描述水流各種形式的機械能相互轉化和守恆的方程式。它是自然界普遍的能量轉化和守恆定律在水流運動中的特殊表達形式。1738年首先由瑞士數學傢D.伯努利提出，故又稱伯努利方程。水流能量方程是研究水流運動基本方程之一。不同情況下的水流能量方程在形式上略有不同。
一維恒定總流的能量方程為：
若沿總流截取一段水流隔離體，則式中Z為隔離體上下斷面上任一點從某一基準面算起的位置高度，代表單位水體從該基準面算起所具有的位置勢能（位能），稱為位置水頭；p為同一點的動水壓強，γ為水的容重，
代表單位重量水體所具有的壓強勢能(壓能)，稱為壓強水頭；
反映瞭單位重量水體所具有的總勢能，稱為測壓管水頭；
v為斷面平均流速；
α為考慮斷面上流速分佈不均而引進的動能修正系數，在一般的漸變水流中，
α＝1.05～1.10，通常取
α≈1.10；
g為重力加度；
代表單位重體所具有的動能，稱為流速水頭；
代表單位重量水體所具有的總機械能，稱為總水頭；
是單位重量水體從斷面1流到斷面2(1～2)過程中，由於克服水流阻力作功而消耗的機械能，它轉化成熱能而散失，不能再恢復為其他形式的機械能，因此，習慣上稱為水頭損失。水流能量方程中各項的量綱均為長度，所以水流能量方程也可用幾何線段來表示（見圖）。
水流能量方程說明，水流在從一個斷面流到另一個斷面過程中，斷面上各項能量（位能、壓能、動能）在一定條件下可以相互轉化，但前一個斷面的單位總機械能（三項能量之和）應等於後一斷面單位總機械能與兩斷面之間機械能損失之和。反映機械能轉化又守恒的關系。
在應用水流能量方程時應註意到：①兩斷面間沒有能量輸入和輸出，如動力機械對水流作功或水流對水力機械作功等；②所取斷面一般宜在漸變流動中，但兩斷面間可以不是漸變流；③在計算的流段中有流量分出或匯入時（如引水或支流加入），應考慮滿足上下斷面和區間分出或匯入斷面間全部水量的能量守恒；④應選取同一基準面，一般選在較低的位置上，以使Z≥0。壓強水頭是以當地大氣壓強等於零作為基準，用相對壓強計算；⑤水流必須是恒定流，並符合連續原理。
在地下水運動中，由於流速很小，能量方程中的動能項可以不計，能量方程簡化為
它表明地下水運動時克服阻力所消耗的能量完全由位能來補償。對非恒定水流，能量方程中還必須考慮水流克服慣性所引起的能量損失。水流能量方程在研究河水運動、河口水流、地下水運動、河流泥沙運動中被廣泛應用。