《水力學與橋涵水文》作為高職高專道路與橋梁專業系列規劃教材中的主要專業基礎課程,本著“理論夠用為度”的原則,按照專業基本要求的50學時編寫。《水力學與橋涵水文》主要介紹與橋涵工程相關的水力學和水文學基礎知識、基本計算及工程應用。《水力學與橋涵水文》共分九章,分別為水力學基礎知識、水靜力學、水動力學基礎、流動形態與水頭損失、工程中常見的流動現象、河川水文基礎知識、水文統計基本方法、橋涵設計流量及設計水位推算和路橋勘測設計中的水文水力計算問題。《水力學與橋涵水文》可作為高職高專及成人教育道路與橋梁專業教材,也可供其他土木類專業教師及工程技術人員參考用書。
本書作為高職高專道路與橋梁專業系列規劃教材中的主要專業基礎課程,本著“理論夠用為度”的原則,按照專業基本要求的50學時編寫。本書主要介紹與橋涵工程相關的水力學和水文學基礎知識、基本計算及工程應用。 本書可作為高職高專及成人教育道路與橋梁專業教材,也可供其他土木類專業教師及工程技術人員參考用書。
前言
第一章 水力學基礎知識
1.1 水力學的任務與研究對象
1.2 液體及其基本特征
1.3 液體的主要物理力學性質
1.4 作用于液體上的力
1.4.1 質量力
1.4.2 表面力
1.5 液體的力學模型
思考題
習題
第二章 水靜力學
2.1 靜水壓強及其特性
2.1.1 靜水壓強概念
2.1.2 靜水壓強特性
2.2 重力作用下的靜水壓強分布
2.2.1 靜水力學基本方程
2.2.2 壓強表示及測量
2.2.3 水靜力學基本方程式意義
2.2.4 液體靜水壓強分布圖
2.3 平面上的液體總壓力計算
2.3.1 解析法
2.3.2 圖解法
2.4 曲面上的液體總壓力計算
2.4.1 計算原則
2.4.2 總壓力的水平分力
2.4.3 總壓力的垂直分力
2.4.4 總壓力
思考題
習題
第三章 水動力學基礎
3.1 液體運動的描述方法
3.1.1 拉格朗日法
3.1.2 歐拉法
3.2 流場基本概念
3.2.1 流動基本概念
3.2.2 流動類型
3.3 恒定流連續性方程
3.3.1 恒定總流連續性方程一般表達式
3.3.2 有流量匯入或流出的恒定總流連續性方程
3.4 恒定流能量方程——伯努利方程
3.4.1 動水壓強及特性
3.4.2 理想液體的能量方程
3.4.3 實際液體恒定元流的能量方程
3.4.4 實際液體恒定總流的能量方程
3.4.5 能量方程的幾何圖示——水頭線
3.4.6 能量方程的應用條件及注意事項
3.4.7 有機械能輸入(或輸出)的能量方程
3.4.8 能量方程在流速和流量測量中的應用
3.5 實際液體恒定總流的動量方程
3.5.1 動量方程
3.5.2 應用動量方程的注意事項
3.5.3 動量方程的應用
思考題
習題
第四章 流動形態與水頭損失
4.1 流動阻力與水頭損失
4.1.1 沿程阻力與沿程水頭損失
4.1.2 局部阻力與局部水頭損失
4.2 兩種流動型態——層流與紊流
4.2.1 雷諾實驗
4.2.2 流態判別——雷諾數
4.2.3 流態與水頭損失的關系
4.3 均勻流沿程損失
4.3.1 沿程損失與切應力的關系
4.3.2 沿程損失通用公式
4.4 圓管層流的沿程損失
4.4.1 斷面流速分布特征
4.4.2 沿程損失與沿程阻力系數
4.5 紊流流動特征
4.5.1 紊流的形成過程
4.5.2 紊流基本特征
4.5.3 紊流切應力
4.5.4 層流底層與紊流流核
4.5.5 水力光滑壁面與水力粗糙壁面
4.5.6 紊流的流速分布
4.6 紊流的沿程損失
4.6.1 尼古拉茲實驗
4.6.2 管流的沿程損失
4.6.3 明渠流沿程損失
4.7 流動的局部水頭損失
4.7.1 流道局部突變類型
4.7.2 局部損失系數
4.7.3 常用流道局部損失系數
4.8 繞流阻力與升力簡介
4.8.1 繞流阻力
4.8.2 繞流升力
思考題
習題
第五章 工程中常見的流動現象
5.1 孔口出流
5.2 管嘴出流
5.3 有壓管流
5.3.1 簡單管道
5.3.2 串聯管道
5.3.3 并聯管道
5.4 明渠均勻流
5.4.1 明渠均勻流的形成條件和水力特征
5.4.2 明渠均勻流的水力計算
5.4.3 水力最優斷面
5.5 堰流與閘孔出流
5.5.1 堰流
5.5.2 閘孔出流
5.6 滲流
習題
第六章 河川水文基礎知識
6.1 概述
6.1.1 水文學
6.1.2 水文現象的基本特性
6.1.3 水資源
6.1.4 工程水文學及其任務
6.1.5 水文學的研究方法
6.2 自然界的水循環
6.2.1 水循環
6.2.2 地球上的水量平衡
6.2.3 降水
6.2.4 蒸發
6.2.5 下滲
6.3 河流、流域與水系
6.3.1 河流及其特征
6.3.2 流域及其特征
6.4 河川徑流
6.4.1 河川徑流的形成
6.4.2 徑流量的表示方法和度量單位
6.4.3 我國河川徑流分布概況
6.5 泥沙運動與河床演變
6.5.1 泥沙運動
6.5.2 河床演變
6.6 水文測驗與資料整編
6.6.1 水文測站與站網
6.6.2 水位觀測
6.6.3 流量測驗
6.7 水文調查與水文資料搜集
6.7.1 洪水調查
6.7.2 暴雨調查
6.7.3 枯水調查
6.7.4 水文資料的搜集
思考題
第七章 水文統計基本方法
7.1 水文統計的基本概念
7.1.1 隨機現象及其統計規律
7.1.2 水文統計基本術語
7.1.3 水文樣本的基本要求
7.2 頻率與概率
7.2.1 頻率
7.2.2 概率
7.2.3 概率與頻率的關系
7.2.4 累積頻率
7.2.5 概率的計算
7.3 隨機變量的頻率分布
7.4 經驗頻率曲線
7.4.1 經驗頻率的計算公式
7.4.2 經驗頻率曲線的繪制
7.4.3 經驗頻率曲線存在的問題
7.4.4 經驗頻率與重現期的關系
7.5 理論頻率曲線
7.5.1 P-Ⅲ型分布曲線
7.5.2 統計參數
7.5.3 統計參數對理論頻率曲線形狀的影響
7.6 水文頻率計算的方法
7.6.1 水文頻率計算的一般問題
7.6.2 水文頻率計算的方法——配線法(適線法)
7.6.3 頻率計算在工程水文中的應用
7.7 相關分析
7.7.1 相關關系的概念
7.7.2 相關的種類
7.7.3 簡單直線相關
思考題
第八章 橋涵設計流量及設計水位的推算
8.1 洪水與設計洪水
8.1.1 洪水
8.1.2 設計洪水
8.1.3 設計流量及設計洪水位
8.1.4 設計流量及設計洪水位的推算方法
8.2 用實測流量資料推算設計流量
8.2.1 資料審查
8.2.2 洪水資料的延長插補
8.2.3 設計流量的計算方法
8.3 由洪水調查資料推算設計流量
8.3.1 由歷史洪水調查資料和少量實測資料推算設計流量
8.3.2 經驗公式法確定設計流量
8.4 小流域暴雨洪峰流量的推算
8.4.1 推理公式
8.4.2 經驗公式
8.4.3 橋位斷面設計流量與設計洪水位的推算
習題
第九章 路橋勘測設計中的水文水力計算問題
9.1 概述
9.2 大中橋橋位布置與長度計算
9.2.1 橋位選擇
9.2.2 橋位勘測
9.2.3 橋孔布置
9.2.4 橋孔長度的計算
9.2.5 橋面標高的計算
9.3 梁墩臺沖刷計算簡介
9.3.1 橋下一般沖刷深度hp的計算
9.3.2 橋墩局部沖刷
9.3.3 橋梁墩臺基礎最小埋置深度
9.3.4 調治構造物
9.4 公路小橋涵的勘測設計
9.4.1 小橋涵的設計原則與基本要求
9.4.2 小橋涵水力計算
9.4.3 涵洞孔徑計算
9.4.4 確定小橋涵孔徑的經驗方法
習題
附錄
參考文獻
1.連續介質模型
我們將液體視為“連續介質”。我們知道,不論是液體還是氣體,總是由無數的分子所組成,分子之間有一定的間隙。例如,在標準狀態下,1cm3的空氣含有2.7×1019個分子,分子間距為3.3×10-9m,也就是說液體從結構上是不連續的。但是,液體力學研究的是液體宏觀的機械運動,即無數液體分子總體的力學效果,而不是研究微觀的液體分子運動,即使作為研究單元的質點,也是由無數個液體分子所組成,并具有一定的體積和質量。因此,1753年瑞士數學家歐拉提出了連續介質的基本假設:將液體認為是充滿其所占據空間無任何空隙的質點所組成的連續體。這種“連續介質”的模型,是對液體物質結構的簡化,使我們在分析問題時得到兩大方便:第一,它使我們不考慮復雜的微觀分子運動,只考慮液體在外力作用下的宏觀機械運動;第二,它使我們能運用數學分析的連續函數工具進行液體運動分析。因此,本課程分析時均采用“連續介質”這個模型。
2.理想液體模型
一切液體都具有黏性,提出無黏性液體,是對液體物理性質的簡化。因為在某些問題中,黏性不起作用或不起主要作用。這種不考慮黏性作用的液體,稱