水力学与桥涵水文教学大纲

《水力学与桥涵水文》课程教学大纲

(Hydraulics and hydrology of bridge and culvert)

一、课程代码：08081961

二、课程类型：必修课

三、课程性质：专业课

四、学分：2 课时：32

五、考核方式：考查

六、先修课程：高等数学、

七、适用专业：土木工程（交通方向）

八、课程教学目标：

通过本课程的学习：

（1）了解河川径流的形成及影响因素。

（2）理解水文统计的基本知识。

（3）利用观测资料推求设计洪水，掌握桥涵工程中一般水力学问题的计算方法，能基本确定桥涵的位置，掌握确定桥梁孔径及进行设计流量的计算，确定桥涵墩台基础的埋置深度以及桥面及路堤的合理标高等。

九、说明

本课程是高等院校土木工程本科专业（交通方向）的一门必修课。由水力学基本知识、河川水文基础知识、桥涵工程中一般水力学问题的计算三部分组成。其中，突出了桥涵水文知识和桥涵的设计技能，使学生具备一般小桥涵设计的实际能力。

本大纲坚持以中国特色社会主义理论体系为指导，借鉴省内外同类高校有关该学科的理论研究成果与应用实践，力图合理、准确、全面概括水力学与桥涵水文学的基本内容，内容深度以符合独立学院的学生特点为宜，期望能较好的达到以下目的：

1、学生能正确理解有关概念和方法，并能进行简单分析和计算。

2、学生在理解的基础上灵活运用所学知识，解决实际问题。

3、推荐使用教材:《水力学与桥涵水文》，主编：王丽荣，人民交通出版社，2008．05。主要参考书:《水力学与桥涵水文》，叶镇国编著，人民交通出版社。

4、成绩由平时成绩和期末考试成绩两部分组成。成绩考核：平时成绩由两部分组成，第一部分为平时课程作业，第二部分为平时课堂表现和出席情况；期末成绩由考试试卷成绩确定，试卷内容占大纲知识点的80%~100%。成绩评定：平时成绩占50%，其中出席及课堂表现占30%，作业20%；期末成绩占50%。

十、基本教学内容及课时分配

（一）教学内容

第一章绪论

【教学目的与要求】

通过学习，使学生了解水力学与桥涵水文课程的学习目的和任务；掌握液体（主要是水）的主要物理性质，了解它们在液体运动时所起的作用。

【教学重点】

液体（主要是水）的主要物理性质

【教学难点】

液体的黏滞性和牛顿内摩擦定律。

【主要内容】

第一节《水力学与桥涵水文》课程的学习目的与任务

第二节连续介质

第三节液体的主要物理性质

一、液体的重度和密度

二、液体的膨胀性和压缩性

三、液体的流动性与粘滞性

第四节作用在液体上的力

一、质量力

二、表面力

【思考题】

1.液体的压缩性与什么因素有关？

2.何为牛顿内摩擦定律？

3.引入连续介质和理想液体的概念有何实际意义？

第二章水静力学

【教学目的与要求】

通过学习，使学生了解静水压强的定义及其特性；了解液体平衡微分方程的物理意义和等压面的概念；掌握水静力学的基本方程，并能说明各个物理量所表示的含义；掌握静水压强的表示方法，能绘制各种情况下的静水压强分布图；掌握作用在平面和曲面上的静水总压力的计算方法。

【教学重点】

从力的平衡分析，掌握水静力学基本方程的物理意义和工程应用；掌握水平面上静水总压力的计算方法。

【教学难点】

作用在平面和曲面上的静水总压力的计算方法。

【主要内容】

第一节静水压强

一、静水压强及其特性

二、等压面及静水压强

第二节静水压强的分布规律

一、静水压强的基本方程

二、静水压强分布规律

三、静水压强分布规律计算算例

第三节作用在平面上的静水总压力

一、解析法求任意平面上的静水总压力

二、图解法求矩形平面上的静水总压力

三、平面上静水总压力计算算例

第四节曲面上的静水总压力

一、总压力的大小、方向、作用点

二、曲面上的静水总压力计算算例

三、压力体

四、浮力

【思考题】

⒈什么是水头、水头线及测压管水头线，它们的物理意义是什么？

⒉均匀流基本方程的结论是什么，它对水头损失计算有什么意义？

⒊什么情况下才能发生明渠均匀流？

⒋什么是水力最佳断面？什么是流量模数？

第三章水动力学基础

【教学目的与要求】

通过学习，使学生了解液体运动的基本概念；掌握恒定流的连续方程、恒定流的能量方程、恒定流的动量方程；掌握液体运动的两种形态（层流和紊流）以及判别指标（雷诺数）；了解水流阻力与水头损失产生机理，掌握沿程和局部水头损失计算公式；掌握能量方程的应用，短管水力计算原理。

【教学重点】

水力学三大方程；均匀流基本方程；达西公式；谢才曼宁公式：局部水头损失计算公式【教学难点】

雷诺试验；尼姑拉兹试验

【主要内容】

第一节液体运动的基本概念

一、迹线与流线

二、元流与总流

三、过水断面、流量、断面平均流速

四、恒定流与非恒定流

五、均匀流与非均匀流、渐变流与急变流

六、有压流和无压流

第二节恒定流的连续方程

一、元流连续性方程

二、总流连续性方程

三、连续性方程说明

四、连续性方程应用计算算例

第三节恒定流的能量方程

一、液流的能力转化现象

二、重力理想液体元流的能力方程

三、实际液体元流的能量方程

四、元流能量方程应用（毕托管）的计算算例

五、实际液体总流的能力方程

六、实际液体总流的能量方程计算算例

第四节恒定流的动力方程

一、恒定流的动力方程

二、恒定流的动力方程的应用

三、恒定流的动力方程计算算例

第五节水流阻力与水头损失

一、水流阻力与水头损失概念

二、液体流动的两种形态及判别

三、流态的判别计算算例

四、均匀流基本方程和沿程水头损失计算

五、沿程水头损失计算算例

六、局部水头损失

七、局部水头损失算例

第六节能力方程的应用——短管计算

【思考题】

1.简述能力方程中各项的物理意义和几何意义。

2.应用能量方程式时，计算断面为什么只能选用渐变流断面，但两断面间为什么允许存在急变流？两计算断面是否可以选在非均匀流断面处？

3.渐变流或均匀流过水断面压强分布与静水中的压强分布有何异同处？

第四章明渠均匀流