水力學(xué)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(chǔ)理論夠用為度，著重專業(yè)技能的訓(xùn)練”?！端W(xué)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(chǔ)課程，更注重專業(yè)基礎(chǔ)理論的工程應(yīng)用，主要包括與橋涵工程相關(guān)的水力學(xué)和水文學(xué)基礎(chǔ)知識、計(jì)算方法及工程應(yīng)用?！　』谶@一根本指導(dǎo)思想，本教材的編寫遵循以下原則：　　1.與教學(xué)大綱要求及教學(xué)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(rèn)識規(guī)律，注重知識更新；　　4.文字精煉，通順易懂，篇幅適當(dāng)；　　5.具有通用性，適合多種辦學(xué)形式，并便于自學(xué)?！　“凑n程教學(xué)基本要求，本教材在結(jié)構(gòu)上突出“職業(yè)性、實(shí)用性、適用性”特色，改變了原有教材以“學(xué)科體系”為準(zhǔn)的編排結(jié)構(gòu)，在教材風(fēng)格上形成“實(shí)踐一理論一實(shí)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(dāng)刪減，降低難度，大幅度增加實(shí)踐應(yīng)用知識和操作技能的訓(xùn)導(dǎo)，著重和突出工程能力、創(chuàng)新能力、應(yīng)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(xué)者的認(rèn)識規(guī)律，有利于教師講解、學(xué)生自學(xué)；敘述從感性認(rèn)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(shí)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(shí)用性來提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣；敘述語言盡量增加生動性和趣味性，注意用生活實(shí)例或比擬手法，以淺顯易懂的語言解釋較深?yuàn)W的定理定律，避免了由于前面基礎(chǔ)課知識的欠缺造成的困難。實(shí)例和習(xí)題的選材特別注意專業(yè)與實(shí)際相結(jié)合?！　”窘滩墓卜譃榫耪?，平頂山工學(xué)院市政工程系武曉剛編寫了第1、2章，深圳職業(yè)技術(shù)學(xué)院鄧愛華編寫了第3、4章，第5章由寧波高等專科學(xué)校施曉春編寫，第6、7章由山東農(nóng)業(yè)大學(xué)水利土木工程學(xué)院程銀才編寫，第8、9章由黃河水利職業(yè)技術(shù)學(xué)院張宇華老師編寫。全書由鄧愛華統(tǒng)稿?！　∠抻谧髡咚?，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(xué)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(chǔ)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(xué)時(shí)編寫?！端W(xué)與橋涵水文》主要介紹與橋涵工程相關(guān)的水力學(xué)和水文學(xué)基礎(chǔ)知識、基本計(jì)算及工程應(yīng)用?！端W(xué)與橋涵水文》共分九章，分別為水力學(xué)基礎(chǔ)知識、水靜力學(xué)、水動力學(xué)基礎(chǔ)、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(chǔ)知識、水文統(tǒng)計(jì)基本方法、橋涵設(shè)計(jì)流量及設(shè)計(jì)水位推算和路橋勘測設(shè)計(jì)中的水文水力計(jì)算問題。《水力學(xué)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(shù)人員參考用書。

書籍目錄

前言第一章 水力學(xué)基礎(chǔ)知識1.1 水力學(xué)的任務(wù)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(xué)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(xué)模型思考題習(xí)題第二章 水靜力學(xué)2.1 靜水壓強(qiáng)及其特性2.1.1 靜水壓強(qiáng)概念2.1.2 靜水壓強(qiáng)特性2.2 重力作用下的靜水壓強(qiáng)分布2.2.1 靜水力學(xué)基本方程2.2.2 壓強(qiáng)表示及測量2.2.3 水靜力學(xué)基本方程式意義2.2.4 液體靜水壓強(qiáng)分布圖2.3 平面上的液體總壓力計(jì)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(jì)算2.4.1 計(jì)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(xí)題第三章 水動力學(xué)基礎(chǔ)3.1 液體運(yùn)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(dá)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(qiáng)及特性3.4.2 理想液體的能量方程3.4.3 實(shí)際液體恒定元流的能量方程3.4.4 實(shí)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(yīng)用條件及注意事項(xiàng)3.4.7 有機(jī)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(yīng)用3.5 實(shí)際液體恒定總流的動量方程3.5.1 動量方程3.5.2 應(yīng)用動量方程的注意事項(xiàng)3.5.3 動量方程的應(yīng)用思考題習(xí)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(shí)驗(yàn)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(guān)系4.3 均勻流沿程損失4.3.1 沿程損失與切應(yīng)力的關(guān)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(yīng)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(shí)驗(yàn)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(xí)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(jì)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(xí)題第六章 河川水文基礎(chǔ)知識6.1 概述6.1.1 水文學(xué)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(xué)及其任務(wù)6.1.5 水文學(xué)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(yùn)動與河床演變6.5.1 泥沙運(yùn)動6.5.2 河床演變6.6 水文測驗(yàn)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(yàn)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(jì)基本方法7.1 水文統(tǒng)計(jì)的基本概念7.1.1 隨機(jī)現(xiàn)象及其統(tǒng)計(jì)規(guī)律7.1.2 水文統(tǒng)計(jì)基本術(shù)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(guān)系7.2.4 累積頻率7.2.5 概率的計(jì)算7.3 隨機(jī)變量的頻率分布7.4 經(jīng)驗(yàn)頻率曲線7.4.1 經(jīng)驗(yàn)頻率的計(jì)算公式7.4.2 經(jīng)驗(yàn)頻率曲線的繪制7.4.3 經(jīng)驗(yàn)頻率曲線存在的問題7.4.4 經(jīng)驗(yàn)頻率與重現(xiàn)期的關(guān)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(jì)參數(shù)7.5.3 統(tǒng)計(jì)參數(shù)對理論頻率曲線形狀的影響7.6 水文頻率計(jì)算的方法7.6.1 水文頻率計(jì)算的一般問題7.6.2 水文頻率計(jì)算的方法——配線法（適線法）7.6.3 頻率計(jì)算在工程水文中的應(yīng)用7.7 相關(guān)分析7.7.1 相關(guān)關(guān)系的概念7.7.2 相關(guān)的種類7.7.3 簡單直線相關(guān)思考題第八章 橋涵設(shè)計(jì)流量及設(shè)計(jì)水位的推算8.1 洪水與設(shè)計(jì)洪水8.1.1 洪水8.1.2 設(shè)計(jì)洪水8.1.3 設(shè)計(jì)流量及設(shè)計(jì)洪水位8.1.4 設(shè)計(jì)流量及設(shè)計(jì)洪水位的推算方法8.2 用實(shí)測流量資料推算設(shè)計(jì)流量8.2.1 資料審查8.2.2 洪水資料的延長插補(bǔ)8.2.3 設(shè)計(jì)流量的計(jì)算方法8.3 由洪水調(diào)查資料推算設(shè)計(jì)流量8.3.1 由歷史洪水調(diào)查資料和少量實(shí)測資料推算設(shè)計(jì)流量8.3.2 經(jīng)驗(yàn)公式法確定設(shè)計(jì)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(yàn)公式8.4.3 橋位斷面設(shè)計(jì)流量與設(shè)計(jì)洪水位的推算習(xí)題第九章 路橋勘測設(shè)計(jì)中的水文水力計(jì)算問題9.1 概述9.2 大中橋橋位布置與長度計(jì)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(jì)算9.2.5 橋面標(biāo)高的計(jì)算9.3 梁墩臺沖刷計(jì)算簡介9.3.1 橋下一般沖刷深度hｐ的計(jì)算9.3.2 橋墩局部沖刷9.3.3 橋梁墩臺基礎(chǔ)最小埋置深度9.3.4 調(diào)治構(gòu)造物9.4 公路小橋涵的勘測設(shè)計(jì)9.4.1 小橋涵的設(shè)計(jì)原則與基本要求9.4.2 小橋涵水力計(jì)算9.4.3 涵洞孔徑計(jì)算9.4.4 確定小橋涵孔徑的經(jīng)驗(yàn)方法習(xí)題附錄參考文獻(xiàn)

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(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下，1cm3的空氣含有2.7×1019個(gè)分子，分子間距為3.3×10-9m，也就是說液體從結(jié)構(gòu)上是不連續(xù)的。但是，液體力學(xué)研究的是液體宏觀的機(jī)械運(yùn)動，即無數(shù)液體分子總體的力學(xué)效果，而不是研究微觀的液體分子運(yùn)動，即使作為研究單元的質(zhì)點(diǎn)，也是由無數(shù)個(gè)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(xué)家歐拉提出了連續(xù)介質(zhì)的基本假設(shè)：將液體認(rèn)為是充滿其所占據(jù)空間無任何空隙的質(zhì)點(diǎn)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(jié)構(gòu)的簡化，使我們在分析問題時(shí)得到兩大方便：第一，它使我們不考慮復(fù)雜的微觀分子運(yùn)動，只考慮液體在外力作用下的宏觀機(jī)械運(yùn)動；第二，它使我們能運(yùn)用數(shù)學(xué)分析的連續(xù)函數(shù)工具進(jìn)行液體運(yùn)動分析。因此，本課程分析時(shí)均采用“連續(xù)介質(zhì)”這個(gè)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?yàn)樵谀承﹩栴}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(shí)，我們也用“兩步走”的辦法，先當(dāng)作理想液體分析，得出主要結(jié)論，然后采用試驗(yàn)方法考慮黏性的影響，加以補(bǔ)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(jì)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)，通常可采用不可壓縮液體模型。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(shí)，在流動過程中其密度變化很大時(shí)，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(xué)中的三個(gè)主要力學(xué)模型，以后在具體分析問題時(shí)，還要提出一些其他模型。

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