水力學與橋涵水文

前言

　　眾所周知，高等職業(yè)教育的教育模式是“以崗位能力培養(yǎng)為主線，基礎理論夠用為度，著重專業(yè)技能的訓練”?！端W與橋涵水文》作為道路與橋梁工程專業(yè)的主要專業(yè)基礎課程，更注重專業(yè)基礎理論的工程應用，主要包括與橋涵工程相關的水力學和水文學基礎知識、計算方法及工程應用。　　基于這一根本指導思想，本教材的編寫遵循以下原則：　　1.與教學大綱要求及教學方法的改革高度統(tǒng)一；　　2.突出職業(yè)技能和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)；　　3.符合認識規(guī)律，注重知識更新；　　4.文字精煉，通順易懂，篇幅適當；　　5.具有通用性，適合多種辦學形式，并便于自學。　　按課程教學基本要求，本教材在結構上突出“職業(yè)性、實用性、適用性”特色，改變了原有教材以“學科體系”為準的編排結構，在教材風格上形成“實踐一理論一實踐”的鮮明特色，與以往教材相比，本教材內(nèi)容有增有減，體現(xiàn)以能力培養(yǎng)為中心，理論知識和技能操作并重；理論知識本著以“夠用為度”的原則，適當刪減，降低難度，大幅度增加實踐應用知識和操作技能的訓導，著重和突出工程能力、創(chuàng)新能力、應變能力和職業(yè)道德培養(yǎng)；內(nèi)容編排具有思想性、系統(tǒng)性和啟發(fā)性，符合初學者的認識規(guī)律，有利于教師講解、學生自學；敘述從感性認識或?qū)嶋H例子入手，先提出問題，再去尋找解決問題的方法，即上升到理論知識，最后由理論解決實際問題。本書盡量避免采用枯燥死板的固定敘述模式，以增加知識的實用性來提高學生的學習興趣；敘述語言盡量增加生動性和趣味性，注意用生活實例或比擬手法，以淺顯易懂的語言解釋較深奧的定理定律，避免了由于前面基礎課知識的欠缺造成的困難。實例和習題的選材特別注意專業(yè)與實際相結合?！　”窘滩墓卜譃榫耪拢巾斏焦W院市政工程系武曉剛編寫了第1、2章，深圳職業(yè)技術學院鄧愛華編寫了第3、4章，第5章由寧波高等專科學校施曉春編寫，第6、7章由山東農(nóng)業(yè)大學水利土木工程學院程銀才編寫，第8、9章由黃河水利職業(yè)技術學院張宇華老師編寫。全書由鄧愛華統(tǒng)稿。　　限于作者水平，書中難免存在欠妥之處，敬請廣大讀者批評指正。

內(nèi)容概要

　　《水力學與橋涵水文》作為高職高專道路與橋梁專業(yè)系列規(guī)劃教材中的主要專業(yè)基礎課程，本著“理論夠用為度”的原則，按照專業(yè)基本要求的50學時編寫?！端W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(tài)與水頭損失、工程中常見的流動現(xiàn)象、河川水文基礎知識、水文統(tǒng)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?！端W與橋涵水文》可作為高職高專及成人教育道路與橋梁專業(yè)教材，也可供其他土木類專業(yè)教師及工程技術人員參考用書。

書籍目錄

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(zhì)1.4 作用于液體上的力1.4.1 質(zhì)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(xù)性方程3.3.1 恒定總流連續(xù)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(xù)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(tài)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(tài)——層流與紊流4.2.1 雷諾實驗4.2.2 流態(tài)判別——雷諾數(shù)4.2.3 流態(tài)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(shù)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(shù)4.7.3 常用流道局部損失系數(shù)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(xiàn)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(lián)管道5.3.3 并聯(lián)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(yōu)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(xiàn)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(huán)6.2.1 水循環(huán)6.2.2 地球上的水量平衡6.2.3 降水6.2.4 蒸發(fā)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(wǎng)6.6.2 水位觀測6.6.3 流量測驗6.7 水文調(diào)查與水文資料搜集6.7.1 洪水調(diào)查6.7.2 暴雨調(diào)查6.7.3 枯水調(diào)查6.7.4 水文資料的搜集思考題第七章 水文統(tǒng)計基本方法7.1 水文統(tǒng)計的基本概念7.1.1 隨機現(xiàn)象及其統(tǒng)計規(guī)律7.1.2 水文統(tǒng)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(jīng)驗頻率曲線7.4.1 經(jīng)驗頻率的計算公式7.4.2 經(jīng)驗頻率曲線的繪制7.4.3 經(jīng)驗頻率曲線存在的問題7.4.4 經(jīng)驗頻率與重現(xiàn)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(tǒng)計參數(shù)7.5.3 統(tǒng)計參數(shù)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(diào)查資料推算設計流量8.3.1 由歷史洪水調(diào)查資料和少量實測資料推算設計流量8.3.2 經(jīng)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(jīng)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(diào)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(jīng)驗方法習題附錄參考文獻

章節(jié)摘錄

　　1.連續(xù)介質(zhì)模型　　我們將液體視為“連續(xù)介質(zhì)”。我們知道，不論是液體還是氣體，總是由無數(shù)的分子所組成，分子之間有一定的間隙。例如，在標準狀態(tài)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(xù)的。但是，液體力學研究的是液體宏觀的機械運動，即無數(shù)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(zhì)點，也是由無數(shù)個液體分子所組成，并具有一定的體積和質(zhì)量。因此，1753年瑞士數(shù)學家歐拉提出了連續(xù)介質(zhì)的基本假設：將液體認為是充滿其所占據(jù)空間無任何空隙的質(zhì)點所組成的連續(xù)體。這種“連續(xù)介質(zhì)”的模型，是對液體物質(zhì)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(shù)學分析的連續(xù)函數(shù)工具進行液體運動分析。因此，本課程分析時均采用“連續(xù)介質(zhì)”這個模型?！　?.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(zhì)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，稱為理想液體（或無黏性液體）。如果在某些問題中，黏性影響較大，不能忽略時，我們也用“兩步走”的辦法，先當作理想液體分析，得出主要結論，然后采用試驗方法考慮黏性的影響，加以補充或修正。這種考慮黏性影響的液體，稱為黏性液體?！　?.不可壓縮液體模型　　這是不計壓縮性和膨脹性而對液體物理性質(zhì)的簡化。液體的壓縮性和膨脹性均很小，密度可視為常數(shù)，通?？刹捎貌豢蓧嚎s液體模型。氣體在大多數(shù)情況下，也可采用不可壓縮液體模型。只有在某些情況下，例如速度接近或超過音速時，在流動過程中其密度變化很大時，才必須用可壓縮液體模型。本課程主要討論不可壓縮液體?！　∫陨鲜且后w力學中的三個主要力學模型，以后在具體分析問題時，還要提出一些其他模型。

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