水力学与桥涵水文--教案

'2013-2014学年第二学期课程名称：水力学与桥涵水文职业技术学院教案建工系课程名称水力学与桥涵水文教师老师课时2绪论课型课题11.1桥涵水文与水力学研究面授1.2液体基本特性1、使学生了解水力学的任务及应用领域；教学2、掌握液体的连续介质理论；3、液体的主要物理力学性质目的4、掌握作用在液体上的力的两种形式。 重点：液体的连续介质模型、密度与重度、粘性与理想流体模型、牛顿内摩擦定重点律、压缩性与不可压模型、质量力与表面力难点难点：液体质点的概念、连续介质模型、牛顿内摩擦定律及关键教学多媒体和课堂讲授设备教学过程或内容教法要点绪论1.1桥涵水文与水力学的研究1、桥涵水文是公路、桥结、港航、水利等专业的一门专业基础课程。它的任务是让学生了解水文基本知识、掌握水文计算，特别是设计洪水计算的主要方法，使学生在工作后，经过一段实际的1.了解建设工程锻炼就能参加这方面的工作。的概念和内容2、本课程通过对陆地与海洋水循环过程的叙述，讲解河流、流域、产汇流、潮汐、潮位、波高、冲刷、桥面高程等基本概念，同时2.建设工程的分详细阐述设计洪水、设计潮水位、设计桥面最低高程、设计最低类河槽冲刷线高程等计算的主要方法。3.建设工程经济3、本人需在课程中注重对工科学生人文精神的培养，特别是高度研究对象和研究重视科学发展观对工科学生养成人与自然、工程建设与社会和谐发展等思想的指导作用。内容。4、通过本课程的学习，养成科学的质疑精神和培养创新思维。4.技术的概念和分类1.1.1水力学的任务和发展简史；5.以经济学观点1.2液体的基本特性1.2.1连续介质假设看待建设工程问1.2.2液体的主要物理性质题。1.2.3作用在液体上的力；液体的连续介质模型、密度与重度、粘性与理想流体模型、牛顿内摩擦定律、压缩性与不可压模型、质量力与表面力作业随堂测试课后习题 职业技术学院教案建工系课程名称水力学与桥涵水文教师老师课时2第2章水静力学课型2.1静水压强课题22.2水静力学的基本方程面授2.3水静力学的基本运用 教学使学生理解静水压强的特性、流体平衡微分方程，掌握液体静力学的基本方程、液柱式测压计的基本原理，最终能熟练计算作用在平面、曲面目的上的静水总压力。重点重点：投资的分类，固定资产投资的组成难点难点：固定资产流动资产表结构及关键教学多媒体设备教学过程或内容教法要点2.1静水压强静止液体质点没有相对运动，不表现粘滞性。水静力学主要研究静水压强和压力在空间分布规律，借此解决一些实际工程问题。静水压强特性①静水压强方向垂直指向作用面②某点静水压强大小与方向无关2.2水静力学的基本方程p=ρX，x1.了解静水压强p液体平衡微分方程的特性=ρYy2.掌握绝对压强，相对压强的p=ρZz概念。3.了解测压管原物理意义是：静水压强沿某一方向的变化率与该方向单位体积上质量力相等。理。2.2.1等压面等压面是均质连通液体中，压强各点相等的点构成的面。等压面性质：①等压面是等势面②等压面与质量力正交2.3水静力学的基本应用2.3.1重力作用下静水压强分布规律实际应用中，作用于平衡液体上的质量力常常只有重力，此时就是所谓的静止液体。此时，X=0 Y=0Z=-g2.3.2绝对压强、相对压强、真空值p相对压强pa(当地大气压，相对压强基准（表压起量点）)绝对压强真空值.绝对压强oo"(绝对压强基准，完全真空)压强根据起量点不同，分为绝对压强、相对压强。绝对压强是以绝对真空状态为起量点的压强，用p’表示。相对压强是以当地大气压（工程大气压为零，因为表测量结果为零）为起量点的压强，用p表示。p=p’-pa当相对压强为负值时，其绝对值称为真空度pvpv=pa-p’2.3.3测压管高度、测压管水头、真空度压强除了可以用单位面积上的压力表示外，还可以用液柱高度表示。这在工程上很方便。测压管高度测量：见书上图hA=pA/γ测压管水头：Hp=hA+z从能量角度看，hA称为单位压力势能，z称为单位重力势能，Hp称为单位势能。真空（高）度：图2-10，也可以用液柱高度表示。作业随堂测试课后习题 职业技术学院教案建工系课程名称水力学与桥涵水文教师老师课时2课题32.4压强测量课型 2.5静水总压力第3章迹线法，流线法，恒定总流，连续性方程，能面授量方程，毕托管，动量方程教学通过教学使学生了解压强测量方法，简单了解静水总压力计算，掌握流体力学三大方程。目的重点重点：流体力学三大方程，描述液体运动的三种方法，作用在平面和曲难点面静水总压力计算方法。及关键难点：流体力学三大方程教学多媒体设备教学过程或内容教法要点2.4压强的测量液体的压强是工程上非常普遍的要求，如水泵、风机、压缩机等都装有压力表和真空表。常用的有弹簧金属式、电测式（压力引起金属片变形导致电阻变形）、液位式（如书上U型水银压差计）等三类。2.5静水总压力2.5.1作用在平面上的静水总压力1.细讲三大水力解析法（公式推导法）学基本方程。总压力大小与方向2.推导流体力学o三大方程。hDhhCyyCyxdA.yD..任意方位任意平面形状上静水总压力P大小等于受压面积A与形心处压强pc（可理解为整个作用面的平均压强）乘积。方向垂直 指向作用面。作用点：作用点D则是过压强分布体形心（即压强三角形形心）2且垂直指向作用面的。即距离水面h处。3图解法步骤：绘制壁面（相对）静水压强分布图；计算静水压强分布图分布体体体积，体积大小即是总压力数值；沿压强分布图体积形心点（注意别与作用面几何形状混扰）画一垂直指向受压平面的作用线，该线与壁面的交点就是总压力作用点。bhchDhCChcDDPh2.5.2作用在曲面上的静水总压力总压力大小oPZAPXdPzdPαdPxBzPxFGPz作用在曲面上的静水总压力的垂直分力Pz等于其压力体的液体重。这个想象的压力体称为虚压力体。压力体组成： 1)受压面本身；2)液面或者延长线；3)通过液面或其延长线所做的铅直平面。总压力作用点要确定作用在曲面上静水总压力作用点的位置，首先应定出其水平分力Pz和垂直分力Px的作用线。Px的作用线通过曲面的垂直投影面的作用点，其方法在上节中已经介绍。Pz作用线必然通过压力体的重心。然后将此二力的合力P的作用线与曲面相交，此交点就是作用点。第三章水动力学基础3-1描述液体运动的两种方法拉格郎日法（J.L.Lagrange）考虑单个液体质点运动规律，与固体力学中研究质点（系）运动规律类似。采用拉格郎日法时，运动质点的位置坐标是起始坐标（a，b，c）和时间变量t的函数，即：x=x(a，b，c，t)y=y(a，b，c，t)z=z(a，b，c，t)变量a、b、c、t均称为拉格郎日变量。显然，不同的质点，起始坐标（a，b，c）是不同的。由于液体质点运动非常复杂，除极少数情况（如研究波浪运动）外，一般不采用这一方法。1、欧拉法(L.Euler)欧拉法研究流场中空间固定点液体运动情况，不涉及液体质点来去问题。然后通过综合各点运动及其变化规律得出液体`流场整个变化规律。欧拉法中，液体运动要素是空间坐标x、y、z和时间t的函数（x、y、z、t称为欧拉变量）。同样，对于三个坐标的情况，则有uxuxuuxuxax=+（ux+y+uz）txyzuyuyuyuyay=+（ux+uy+uz）txyzuzuzuuzuzaz=+（ux+y+uz）txyzuxuyuz(3-4)中的、、表示通过某固定点的液体的速度ttt随时间的变化率，是由液体非恒定（稳定）性造成的，称为当地 加速度。等式右侧括号中的是因地点变化引起的加速度，称为迁移加速度。例题：水箱中水的流出考虑A点·A·B恒定（稳定）时，当地加速度为零，迁移加速度为正。非恒定（稳定）时，当地加速度为负、迁移加速度为正。可以展开讨论。3-2欧拉法的若干基本概念1、流线、迹线流线是某一瞬时流场中沿流动方向相邻水流质点的运动趋势的切线连线。同一时刻不同质点。流线示意图迹线示意图思考题：长水槽中二侧交替抬起时候内水的运动如何？流线簇、流线谱（一般采用的是某个方向剖面形态）、流面：过任意线段上做出的流线的集合。迹线是同一质点不同时刻运动轨迹的连线。迹线是拉格郎日法中用到的。不同时刻同一质点恒定流时，二者重合。流线特征：1）流线一般是光滑不相交的曲线（比如边界的直角转弯处是正交的）2）流线充满整个流场，构成某一时刻流线谱；3）恒定流时，流线的形状位置流谱不随时间变化，流线与迹线重合。对不可压缩液体，流线簇的疏密程度反映了该时刻流场中各点流速的大小（密处大）。4）流线跟电力线很类似。 流管、元流、总流、过水断面元流：也叫微小流束。当流面中的线段采用的是封闭的线段时，流面包围的部分就是元流，外包围面就是流管。元流的极限就是流线。总流：元流的有限集合体，如管流、明渠水流，一般指的就是实际水流。过水断面：与元流或总流所有流线正交的横截面。可以是任意形状。（注意河里随意拉个剖面不一定是过水断面！）2、过水断面示意图流量、断面平均流速流量：单位时间内通过某过水断面的液体体积，用Q表示。单位m3/s等。元流流量dQ=udw，总流流量Q=dQ=udww断面平均流速：假想流速在过水断面上均匀分布情况下的流速。udwQwV==Wwv3恒定流、非恒定流恒定流：运动要素不随时间变化的水流。（当地加速度为0）。非恒定流：运动要素随时间变化的水流。（当地加速度不为0）。4均匀流、非均匀流均匀流：流线是彼此平行的直线的水流。（迁移加速度为0，过水断面为平面，流速分布沿流程不变）。如长直管中的水流。5非均匀渐变流和急变流非均匀流：流线不彼此平行，可分为渐变流和急变流二类。渐变流：流线接近彼此平行直线的水流。二个条件：各流线间夹角小，流线曲率半径很大。渐变流性质：过水断面近似为平面；过水断面上，动水压强近似按静水压强规律分布。（证明见书，此略）对急变流，动水压强无上述规律。对凹凸壁面的情况，可见下图。 实线为动水压强分布规律，虚线为静水压强分布规律。分析：左图：惯性力的作用导致压强的减小。自然界的实际水流绝大多数是非均匀流，把非均匀流区分为渐变流和急变流是为了简化对非均匀流渐变流的讨论。6一元流、二元流、三元流根据坐标系种类和放置方向来确定。先有前者才可以定后者。3-3恒定总流的连续性方程恒定总流连续性方程是质量守恒在水力学中的应用。从总流中任取一段，其进口、出口过水断面为w1、w2。然后取任一束元流，进口、出口过水断面、流速分别为dw1、u1、dw2、u2，考虑到：①在恒定流条件下，员流的形状与位置不随时间改变；②不可能有液体经元流侧面流进和流出；③液体为连续介质，元流内部不存在空隙。④根据质量守恒，单位时间内流进dw1的质量等于流出dw2的质量，即ρ1u1w1=ρ2u2w2=常数对不可压缩液体，密度ρ1=ρ2=ρ=常数，则有u1dw1=u2dw2=dQ=常数恒定元流的连续性方程上式为恒定元流的连续性方程。它表明对于不可压缩液体，元流的流速与过水断面面积成反比，因而流线密集的地方（过水断面小）流速大，反之则相反。对总流，有Q=u1dw1=u2dw2w1w2引入断面平均流速后，有v1w1=v2w2=Q=常数恒定元流的连续性方程注意的是恒定总流的连续性方程是以断面平均流速v代替了点的实际流速u。同时应注意推导的条件（恒定流、沿程无流量进出，连续无空隙）。由于恒定总流的连续性方程不涉及任何力的问题，所以，他无论对理想液体还是实际液体都是适用的。有流量进出时，恒定总流的连续性方程需要修改Q1＋Q2=Q3 Q1Q3Q2例题3-1、例题3-23-4恒定总流的能量方程1、恒定元流的能量方程⑴理想液体恒定元流的能量方程ds(p+dp)dwuαpdwGz+dzz00应用牛顿第二定律推导方程：在流场中，沿流线取一长度为ds、过水断面为dw的微小元流段，如图。作用在流线方向的外力有：进口断面的压力为pdw、出口断面的压力（p+dp）dw，作用在元流段的重力在流线方向的分力为dGcosα。对于理想液体，沿元流段表面的侧向切应力等于零。在流线方向应用牛顿第二定律，有dupdw-(p+dp)dw-dGconα=dM·dt其中，dM=ρdv=ρdwds为质量，dG=γdwds为元流段液体重量，dzcosα=ds2dsdu=u或ds=udt,udu=d()dt2代入有211udz+dp+d()=0g2对不可压缩液体，γ=常数，故上式可以写成2pud（z++)=0或者2g 2puz++=常数2g或者沿同一流线任意二点，有22p1u1p2u2z1++=z2++理想液体恒定元流的能量方程2g2g从功能原理也可推导上述方程：p111"u1dA12z12"u2dA2z2在恒定流场中，沿流线取一段元流。并截取其中的1-1与2-2之间的流束段为研究对象。过水断面1-1与2-2面积为dA1、dA2，断面中心距离基准面高度为z1、z2，动水压强为p1、p2，断面流速为u1、u2。经过dt时间，流速段由1-1与2-2移动到1’-1’与2’-2’。现在讨论流束段的机械能变化。1、流束段表面做功流束段侧面和二端有压强，但侧面压强（力）于运动方向垂直，不做功。只有二端压强（力）做功。压力做功：Fp1w-Fp2w=p1dA1dl1－p2dA2dl2=p1dA1u1dt－p2dA2u2dt由连续性方程dQ=u1dA1=u2dA2所以Fp1w-Fp2w=（p1-p2）dQdt2、动能的增量由于流动是恒定的，断面1’-1’至2-2之间的流动参数不变。因此，动能的增量仅为2-2至2’-2’的动能减去1-1至1’-1’间动能的增量。111动能为mv2=ρdVu2=ρdQdtu2222因此，增量为1ρ(u222－u1)dQdt23、位能的增量 位能为mgz=ρdVgz=ρdQdtgz所以位能增量为：ρg（z2－z1）dQdt由功能原理（系统的机械能的增量等于一切外力和一切非保守内力所做功的代数和．这就是功能原理）可以知道，外力所做的功等于系统动能和位能的增量：1（p221-p2）dQdt=ρ(u2－u1)dQdt＋ρg（z2－z1）dQdt21整理有：（两边乘以）有dQdt22p1u1p2u2z1++=z2++理想液体恒定元流的能量方程2g2g理想液体恒定元流的能量方程是1738年由瑞士物理学家伯努利首次导出的，也称为伯努利方程。这是水力学中三大方程之一。物理意义：z：单位重量液体相对某基准面所具有的单位位能（重力势能）；p：单位重量液体所具有的单位压能（压强势能）；pz+：单位重量液体所具有的单位势能；2u：单位重量液体相对某基准面所具有的单位动能；2g2puz++：单位重量液体所具有的单位机械能（动能+势能）；2g几何意义：z：单位液体相对某基准面的位置高度，也称为位置水头；p：测压管高度、压力水头；pz+：测压管水头；2u：流速水头；2g2puz++：总水头；2g⑵实际液体恒定元流的能量方程 实际液体由于具有粘滞性，在流动过程中内摩擦力做功要消耗一部分机械能，从而使能量转变为热能等能量形式消耗掉，因而机械能沿流程要减小，。设hw’为元流从断面1到断面2的机械能损失（称为元流的水头损失），则有22p1u1p2u2z1++=z2+++hw’实际液体恒定元流的能量方程2g2g测压管水头线和总水头线理想液体总水头线实际液体总水头线h"w2u1/2g测压管水头线2u2/2gp2/γp1/γz2z1总水头线坡度J及测压管坡度Jp2pud(z)dhw"2gJ==-dldlpd(z)Jp=-dl讨论：理想液体，J=0，总水头线是水平线。实际液体，hw’>0,J>0。总水头线下降。而Jp可能大于或小于或或等于零（“水往低处流”是不严格的！），取决于水头损失与动势能转化。对均匀流，流速沿程不变，J=Jp，二水头线平行。2、恒定总流的能量方程22p11v1p22v2（z1++）=（z2++）+hw2g2g上式称为实际液体恒定总流的能量方程（伯努利方程）。方程的物理与几何意义类似元流方程。恒定总流能量方程的应用条件 恒定流；①不可压缩流体；②质量力只有重力；③过水断面取在均匀流或渐变流区段上，但二过水断面间可以是急变流；④二过水断面间除水头损失外，没有能量的输入或输出。当二过水断面间通过水泵、水轮机等流体机械时，会额外获得或失去能量，则总流的能量方程应为2p12p22v2（z1++1v1）±H=（z2++）+hw2g2g⑤有支流存在时，各支流分列方程为Q1Q3Q21v122p1p33v3z1++=z3+++hw1-32g2g22p22v2p33v3z2++=z3+++hw2-32g2g但Q1＋Q2=Q3总水头线和测压管水头线 理想液体总水头线实际液体总水头线hw2α1v1/2g测压管水头线2α2v2/2gp2/γp1/γ21z2z1应用恒定总流能量方程解题的几点补充说明①选基准面：可以任选，但必须是水平面。且对于二不同过水断面应该选同一基准面，常一般z≥0；②选过水断面：选取均匀流或渐变流过水断面是能量方程应用的关键，应将均匀流或渐变流过水断面选在已知数较多的断面上，并使能量方程含有所要求的未知量；③选计算点：过水断面上的计算点原则可以任选，但为方便起见，管流一般取在管轴中心点，对明渠流一般选在自由液面上；以上三选应综合考虑，以计算方便为宜。④方程中动水压强可以取相对或绝对，但必须方程二侧一致。⑤动能修正系数二侧一般不同，如题未给出，计算默认均采用1。⑥上下游水箱（池）水流速一般忽略不计，自由出流时端面相对压强以为零。⑦当求解的未知数较多时，经常与连续性方程和动量方程联合使用。总水头线和测压管水头线2α0v0/2g总水头线总水头线2αv/2g2αv/2g测压管水测压头线管水头线vv 出口：总水总水头线头线总水头线测压测压管测压管水头水头线管水头线线中间：2总水αv/2g总水2头线头线α1v1/2g测压管水αv2/2g头线测压22管水头线2αv/2g2αv/2g注意二渐变图的凹凸方向及变化幅度（5）恒定总流能量方程应用举例3.5恒定总流动量方程3.5.1动量方程1）推导F=ρQ(2V2－1V1)2）应用作业 职业技术学院教案建工系课程名称水力学与桥涵水文教师老师课时2课题4第4章水头损失课型 4.1沿程水头损失和局部水头损失4.2水头损失的计算面授4.3有压管流和孔口出流教学通过教学使学生了解水头损失的分类，并据此进行相应水头损失计算.目的重点重点：沿程水头损失和局部水头损失难点难点：水头损失的计算，流态的识别及关键教学多媒体设备教学过程或内容教法要点4-1沿程水头损失及局部水头损失分类总水头损失=局部水头损失+沿程水头损失雷诺实验流态判别：对圆管无自由液面情况：R>2300紊流R<2300层流对渠道或有自由液面的管道流：湿周：过水断面上，χ固体壁与水流接触的周长。χ[kai]开水力半径：过水断面面积与湿周比值R=A/χ1、结合补充材料，使学生系统了解各这样，对渠道或有自由液面的管道流，以水力半径R代替d计算水流能量损失的原Re，这时候判断水流型态的临界数值是575。即：因。vd2、力求让学生从原圆管无自由液面Re=临界值2300vR理上理解水头损失也可Re=临界值的意义。vR其它Re=临界值5755754.2水头损失的计算2lv沿程：hfd2g2v局部：hj2g 4.3有压管流和孔口出流作业随堂测试课后习题职业技术学院教案建工系课程名称水力学与桥涵水文教师老师课时2课题5第5章明渠水流课型 5.1概述5.2明渠均匀流的特性及其产生条件面授5.3明渠均匀流的计算公式及相关问题通过教学使学生了解渠道特性，明渠均匀流特性以及产生条件，了解明教学渠均匀流计算公式中相关参数的意义。理解水力最优断面及允许流速的基本概念，掌握明渠均匀流各类问题的水力计算方法，并能设计渠道的目的断面形式和渠道坡度。重点重点：水力最优断面及允许流速难点难点：水力最优断面及允许流速及关键教学多媒体设备教学过程或内容教法要点5.1概述5.1.1明渠水流5.1.2渠道的过水断面型式5.1.3渠道的底坡5.2明渠均匀流的特性及其产生条件1、介绍渠道过水5.2.1明渠均匀流的特性断面。5.2.2明渠均匀流的形成条件2、复习均匀流，渐(1)水流恒定、变流，恒定流和非(2)渠道顺坡恒定流。（3）渠道糙率不变3、明渠均匀流计算中计算参数。（4）渠道长而直4、引申到水利最佳5.3明渠均匀流的计算公式及相关问题断面和允许流速的1）湿周概念2）水力半径3）谢才公式4）曼宁公式5）巴浦勒夫斯基公式6）水流最佳断面 7）允许流速作业随堂测试课后习题职业技术学院教案建工系课程名称水力学与桥涵水文教师老师课时2课题65.4明渠均匀流的水力计算课型 5.5明渠非均匀流的基本概念面授5.6水跌与水跃通过教学使同学们掌握明渠均匀流水力计算中的几个问题。使学生教学理解明渠非均匀流中断面单位能量、临界水深等的基本概念，掌握恒定明渠流其流动状态的判别方法，能进行水面曲线的分析与绘制。掌握理目的解水跌水跃产生的条件。重点重点：断面单位能量、临界水深、恒定明渠流其流动状态的判别方法。难点难点：临界水深、恒定明渠流其流动状态的判别方法。及关键教学多媒体设备教学过程或内容教法要点5.4明渠均匀流水力计算1学时1）过流能力的水力计算2）底坡的水力计算3）粗糙系数的水力计算1、通过精讲了解利4）渠道断面形式的设计润的组成。5.5明渠非均匀流的基本概念0.5学时2、掌握营业利润、明渠水流的三种流态、佛汝德数利润总额、净利润的计算。断面比能（单位能量）与临界水深临界底坡、缓坡与陡坡5.6水跌与水跃5.6.1水跌5.6.2水跃作业随堂测试课后习题 职业技术学院教案建工系课程名称水力学与桥涵水文教师老师课时2课题75.7明渠恒定非均匀渐变流的微分方程式课型 5.8棱柱体明渠非均匀渐变流水面曲线分析5.9明渠恒定非均匀渐变流水面曲线计算面授1、掌握恒定明渠流其流动状态的判别方法，能进行水面曲线的分析与教学绘制。目的2、掌握明渠恒定非均匀渐变流的微分方程式。重点重点：水面曲线的分析与绘制。难点难点：明渠恒定非均匀渐变流的微分方程式。及关键教学多媒体设备教学过程或内容教法要点5.7明渠恒定非均匀渐变流的微分方程式5.7.1明渠恒定非均匀流的基本微分方程式（能量的角度）0.4学时5.7.2水深沿流程变化的微分方程式（0.2学时）5.8棱柱体明渠非均匀渐变流水面曲线分析5.8.1水面曲线的分区与分类1、掌握资金时间缓坡、陡坡、临界坡、平坡、逆坡价值的意义。5.8.2水面曲线的定性分析2、要求理解为什5.8.2.1缓坡（a1b1c1）么要进行资金的5.8.2.2陡坡（a2b2c2）等值计算5.8.2.3临界坡和平坡及逆坡渠道上的水面曲线5.8.3水面曲线分析的一般原则5.8.4水面曲线分析实例5.9明渠恒定非均匀渐变流5.9.1计算公式5.9.2计算方法步骤 作业随堂测试课后习题职业技术学院教案建工系课程名称水力学与桥涵水文教师老师课时2 第六章课型课题86.1堰流面授6.2宽顶堰的水力计算教学通过教学，使学生了解薄壁堰、实用堰、宽顶堰的基本功能与用途，掌握堰流基本的水力计算公式。了解薄壁堰、实用堰、宽顶堰的基本功能目的与用途，能进行堰流的流量计算。重点重点：堰流基本的水力计算公式难点难点：堰的流量系数的计算及关键教学多媒体设备教学过程或内容教法要点6.1堰流薄壁堰实用堰宽顶堰1、仔细介绍堰的基本类型。堰流的水力计算0.2学时2、简单介绍堰流6.2宽顶堰的水力计算的水力计算，注意6.2.1流量系数和前面几章的结6.2.2侧收缩系数合。6.2.3研磨系数6.2.4无坎宽顶堰的水力计算作业随堂测试课后习题职业技术学院教案建工系课程名称水力学与桥涵水文教师老师课时2 6.3泄水建筑物下游水流的衔接与消能课型课题97.1河流和流域面授教学通过教学要求学生掌握谢水建筑物下游水流消能原理，掌握河流以及流域的基本概念。目的重点重点：消能原理，难点难点：分水线，流域确定，如何和前面内容有机衔接及关键教学多媒体设备教学过程或内容教法要点6.3泄水建筑物下游水流的衔接消能6.3.1泄水建筑物下游的水流特性6.3.2泄水建筑物下游水流衔接效能形式6.3.2.1底流式衔接消能6.3.2.2挑流式衔接消能6.3.2.3面流式衔接消能6.3.3泄流收缩断面水力要素的确定1、掌握泄水消能6.3.4底流式消能的水力计算原理。2、了解河流和流6.3.4.1池深s的确定域的基本常识。6.3.4.2池长的确定3、通过视频给同学7.1河流及流域们细讲河流和流1、水文现象的特点：域，为同学们建立（1）、随机性（2）、周期性(3)、地区性起水文学框架。2、桥涵水文的研究方法(1)、数理统计法(2)、成因分析法(3)、地理综合法3、河流分段特性：可分为五部分1）河源-----起点，往往是泉水、冰川、湖泊等。2）上游-----紧接河源而奔流于山谷。落差大，水流急，冲蚀力强 3)中游-----比降逐渐缓和，，冲淤平衡，河面开阔4）下游-----处理处于冲积平原区，流速与底坡都小，泥沙淤积5）河口-----终点，“河口三角洲”名词解释：河流基本特征：横比降、纵比降、中泓线、河流长度、弯曲系数7.1.2流域1º几何特征—-即流域面的大不及沿河增大情况。2º流域的自然地理特征：地理位置、气候条件等分水线的概念流域面积的确定流域自然地理特征的介绍作业随堂测试课后习题职业技术学院教案 建工系课程名称水力学与桥涵水文教师老师课时2课型课题107.2河川径流面授教学理解河流特征等概念及计算方法、掌握降水、蒸发、下渗、径流的基本概念。理解水循环各个环节的相关性和复杂性。目的重点重点：径流的基本概念及径流量的表示方法，掌握流域水量平衡方程难点难点：产汇流概念及关键教学多媒体设备教学过程或内容教法要点7.2河川径流7.2.1河川径流的形成过程产、汇流概念及径流过程划分降水---流域蓄渗---坡面漫流---河槽集流7.2.2影响河川径流的主要因素（1）降水（2）蒸发与入渗1、本节课要特蒸发大，降水前期土壤含水量小；入渗量大，则径流量越小。别阐明水循环是（3）下垫面因素：地形、地质，植被等。自然生态环境中（4）人类活动因素间的重要网络系植树造林、水土保持、兴修水利，跨越流域调水及现代化城统市的发展等均属人类活动因素，它可改变自然地理条件，影响经流量及过程。7.2.3径流表示方法1）流量Qm³/s（2）径流总量度W=QTm³（3）径流模数M=1000Q/FL/S·km²（4）径流深度过Y=1W/1000Fmm（5）径流系数α=Y/X（纯数） 作业随堂测试课后习题职业技术学院教案建工系课程名称水力学与桥涵水文教师老师课时2课题117.3河段分类课型 面授教学通过教学使学生对山区河段平原河段，山前区河段和河口有一个认识，能够区分哪些是稳定河段和不稳定河段。目的重点重点：河段分类难点难点：稳定河段和不稳定河段及关键教学多媒体设备教学过程或内容教法要点了解河段分类，在桥梁设计中十分重要7.3河段分类1、结合多媒体形7.3.1山区河段0.5学时象介绍河段分类并7.3.2平原河段1学时介绍它们形成的原7.3.3山前区河段0.25学时因。7.3.4河口0.25学时作业随堂测试课后习题职业技术学院教案建工系课程名称水力学与桥涵水文教师老师课时2课题127.4河流的泥沙运动课型 面授教学通过教学使学生了解级配曲线、容重、干容重、水下休止角重要参数。目的重点重点：泥沙运动和什么有关，泥沙沉降速度如何确定难点难点：级配曲线识图及关键教学多媒体设备教学过程或内容教法要点7.4河流的泥沙运动7.4.1泥沙粒径和级配曲线1课时1、掌握级配曲线级配曲线识图讲解看法。7.4.2泥沙的容重和干容重2、掌握容重干容7.4.3水下休止角重计算。7.4.4泥沙的沉降速度作业随堂测试课后习题职业技术学院教案建工系课程名称水力学与桥涵水文教师老师课时2 第八章水流观测与水文资料收集课型课题138.1河床断面测量面授8.2水文观测教学1、掌握河床断面测量的方法，知道一起交会法和图解交汇法2、了解水文测站，掌握水位、流量测算原理与基本方法目的重点难点流量测算原理与基本方法及关键教学多媒体设备教学过程或内容教法要点8.1河床断面测量8.1.1水深测量8.1.1.1测深垂线的布置8.1.1.2测深的方法（1）测深杆法（2）测深垂线法(3)回深测深仪法8.1.2起点距控制1、河床断面测量方法8.1.2.1断面索法2、掌握流量计算公8.1.2.2仪器交会或图解交会法式展开水文观测流量计算方法。8.2水文观测8.2.1降水8.2.1.1降雨时程变化描述方法8.2.1.2流域平均雨量计算1.算数平均法2.泰森多边形法8.2.2蒸发 8.2.2.1水面蒸发8.2.2.2土壤蒸发8.2.2.3植物蒸散发8.2.2.4流域蒸散发8.2.3水位8.2.4断面测量水深、起点距，常用仪器及方法。流速测量流速仪法：流速公式，垂线布置原则，点流速观测。流量计算垂线平均流速、部分平均流速、岸边系数、部分面积、部分流量与断面流量。例：其它测流方法浮标法、多普勒仪、比降法等。8.2.4.3水位与流量关系曲线作业随堂测试课后习题职业技术学院教案建工系课程名称水力学与桥涵水文教师老师课时2课题148.3水文资料的收集课型 8.4作业讲评面授教学1、掌握水文资料收集的方式以及他们的优缺点目的重点难点重点：水文资料收集及关键教学多媒体设备教学过程或内容教法要点8.3水文资料的收集8.3.1水文站观测资料（0.5课时）8.3.2文献考证资料（0.2课时）1、举例介绍设备磨损类型。8.3.3洪水调查资料（0.3课时）2、图解经济寿命8.3.3.1水文断面的测绘概念，理解性记忆8.3.3.2河床粗糙系数（糙率）的选择相关知识。8.3.3.3洪水比降的确定8.3.3.4形态法流速流量的确定作业随堂测试课后习题职业技术学院教案建工系课程名称水力学与桥涵水文教师老师课时2 9.1水文统计基本知识课型课题159.2经验频率曲线面授教学使学生理解水文统计分析的意义，掌握水文统计基本概念目的重点难点重点：水文常用概率分布，频率密度和累积频率及关键教学多媒体设备教学过程或内容教法要点9.1水文统计基本知识9.1.1水文现象的特点：随机性、周期性、地区性、因果关系。9.1.2工程水文研究方法1.数理统计法研究水文现象的统计规律，预测未来某水文现象发生某量值的可能性（概率）。例：2．成因分析法3．地区综合法9.1.3水文统计预测的概念及意义。（必要性、可行性、预测思路，举一防洪工程例子讲述）1、通过例题训练，概率的基本概念与定理了解如何采用统计事件学知识掌握解决水概率文知识的能力。频率概率的加法定理和乘法定理9.1.4概率分布一、频率密度和累积频率：举例讲解概念及它们之间的关系二、累积频率和重现期：T=1/P三、设计洪水频率第四节经验频率曲线经验频率的计算 P=m/(n+1)二、经验频率曲线的绘制三、统计频率曲线的外延作业随堂测试课后习题职业技术学院教案建工系课程名称水力学与桥涵水文教师老师课时2 9.3理论频率曲线课型课题169.4相关分析及其应用面授教学使学生掌握现行水文频率计算方法，掌握相关分析的原理及方法。目的重点难点适线方法，直线回归方程及其计算及关键教学多媒体设备教学过程或内容教法要点9.3理论频率曲线以适线法为主，简介三点法。原则：理论线与经验线配合最佳。统计参数计算试绘P-Ⅲ线参数调整：三参数与频率曲线形状的关系。举例：频率曲线绘制的有关注意事项：理论线与经验线配合的判断原则（洪水、径流）通过学习掌握理论绘图要求：点据绘法、曲线绘法、图名、坐标变量，参数标注，频率曲线三个参数计算及绘图、校核签名。的选取，掌握相关示例。分析方法的基本思路9.4相关分析及其应用1、概念完全相关、零相关统计相关（简单相关、直线与曲线,复相关）2、简单直线相关图解法分析法回归方程推导：最小二乘原理，方程形式相关系数公式及意义，相关系数计算的数值计算公式。 相关分析的误差均方误概念。水文相关分析的几个常见规定yn＞12，|r|>0.8,Sy≤(10～15％)，外延不超过20％，突出点处理3、曲线相关图解法分析法：对数转换成直线后回归分析。4、复相关作业随堂测试课后习题职业技术学院教案建工系课程名称水力学与桥涵水文教师老师课时2课题1710.1概述课型 10.2有观测资料时规定频率推算面授教学要求学生掌握特大值加入后用水文统计法推求设计流量。目的重点难点历史洪水的重现期的确定及关键教学多媒体设备教学过程或内容教法要点1）设计流量2）设计洪峰流量或水位推算3）历史洪水的调查与考证1洪水调查在水文频率计算中的价值2历史洪水的调查与考证方法3历史洪水的洪峰流量与洪水量的推算4古洪水研究4）历史大洪水的重现期与排位分析5）考虑历史洪水的洪水频率计算1分别排频法重点在于知识的理2统一排频法解3参数的矩法估计6）特大洪水的特性分析1水流特性分析2最大洪水记录研究3特大洪水的影响因素分析7）不连续系列经验频率计算7.1独立样本法7.2统一样本法7.3频率曲线统计参数计算7.4适线法推求设计流量 作业随堂测试课后习题职业技术学院教案建工系课程名称水力学与桥涵水文教师老师课时2课题18第11章小桥涵设计流量推算课型 面授教学11.1形态调查法目的重点难点掌握断面平均流速的确定，了解周期流量的推算及关键教学多媒体设备教学过程或内容教法要点11.1形态调查法11.1.1断面平均流速v和历史洪峰流量或多年平均洪峰流量Q的计算11.1.1.1形态断面及计算河段选择11.1.1.2流速的确定11.1.1.3形态断面处历史洪峰流量Q的计算11.1.2按桥涵规定设计频率推算形态断面处的周期流量Q11.1.2.1按流量变差系数推算11.1.2.2按周期换算系数推算作业随堂测试课后习题职业技术学院教案建工系课程名称水力学与桥涵水文教师老师课时2 11.2暴雨推理法课型课题1911.3直接类比法面授教学1、掌握暴雨推理公式并学会求得其中的未知参数2、了解小桥的水利图示目的重点难点暴雨推理公式，直接类比法求解流量步骤及关键教学多媒体设备教学过程或内容教法要点11.2暴雨推理法（1课时）11.2.1暴雨推理公式11.2.2经验公式11.3直接类比法11.3.1通过原有小桥的洪峰流量11.3.1.1小桥的两种水力图示知道桥前雍水1、细讲常识性结知道两种水力图示是怎么划分的论，简单介绍方11.3.1.2原有小桥的洪峰流量计算法。11.3.2通过原有涵洞的洪峰流量11.3.2.1三种水力图示11.3.2.2原有涵洞涵洞通过洪峰流量计算11.3.3原有小桥涵处拟建小桥涵规定频率P的周期的周期流量推算11.3.3.1原有小桥涵处通过的洪峰流量Q推算为天然洪峰流量Qn11.3.3.2原有小桥涵处拟建小桥涵规定频率P的周期流量推算作业随堂测试课后习题 职业技术学院教案建工系课程名称水力学与桥涵水文教师老师课时2课题2013.1桥台冲刷类型课型 面授教学掌握桥下冲刷组成及一般冲刷深度的计算方法目的重点难点重点：冲刷的分类及关键教学多媒体设备教学过程或内容教法要点桥台冲刷类型：分成桥下一般冲刷，局部冲刷，自然演变时的冲1、通过视频教学刷使同学们了解桥视频教学台冲刷的原理作业随堂测试课后习题职业技术学院教案建工系课程名称水力学与桥涵水文教师老师课时2课题2113.2桥下一般冲刷课型 13.3桥墩局部冲刷面授教学通过教学使学生掌握一般冲刷和局部冲刷的计算方法。目的重点重点：两种冲刷的计算难点及关键教学多媒体设备教学过程或内容教法要点13.1桥下一般冲刷一、根据输沙平衡原理建立的公式hp=1.04(AQ2/Q1)0.90(B1/((1-λ)B2))0.66hmax每个系数所代表的意义二、根据冲止流速建立的公式3/55Qh32maxABhhp=CcEd1/6先结论，然后针对公式里的每个参数具体研讨13.3桥墩局部冲刷桥墩局部冲刷1、桥墩局部冲刷的机理2、冲刷深度和行近流速二、65-2公式和65-2修正公式0.600.15vv0nhb=KξKη2B1h()v0 作业随堂测试课后习题职业技术学院教案建工系课程名称水力学与桥涵水文教师老师课时2课型课题2213.4墩台基底最小埋置深度面授 教学通过教学使同学们掌握如何通过计算冲刷深度推导得到最小埋置深度目的重点难点桥梁墩台最小埋置深度计算及关键教学多媒体设备教学过程或内容教法要点13.4墩台基地最小埋置深度1、对前面知识总结对前面知识整理分析，结合前面所讲介绍最小埋置深度计算回顾和汇总作业随堂测试课后习题职业技术学院教案建工系课程名称水力学与桥涵水文教师老师课时2课题2314.1小桥涵位置选择与布置课型 14.2小桥孔径计算面授教学通过教学使学生熟悉小桥涵分类以及具体形式，掌握小桥孔径计算方法。目的重点重点：小桥涵的类型难点难点：小桥孔径计算及关键教学多媒体设备教学过程或内容教法要点14.1小桥涵位置选择与布置1、小桥涵设计原则（1）安全、适用、经济、美观（2）因地制宜，就地取材，便于施工养护（3）密切配合当地农田水利，满足家男排灌要求。2、设涵位置及辅助措施（1）平原区涵位1º沟心涵1、简单了解对象选择的要求和方法2º灌溉涵2、掌握功能评价3º改沟涵（图14-2）的方法有哪些，有（2）山岭地区涵位一个简单的框架。1º顺沟设涵2º变坡点设涵3º高地山内侧截水沟及路基排水边沟出口应设涵。（图14-4）4º陡坡急弯处5º岸坡涵6º并沟设涵7º改涵为明沟8º在河湾处设涵 3、小桥涵勘测水文计算方法（1）暴雨径流法由降水资料推求设计流量与水位（2）形态调查法由现场勘测推求设计流量与水位（3）直接类比法按类比确定设计流量与水位，按已成桥的经验确定小桥涵孔径。4、小桥涵分类①、按材料分（1）砖涵（2）石涵（3）砼涵（4）钢筋砼涵（5）其它材料涵②、按构造型式分类（1）管涵（直径0.5-1.5m）（2）盖板涵（适用于低填土路基，可做成明涵）（3）拱涵（就地取材，易于施工）（4）箱涵（适用于软土地基，施工困难，造价高）③、按洞顶填土情况分类：（1）明涵：洞顶填土小于0.5m.（2）暗涵：洞顶填土大于0.5m④、按水力性能分类（图14-11P320）（1）无压涵洞（洞内水流具有自由表面）（2）半压涵洞（3）有压涵洞⑤、按涵洞洞身型式分类（1）平置式（2）平置式阶梯涵（3）斜置式坡涵 5、小桥涵适应用性（1）小桥的适用性跨越流量大，漂浮物多，有泥石、冲积堆、深沟陡岸、填土过高的河沟。（2）涵洞的适用性。流量小、漂浮物少，不受填土高度限制的河沟6、常见的涵洞类型及其特性（1）石拱桥涵1º优点：可就地取材，造价低，易施工，结构坚固寿命长。2º缺点：建筑高度大，难以限制施工，难修复，工期长，地基要求高。3º适应性：适应于地基基础较好的地形。（3）钢筋砼盖板涵1º优点：建筑高度小，不要填土高度限制。可预制拼装，施工简便，对基础要求不高，易于修复。2º缺点：钢材用量大，造价高。3º适应性：适用于高速公路，改建道路，流量大，填土高度受限制地段。（常用）（4）钢筋砼箱法1º特点：造价高，施工困难2º较少用，适用于软弱地基（5）钢筋砼圆管涵1º优点：力学性能好、构造简单、工期小、工程量小、施工方便2º缺点：清淤困难，流量少。3º适应性：适应于L在0.5-1.5，Q<10m³/s,小型涵洞常用类型。7、小桥与大中桥孔径计算有什么不同（1）、大中桥孔径计算以冲刷系数作控制条件，容许桥下河床发生一定的冲刷， 采用天然河槽断面平均流速作为桥孔设计流速，并按自由出流条件，由计算的过水面积推求桥孔长度。（2）、小桥孔径计算以冲刷系数作控制条件，河床不容许发生冲刷，但容许有较大的桥前壅水高度，须考虑，桥孔的出流状态，按此确定桥孔长度。8、小桥涵孔径设计的一般要求。（1）、孔径计算通常考虑护砌，水力计算的容许不冲刷流速作控制。（2）、孔径必须保证安全泄洪，满足交通，灌溉，便于施工与养护。（3）、孔径由水力计算提出基本尺寸，并经综合考虑流域水文特征，沟槽形态、地质特点，冲淤情况及人类活动影响等因素选定。（4）、尽量采用标准跨径。（5）、孔径型式在同一区段内应力求简化，便于施工养护。（6）、涵洞一般应设计成无压流，以防渗漏危及路堤。（7）、涵洞可设计成单孔或双孔，不宜采用多孔形式。（防止流量分配不均匀超过设计标准）（8）、为便于养护维修，按《桥规规定》hd=1m时，L≤15m(hd---净高)hd=1.25m时，L≤25mhd=1.5m时，长度不受限制灌溉上的涵洞，可采用hd=0.75mhd<1m时，L≤10mhd≥1m时，L≤15m9、小桥桥孔长度计算（1）自由出流1º桥孔长度计算公式：（14-11）P325多孔桥长：L=Bk+2m△h+NdL=B+2m△h+Nd 单孔桥长Lj=B+2m△h2º桥下为矩形断面时：单孔桥长：Lj=B多孔桥长：Lj=B+Nd.(2)淹没出流P3261ºB过水断面平均宽计算（14-12）单孔桥长：Lj=B+2m(1/2ht+△h)多孔桥长：L=B+2m(1/2ht+△h)+Nd2º桥下为矩形断面时单孔桥长：Lj=B多孔桥长：L=Lj+Nd10、长涵与短涵的标准（1）概念：洞长不影响泄水能力的涵洞，称为“短涵”洞长对泄水能力有影响的涵洞称为“长涵”（2）标准Lk=(64-163m)HL≥Lk时长涵L