水力学与桥涵水文.
第十一章-水力学与桥涵水文
1
11-2 按洪水调查资料推算
形态调查方法
桥位附近有关河段地形纵横断面图测量
洪痕群位置调查及高程测量
历史洪峰流量Qi推算，由此可得多个Qi
历史洪峰流量统计参数推算
重现期T确定方法
N1年内Qi为最大时，T(Q≥Qi)=N1=T2-T1+1 (10-8)
n 0
n
4n
4
4n
A24 p
n
n,
f
n 0
A24 p
(1 n)n1n
3n
(1n)(4n)
(11 28) (11 28)
26
11-3 按暴雨资料推算设计流量
Qm解算方法 数解法——见图11-7框图
27
11-3 按暴雨资料推算设计流量
图解法——由图11-6可得Ψ
取n=n1(τ<1h),计算 τ
1
Qp
(11 34)
F1nb1m J14
下标1——测站或形态断面数值
下标2——桥位断面数值
Qp ——测站或形态断面抵算的设计流量
m1
n值 3
F 30Km2 n 0.8 ; F 30Km2 n 1 1
23
F<30km2或流域面积相差小于20%时
QBP
(
F2 F1
)QP
37
0.0688
μτ0n
0.0725
A
再取ψx 0.926
0.75
f (ψ) 0.92640.75
4
0.92640.75
0.0727
μτ0n
0.0725
A
故得ψx 0.926
30
水力学与桥涵水文总复习PPT课件
第一节静水压强及其特性
掌握静水压强的概念、特
第二节重力作用下水静力学基本 征及分布规律；掌握水
方程 第三节静水压强的测量
第四节静水压强分布图
静力学基本方程。 掌握平面静水压强的绘制
方法；掌握矩形受压面
第五节作用于平面上的静水总压 力
静水总压力的计算方法。
第六节作用于曲面上的静水总压 力
了解曲面静水总压力计 算的特点。
Q
1
12
Ai 2 R 3
n
A h0 b
代入得 h=2.34m
R h0 b b 2h0
hK1
3
Q 2
gb2
=0.5m＜h=2.34m，故为缓流。
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（求Fr小于1亦可）
感谢观看！
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第七节浮力、浮体及浮体的稳定
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第三章水动力学基本定律
第一节描述液体运动的两种方 掌握流线、迹线，元流、
法；第二节基本概念
总流，流量，断面平均
第三节液体运动的分类
流速等基本概念；了解
第四节连续性方程
液体运动的分类。
第五节理想液体的运动微分方 掌握恒定总流的连续性方
程
程；掌握实际液体恒定
• 掌握桥孔长度和桥面高程的概念及确定方法
• 1.什么是桥孔长度？目前有哪几种计算方法？2.如 何确定通航河段的桥位标高？
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第七章桥梁墩台的冲刷
• 第一节河流泥沙运动； • 第二节河床演变； • 第三节一般冲刷 • 第四节局部冲刷
• 掌握有关河床冲刷及演变的基本概念； • 掌握一般冲刷计算公式建立的原理及计算方法 • 局部冲刷形成机理和冲刷深度的计算方法； • 如何确定桥下最低冲刷线的标高？
水力学与桥涵水文复习
水力学与桥涵水文复习《水力学与桥涵水文》复习资料第一章绪论二、有关名词解释1、“连续介质”概念对于液体的宏观运动来说，可以把液体视为由无数质点组成、没有间隙的连续体，并认为液体的各物理量的变化也是连续的。
这种假设的连续体称为“连续介质”。
可用连续函数表达液体中各物理量的变化关系。
2、液体质点微观上充分大，宏观上充分小的液体微团，称为液体质点3、易流动性静止时，液体不能承受切力、抵抗剪切变形的特性4、粘滞性在运动状态下，液体所具有的抵抗剪切变形的能力5、液体内摩擦力剪切变形过程中，液体内部层流间出现成对的切力6、气化液体分子逸出液面向空间扩散的现象。
7、表面张力沿液面自由表面，液体分子引力所产生的张力三、主要知识点1、为什么要学水力学与桥涵水文水力学不但是桥涵孔径、管道渠道设计的基本理论，也是水文资料收集与整理的理论依据，水文分析与计算的结果则是桥涵水力学理论计算必不可少的数据，水力水文计算结果是桥涵布设与结构设计的依据。
2、水力学的任务及应用（1）任务以水为模型研究液体的平衡与运动的规律，侧重于演绎推导及原理方法的应用。
（2）应用（作用）在交通土建、市政工程、水利、环境保护、机械制造、石油工业等方面都有广泛应用。
3、桥涵水文的作用依靠数理统计分析方法，分析实地调查勘测的河川水文资料，预示桥涵工程可能遭遇的未来水文情势，为桥涵设计提供设计依据。
4、连续介质假说（1753年欧拉）假说内容：即认为液体和气体充满一个空间时，分子间没有间隙，是一种连续介质，其物理性质和运动要素都是连续分布的。
5、理论分析方法的步骤①、对液体流动现象作物理描述，建立液体运动的力学模型。
②、以液体质点作对象，运用机械运动的普通规律建立液体运动的质量守恒、动量定律等微分方程。
③、求解，确定液体质点各水力要素（如压强、流速等）的空间分布。
6、实验方法（常用的有）①、原型观测——实际工程建筑物②、模型试验——按一定比例缩小或放大建筑物7、水密度变化情况及工程处理措施①、在标准大气压下，t=4oC 时水的密度最大，ρ=1000kg/m 3;t=0oC ～30oC, 密度只减小0.4%，但当t=80oC ～100oC ，密度减少达2.8%～4%；（不同温度下水的物理性质表现见表1-1 P4）[工程处理措施]：在温差较大的热水循环系统中应设膨胀接头或膨胀水箱以防管道或容器被水胀裂。
《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。
第十章水力学与桥涵水文
安全率。
桥涵设计洪水频率
表10-2
构造物名称
公路等级
高速公路 一
二
三
四
特大桥
1/300 1/300 1/100 1/100
1/100
大、中桥
1/100 1/100 1/100 1/50
1/50
小桥
涵洞及小型排水构造 物
路基
1/100 1/100 1/100
1/100 1/50 1/100 1/50 1/100 1/50
频率密度函数：
f (x) lim P x0 x
累积频率函数：
P(x xi ) xi f (x)dx
累积频率函数是相对于频率密度函数的分布函数，它们之 间是积分和导数的关系。
13
10-3 理论累积频率曲线
常用密度函数
分布线型 皮尔逊Ⅲ型分布
对数皮尔逊Ⅲ型分布
国家
中国、奥地利、保加利亚、匈牙利、波兰、 罗马尼亚、瑞士、泰国
相乘原理：若A、B独立，则P(A×B)＝P(A)×P(B)
频率稳定性：当n→∞时，W（A）→P（A）
蒲丰和皮尔逊的掷币试验
表10-1
试验者
n
f(正面)
W(正面)
蒲丰(Buffon)
4040
2048
0.5080
皮尔逊 (K·Pearson)
12000
6019
0.5016
皮尔逊
24000
12012
0.5005
规范C30条文：5.2.4 理论频率曲线宜采用皮尔逊Ⅲ型 曲线，在特殊情况下，经分析论证，也可采用其他线 型。
皮尔逊Ⅲ型分布是英国生物学家皮尔逊根据统计分析 及频率密度曲线图形特征，于1895年建立的频率密度 曲线的数学模型，其微分方程表达式为：
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：
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。
水力学及桥涵水文的复习
水力学与桥涵水文高频考点1.牛顿内摩擦定律的定义。
2.什么是测压管水头。
3.均匀流、非均匀流与恒定流，非恒定流相互之间是否同时存在。
4.理解断面比能曲线。
5.水面线的特点。
如：怎么分区？水面线是降水还是壅水等？6.测量不同泥沙粒径的方法。
7.位置特征参数有哪些？8.在工程实际中，多采用什么公式计算累积频率。
9.对于理想液体，过堰水流无水头损失，其流量系数等于多少？10.桥长计算有哪两种方法11.作用在液体上的力的分类。
12.在运动状态下，液体所具有的抵抗剪切变形的能力称为粘滞性。
13.实压力体和虚压力体。
14.绝对压强、相对压强、真空？15.恒定流、过水断面、局部水头损失的定义16.均匀流基本方程为τ0=γRJ。
17.径流形成过程一般可分为哪几个阶段？18.按下游水位对堰流过水能力的影响程度，堰流情况可分为自由出流和淹没出流。
19.简单相关和复相关，总体和样本的定义20.建桥后河床冲刷由组成？21.冲止流速设计洪水流量的定义。
22.对于梁式桥、板式桥，标准跨径指桥墩中心线的距离。
23.按暴雨资料推算设计流量多适合小流域地区。
24.对于小桥涵，其桥下一般采用铺砌加固。
25.涵洞可分为有压涵洞、半压涵洞和无压涵洞。
26.确定桥涵设计流量有几种途径？27.绘制经验累积频率曲线的步骤28.按照河床演变特点可将河段分为哪几类29.试解释冲刷系数，桥孔长和桥孔净长。
30.什么是几率？什么是频率？二者有什么区别？31.已知水深会计算平面闸门上静水总压力的大小及作用点位置。
（绘图说明）32.已知流量、管径、管长及运动粘滞系数，会判定水流流态，会计算沿程阻力系数及为保持水流为层流时的水头差最大值。
33.已知水位差、管径管长等，以及局部阻力系数及沿程阻力系数等会计算泄流量Q。
34.会计算水流的作用力。
（建立坐标系，使用动量方程、能量方程及连续方程等）35.会计算梯形断面的断面要素，使用谢才公式计算流量。
36.注意：计算一定要细心、准确，会计算梯形的基本断面参数，圆形断面面积与直径的平方成正比。
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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。
在桥涵（及线路）的养护管理工作中，特 别是在汛期，为了保证铁路的畅通，同样 需要掌握根据水文分析计算得到的未来长 期内的水文平均情况，并结合水文预报提 供的较短期内的具体情况，从而估计该汛 期内洪水的大小及沿线分布，以便结合所 辖管段桥涵过水能力的大小，及早采取措 施；使洪水能够安全的从桥涵内宣泄。
绪
论
主要内容
§1.1 水力学与桥涵水文的性质与任务 §1.2 水力学的任务及其发展简史和研究方法
§1.3 液体的主要物理力学性质
§1.4 作用在流体上的力 §1.5 流体的力学模型
§1.1 水力学与桥涵水文的性质与 任务
《水力学与桥涵水文》是公路与城市道路、桥梁、交通工程 专业的一门技术基础课，侧重介绍有关基础原理与方法，为 专业课作前期理论应用训练及业务素质的培养。桥涵是跨越 河渠、宣泄洪水、沟通两侧灌溉水路及保证道路运行安全的 泄水建筑物，其有关水力水文计算原理与方法则是本学科的 任务。随着我国改革开放的深入，城镇建设日新月异，高等 级立体交叉交通枢纽日益增多，高速公路的里程在迅速增长， 上世纪末，我国已建成贯穿全国的两纵两横国道主干线，这 对路桥工程的等级及设计标准提出了新的要求，合理进行水 力水文计算亦更 具重要意义。
水力学是研究水体的平衡和水体的机械运动规律及其在 工程实际中应用的一门学科 水力学研究的对象是水体. 水力学在许多工业部门都有着广泛的应用
2、水力学的发展
古代水力学的情况 16世纪以后，西方资本主义处于上升阶段，工农业生 产有了很大的发展，对于流体平衡和运动规律的认识才 随之有所提高 18至19世纪，沿着两条途径建立了流体运动的系统理论 一条途径是一些数学家和力学家，以牛顿力学理论和数 学分析为基本方法，建立了理想水体运动的系统理论， 称为“水动力学”或古典流体力学 代表人物有伯努利（ D.I.Bernouli）、欧拉（ L.Euler） 等
具体地——路基排水、小桥涵设计施工、一般大中桥桥位设 计
内容：水力学基础、水文学基础、大中桥桥位设计、小桥 涵勘测推算 任务：研究规律，加以运用 具体要求：会
野外调查、形态勘测；选择桥位；推算桥下流量；确 定桥长桥面标高；确定冲刷线标高；配臵调治构造物；确 定小桥涵孔径、进出口处理
第一章
本课程学习目的与任务
目的：服务于桥涵工程中的规划、设计、施工、养 护，主要叙述水循环从降水到径流这一过程中，关
于地面径流（特别是河流中的洪峰流量）的形成、
观测和以设计洪峰流量为主的分析计算等内容。
在桥涵（或线路）的规划设计阶段，需要合理地确 定工程的规模。考虑到桥涵是泄水建筑物，其规模 决定于通过洪水的大小。——预估某桥涵工程所在
水力学属于物理学中力学的一个分支，它的任务是以水为模 型研究液体平衡与运动的规律、侧重与演绎推倒及原理方法 的应用，在交通土建、市政工程、水利、环境保护、机械制 造、石油工业、金属冶炼、化学工业等方面都有广泛的应用。 总的说来，水力学的研究方法包含理论分析、实验验证与补 充、并利用现代化的电子技术快速求解。桥涵水文属于工程 河川水文学范畴并独具专业性应用特点。它主要依靠数理统 计分析方法，分析实地调查勘测的河川水文资料，预示桥涵 工程可能遭遇的未来水文情势、为桥涵设计提供必不可少的 设计数据。
地观察和室内试验，建立实用的经验公式，以解决实际工程
问题。这些成果被总结成以实际液体为对象的重实用的水力 学
代表人物有皮托（ H.Pitot）、谢才（ A.de Chezy）、达西
（H.Darcy）等
1732年皮托发明了量测流体流速的皮托管
1769年谢才建立了计算均匀流的谢才公式
1856年达西提出了线性渗流的达西定律
河段未来整个使用期间的水文情况。
在施工阶段，必须对施工期间的水文情况有所了解。对于 中小桥梁及涵洞工程，由于施工期限较短，一般尽量安排 在枯水期间施工。对于大桥和特大桥工程，施工期限一般
均较长，在安排水中桥墩的基础及水下墩身施工时，一方
面，为了确定诸如围堰之类的临时性建筑物的尺寸，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
目录
第一章 绪论 第二章 水静力学 第三章 水动力学基础 第四章 水流阻力与水头损失 第五章 有压管流与孔口、管嘴出流 第六章 明渠流动 第七章 堰流、闸孔出流及泄流建筑物下游的衔接与消能 第八章 渗流 第九章 河流概论 第十章 水文统计的基本原理与方法 第十一章 桥涵设计流量与水位推算 第十二章 大中桥位勘测设计 第十三章 桥梁墩台冲刷计算 第十四章 小桥勘测设计
1883年雷诺（O.Reynolds）发表了关于层流、紊
1738年伯努利给出理想流体运动的能量方 程
1755年欧拉导出理想流体运动微分方程
1821-1845年，纳维埃（C.L.M.H.Navier）和斯托克斯
（G.G.Stokes）导出适用于实际流体运动的纳维埃-斯托克
斯方程，即际工程的需要，凭借实
水力学和桥涵水文两大内容在学科方面各有独立的 体系，但在理论应用方面却有较密切的关系。本书 内容共三大部分：水力学、水文学及桥涵设计。水 力学不但是桥涵孔径、管道渠道设计的基本理论， 也是水文资料收集与整理的理论依据，而水文分析 与计算的结果则是水力学理论计算必不可少的数据， 水力水文计算结果则是桥涵布设与结构设计的依据。 因此，三者组成了路桥及交通工程专业中学科建设 的新体系。
水力学与桥涵水文是桥、隧、铁道工程专业的一门专业 基础课，其理论性、系统性较强。它要求学生有一定的 理论分析能力和动手操作能力。
1.逐步培养学生课前预习的习惯。
2、努力培养学生记课堂笔记的习惯。 3、注意培养学生的温故习惯。
返回本章
§1.2 水力学的任务及其发展简史和研究方法
1、水力学的任务