渠道水力计算表
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。
/ 水利水电建筑工程
水力分析与计算子项目
/ 水利水电建筑工程
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$4* A7
A (b mh)h B b 2mh
D4=A4^2/9.8
A3 / B
D7=B7^3/C7
/ 水利水电建筑工程
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在编制计算程序时，应注意这些参数在计算过程中始终不变，应当使 用“$”符号加以控制。
无压输水隧洞水力计算
流速
水损失
1.8 2.436446042 0.014840673
总水头损失 设计水头损失取值
0.027062982 0.04
（二）、出口水力计算（确定出口水头回升（恢复落差计算））
1、按与进水口水头损失关系计算
Z2
-0.106137953
2、按能量方程式计算
水损失系数
0.5
出口断面结构设计
（采用梯形断面结构型式）
（2）、喇叭段水头损失
ξ2
最小断面宽
0.1 （3）、闸门槽水头损失
ξ3
断面宽
0.1
（4）、压力管道渐变段水头损失
ξ4
直径
0.05
b1 Байду номын сангаас0
а 500
ξ1 90 0.033105134
最小断面高 流速
水损失
2.4
1.6 1.614583333 0.013034397
断面宽高 流速
水损失
2.4
1.6 1.614583333 0.013034397
总高度H 洞内水深h
2.8
1.56
洞内流速V
进口流速 v1
1.65598291 0.922619
流速 0.775
水损失 0.00099419
流速 1.61166667 水损失 0.01678852
谢才系数C 洞长l1 流速v5 水损失
72.94961
500 2.280042 1.085386
Z1
-0.318413859
2、按能量方程式计算
水损失系数
0.2
进口断面结构设计
（采用矩形断面结构型式）
底宽B0
水深H0
各级渠道纵横断面设计
5.2 各级渠道纵横断面设计 5.2.1 典型农渠纵横断面设计 5.2.1.1 典型农渠横断面设计设计流量是进行水力计算,确定渠道过水断面尺寸的主要依据,合理的渠道、横断面除了满足渠道的输水、配水要求外,还应满足渠床稳定条件,包括纵向稳定和平面稳定两个方面。
纵向稳定要求渠道在设计条件下工作，不发生冲刷和淤积，或在一定时期内冲淤平衡。
平面稳定要求渠道在设计条件下工作时，渠道水流不发生左右摇摆。
渠道横断面尺寸要依据渠道设计流量通过水力计算加以确定。
一般情况下采用明渠均匀流公式计算：即Q=AC Ri式中：Q —渠道设计水深（m 3/s ） A —渠道过水断面面积（m 2） R —水力半径 i —渠底比降c —谢才系数，一般采用曼宁公式 c=n1 R 1/6进行计算，其中n 为糙率 农渠的渠底比降，为了减少工程量，应尽可能选用和地面相近的渠底比降。
i=0.0029。
渠床糙率系数：由《灌溉排水工程学》P 130表3-13，农渠采用砼护面，预制板砌筑，n=0.017.农渠采用梯形断面，渠道内、外边坡系数m=1.25。
采用试算法：初选定b=0.36m, n=0.017, Q=0.123 m 3/s, i=0.0029用迭代公式： h i 10+=hh m b i b nQ ib mi 05/25/3102121+⎪⎭⎫ ⎝⎛++⎪⎭⎫ ⎝⎛代入数据，经试算得 h=0.23mA=(b+mh)h=0.149 (m 2)V=AQ=0.825(m/s)渠道的不冲流速和土壤性质，水流含砂量，断面水力要素有关，一般土渠的不冲流速可依据《灌溉排水工程学》P136表3-25中查出，V cs1= 5.0(m/s)V 不冲=KQ 0.1 = 5×0.1230.1=4.054( 查表6-21） 渠道的不淤流速，由不淤流速经验公式：V cd =C 0Q 0.5式中 ：V cd 为渠道的不淤流速（m/s ）C 0为不淤流速系数，随渠道流量和宽深比而变，见《灌溉排水工程学》P 136，表3-26查得C 0=0.4V cd =0.4×0.1230.5=0.140(m/s)V cd =0.140(m/s)<V=0.825(m/s)<V cs =4.054(m/s)满足不淤不冲流速，断面尺寸适合，即：b= 0.36 (m), i=0.0029, m=1.25, n=0.017 , Q=0.123。
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。
水力学-第5章 明渠恒定均匀流1113
工程中采用最多的是梯形断面， 工程中采用最多的是梯形断面，其边坡系数 m 由 边坡稳定要求确定。 边坡稳定要求确定。在 m 已定的情况下，同样的过水 要求确定 已定的情况下， 面积 A ，湿周的大小因底宽与水深的比值 b / h 而异 。根据水力最佳断面的条件： 根据水力最佳断面的条件： 即
χ = 最小值 A = 常数
解：将已知条件代入基本公式，并用曼宁公 将已知条件代入基本公式， 式计算谢才系数， 式计算谢才系数，整理后可得
nQ( β + 2 1 + m 2 ) 2 / 3 h= 5 / 3 1/ 2 ( β + m) i
3/8
当为水力最佳断面时: 当为水力最佳断面时
β = 2( 1 + m 2 − m) = 2( 1 + 1.252 − 1.25) = 0.702
2
15
用 β m 代替上式中的 β 值，整理后得 即梯形水力最佳断面的水力半径等于水深的一半。 即梯形水力最佳断面的水力半径等于水深的一半。
hm Rm = 2 的梯形断面。 矩形断面可以看成为 m = 0 的梯形断面。以 m = 0
代入以上各式可求得矩形水力最佳断面的 β m 及 Rm .
bm βm = = 2 即 bm = 2hm hm
χ = b + 2 h 1 + m 2 = 34 m + 2 × ( 2 . 7 m ) 1 + 1 . 5 2 = 43 . 74 m
102 . 74 m 2 R= = = 2 . 35 m χ 43 . 74 m A
查表可知， 查表可知，对渠线弯曲并已滋生杂草的土 n =0.03
1 1/ 6 1 C= R = (2.35)1/ 6 = 38.4m1/ 2 / s n 0.03
矩形渡槽水力设计
矩形渡槽水力计算1、上游渠道水深h0计算1.1 已知数据上游渠道设计流量（m3/s）：Q=6.61 上游渠道断面参数：底宽（m）:b=2.5边坡系数：m=0.25底坡：i=0.000667渠床糙率：n=0.015 1.1 用试算法计算上游渠道水深h02、下游渠道水深h0计算2.1 已知数据下游渠道设计流量（m3/s）：Q=6.61 下游渠道断面参数：底宽（m）:b=2.5边坡系数：m=0.25底坡：i=0.000667渠床糙率：n=0.015 2.2 用试算法计算下游渠道水深h03、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=107渡槽设计流量（m 3/s ）：Q=6.61渡槽加大流量（m 3/s）：Q=8.263渡槽糙率：n=0.014渡槽纵坡：i=0.001254、渡槽总水头损失计算1=0.1出口段局部水头损失系数：ξ2=0.3允许水头损失（m ）：［△Z ］=0.2711取出口渐变段长度（m ）：L 2=36、进出口槽底高程计算6.1 已知数据进口前渠底高程（m ）：▽3=521.846.2 计算计算：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M.0.2-1和M.0.2-2。
灌排渠道工程计算方法
1. 灌排渠道工程对项目区的灌溉渠道进行衬砌，并新建一部分梯形渠道。
其中干支渠采用梯形渠道，上宽分别为4.5m 和2.0m ；斗渠和农渠分别采用U80和U60现浇混凝土衬砌，衬砌厚度6cm ，具体的梯形断面渠道典型设计和防渗U 型断面渠道典型设计如下。
（2） 防渗U 型渠道典型设计 ① 设计灌溉保证率的确定根据项目区水系状况、水资源和水文气象的实际情况，依据《灌溉与排水工程设计规范》（GB50288-99），本次溧阳市高标农田建设工程规划采用的设计灌溉保证率为75%。
② 设计灌溉模数的确定项目区农作物以水稻、小麦、蔬菜、特种经济作物为主，由于水稻的需水量比其它的农作物大的多，而且水稻灌溉用水时，其它作物的需水量较小，因此项目区的设计灌溉模数可以按水稻的需水量计算。
在水稻的泡田期和全生育区中，泡田区的为用水高峰，因此设计灌水模数按泡田定额计算。
溧阳市别桥镇的泡田定额取100 m 3/亩，水稻田种植比α为88%，水稻栽插期T=6d ，提水灌区机泵每天运行时间为20-22h,取t=20h ，则设计灌水模数为：1000.881001003636620m q Tt α⨯=⨯=⨯⨯⨯= 2.037 m 3/（s·万亩） ③ 渠系布置项目区规划在斗渠口修建提水泵站，灌溉渠道分斗、农二级固定渠道，田面灌水采用畦灌，斗、农渠均实行续灌。
项目区的各个提水泵站斗控制的灌溉面积大致相等，选择项目规划区北侧，红星河、兴隆河三排河之间的灌溉面积作为典型设计区。
典型设计区斗渠控制面积1100亩，农渠灌溉控制面积120亩。
④ 渠道设计流量的确定参照《灌溉与排水工程设计规范》（GB50288-99），渠道设计流量依据种植面积、灌水模数和渠系水利用系数确定。
渠道设计流量推算如下： 斗渠的设计流量：渠系水利用系数取斗η=0.85斗斗斗η=⨯=⨯=/ 2.0370.11/0.850.2636Q q A m 3/s农渠设计流量：农渠水利用系数.90=农η，田间水利用系数95.0=田η农农农田ηη=⨯=⨯⨯=Q q A /() 2.0370.012/(0.90.95)0.0286m 3/s⑤ U 渠道断面计算由斗、农渠的设计流量，设计斗、农渠U 砼渠道断面： 已知条件，渠道的设计流量农斗、Q Q ，渠道糙率系数013.0n =，斗、农渠纵坡比降为：000/31=斗i 、1000/1=农i 。
渠道防渗改造工程设计
1、渠道设计根据项目建设内容及工程布置与措施，本项目工程建设涉及渠道的改造防渗衬砌以及配套的渠系建筑物，具体设计如下：（一）渠道断面设计本工程基本是在原有渠道上进行改造防渗衬砌。
渠道断面的设计应结合现有渠道情况和实际渠线经过的地形，做到科学合理，运行条件好，工程量小，投资省。
各项目区渠道断面设计主要包括以下几方面内容：（1）渠道设计流量在渠道流量设计中，考虑到各项目区渠道是以灌溉输水任务为主，其设计流量全部为农业灌溉用水，渠道灌溉方式按续灌设计，渠道设计流量按下式计算确定：qAQ=η式中：Q—渠道的设计流量（m³/s）；q —设计灌水率，取0.861（m³/s·万亩）；A—渠段的灌溉面积（万亩）；η—灌溉水利用系数，干渠取0.70，支渠取0.75。
渠道设计灌溉流量见表5.13-1。
表5.13-1渠道流量计算表（2）渠道横断面设计为节约宝贵的土地资源，减少渠道工程量，减少投资，结合实际地形和地质土壤性质，原有断面情况，对各种渠道断面进行了优化设计。
设计方法为：a 、按《灌溉与排水工程》（GB50288-99）附录H 梯形渠道水力最佳断面水力要素，计算公式，求出水力最佳断面水深h 0和水力最佳断面底宽b 0；b 、结合实际地形和地质土壤性质和施工工艺，对b 0进行调整，以流量计算公式反算渠道水深，并考虑续灌等灌溉方式，对相应规模渠道按规范加上渠道超高，得出设计渠高h 和宽b 。
相关设计计算公式：（Ⅰ）梯形渠道水力最佳断面水力要素计算公式：[]8/32/120)1(2189.1⎭⎬⎫⎩⎨⎧-+=i m m nQ h[]02/120)1(2h m m b-+=其中：h 0 —水力最佳断面水深（m ）； n — 渠床糙率；Q — 渠道设计流量（m³/s）；m — 渠道内边坡系数，矩形渠道为0； i — 渠底坡降；b 0 — 水力最佳断面底宽（m ）。
（Ⅱ）梯形断面流量计算公式：[]()imh b n h mh b Q3/223/512)(+++=其中：h — 渠道设计水深（m ） b — 渠道底宽（m ）； n — 渠床糙率；Q — 渠道设计流量（m³/s）；m —渠道内边坡系数，矩形渠道为0；i —渠底坡降；本次设计渠道均为5级渠道，渠道超高△h：取0.2～0.3m，并按20%的加大流量复核其输水能力。
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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