橋涵水文與水力學復習資料

1、水力學與橋涵水文復習資料 第一章 緒論 一、學習要點： 1.連續(xù)介質和理想液體的概念； 2.液體的基本特征和主要物理性質，特別是液體的粘滯性和牛頓內摩擦定律及其應用條件； 3.作用在液體上的兩種力。 二、有關名詞解釋1、“連續(xù)介質”概念對于液體的宏觀運動來說，可以把液體視為由無數(shù)質點組成、沒有間隙的連續(xù)體，并認為液體的各物理量的變化也是連續(xù)的。這種假設的連續(xù)體稱為“連續(xù)介質”?？捎眠B續(xù)函數(shù)表達液體中各物理量的變化關系。2、液體質點 微觀上充分大，宏觀上充分小的液體微團，稱為液體質點3、易流動性 靜止時，液體不能承受切力、抵抗剪切變形的特性4、粘滯性 在運動狀態(tài)下，液體所具有的抵抗剪切變形的能力

2、5、液體內摩擦力 剪切變形過程中，液體內部層流間出現(xiàn)成對的切力6、氣化 液體分子逸出液面向空間擴散的現(xiàn)象。7、表面張力 沿液面自由表面，液體分子引力所產(chǎn)生的張力三、主要知識點1、為什么要學水力學與橋涵水文？水力學不但是橋涵孔徑、管道渠道設計的基本理論，也是水文資料收集與整理的理論依據(jù)，水文分析與計算的結果則是橋涵水力學理論計算必不可少的數(shù)據(jù)，水力水文計算結果是橋涵布設與結構設計的依據(jù)。2、水力學的任務及應用（1）任務 以水為模型研究液體的平衡與運動的規(guī)律，側重于演繹推導及原理方法的應用。（2）應用（作用） 在交通土建、市政工程、水利、環(huán)境保護、機械制造、石油工業(yè)等方面都有廣泛應用。3、橋涵水文

3、的作用依靠數(shù)理統(tǒng)計分析方法，分析實地調查勘測的河川水文資料，預示橋涵工程可能遭遇的未來水文情勢，為橋涵設計提供設計依據(jù)。4、連續(xù)介質假說（1753年歐拉）假說內容：即認為液體和氣體充滿一個空間時，分子間沒有間隙，是一種連續(xù)介質，其物理性質和運動要素都是連續(xù)分布的。5、理論分析方法的步驟、對液體流動現(xiàn)象作物理描述，建立液體運動的力學模型。、以液體質點作對象，運用機械運動的普通規(guī)律建立液體運動的質量守恒、動量定律等微分方程。、求解，確定液體質點各水力要素（如壓強、流速等）的空間分布。6、實驗方法（常用的有）、原型觀測實際工程建筑物、模型試驗按一定比例縮小或放大建筑物7、水密度變化情況及工程處理措施

4、、在標準大氣壓下，t=4ºC時水的密度最大，=1000kg/m3;t=0ºC 30ºC,密度只減小0.4%，但當t=80ºC100ºC，密度減少達2.8%4%；（不同溫度下水的物理性質表現(xiàn)見表1-1 P4）工程處理措施：在溫差較大的熱水循環(huán)系統(tǒng)中應設膨脹接頭或膨脹水箱以防管道或容器被水脹裂。、在t=0ºC時，冰的體積比水約大9%。工程處理措施：路基、水管、水泵及盛水容器等在冬季均需加防冰凍破壞措施。8、密度與重度關系式 =G/V=mg/V=g 且有水的重度 =·g=G/V=9800N/m3=9.8KN/m39、單位轉換 （課

5、本P4表1-3）國際單位制，重度單位N/m3 ;工程單位制，重度單位kgf/m 3 例：質量 1kgf=1kg×9.8m/s2=9.8N10、液體、氣體的粘滯性與溫度的關系a.液體的粘滯性隨溫度的升高而減??；b.氣體的粘滯性隨溫度的升高而增大11、牛頓的內摩擦定律（1686年，平板實驗見p5圖11）式中：T液體內摩擦切應力；動力粘度， 單位Pa·S有 液體的運動粘度，又稱粘滯運動系數(shù)，單位m2/s 水的運動粘度（泊肅葉公式）12、水力學中液體分成兩類a. 理想液體：沒有粘滯性的液體b. 實際液體：存在粘滯性的液體牛頓液體：凡與呈過原點的正比例關系的液體；非牛頓液體：不符合牛

6、頓內摩擦定律的液體。13、液體氣化產(chǎn)生條件：，即絕對壓強氣化壓強、氣化壓強當氣化和凝結達到動態(tài)平衡時，液體的絕對壓強稱為氣化壓強或飽和蒸氣壓強，用Ps表示。、預防氣化液體氣化即在其內部會出現(xiàn)氣體氣泡，產(chǎn)生空化現(xiàn)象，可造成虹吸管真空條件破壞而中斷流動，也可造成水泵工作破壞，對固體邊壁產(chǎn)生破壞的氣蝕現(xiàn)象及引起建筑物震動等。14、力的分類（1）按力的物理性質分類粘性力、重力、慣性力、彈性力和表面張力等。（2）按力的作用特點區(qū)分質量力和表面力 第二章 水靜力學一、學習要點：1、靜水壓強的兩個特性； 2、 重力作用下靜水壓強的基本公式； 3、靜水壓強的表示和計算； 4、靜水壓強分布圖和平面上的靜水總壓力

7、計算。 二、有關名詞解釋：1、等壓面液體中壓強相等各點所構成的曲面。2、絕對壓強Pabs以絕對真空起算零點的壓強，成為絕對壓強，即實際壓強 3、相對壓強P以工程大氣壓Pa作起算零點的壓強，稱為相對壓強 三、主要知識點：1、水靜力學的核心問題：根據(jù)平衡條件建立壓強分布規(guī)律，確定作用在建筑物表面上的靜水總壓力的大小、方向及其作用點。2、靜水壓強的特性（兩大特性）（1） 垂直指向作用面（2） 同一點處，靜水壓強各向等值3、液體平衡微分方程X-， Y-,Z- 又稱為歐拉平衡微分方程結論：靜水液體的平衡條件是單位質量力于其表面力相等。4、靜水壓強分布的微分方程 dp=結論：靜水壓強分布取決于液體所受的單

8、位質量力。5、等壓面方程 按定義：p=const,dp=o Xdx+Ydy+Zdz=0即單位質量力的合力f及合位移ds，f·ds=O這表明等壓面的質量力所作微功等于0，但f0，ds0， 可見只有f和ds互相垂直。6、水靜力學基本方程 Z+7、壓強單位的表示方法、單位面積上的力，（定義） ，單位Pa 1Pa=1N/m² KPa，MPa、用液體高度表示，單位m（液柱） 如P=98KN/m² 則有P/=98/9.8=10m（水柱）=98/133.28=736mm（汞柱）、用工程大氣壓Pa的倍數(shù)表示1個標準大氣壓=98KPa=10m水柱=736mm水銀柱1個標準大氣壓=1

9、.013×105Pa=760mm水銀柱8、壓強分類（絕對壓強、相對壓強、真空值）、絕對壓強Pabs以絕對真空起算零點的壓強，成為絕對壓強，即實際壓強 Pabs=Po+h0。、相對壓強P以工程大氣壓Pa作起算零點的壓強，稱為相對壓強 P=Pabs-Pa=（Po+h）-Pa自由表面取Po=Pa時，得P=h、真空值Pv和真空度hvhv=Pv/Pv=|P|=|Pabs-Pa| 而 Pabs<Pa 則 Pv=Pa-Pabs 可知 高度越大，Po的絕對壓強越小，真空值越大9、絕對真空狀態(tài) （即完全真空狀態(tài)） 當 Pabs=0時，其真空度最大，有 (水柱)但液體具有汽化特性，當Pabs<

10、; Ps時，液體將出現(xiàn)汽化，使真空狀態(tài)受到破壞，故液體不可能達到絕對真空狀態(tài)。 液體允許的最大真空度：水柱10、帕斯卡原理 見P20在靜止液體中任意一點壓強的增減必將引起其他各點壓強的等值增減。11、壓強圖示（1）、繪制原理 靜水壓強的特征：垂直性，各向等值。 水靜力學的基本方程：P=Po+h=Po+P（2）、繪制規(guī)則按一定比例用線段長度表征P的大小，用箭頭表示壓強的方向。（3）、繪制壓強的方向應注意如下幾個問題：、Ph按直線規(guī)律分布。（關系式為直線方程）。直線方程的原點在自由表面。Pabsh分布圖呈梯形，Ph分布圖呈三角形。29(a)(b)(c)、各點壓強的方向應垂直于受壓面，且各向等值，如

11、圖2-9d(P21)、壓強分布圖是一種受力圖，合力作用線通過壓強分布圖的形心。、因建筑物通常都處于大氣之中作用于建筑物的作用時，一般吸需繪制相對的壓強分布圖。、當建筑物的兩側均受水壓力作用時，應按受力圖疊加原理繪制兩側壓強的合成分布圖。如圖 2-9e。、對于作用面為曲面壁的情況各點壓強應沿法線方向指向作用面；對于圓形曲面，各點壓強均通過圓心。如圖2-9f（球狀面，通過球心）12、水靜力學基本方程幾何意義、水力學意義及能量意義（1）、幾何意義及水力學意義 (Z+P/=C) Z-計算點的位置高度，水力學稱位置水頭。P/-h=P/，壓強高度，測壓管中水面至計算點M的高度。水力學中稱壓強水頭。Z+P/

12、-計算點處測壓管中水面距計算基準面的高度。水力學中稱測管水頭。Z+P/=C-靜止液體中各點位置高度與壓強高度之和不變。位置水頭Z，則測管壓強水頭P/。其水力學意義：靜止液體中各點測管水頭或靜力水頭的連線。 （2）、物理意義（能量意義）Z-,表示單位重量液體對基準面的位置勢能（單位位能）。P/-單位重量液體對計算點所具有的壓力勢能（單位壓能）。-單位重量液體的全勢能，（單位勢能）。C-靜水中各點的全勢能相等，全勢能守恒。13、測量壓強的儀器主要類型有：液體測壓計，金屬壓力表和其他非電量，電測儀表。14、測量壓強常見儀器測壓管（測較小地強）、水銀測壓計（做成U型以便存放水銀）、低壓測壓計、水銀壓差

13、計、金屬壓力表15、靜水壓力的計算方法：解析法和圖解法。解析法：（1）靜水總壓力的大小作用在任意形狀平面上總壓力的大小等于該平面面積與其形心處點的靜水壓強的積，即 即（2）靜水總壓力的方向：靜水總壓力的方向垂直于受壓面。（3）靜水總壓力的作用點：總壓力的作用點（壓力中心）D的坐標為（x,y）式中：Pc是平面形心處的靜水壓強hc是平面形心C在液面下的淹沒深度yd是壓力中心D距OX軸的距離yc 形心距ox軸的距離；Ic為面積A對過形心C的水平軸的慣性距，矩形平面的Ic=bh³/12,圓形斷面的；E為偏心矩，即壓力中心D到形心C的距離。（4）適應性：對于上、下兩邊不是水平的矩形平面（如涵管

14、進口的圓形閘門），由于確定其壓強分布的體積和重心比較麻煩，因此常用解析法求解。圖解法：（1）靜水總壓力的大小對于矩形平面，就用靜水壓強分布 可以求出作用在平面上的靜水總壓力的大小為（推導過程見課本P25）式中：是靜水壓強分布圖的面積，b和L是矩形平面的水平寬度和長度，h1和h2分別是矩形平面上邊和底邊的水深。（2）靜水總壓力的方向根據(jù)靜水壓強垂直于受力面及平行力系的合成原理，靜水總壓力的方向必然垂直于受力面。（3）靜水總壓力的作用點靜水總壓力是平行力系的合成，根據(jù)靜水壓強的特性，靜水總壓力的方向垂直指向該平面。靜水總壓力的作用點（又稱壓力中心）位于縱向對稱軸上，口到底邊的距離為e，這樣作用在平

15、面上靜水總壓力的三個要素大小、方向、作用點都可以確定了。在應用式進行計算時需要注意h1和h2的含義。（4）適應性一般來說，對上、下兩邊為水平的矩形平面，不管它在水下深度，也不管它的方位如何，求作用于該平面上的靜水總壓力大小和作用點時，用圖解法較方便。第三章 水動力學基礎 一、學習要點：1、液體運動的分類和概念。 2、恒定總流的連續(xù)性方程、能量方程和動量方程及其應用是本章的重點，也是本課程討論工程水力學問題的基礎。 3、恒定總流的連續(xù)性方程的形式及其應用條件。 4、恒定總流能量方程的應用條件和注意事項，并會用能量方程進行水力計算。 5、應用恒定總流的連續(xù)方程和能量方程聯(lián)解進行水力計算。 二、有關

16、名詞解釋：1、慣性力液體質點流速成變化產(chǎn)生的力2、粘性力液體質點間或流動層面間的流速梯度產(chǎn)生的力，即產(chǎn)生于液體質點間的粘性和流速分面不均勻性。3、流線是同一時刻由液流中許多質點組成的線，在這條曲線上所在質點的流速成矢量都和該 曲線相切4、流管在流場中取一封閉的幾何曲線，在此曲線上各點作流線則可構成一管狀流面，此稱流管。5、流束流管內液流稱為流股，又稱為流束6、流譜流線構成的流線圖7、跡線跡線是某一個質點在某一時段內質點的流動路線8、過水斷面垂直于流線的液流斷面稱為邊水斷面9、流量單位時間內通過過水斷面上的水量（液體體積）。用Q表示，單位是m³/S10、斷面平均流速11、恒定流流場中液

17、體質點通過空間點時所有的運動要素都不隨時間而變化的流動稱為恒定流12、均勻流流線是相互平行的直線的流動稱為均勻流13、水力坡度：單位長度上的水頭損失，以J表示；14、測管坡度：單位長度上的測管水頭變化，以Jp表示；三、主要知識點：1、動水壓強與靜水壓強的區(qū)別（1）不僅與空間位置有關（2）而且與運動方向有關2、水動力學的基本任務就是研究液體在流場中壓強和流速的分布規(guī)律，可建立：（1）質量守恒定律連續(xù)性方程（2）能量守恒定律能量（守恒）定律（3）動量守恒定律動量方程3、描述液體運動的兩種方法拉格朗日法（法國數(shù)學家、天文學家）（質點系法）歐拉法（瑞士數(shù)學家、力學家）（流場法）4、歐拉變數(shù)與拉格朗日變

18、數(shù)的區(qū)別歐拉變數(shù)的坐標（、x、y、z）只是空間的點的位置坐標，與液體軌跡無關，其中u、a吸是指流經(jīng)某空間點的速度和加速度，不只限于某一質點流經(jīng)該 空間點的速度與加速度。5、流線的兩個特點：（1）流線上任一點的切線方向即為該點的流速方向。（2）流線不能相交或成90º的折轉。6、流譜的兩個特點：（1）流線的疏密程度與液流橫斷面積的大小有關，斷面小的地方流線密，斷面大的地方疏。流線的疏密程度反流速大小。（2）流線的形狀與固體邊界形狀有關，離邊界越近，邊界的影響越大，流線形狀接近邊界的形狀。7、元流與總流流量的定義式元流流量: Dq=udA；總流流量: Q=8、斷面平均流速表達式: v=9、

19、液流分類（1）、恒定流和非恒定流（2）、均勻流和非均勻流（3）、有壓流與無壓流10、均勻流具有下列特征：過水斷面為平面，且形狀和大小沿程不變。同一條流線上各點的流速相同，因此各過水斷面上平均流速V相等。同一過水斷面上各點的測壓管水頭為常數(shù)。11、漸變流與急變流的壓強分布特征（1）變流過水斷面的壓強分布過水斷面上各點測管水頭不等，即不為常數(shù)。（2）漸變流過水斷面的壓強分布 漸變流或均勻流各斷面的測管水頭都為常數(shù)，但沿程各斷面的測管水頭不相等。由于T的影響，漸變流或均勻流的各斷面的測管水頭將沿程下降。12、元流連續(xù)性方程udA=dA13、總流連續(xù)性方程 A=A上式說明：任意兩個過水斷面的流速成與過

20、水斷面的面積成反比。14、對于有分叉的恒定總流，連續(xù)性方程可以表示為： 15、理想液體元流能量方程16、理想液體元流能量方程各項意義（如圖39c）Z-計算點距基準面的位置高度；位置水頭；單位位能。P/-測管中水面計算點的壓強高度；壓強水頭；單位壓能。Z+P/-測壓管水面距基準面的高度；測管水頭；單位總勢能。-流速所轉化的高度；流速水頭；單位動能。令H=Z+H= -液體的總水頭，又稱單位總能。 理想液體元流的單位總能沿程守恒，總水頭線為一水平線，而測管水頭線則沿程可有升降。17、實際液體元流能量方程Z+表示單位重量液體從一斷面流到達斷面克服由液體粘滯性引起的陰力而損失的能量，稱為水頭損失。18、

21、水力坡度與測管坡度定義表達式J=- J=-019、畢托管-元流能量方程的應用（1）畢托管是一種點流量速的測量儀器。（2）原理： 20、恒定總流的能量方程即伯諾里方程：Z+、-分別為兩斷面的動能修正系數(shù)；h-兩斷面間的水頭損失。21、元流能量方程與總流能量方程的區(qū)別；（1）元流能量方程限于同一流線，即前后兩計算點必須在同一流線上，而總流前后兩斷面處的計算點可不在同一流線上。（2）其各項的幾何意義，水力意義、能量意義如元流能量方程所述，不同處是各項具有平均值概念。22、總流能量方程的應用條件（1）恒定流（2）不中壓縮液體；（3）重力液體（4）兩計算斷面必須為漸變流或圴勻流，但兩斷面間可以有急流存在

22、。（5）沿程流量不變Q=Q=Q23、總流能量方程的應用要點：（1）兩計算斷面必須選定漸變流或均勻流斷面，盡量使其中的未知數(shù)量少。（2）選 擇合適的計算基準面與計算點的位置，兩過水斷面的計算點必須取同一基準面。使，保證位能不為負值。（3）兩斷面壓強可用相對壓強或絕對壓強。（4）對于水流計算點選 在水面上；管流計算點選在管軸線上。（5）一般取。24、兩斷面間有能量加入或輸出以及分岔水流的能量方程。1、有能量加入或輸出的能量方程Z+Hm-外加或輸出的能量。公式中Hm取“+”號，當為外加能量。Hm取“-”號，當為輸出能量2、分岔水流能量方程1）有流量分出時，有Q Z，Z2）有流量匯入，有Z，Z25、文

23、丘里管-總流能量方程應用原理-利用壓縮過水斷面而引起局部壓強變他，導出了流量與測管水頭差的關系，使有壓管道的流量測量大為簡便。26、恒定流動量方程 G-控制體重量R-管壁約束對總流隔離體（即控制體）側表面的作用力（合力）若沿S軸寫液流動量方程，可為： =直角坐標三坐標軸向的標量式：=,=, =27、動量方程應用要點1、液體是恒定不可壓縮的液體；2、因為均是矢量，應先規(guī)定坐標軸，給出隔離體，然后將動量方程給出投影式。3、根據(jù)需要選擇隔離體，所選的斷面（控制面）應滿足漸變流條件，此時總壓力計算按公式P，P。4、動量變化量為流出動量-流入動量，不可顛倒。5、動量方程包括表面力（壓力、切力）、重力、管

24、壁約束對隔離體側表面的作用力。6、式中邊壁反力R為邊壁對液流的反力，液流對唇緣壁的作用力R大小相等，方向相反，作用在同一線上。第四章 水流阻力和水頭損失 一、學習要點：1、了解液體運動兩種流態(tài)的特點，掌握流態(tài)的判別方法和雷諾數(shù)Re的物理意義。2、掌握沿程水頭損失系數(shù)在層流和紊流三個流區(qū)內的變化規(guī)律，并能確定的值。3、會用達西公式計算沿程水頭損失。 4、掌握謝才公式及曼寧公式，并會確定糙率。 5、掌握局部水頭損失計算。 二、有關名詞解釋：1、水流阻力由于液體的粘滯性作用和固體邊界的影響，使液體與固體之間，液體內部有相對運動的各液層之間存在的摩擦阻力的合力。2、水頭損失水流在運動過程中克服水流阻力

25、而消耗的能量自負盈虧為水頭損失。3、沿程水頭損失當流體邊界沿程無變化，流體作均勻流式作漸變流時，流體內部以及流體與流體邊界之間產(chǎn)生的阻力沿程是不變的，這種阻力引志的機械能損失稱為沿程能量損失，簡稱沿程水頭損失，有hf表示。4、局部水頭損失當流體邊界急劇變化時，如流體經(jīng)管道入口中，閥門等局部阻礙之處，為克服邊界的急劇變化，流體內部的速度分布也發(fā)生急劇變化，由此引起的機械能損失稱為局啊能量未央失，簡稱局部水頭損失，用hj表示。5、層 流當流速較小時，管中的液體質點在流動中互不發(fā)生混摻而是在妥層有序的流動，這種流動稱為層流。6、紊 流當流速較大時，液體質點互相摻的無序無章的流動稱為紊流7、層流底層（

26、粘性底層）在這一很靠近固體邊界的流層里有顯著的流速梯度，粘性切應力很大，但紊動 則趨于0，各層質點不產(chǎn)生摻混，也就是說，在靠近固體邊界表面的厚度極薄的層流層存在，稱為層流底層。三、主要知識點1、層流與紊流的判別標準-臨界雷諾數(shù)雷諾實驗除了證實流體存在兩種不同流態(tài)，還建立了判斷流動的一個準數(shù)。雷諾用不同溫度的水，不同直徑的管道進行實驗，發(fā)現(xiàn)臨界流速大小與管道直徑d，流體密度以及動力粘度系數(shù)有關。實驗得出Re=，將無量綱的純數(shù)Re=Vd/V稱為雷諾數(shù)，ReRek=2320時，層流ReRek，是紊流。2、均勻流基本方程 hf=0l/ rR3、沿程水頭損失計算公式 達西-魏茲巴赫公式hf=*l/d*v

27、2/2g4、圓管層流的流速分布對圓管層流運動，滿足年頓內摩擦定律表達式： 采用圓柱坐標（，u），r=r,dr=-dy， =，du=-對于均勻流，各元流的J都相等，對上式積分得：u=-當r=r時， u=0,C= , u=5、圓管層流的沿程阻力系數(shù) =64/Re6、紊流流速分布紊流流核的斷面流速分布較圓管層流的斷面流速分布理趨均勻化。7、圓管紊流結構由粘性底層及粘性底層外的紊流流核組成。8、水力光滑管、水力粗糙管（管道粗糙情況）絕對粗糙度；粘性底層的厚度（4-28，計算公式）；通常不足1mm，但它對能量損失有極大的影響，不可忽視，流速愈大，質點摻混能力愈強，層流底層就愈厚。所以其厚度隨Re增大而減

28、小。a、時，對（管壁）紊流結構無影響。這種管道稱“水力光滑管”b、時，管壁伸入紊流流核之中，產(chǎn)生漩渦。這種管道稱為“水力粗糙管”。9、尼古拉茲試驗（1）實驗原理及過程：為了便于分析粗糙的影響，尼古拉茲將經(jīng)過篩選的均勻砂粒緊密的貼在管壁表面，這種人工均勻的粗糙也稱尼古拉茲粗糙。 實驗裝置類似雷諾實驗，采用各種人造粗糙進行實驗，相驪粗糙度的范圍為/d=1/301/1014，共有7種不同的相對粗糙度(P82，圖4-8a)測出不同流量時的斷面平均速度V和沿程損失hf。把實驗結果給在雙對數(shù)坐標紙上。（2）根據(jù)的變化特性，尼古拉茲實驗分為5個阻力區(qū)。一區(qū)：；二區(qū)：；三區(qū)：四區(qū)：；五區(qū)：10、局部水頭損失的

29、成因局部邊界條件急劇改變是旨起局部水頭損失的根本成因。對水流流動有兩個方面的影響：（1）導致液流中產(chǎn)生的漩渦，加大水流的紊亂與脈動，增大液流的能量損失。（2）造成液流斷面的流速重新分布，加大流速梯度及紊流附加切應力，導致局部較集中的水頭損失。11、局部水頭損失計算公式h h -分別斷面間的局部阻力系數(shù)，其中第六章 明渠水流 一、學習要點：1、 了解明渠水流的分類和特征。 2、 熟練掌握明渠均勻流公式并能應用它來進行明渠均勻流水力計算。 3、 掌握明渠水流三種流態(tài)的運動特征和判別明渠水流流態(tài)的方法，理解佛汝德數(shù)Fr的物理意義。 4、 理解斷面比能、臨界水深、臨界底坡的概念和特性。 二、有關名詞解

30、釋：1、明渠開敞式的匯水凹槽，稱為明渠。人工渠道，天然河道。2、明渠水流具有露在大氣中的自由液面的槽內液體流動稱為明渠流（明槽流）或無壓流（Free Flow）3、明渠底坡（P62 ，6-2）底坡i渠道中沿程單位長度內的渠底高程變化值4、水力最佳斷面當渠道過水斷面面積A，糙率及渠道底坡i一定時，過水能力（即流量）最大的斷面形狀，稱為水力最佳斷面。5、臨界水深當為臨界流時，F(xiàn)r=1，相應的水深，稱為臨界水深6、斷面比能以各斷面最低點作基準面的單位重量液體的能量。用Es表示7、臨界底坡ik當渠中作均勻流動中，渠中正常水深恰等于臨界面水深時的相應底坡，稱為臨界底坡，常用ik 表示。三、主要知識點：1

31、、明渠流動的特點：（1）、具有自由液面，Po=0,為無壓流（滿管流為壓力流）（2）、濕周是過水斷面固體壁成與液體接觸部分的周長，不等于過水斷面的周長。（3）、重力是流體流動的動力，為重力流（管流則是壓力流）（4）、渠道的坡度影響水流的流速、水深。坡度增大，則流速增大，水深減小。（5）、邊界突然變化時，影響范圍大。2、明渠分類按明渠斷面形狀有：（1）、梯形：常用的斷面形狀。P114 6-1(a)（2）、矩形：用于小型灌溉渠道當中 6-1(b)(3)、拋物線型：較少使用(4)、圓形：為水力最優(yōu)斷面，常用天城高的排水系統(tǒng)中。6-1（c）(5)、復合式：常用于豐、枯水量懸殊的渠道中。6-1（d.e）3

32、、明渠斷面水力要素梯形斷面：過水面積：A=(b+mh)h水面寬度：B=b+2mh濕周：x=b+2h水力半徑：R=邊坡系數(shù)：m=ctga4、按底坡分類（1）i0,渠底高程沿程下降，順坡渠道（正坡）（2）i=0，渠底高程沿程不變，平坡渠道（平坡）（3）i0，渠底高程沿程上升，逆坡渠道（反坡）5、明渠均勻流水力特性（1）、明渠均勻流是一種等深、等速直線運動，斷面流速分布沿程不變，有（2）、總水頭線、測管水頭線、渠底線三者平行，因此水力坡度J，測管坡度Jp及渠底坡度I三者相等，即J=Jp=i6、明渠均勻流產(chǎn)生的條件(1)、屬恒定流，流量沿程不變；(2)、長直的棱柱形順坡（i0）渠道；(3)、渠道糙率及

33、底坡i沿程不變結論說明：明渠均勻流中重力作功與阻力作功相等，其重力沿流向的分力與液流摩阻力相平衡。7、明渠均勻流基本公式謝才公式： 由曼寧公式有：8、水力最佳斷面是：（ D ）A、價最低的渠道斷面；B、壁面粗糙系數(shù)最小的斷面；C、對一定流量具有最大的斷面面積的斷面；D、驪一定面積具有最小濕周的斷面。9、 明渠斷面渠道水力計算基本公式 Q=AC10、明渠斷面渠道水力計算的三類問題：（1）驗算渠道的泄水能力；（2）決定渠道底坡； （3）選擇渠道過水斷面尺寸；11、三類問題分別討論（1）、驗算渠道泄水能力已知b,m,n,i,ho,求Q,例6-1.P120（2）、確定渠道底坡i已知Q,b,m,n,ho

34、,求i，例6-2.P121（3）、設計渠道斷面尺寸b和ho，例6-3，P122已知Q,I,n,m,求渠道過水斷面尺寸b,ho。因涉及到兩個未知量，必須結合式程實際與技術經(jīng)濟條件再補充一個方程?？伤姆N方法求解：選定ho，求b根據(jù)通航、灌溉、取水等選定ho選定b求ho按地形情況選定b 值。同上式求解ho按合適寬深比求解b,ha、中小型道取=o=b/hob、大型渠道取=3-4，由b=代入可得。按最大容許流速考慮，求解斷面最小尺寸b,ho（4）、已知b,m,i,Q,ho,求糙率n C= n=12、渠非均勻流現(xiàn)象產(chǎn)生原因 明渠均勻流發(fā)生的三個條件中，任一條件不滿足都將發(fā)生明渠非均勻流。局部“干擾”；渠道

35、糙率沿程變化、橋、涵、堰、壩、渠底坡度折變等因素；它在局部渠段中可使過水斷面劇變。13、明渠非均勻流水力現(xiàn)象的類型。（1）壅水曲線水深沿程增大的水面曲線，如圖6-10（a、b）,在dh/ds0(2)降水曲線水深沿程減小的水面曲線，如圖6-10（c），有dh/ds0(3)水跌現(xiàn)象在底坡突降或底坡由緩變陡折變處附近局部渠段內，水面曲線急劇下降的水力現(xiàn)象，稱為水跌現(xiàn)象。屬急變流，有dh/ds- 如圖6-10（c）(4)水躍現(xiàn)象渠中水深在局部渠段內呈突躍性增大的水力現(xiàn)象，稱為水躍形現(xiàn)象。屬急流流：特征是V，沖刷力強，能量損失大，可達60%70%，有dh/ds+,如圖6-10(c)14、明渠流干擾微波傳

36、播特性及水流狀態(tài) 1）VC 微波只級順流而下傳，不能上傳，不影響上游水面曲線的形狀，此稱為急下流。2）VC 微波既能上傳，也能下傳，對上、下游水面曲線均有影響，此稱為緩流。3）V=C 微波只能向下傳，不能上傳，只能影響下游的水面曲線，此稱為臨界流。15、佛汝德數(shù)Fr急流、緩流、臨界流的判別標準數(shù)。Fr=(= 急流：VC,Fr1緩流：VC,Fr1臨界流：V=C,Fr=116、臨界水深計算公式17、斷面比能沿水深的變化規(guī)律（1）當hhk時，為斷面比能曲線上支，dEs/dh0，為緩流區(qū)，斷面比能隨水深增加而增大，其中勢能大，動能小。（2）當hhk時，為斷面水能曲線下支。dEs/dh0,為急流區(qū)，斷面

37、水能隨水深增加而減小，其中動能大，勢能小。（3）當h=hk時，為臨界流。Fr=1，在臨界流時，勢能是動能的兩倍。18、臨界底坡ik計算(均勻流條件)（臨界流條件）兩式聯(lián)立解之， 得i 第九章 河流概念一、學習要點：1、河川水文現(xiàn)象的特點與橋涵水文的研究方法 2、掌握經(jīng)流、河流、流域的基本概念 3、河川水文資料的收集與整理方法，了解河流的泥沙不、運動 4、河床演變的基本知識 二、有關名詞解釋：1、橫比降天然河道中，由于邊界件的影響，其水面一般都有一定的橫向坡度，稱為橫比降。1、 河川徑流地面徑流和地下徑流匯入河槽并沿河槽流動的水流3、泥沙沉速W泥沙顆粒在靜水中均勻下沉的速度，稱為泥沙沉速，簡稱沉

38、速，又稱水力粗度 三、主要知識點：1、水文現(xiàn)象的特點： （1）、隨機性 （2）、周期性 (3)、地區(qū)性 2、橋涵不文的研究方法(1)、數(shù)理統(tǒng)計法 (2)、成因分析法 (3)、地理綜合法3、河流分段特性：可分為五部分1） 河源-起點，往往是泉水、冰川、湖泊等。2） 上游-緊接河源而奔流于山谷。落差大，水流急，沖蝕力強3) 中游-比降逐漸緩和，沖淤平衡，河面開闊4） 下游-處理處于沖積平原區(qū)，流速與底坡都小，泥沙淤積5） 河口-終點，“河口三角洲”4、流域的特征：（分兩種）1º幾何特征-即流域面的大不及沿河增大情況。2º流域的自然地理特征：地理位置、氣候條件等5、河川徑流的形成

39、過程降水-流域蓄滲-坡面漫流-河槽集流6、經(jīng)流量的表示方法（1）流量 Q m³/s（2）徑流總量度 W=QT m³（3）徑流模數(shù) M=1000Q/F L/S·km²（4）徑流深度過 Y=1W/1000F mm（5）徑流系數(shù) =Y/X（純數(shù)）7、河川徑流的主要影響因素（1）降水（2）蒸發(fā)與入滲蒸發(fā)大，降水前期土壤含水量??；入滲量大，則徑流量越小。（3）下墊面因素：地形、地質，植被等。（4）人類活動因素 植樹造林、水土保持、興修水利，跨越流域調水及現(xiàn)代化城市的發(fā)展等均屬人類活動因素，它可改變自然地理條件，影響經(jīng)流量及過程。8、河床演變的影響因素（1）水 流：

40、 例如河段流量、水位、副流作用、縱橫比降。（2）流域產(chǎn)沙條件： 產(chǎn)沙量大，常可造成下游淤積嚴重（3）河床土壤地質條件： 巖石河床，不易變形；土質河床，易于變形。（4）人類活動： 圍湖造田，興修水利第十章 水文統(tǒng)計的基本原理與方法一、學習要點：1、理解水文統(tǒng)計的基本概念 2、掌握經(jīng)驗頻率曲線的繪制方法 3、理論頻率曲線的基本原理 4、現(xiàn)行頻率分析方法 二、有關名詞解釋： 1、數(shù)理統(tǒng)計方法以“概半論”為理論依據(jù)，通過試驗或觀測數(shù)據(jù)對研究對象再現(xiàn)客觀規(guī)律作預估或判斷的數(shù)學方法。2、水文統(tǒng)計法應用數(shù)理統(tǒng)計法來分析水文現(xiàn)象變化的規(guī)律的方法。3、機率（又稱為概率、然率）客觀上出現(xiàn)的可能性，稱為機率，由P(

41、A)表示4、頻率在隨機試驗中，事件A實際上出現(xiàn)的次數(shù)與f與總的試驗次數(shù)之比，稱為頻率。用W(A)表示，f 稱為頻數(shù)5、累積頻率等量或超量值頻率累積值。用P(xxi)表示。6、年頻率每年只取一個水文特征值代表組成樣本系列時， 所得的累積頻率稱為年頻率。樣本容量n的單位為年，其累積頻累的單位的為“次/年”7、次頻率每年取多個水文特征值組成樣本系列時，所得的累積頻率，稱為次頻率。高n年中平均每年取a個樣本組成系列，其容量S=na，單位為“次”，故（P表示次頻率）8、重現(xiàn)期 等于或大于某隨機變量xi的水文特征值再現(xiàn)的平均年距，稱為重現(xiàn)期。常用T（xxi）表示xi的重現(xiàn)期。9、經(jīng)驗累積頻率曲線按實測要、

42、值所得的xp關系曲線，稱為經(jīng)驗累積頻率曲線。10、理論累積頻率曲線描述經(jīng)驗累積頻率點據(jù)分面關系的數(shù)學模型，稱為理論累積頻率曲線。三、主要知識點：1、事件就其發(fā)生情況，可分為三種類型 必然事件； 不可能事件； 隨機事件。2、隨機試驗、隨機變量、系列。（1）隨機試驗-對隨機事件發(fā)生的情況的具體觀測。（2）隨機變量-隨機試驗中事件結果所取的各種數(shù)值。連續(xù)型（水文現(xiàn)象的實測值數(shù)此類）實數(shù)間任意值離散型（骰子的點數(shù)屬此類）實數(shù)間間斷值3、對于樣本的要求應有：1º一致性-樣本的個體應屬于同類。2 º代表性-即能反映總體特征。3 º可靠性-即資料來源可靠，有客觀性、準確性4 &

43、#186;獨立性-即樣本系列中各個體的實測結果互不關聯(lián)。4、維泊爾公式 P(xxi)=m(xxi)/(n+1)5、經(jīng)驗累積頻率曲線的繪制的步驟：1º將按年序記錄的實測資料按大到小排列（不論年序）即使x1>x2>x3>>xn2º統(tǒng)計各隨機變量xi的頻數(shù)fi及累頻數(shù)m(xxi)=?.其中fi即實測記錄中xi的個數(shù)。3º按維泊公式計算各實測值的累積頻率P(xxi)4º將點（Pi,xi）點繪于坐標紙中，通過點據(jù)分布的平日趨趨勢目估繪線，即可得經(jīng)驗累積頻率曲線。6、統(tǒng)計參數(shù)-實測系列的平均數(shù)Cv-實測系列的離系數(shù)Cs-實測系列的偏差系數(shù)，C

44、v,Cs-統(tǒng)稱為統(tǒng)計參數(shù)7、水文計算的頻率分析的目的是以水文現(xiàn)象（水位、流量、降水強度）實測值系列與經(jīng)驗累積頻率關系作樣本，以皮爾遜型曲線總體頻率關系數(shù)學模型，選配一條與經(jīng)驗累積頻率點據(jù)分布擬合情況最佳最佳理論設計值xp8、現(xiàn)行頻率分析方法（1）、試錯適線法步驟：計算經(jīng)驗累積頻率，繪制經(jīng)驗頻率曲線；計算平均數(shù)，擬定離差系數(shù)，試算偏差系數(shù)；選定三參數(shù)；根據(jù)確定的三參數(shù)，得出理論推算累積頻率曲線，推算規(guī)定頻率的流量（2）、三點適線法步驟： 計算經(jīng)驗累積頻率，繪制經(jīng)驗頻率曲線；為理論頻率曲線初選三參數(shù)；適線選定三參數(shù)；根據(jù)確定的三參數(shù)，推算規(guī)定頻率的流量（3）、矩法第十一章 橋涵設計流量及水位推算法

45、一、學習要點：1、有流量觀測資料的設計流量推算方法；2、缺乏實測資料時設計流量推算的方法；二、有關名詞解釋：1、年經(jīng)流量一年內通過河流某斷面（如取水工程或橋涵所在斷面等）的水量，稱為這個斷面以上流域的年經(jīng)流量。2、枯水經(jīng)流量（最小年經(jīng)流量）枯水期、地面徑流小，主要靠地下水補給的河川徑流，稱為枯水徑流量。三、主要知識點：1、設計洪水的內容：（設計洪水三要素）（1）投計洪水總量 “量”（2）設計洪水過程線 “過程”（3）設計洪峰流量 “峰”2、形態(tài)調查方法實地考查歷史上發(fā)生過的洪水位痕跡（簡稱洪痕），并通過河道地形、縱、橫斷面、洪痕高程及位置等形態(tài)資的測量，再按水力學方法推算出歷史洪峰流量，此法又

46、稱法又稱為洪水調查方法。3、洪水調查工作包括： （1）河段踏勘（2）現(xiàn)場訪問（3）形態(tài)斷面及計算河段選擇（4）野外測量此外，還應收集有關地區(qū)的歷羅文獻及文物，考證辨認歷史洪水痕跡發(fā)生的年代第十二章 大中橋位勘測設計一、學習要點：1、橋涵分類及一般原則規(guī)定，理解橋位擇與橋位調查，掌握橋孔最小凈長Lj計算；2、掌握橋面中心最低標高計算 ； 3、掌握引路堤最低設計標高的計算；熟悉橋前最大壅立高度和橋下壅水高度的計算；4、各種水面開高值（波浪高度、波浪侵襲高度、水流局部沖擊高度，河變超高，水拱和河床的淤高）計算二、有關名詞解釋1、橋位勘測在橋位設計前，對橋位地區(qū)的治經(jīng)濟情況、自然地理情況及其它條件作詳

47、細調查與測量，統(tǒng)稱為橋位勘測。2、橋下壅水高程是指設計水位以上的水位升高值，它包括因橋也壓縮河寬旨起的水位壅高，波浪高度，水拱高度，河灣橫比降超高，河床淤積高度等。常用表示。3、橋面標高橋面中心線上最胸點標高。它用以表示橋梁高度三、主要知識點1、大、中橋設計的一般規(guī)定（1）、避免橋前壅水過高危及農(nóng)田村舍；(2）、對于橋下河床一般不加護砌，而是按容話沖刷程度確定橋下橋孔長度；(3)、橋臺應布設在地質良好地帶(4)、布設橋也應注意通航、潮汐、河流變迀等的影響，合理布孔。(5)、在流冰河流上建橋，布設橋孔應考慮流冰水位、冰塊大小及破冰措施，適當加大流六、冰凈跨。(6)、盡量減少梁跨、墩臺及基礎類型。

48、(7)、無可靠水文資料時，也徑寧寬勿窄，基礎宜深勿淺，凈也宜高勿低，適當留有余地。(8)、增建第二線或改建既有橋線時，其跨徑和凈空，應按新建的設計標準辦理。2、橋位選擇的一般要求（1）服從路線總方向及建橋的特殊要求(2)橋軸線為直線或曲率小的平滑曲線，縱坡較小。（3）少占農(nóng)田，少拆遷，少淹沒（4）有利于施工（5）適應市政規(guī)劃，協(xié)調水運，鐵路運輸，滿足國防、經(jīng)濟開發(fā)等的3、橋位調查三方面內容（1）、橋位測量 （2）、水文調查 （3）、工程地質勘測4、橋孔長度計算 沖刷系數(shù)法 、經(jīng)驗公式法5、河段分類根據(jù)河床變形征和河段穩(wěn)定性，我國河段可分為峽谷性、穩(wěn)定性、變遷性、游蕩性、寬灘性和沖積漫流性七類。

49、6、橋面標高計算的計算內容：（1）橋前最大壅水高度Z工程 Z= P285 12-18式中 -指水流阻力系數(shù)(表12-6) Vm-橋下斷面設計平均流速，（表12-7） Vo-橋前河道斷面平均流速橋前Z壅水曲線段全長，可按二次拋物線計：Z=（2）橋下最大壅水高度Z， 一般取Z=1/2 Z山區(qū)和半山區(qū)河流：Z=Z 平原河流：Z=0（3）波浪方程hL1º應用條件：當橋前為水庫、湖泊、設計洪水持續(xù)很長時的河流時才考慮計入浪高。2º計算，可按12-19經(jīng)驗公式，也可查公路橋經(jīng)勘測設計規(guī)范計算橋位標高時，通常以流高的三分之二計入。（4）水拱高h常見于半山區(qū)或山前區(qū)狹谷山口，通常按現(xiàn)場調查決定。（5）河灣橫比降超高Z <凹岸高，凸岸低>可近似按下式計算 P=P h=z（6）河床淤積高度在決定橋下凈空時應予考慮，通常均由調查實測確定。7、橋面標高的影響因素應滿足泄流、通航、流冰、流水的要求并考慮橋產(chǎn)壅水高度、波浪高度、水拱高度、河灣水位超高河床淤積影響。8、橋面標高的計算公式（1）非通航河流Hmin=Hp+ （2）通航河流H9、調治構造物作用 調治構造物的作用是調節(jié)水流、整治河道，使通過橋孔的水流均勻順暢，防止橋位附近河床和河岸產(chǎn)生不利變形，以確保附近農(nóng)田免糟水害，確保橋梁墩臺和橋頭孔道的正常運用