水头是指河流、溪流或湖泊中水的能量测量值。它代表流动水体中的水位。简单来说，它测量的是某一点上方水柱的高度，通常以米（或美国使用的英尺）为单位。当水位或水头较高时，该位置的能量就更大。
在水利设施中，能量的利用量取决于水库上游水位与大坝下游水位之间的差值。这种差值称为水头差。它表示利用涡轮机和发电机可以转化为电能的能量。进一步的计算表明，除了距离之外，各种称为水头损失的损耗也会影响能量的利用。
由于水库水位较高，其水平重力势能大于尾水。水库水通过引水管向下流动时，其重力势能转化为驱动水轮机发电所需的能量。本文将运用伯努利方程描述这一过程。通常，一个水头相当于一个重力势能单位——在本例中，该单位为蓄水量。
水力发电方程利用水头值来估算可用功率。该系数在方程中起着重要作用，如下所示：
P=ρQgΔh
地点：
- P – 计算功率的速率，以焦耳/秒（称为 W）表示。
- Δh——表示大坝或涡轮机两端的水头差，以米为单位。
- ρ — 取决于以 kg/m3 为单位测量的流体密度。
- Q – 表示以米每秒（m3/s）为单位测量的水的体积排放量或流速。
- g – 表示重力加速度，以米每平方秒为单位。
该方程表明，水头差越大，水库中储存的机械能就越大。
液压头的类型
根据水头差异，大坝可分为三类：中水头和低水头。关于这些水头类型的更多细节将在后面讨论。
1. 高头
当水头差超过一百米时，就称为高水头。与前一种情况不同，这种电站的水通常取自高于周围环境的高处，这意味着它只需要较少的水量就能产生相同的能量。由于水流经这种系统时流速不高，因此只需要小型涡轮机。
水还必须通过较长的压力水管输送一段距离，因为即使是较短的涡轮机和较窄的压力水管也会导致形成气穴，从而降低效率。大多数情况下，大型水电站属于高水头和中水头。
2. 中等头型
在中等水头系统中，水头差范围为10至100米。与高水头大坝相比，中等水头大坝在考虑引水管时，水位落差较小。这类大坝利用了相当大的水量，但同时也造成了较大的水位损失。
3. 低头
这类水利系统通常拥有水头低于10米的低水头坝。因此，低水头水轮机通常应用于径流式水利系统等运行方式，这类系统需要在水位上升幅度不大的情况下驱动河流。
典型的低水头系统输送大量的水，因此需要更大的涡轮机来有效地将水能转化为电能。这些装置不需要筑坝，因为需要储存的水较少。
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水头损失
这些损失是由于管道内的摩擦造成的。考虑这些水头损失会降低水的能量。这个考虑了损失后的调整值称为有效水头。
有效水头等于总水头减去所有水头损失。所有水力发电设施都会产生水头损失，水头损失分为主要水头损失和次要水头损失。水头损失需要进行测量、计算，并与水头本身等同看待，例如用水表等效高度表示。这需要从总功率中扣除因水头损失而损失的功率；然后才能得到实际可提取的净功率。公式可以表示为：
净价=总价−亏损价
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水头损失的类型
水头损失的类型有：
主要水头损失：绝大多数主要水头损失是由于管道摩擦造成的，例如在引水管中，它们会沿着管道的长距离发生。
局部水头损失：除摩擦损失外，任何其他来源的局部水头损失。本质上，管道弯曲或水流方向改变的任何位置都会产生某种损失，称为局部水头损失。
然而，也存在主要水头损失小于次要水头损失的情况，但它们加起来决定了水力大坝的总功率输出，这与它们的名称所暗示的不一样。
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