防洪工程经常用到的公式.doc

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：   ㈠暴雨洪水设计   ⑴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：    ①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；)    ②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；Ht——设计历时点雨量；at、bt——暴雨线性拟合系数；）    ③暴雨系数计算公式：at=    （式中：at、bt——线性拟合参数；F——流域面积；）    ④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；)    ⑤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；)    ⑥多年平均年径流系数计算公式：α=y/x =W/1000Fx   （式中：α——多年平均年径流系数；y——年径流深；x——多年平均降雨量；）    ⑵洪水设计：    ①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，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    ⑴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    ⑵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    ⑶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    ⑷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    ⑸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    ⑹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   ⑺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    ⑻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。

    ②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    ③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：    ⑴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)    ⑵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=CNαFβΦγHη3n          （式中：N——洪水设计重现期（年）；F——控制面积；Φ——流域形状系数，Φ= ；α、β、γ、η——水文手册中的30种设计计算参数    ⑶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    ㈡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：    ①梯形断面的过水断面面积计算公式：ω=（b+mh）h    (式中：ω——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=ω/X =bh/b+2h(1+m2)1/2    ②矩形断面的过水断面面积计算公式：ω=bh    湿周计算公式：X=b+2h    水力半径计算公式：R=ω/X =bh/b+2h    ③宽浅矩形断面的过水断面面积计算公式：    当 ≥10时，X=b,R=h    ④圆形断面的过水断面面积计算公式：    ω= (θ-sinθ°)    水面宽度计算公式：B=2[h(d-h)]1/2    湿周计算公式：X= 1/2θd    水力半径计算公式：R=ω/X = d/4(1-sinθ°/θ )    (式中：d——直径；h——水深；θ=3.14/180°. θ°; θ°=180°+2arcsin.h-d/2/d/2 )    ⑤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。

    ⑥明渠等速流的平均流速计算公式：V=C(RJ)1/2    ⑦明渠等速流的流量计算公式：Q=ωC(RJ)1/2              如果有流量模数K=ωC 值的话，则Q=K (R)1/2    ⑧谢才系数C值的计算公式：C=1/n R1/6    ⑨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    ⑽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≥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    ㈢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：    ①峰顶流量：qm=λB（gH)1/2    ②连续波流：λ=mn-1[2(m)1/2+u/(gH)1/2/1+2m]2n+1    ③不连续波流：λ=βm[（βm-αm)（βm-αm)/(m+1))βm-αm+u2/(gH)1/2    ④溃坝缺口宽度：b=KW1/4.B1/4.H1/2    ⑤溃坝最大流量：Qmax=(8/27)(g)1/2(B/b)1/4.bH2/3    ⑥溃坝沿程最大流量：Q1=W/(W/Qmax)+(L/VmaxK)    ⑨河槽过流能力：Q=AR2/3/n(J)1/2    ⑩溃坝洪水传播到下游的洪峰：QL=W/W/Qmax+L/VmaxK    ㈣生活污水量设计：Q=qNK/24*3600    ㈤管道设计：⑴断面：A=3.14/4(d.d);⑵流量：Q=AV=3.14/4(d.d).V;⑶管径：d=[4Q/3.14V]1/2=3.14[Q/V]1/2;⑷管道的最经济流速计算公式：φ100-400,则V=0.6-1.0m/s;⑸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）    ㈥水库。