水工隧洞水力计算
水工隧洞水力计算的内容，一般有:泄流能力计算、水头损失计算、绘制压坡线(有压
流)、水面线的计算(无压流)。
1、泄流能力
水工隧洞泄流能力计算，分有压流和无压流两种情况。实际工程中，多半是根据用途先
拟定隧洞设置高程及洞身断面和孔口尺寸，然后通过计算校核其泄流量。若不满足要求，再
修改断面或变更高程，重新计算流量，如此反复计算比较，直至满意为止。 (1)有压流的泄流能力
有压流的泄流能力按公式(1)计算:
Q,,A2gH (1) 0
式中Q——泄流量;
μ——流量系数;
A——隧洞出口断面面积;
g——重力加速度。
2,0HH ,，02g
式中 H——出口孔口静水头;
2,0 ——隧洞进口上游行近流速水头。 2g
流量系数μ随出流条件不同而略有差异，自由出流和淹没出流分别按公式(2)和公式(3)计算:
1,, (2) 22,,gl2,,AAj,,,,，,，1,,j,,2,,AACRji,,ij,,
1,, (3) 222,,,,,,gl2AAAi,,,,,,，，,,,j,,,,,,2AAACRJi,,2,,,,II
式中 A——隧洞出口断面面积;
A——隧洞出口下游渠道过水断面面积; 2
ζ——局部水头损失系数; j
A——与ζj相应流速之断面面积; j
L、A、R、C——某均匀洞段之长度、面积、水力半径和谢才系数。 iiii
上述泄流能力计算公工适用于有压泄水隧洞，对发电的有压引水隧洞，其过流能力
决定
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于机组设计流量，即流量为已知，要求确定洞径。
(2)无压流的泄流能力
无压泄水隧洞的洞身底坡常大于临界坡度，洞内水流呈急流状态，其泄流能力不受洞长影响，而受进口控制，若进口为深孔有压短管，仍可按公式(2)和公式(3)计算，而忽略
其沿程水头损失(根号中的最后一项)。
表
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孔堰流进口的斜井式无压隧洞，其泄流能力由堰流公式计算:
3/2Q,,mB2gH (4) 0
式中 ε——侧收缩系数;
m——流量系数;
B——堰顶宽度(m);
2,0的堰顶水头。 H——包括行近流速水头02g
流量系数和侧收缩系数与堰型有关。为保证曲线堰面与斜井底板有准确的切点，使过水表面平整，建议采用WESMATCH_
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_1713906089817_0剖面堰型，其曲线方程和有关计算参数可参见武汉水利电力学院编的《水力计算手册》。
隧洞的水头损失包括沿程水头损失和局部水头损失，其计算方法可参见武汉水利电力学院编的《水力计算手册》。
2、绘制压坡线
连接隧洞沿程测压管水头，即得有压隧洞的压坡线。设计时应根据隧洞可能的支运行条件绘制最高和最低压坡线。前者供确定隧洞各段的最大设计内水压力，后者用以检验洞内会否出现负压力。绘制压坡线的步骤如下:
1)根据水流连续方程计算隧洞沿程各不同断面的流速;
2)逐段计算沿程水头损失和各项局部水头损失;
3)从隧洞出口断面底板高程为基准的隧洞进口总水头中，自上而下沿程逐段逐项累减
2,,pV,,各项水头损失，得各转换断面上的总水头; z，，,,,2g,,
4)从各转换断面的总水头中减去相应的流速水头，得各转换断面上的测压管水头,,p,,，连接各测压管水头，即得隧洞沿程压坡线。 ，z,,,,,
以隧洞进口上游最低运行水位为准算出的压坡线，若出现低于隧洞洞顶高程者，说明该段洞身将发生负压，通常情况下，不允许隧洞在负压上运行。降低隧洞高程，加大隧洞洞径，收缩隧洞出口断面尺寸，以及改善出口体型，均可提高洞身压力，达到消除负压之目的。
3、水面线的计算
明流隧洞的过水断面多为矩形，计算水面线较为简便的方法是直接分段求和法。对两相邻过水断面建立能量方程式可得
,E,x, (5) i,ibf
式中 ?x——隧洞沿程分段长度;
?E——两相邻断面之比能差，?E=E-E; 21
i——洞底坡度; b
22nVi i——能线坡度，; ,ff4/3R
2aV E——比能， ; Ey,，2g
y——断面水深。
一般情况下，隧洞宽度、坡度和过流量均为已知，通过水面线类型分析，先确定起始断面水深，然后按公式(5)，列表计算隧洞沿程各断面水深。
浙公网安备 33021202002483