绪论 水力学与桥涵水文第二版 教学
水力学及桥涵水文教案
2、研究方法是将实际流体假想为理想流体；3、符合牛顿内摩擦定律；4、各物理性质及之间的换算关系。
思考题、讨论题、作业教学后记授课题目 水静力学授课类型 讲授 首次授课时间2009年 9 月 10 日学时2教学目标理解和掌握流体静压强及其特性；（2）掌握流体静压强的分布规律及点压强的计算（利用等压面），(3)掌握流体静压强的量测和表示方法；重点与难点重点: 静压强及其特性，水静力学基本方程,及静水压强的量度难点:水静力学基本方程教学手段与方法多媒体教学过程：（包括授课思路、过程设计、讲解要点及各部分具体内容、时间分配等）提问： 1、粘滞性2、作用在流体上的力：3. 理想液体与连续介质的概念 上次课内容回顾及本次课内容引出：2.1 流体静压强及其特性一、流体静压强设作用在m 点周围微小面积A ∆上的合力为P ∆，根据压强的定义，其平均压强为=p AP ∆∆ （N/m 2） 当面积A ∆无限缩小到m 点时，则得Ap P ∆∆∆0A lim→= （N/m 2或a p ） 图2.2.1 静止液体中的分离体p ——外部流体作用在流体内部m 点上而产生的压力，称流体静压力。
流体静压强——作用在单位面积上的力。
二、 流体静压强的特性流体静压强有两个重要特性： (1) 垂直性 (2)各向等值性三、帕斯卡定律（自学）要点：1什么是帕斯卡定律？2、帕斯卡定律的适用条件？3、帕斯卡定律有哪些应用？四、等压面在平衡流体中，压强相等的各点所组成的面称为等压面。
特征：（1）等压面为等势面。
（2）等压面是一个垂直于质量力的面。
2.2 流体静力学基本方程一、 静止液体中压强分布规律如图示。
单位质量力J 在各轴上的投影为0=X 0=Y g Z -=代入式 dz gdz dz g dp γρρ-=-=-=)(或0=+dz dpγ积分得 c pz =+γ（常数）——静止液体中压强的分布规律，称流体静力学基本方程。
图2.3.1 重力平衡液体 对静止流体中1、2两点，可写成如下形式 γγ2211p z p z +=+由上式看出： （1） 当21p p =时，则21z z =，即等压面为水平面。
《水力学及桥涵水文》课程教学大纲
《水力学及桥涵水文》课程教学大纲一、课程基本信息二、课程性质与定位《水力学及桥涵水文》是非水利类土木工程专业的一门技术基础课程，本课程内容包括两个方面：水力学的任务是以水为模型研究液体平衡和运动规律，侧重演绎推导和原理方法的运用，在交通土建、市政工程、水利和环境保护等领域都有广泛的应用；桥涵水文依靠实地调查的水文资料，应用数理统计分析方法选择设计值，通过水力学中的水力计算原理解决工程问题，以此预估桥涵工程可能遭遇的水文情势。
《水力学及桥涵水文》以微积分原理、微分方程、静力学、运动学和动力学分析、应力分析、数理统计原理等数学、力学知识作为基础，因此需要《高等数学》、《理论力学》、《材料力学》、《概率论与数理统计》等作为其先修课程。
而桥涵水文等知识为《桥梁工程》等专业课作前期基础理论准备和专业素质培养。
三、课程目标1.知识目标在学完本课程之后，学生能够：①能够正确理解水力学的基本概念；②掌握总流连续性方程、能量方程及其应用；③掌握水力计算的基本公式与计算；④认识水文现象的一般规律，掌握工程水文有关的基本概念、基本原理、基本方法；⑤掌握设计流量的推算方法；⑥掌握大中桥的孔径计算和标高计算；⑦掌握桥梁墩台的冲刷计算。
2.能力目标①静水压强分布图的绘图能力和能够正确计算平板上静水总压力；②能够综合运用连续方程和伯努利方程求解过水断面压强和流量；③对本专业常见的水流问题,具有分析和计算能力，主要包括：管道及明渠的断面尺寸和有压管道和明渠过流能力的确定；④根据水文资料绘制经验和理论频率曲线以及求相应设计流量的能力；⑤根据设计值确定大中桥孔径以及确定基础埋深的能力；⑥基本的水力学实验操作能力；⑦工程项目中实际问题的分析与解决的能力。
3.素质目标①查取资料获取信息的能力；②能够自主学习新知识、新技术、新规范、新标准，具备可持续发展的能力；③独立制定计划并完成任务，并对完成的成果进行展示、分析、评价和总结的能力；④融会贯通应用知识的能力，逻辑思维与创新思维能力；⑤归纳、推理与小结能力；⑥工程意识、质量意识与社会责任意识。
水力学与桥涵水文绪论课件
c 、粘度
1）μ是比例系数，称为动力黏度，单位“pa·s”。
动力黏度是液体黏性大小的度量，μ值越大，液体越
粘，流动性越差。
2）ν是运动粘度：粘度μ与密度ρ的比值为液体的
运动粘度ν。
单位：m2/s
d 、无黏性液体：指无粘性即μ=0的液体。
例1-1一底面积为40cm×45cm，高1cm的木块，质量 为5kg，沿着涂有润滑油的斜面等速向下运动。已知速 度v=1m/s，δ=1mm，求润滑油的动力粘度系数。
若液体的原体积为V，压强增加dP后，体积变化为 dV，则压缩系数为：
dV /V 1 dV
dP V dP
由于液体受压体积减小，dP与dV异号，以使к为正 值；其值愈大，愈容易压缩。к的单位是“1/Pa”。
根据增压前后质量无变化
dm d(V ) dV Vd 0
得
dV d V
1 d dP
施工阶段，对施工期间的水文情况有所了解。
中小桥梁及涵洞工程：因施工期限较短，一般尽量安 排在枯水期间施工；
大桥和特大桥工程：施工期限较长，在安排水中桥墩 基础及水下墩身施工时，一方面，为了确定临时性建 筑物（如围堰）的尺寸，必须预先估计整个施工期间 的天然来水情况，需要通过对多年年内水文变化过程 的分析计算来解决；另一方面，为了安排施工的日常 工作，必须了解近期内更为确切的来水情况，需要进 行水文预报。
抽象（近似），提出合理的理论模型，对其根据机械 运动的普遍规律，建立控制液体运动的闭合方程组， 将原来的具体流动问题转化为数学问题，在相应的边 界条件和初始条件下求解。 关键：提出理论模型，并能运用数学方法求出理论结 果，达到揭示液体运动规律的目的。
主要定理： （1）质量守恒定律：
（2）动量守恒定律：
第九章 河流概论 水力学与桥涵水文(第二版) 教学课件(共33张PPT)
6
而具有年、季、日及第六页，多共33页。年的周期性变化规律。
9-1 水文(shu水ǐw力é学n与)现桥涵象水的文特叶镇性国 彭及文波 编研著 究方法
相似性，即地理位置相近、气候因素与地理条件相 似的河流或河段，其水文现象特性亦相似。
第十六页，共33页。
水力学与桥涵水文 叶镇国 彭文波 编著
9-2 河流(héliú)及流域
河流的流域
汇水区域(qūyù)：河流 某断面以上的集水区域 (qūyù) 。
流域：河口断面以上的 集水区域(qūyù) 。
分水线〔或分水岭〕： 流域的边界线。
流域面积：流域分水线
所包围区域(qūyù)的平
彭文波编著水力学与桥涵水文2393河川径流图98彭文波编著水力学与桥涵水文2493河川径流流域的地形土壤地质植被湖泊等自然地理因素彭文波编著水力学与桥涵水文2593河川径流彭文波编著水力学与桥涵水文2694河川水文资料的收集与整理方法彭文波编著水力学与桥涵水文2794河川水文资料的收集与整理方法旋杯式流速仪旋浆式流速仪浮标彭文波编著水力学与桥涵水文2894河川水文资料的收集与整理方法彭文波编著水力学与桥涵水文2994河川水文资料的收集与整理方法以测速垂线将测流断面划分成若干部分计算各部分的过水面积
水力学与桥涵水文 叶镇国 彭文波 编著
9-2 河流(héliú)及流域
L l
〔9-1〕
河流纵比降——任意河段，深泓线上单位长度内两端 〔水面或河底(hé dǐ)〕的平均高差称为比降。
J z1 z2 z LL
〔9-3〕
J ( z 0 z 1 ) L 1 ( z 1 z 2 ) L 2 L 2 ( z n 1 z n ) L n 2 z 0 L 〔9-4〕
水力学与桥涵水文(教学大纲)
《水力学与桥涵水文》教学大纲课程类别：专业主干课课程名称：水力学与桥涵水文开课单位：交通工程学院总学时：60学分：4 适用专业：道路桥梁工程技术专业课程内容：本课程有五大部分主要内容。
即：1 水静力学部分。
主要学习静水压强规律及其对水工结构总作用力的计算方法；2 水动力学与水流能量损失部分。
主要学习恒定流的连续性方程、能量方程、动量方程以及水流能量损失的类型和计算方法；3 水工结构的水力计算方法部分。
主要学习有压流和无压流、堰流、渗流的计算方法，并掌握泄水建筑物下游的消能方法；四、水文统计与设计流量推算方法部分。
主要学习利用数理统计方法进行的设计流量推算方法和应用各种理论、经验公式进行的设计流量和设计水位的推算方法；五、河流运动演变规律与桥位勘测设计计算部分。
主要学习和认识河川的形成、运动与演变规律，掌握河床冲刷的计算，重点掌握与桥涵有关的水力计算问题。
一、课程的性质和目的本课程是道路桥梁工程技术专业专业必修课。
它的任务是使学生掌握必要的水力学与桥涵水文学的基本概念、基本理论、基本计算方法和基本实验技能，为今后学习相关专业课程、从事专业工作和科学研究工作打下一定的基础。
二、课程教学内容第一章绪论要求深刻理解与熟悉掌握的重点内容有：1.液体的主要物理性质：2.作用在液体上的力。
要求一般理解与掌握的内容有：3. 液体的连续介质假设。
难点：单位质量力及其合成与分解。
第二章水静力学要求深刻理解与熟悉掌握的重点内容有：1. 静水压强的特性；2. 液体平衡微分方程；3. 重力作用下静水压强的基本方程；4. 作用在曲面壁上的静水总压力。
要求一般理解与掌握的内容有：1. 液体压强等值传递原理、连通器原理、压强计量单位等；2. 作用在平面壁上的静水总压力。
难点：1.液体平衡微分方程的应用；2.压力体概念；3.静水总压力作用点的确定。
第三章水动力学要求深刻理解与熟悉掌握的重点内容有：1.液体运动的基本概念；2.总流连续性方程；3.实际液体的总流能量方程；4.总流动量方程。
水力学与桥涵水文教学设计
水力学与桥涵水文教学设计水力学与桥涵水文是土木工程中的重要学科，涉及到水文学、水力设计和结构设计等多个方面。
在教学中，如何科学地设计教学内容和方法，提高学生的学习兴趣和水平，是每个教师需要思考和解决的问题。
本文将探讨水力学和桥涵水文教学的设计及教学思路。
1. 水力学教学设计1.1 理论课程水力学是土木工程中的基础科学，包括静水、流体动力学和水力机械等多个部分。
水力学课程的教学设计应该遵守一下原则：•突出现代水利工程的发展和应用；•着重讲述水能的转换和利用；•通过案例和实例让学生了解相关工程实践；•借助多媒体手段，增强课程的视觉效果。
在教学实践中，我会多运用PowerPoint、视频、3D动画来辅助授课，为学生呈现出更加直观、生动的学习内容。
在讲授过程中，我也会借助学生会了解目前水力学研究的进展状况和应用领域，例如水电站、生态恢复等方面。
1.2 实验课程水力学实验课程是非常重要的部分，是培养学生实践能力的重要途径。
实验内容的设计应该充分考虑学生的实践操作能力和专业素养的培养需求。
对于实验课程的设计，我会采取如下方法：•按照课程要求，设计一系列与水力学相关的实验，包括湍流、水流加速度、流量测量及水动力机械实验等；•着重注重实验安全、实验数据准确性和实验结果的分析和解释；•引导学生发现实验现象背后的物理、化学机理，提高实验指导能力和实验数据分析能力；•对于实验成果进行及时评价和反馈。
2. 桥涵水文教学设计桥涵水文是土木工程中涉及到水文学和结构设计的重要学科，适合于开设交通电建、水利水电等相关专业的学生学习。
在数学分析各个环节的基础上，桥涵水文的教学也需要注重其应用性。
以下是一些关于教学设计的思路：2.1 理论课程桥涵水文教学应该注重理论初步的概括以及工程实践的具体应用。
在教学中，可以使用PPT、讲解和实例分析等多种手段组织课堂教学。
课程应重点解释以下内容：•钻研现代桥涵工程的发展与应用•整理桥涵水文的理论知识•解释桥涵设计的方法，并且强调设计实用性•明确桥涵工程现代数字化模拟的意义2.2 实验课程桥涵水文实验是通过实验操作，验证桥涵水文的理论知识，增强学生的实际操作能力和综合素质。
水力学与桥涵水文第二版课程设计
水力学与桥涵水文第二版课程设计课程介绍课程名称本课程为《水力学与桥涵水文》第二版课程设计。
课程背景随着城市化的日益加速，水资源的管理和保护已经成为当代社会中不容忽视的问题。
而水利工程则作为水资源的重要管理方式之一，已经成为人们重视的研究领域之一。
本课程旨在通过对水力学与桥涵水文的学习和研究，使学生们对水利工程有更加全面深入的理解，为实际工程实践打下坚实的理论基础。
课程目标本课程旨在培养学生们以下方面的能力：1.熟悉水流运动的基本原理和流量计算方法。
2.熟悉桥涵水文的基本理论和设计方法。
3.能够运用所学知识分析并解决实际水利工程问题。
课程内容第一章：水力学基础1.1 水流运动的基本原理1.2 流量计算方法第二章：流体力学2.1 流态2.2 流场基本方程2.3 流场的数学模型第三章：水力模型实验3.1 水力模型原理3.2 模型实验系统第四章：桥涵水文基础4.1 桥涵水文概述4.2 涵洞水文及设计4.3 桥梁水文及设计第五章：实际水力工程案例分析5.1 古运河泊坡涵的水文设计5.2 沙河大桥水文设计5.3 泰伯梁桥水利特性分析课程设计概述本课程设计旨在通过实际案例分析，让学生们能够身临其境地了解水力学与桥涵水文的实际应用，从而更加深入地掌握课程内容。
设计方案本课程设计包括以下三个部分：第一部分：案例引导在本部分，老师将向学生推荐三个水利工程案例，并简要介绍每个案例的背景及重点分析内容。
学生可根据自己的兴趣和专业方向，在老师推荐的案例中选择一个进行深入研究。
推荐案例如下：1.古运河泊坡涵的水文设计2.沙河大桥水文设计3.泰伯梁桥水利特性分析第二部分：案例研究在本部分，学生将根据自己选择的案例进行深入研究，并撰写一份研究报告。
报告的撰写应包括以下内容：1.案例背景介绍2.案例分析方法3.案例分析结果及结论第三部分：案例展示在本部分，学生将向全班展示自己选择的案例，并详细介绍自己的研究成果。
此外，学生还需就其他同学的展示进行评价和讨论。
第十四章 小桥涵勘测设计 水力学与桥涵水文(第二版) 教学课件
计算特点
小桥涵一般不允许河底发生冲刷，可以根据河 床加固铺砌类型，选择适当的容许流速作为设 计流速，而大中桥允许河底发生一定的冲刷， 一般采用天然河槽的平均流速作为设计流速。
小桥涵按下游天然水深可分为自由出流和淹没 出流。
基本思路
根据实际，拟定河床加固类型→容许流速→根据设计 流量计算孔径和壅水高度
14-3 涵洞孔径计算
按明渠非均匀流计算
Q Ac 2 g H 0 hc
hc hk , Ac L0hc Ak
H0
H
0
v
2 0
2g
hc
c
v
2 c
2g 2
v0
Q A0
,
A0
A0 H ,b,m
hk
1
2 2 2 2 2
3
H
（
0
按
进
口
条
件
计
算
）
hk
2
v
2 m
a
（14-19）
桥头路堤 S0H
（14-20）
（图 14-19）
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水力学与桥涵水文 叶镇国 彭文波 编著
14-3 涵洞孔径计算
涵洞分类
按建筑材料：石涵、混凝土涵、钢筋混凝土涵、钢波纹 管涵
按构造形式：管涵、盖板涵、拱涵、箱涵 按涵洞洞顶填土高度：明涵（填土高度小于0.5m）和暗
涵（填土高度大于或等于0.5m） 按水力性质：无压力式、半压力式、压力式 按底坡类型：缓坡涵洞、平坡涵洞、急坡及临界坡涵洞 按洞长对过水能力的影响：长涵、短涵
x（
g
按
防
冲
刷
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3
水力学与桥涵水文 叶镇国 彭文波 编著
1-1 水力学与桥涵水文的性质与任务
三大内容的特点
水力学：全书基本理论。依靠力学理论演绎推导建 立计算公式及确定计算数据。
水文学：专业设计基本理论，依靠数理统计方法从 实际调查中按国家规范及水力学理论为水力计算提 供计算数据。
dV
(1-2b)
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水力学与桥涵水文 叶镇国 彭文波 编著
1-3 液体的主要物理性质
γ与ρ的关系
G mg g
(1-3)
VV
水 9800 N/ m3 9.8k N/ m3
水银 p 133.28k N/ m3
不同温度下纯水的物理性质（见表1-1）
13
水力学与桥涵水文 叶镇国 彭文波 编著
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水力学与桥涵水文 叶镇国 彭文波 编著
1-2 水力学的研究方法
实验方法
原型观测 模型试验验证、预测
数值计算方法——开创了水力学研究的新途 径，应用电算求解。
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水力学与桥涵水文 叶镇国 彭文波 编著
1-3 液体的主要物理性质
主要物理性质元素
质量、密度、重度、流动性、黏滞性、压缩性 及汽化等特性
1-3 液体的主要物理性质
易流动性与黏滞性
定义ห้องสมุดไป่ตู้
易流动性——静止液体不能承受切力及抵抗剪切变 形的特性。
黏滞性——液体所具有抵抗剪切变形的能力（简称 黏性）。
黏性力测量方法——牛顿平板实验（1686）， 见图1-1。
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水力学与桥涵水文 叶镇国 彭文波 编著
1-3 液体的主要物理性质
（图1-1）
1-3 液体的主要物理性质
气化特性和表面张力
定义
汽化——液体分子逸出液面向空间扩散的现象。 表面张力——沿液体自由表面，液体分子引力所产
生的张力。
气化压强ps ——气化停止时的压强。
任务：
介绍基本原理与方法 完成专业课前期理论训练 加深专业素质培养
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水力学与桥涵水文 叶镇国 彭文波 编著
1-1 水力学与桥涵水文的性质与任务
水力学与桥涵水文的关系：
全书三大内容及其关系
水力学（一~八章及十五章）：介绍物理力学原理 与理论演绎推导方法及其应用。
水文学（九~十一章）：介绍数理统计方法，为水 力计算提供数据。
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水力学与桥涵水文 叶镇国 彭文波 编著
1-3 液体的主要物理性质
牛顿实验结果
在 U 不大时有：
uy
U h
y
du U dy h
T AU h
内摩擦力计算公式
T
AU
h
A du
dy
T
du
u
A dy h
(1-4)
(1-5)
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水力学与桥涵水文 叶镇国 彭文波 编著
1-3 液体的主要物理性质
黏滞性表达——黏滞系数
μ——黏滞动力系数（Pa·s） v——黏滞运动系数（cm2/s）
黏滞系数计算公式
v
v
1
0.01775 0.0337t 0.000221t
2
（1-7）
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水力学与桥涵水文 叶镇国 彭文波 编著
1-3 液体的主要物理性质
压缩性及弹性
定义
压缩性——体积可随压强增大而减小的特性。 弹性——压缩后解除外力又能恢复原状的特性。
p( x0
dx)
p
p z
dz
2 p z 2
(dz)2
L
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水力学与桥涵水文 叶镇国 彭文波 编著
1-2 水力学的研究方法
理论分析方法
建立的基本理论——三大方程
质量守恒方程（连续性方程） 能量守恒方程（伯诺里方程） 动量守恒方程
求解的水力计算问题
p（压强） v（流速） R（液体对边界的作用力）
5
水力学与桥涵水文 叶镇国 彭文波 编著
1-2 水力学的研究方法
水力学是本课程首先介绍的基本理论。其研究方法有三类
理论分析方法
有关假说及概念
液体质点——微观充分小、宏观充分大的液体微团。 并以此作液中一点。
连续介质——这是1753年欧拉(Euler)提出的一种假 说，称为连续介质假说。
液体分子间虽有间距，但非常小（有论证）可以忽略不 计，可认为是一种连续体。
质量和密度
定义：
质量——物体中所含物质数量，符号 m 密度——单位体积中所含液体的质量，符号ρ
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水力学与桥涵水文 叶镇国 彭文波 编著
1-3 液体的主要物理性质
质量和密度
表达式
均质液体 m
V
非均质液体
lim m V 0 V
dm
dV
(1-1)
一般
x, y, z,t
连续假说为理论上应用连续函数原理提供了理论依据， 可以运用微积分方法求解问题。
6
水力学与桥涵水文 叶镇国 彭文波 编著
1-2 水力学的研究方法
连续介质及其数学描述
p p(x, y, z)
p( x0
dx)
p
p x
dx
2 p x2
(dx)2
L
p( x0
dx)
p
p y
dy
2 p y 2
(dy)2
L
压缩性描述
β——压缩系数
E——弹性系数（Pa）
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水力学与桥涵水文 叶镇国 彭文波 编著
1-3 液体的主要物理性质
β,E计算公式 dV
d
V
dp dp
E 1 dp
dV
V
不可压缩——液体特性
（1-8）
dV V
dp E
98 2.1106
1 20000
0
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水力学与桥涵水文 叶镇国 彭文波 编著
水力学与桥涵水文 叶镇国 彭文波 编箸
第一章 绪论
1-1 水力学与桥涵水文的性质与任务 1-2 水力学的研究方法 1-3 液体的主要物理性质 1-4 作用在液体上的力
1
水力学与桥涵水文 叶镇国 彭文波 编著
1-1 水力学与桥涵水文的性质与任务
性质：
专业技术基础课。侧重理论演绎方法及专业应 用。
桥涵勘测设计：应用水力水文计算及有关设计规范 解决桥涵工程设计问题。
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水力学与桥涵水文 叶镇国 彭文波 编著
1-1 水力学与桥涵水文的性质与任务
水力学与桥涵水文的关系：
两大部分所含三大内容，既有区别又有密切联 系，彼此不可分割。三者合而为一门课程是全 国路桥专业指导委员会教学改革的一项创新成 果，很有实际意义。
水 1g / cm3 1000kg / m3
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水力学与桥涵水文 叶镇国 彭文波 编著
1-3 液体的主要物理性质
重量和重度
定义
重量——即液体所受重力的大小，符号：G
重度——单位体积中的液体重量，符号：γ
表达式
均质液体
G
V
(1-2a)
非均质液体 dG x, y, z,t