矩形斷面的過水斷面面積計算公式：當>10時，X=b,R=h=圓形斷面的過水斷面面積計算公式：3=(0-sin0°)水面寬度計算公式：B=2[h(d-h)]1/2濕周計算公式：X=1/20d水力半徑計算公式：R=3/X=d/4(1-sin0°/0)(式中：d——直徑；h——水深；B=3.14/180°. 9°; 9°=180°2arcsin.h-d/2/d/2)不規(guī)則的天然河道的過水斷面面積計算公式：一般按照寬淺矩形斷面計算。明渠等速流的平均流速計算公式： V=C(RJ)1/2明渠等速流的流量計算公式：QfC(RJ)1/2如果有流量模數(shù)K=?C值的話，則Q=K(R)1/2謝才系數(shù)C值的計算公式：C=1/nR1/6河道洪水和防洪工程的糙率n值的確定：鐵路、公路橋梁、河道堤防、排洪渠工程,把天然河道與人工渠道、堤防的糙率n值，在《水力計算》手冊上羅列了 15-24種情況，n值從0.012-0.040不等，一般習慣上把糙率n值統(tǒng)一確定為0.025進行計算。⑽河道洪水設計的縱斷面比降J值的測量確定，防汛部門規(guī)定：河道洪水計算或者防洪工程，一般縱斷面比降測量的距離》500米。在設計洪水和防洪工程中，一定要求以實際測量出來的上下游距離和高差的比降為準。㈢水庫潰壩洪水計算公式：水庫潰壩方式一般分為瞬潰、瞬分潰、漸潰三種。瞬潰，危害性最大，破壞力極強；瞬分潰，次之；漸潰，過程非常復雜。黃河流域洪水經(jīng)驗公式：峰頂流量：qm=iB(gH)1/2連續(xù)波流：入=mn1[2(m)1/2u/(gH)1/2/12m]2n1不連續(xù)波流：入=Bm[(Bm-am)(Bm-am)/(m1))Bm-amu2/(gH)1/2潰壩缺口寬度：b=KW1/4.B1/4.H1/2⑤潰壩最大流量：Qmax=(8/27)(g)1/2(B/b)1/4.bH2/3潰壩沿程最大流量：Q1=W/(W/Qmax)(L/VmaxK)潰壩洪水傳播時間：t1=K[L1.75(10-h)1.5]/W0.2H0.35潰壩洪水到達時間：t2=K2L1.4/W0.2H0.5hm0.25河槽過流能力：Q=AR2/3/n(J)1/2潰壩洪水傳播到下游的洪峰：QL=W/W/QmaxL/VmaxK㈣生活污水量設計：Q=qNK/24*3600㈤管道設計：⑴斷面：A=3.14/4(d.d);⑵流量：Q=AV=3.14/4(d.d).V;⑶管徑：d=[4Q/3.14V]1/2=3.14[Q/V]1/2; ⑷管道的最經(jīng)濟流速計算公式：?100-400,貝UV=0.6-1.0m/s;⑸管道阻力：管道阻力=管道長度L/管道1m的阻力。管道1m的阻力=阻力系數(shù)*(流速*流速)。(六)水庫洪水計算公式：①溢洪道下泄流量： W=QT=1.5Bh2/3T②水庫洪水總量計算公式：W=1000KR③翼墻擴散角計算：tg9=2/3[h/△h]1/2;翼墻下游長度計算：L=(2.5-3)△B/2;④淤地壩洪水總量計算： Wn=0.18Qm1.27⑤滯洪庫容計算：qp=Qp(1-V/Wp);⑥放水量確定：Qf=Am/3600TtN;⑦消能井計算公式：容積V=9.81/8.QH=1.23QH;流量Q=0.62A[2gH]1/2;深度P=t-h 平面面積BL=V/t;L=2B;B=[V/2t]1/2 。㈦水電站裝機容量確定：⑴高水頭大型水電站：水頭在 70m以上的裝機容量大于75萬KW勺水電站；中水頭中型水電站：水頭在30-70m之間的裝機容量在2.5-25KW勺水電站；低水頭小型水電站：水頭在 30m以下的裝機容量在2.5KW以下的水電站；⑵水電站年利用小時：h=E/N;⑶裝機范圍確定：N=CNR⑷水電站裝機容量計算公式：P=9.81Q吃；⑸水電站單位時間的水能：N=9.81QH⑹水電站出力計算公式：N=(6.0-8.0)QH;⑺水電站年發(fā)電量計算公式： E=NT。㈧泰勒穩(wěn)定分析數(shù)計算公式：m=C/KyH安全系數(shù)：K=C/myH;㈨河道施工期圍堰導流計算公式：Q=1000FLC/86400=0.0116FLC㈩鐵路