单位重量水体在运动中所损失的机械能量。在水流运动中，固体边界对水流的阻滞作用通过粘滞性向水流内部传递，在整个流动区域中产生一个切应力场，克服这种切应力（即阻力）和该区域内水流的其他种类的能量损失都要使水流消耗一部分机械能量，因而形成水头损失。水头损失可分为两类：

沿程水头损失 是水流由于克服摩擦阻力作功消耗能量而损失的水头，圆管的沿程水头损失h_f为：

水头损失

式中 L为管长；d为管径；V为断面水流平均流速；λ为沿程水头损失系数，多由试验确定。

尼古拉兹（Nikuradse）于1933年发表了用人工砂粒粗糙得到的λ与R_e的关系曲线，如图1所示。砂粒粗糙高度K_s与圆管半径r_o之比K_s/r_o称相对粗糙度，而r_o/K_s称相对光滑度。由图看出：

图1 尼古拉兹试验曲线

层流区：R_e＜2300，λ＝

紊流区：R_e＞2300，其中又可细分为：①光滑区，图1中的cd线，它的应用范围是＜5，此处V_*＝称剪切流速。光滑区的计算公式有：

普朗特公式：

水头损失

布拉休斯公式

水头损失

适用于R_e＜10⁵。②粗糙区，又称阻力平方区，图1中的ef线右方的B区，它的应用范围是＞70。其 λ＝

③过渡区，图1中的cd线与ef线之间的A区，其应用范围是5＜＜70，计算公式有柯尔布洛克公式：

水头损失

工业管道的莫迪图。工业实用管道的粗糙与人工砂粒粗糙不同。莫迪（L.F.Moody）1944年发表了工业管道λ－R_c关系曲线，如图2所示。图中的K_s为管壁当量粗糙高度。

各种类型管壁的当量粗糙高度如表1。

计算明槽沿程水头损失中V的经验公式是谢才（A.Chezy）于1769年给出的：

水头损失

表1 管壁的当量粗糙高度

式中 J＝称水力坡度；C为谢才系数。可由曼宁公式（Manning 1889）得到（适用于阻力平方区）：

水头损失

式中单位以米、秒计，R为水力半径；n为综合反映壁面形状和粗糙对水头损失影响的系数，称为粗糙系数或糙率；各种壁面的n值见表2。C与h_f＝λ中的λ二者可通过C＝关系互相换算。

局部水头损失 是水流在流动过程中流向或过水断面的突然改变，或发生旋涡或改变了水流的内部结构所造成的机械能损失，一般用下式计算：

水头损失

图2 莫迪图

表2 粗糙系数n值

式中 ξ为局部水头损失系数，由实验测定。