水轮机和其它所有运动机械一样，存在着能量损失，故输出功率小于输入功率。若水轮机的水流输入功率为Pn，水轮机输出功率(又称为水轮机轴功率或水轮机出力)为P，则：


式中：△P为水轮机的功率损失，包括水力损失、机械损失。
根据水轮机出力公式，水轮机效率为：

式中：P为水轮机输出功率；Q为流量；H为水头。

在水轮机的能量试验中，普遍采用(2)式计算水轮机的效率。

水轮机的效率表征了水轮机能量转换能力的大小，是衡量水电站经济运行的一个重要指标。

根据水轮机基本方程式：


式中：u1，u2为转轮进出口处水流圆周速度；Vu1，Vu2～为转轮叶片进出水边上水流绝对速度的圆周分量。

当水流满足无撞击进口和法向出口(或略具有正环量)条件时，水轮机的效率最高。对于形状和尺寸均已确定的水轮机，这种最优工况只会在某水头、流量和转速的条件下才能形成。但水轮机在实际运行中，水头、流量总是变化的，不可避免地要偏离最优工况。而且，随着负荷的变化，必须随时调节水轮机的流量。

为了使水轮机经常处于高效率区运行，必须使负荷(或水轮机出力)与水头H、流量Q满足一定的匹配关系。对给定的水电站，已知日负荷曲线，在水头一定(或在某时段内一定)的情况下，选择合适的流量以使水轮机的效率最高，对运行来说很有必要。

遗传算法(GeneticAlgorithm)是由美国密歇根大学的JohnHolland教授首先提出的，它基于达尔文的进化论和孟德尔的遗传学说，模拟生物在自然环境中的遗传和进化过程而形成的一种自适应全局优化的概率搜索算法。遗传算法从一组随机产生的种群开始，经过选择、杂交和变异3个遗传操作算子使目标函数向着最优解进化。