水力分析與計(jì)算

（注：課程大綱從左至右列出，表格內(nèi)容參考資料 ）

水力分析與計(jì)算課程共有11單元內(nèi)容，主要講解內(nèi)容有建筑物壁面靜荷載分析與計(jì)算、水工有壓管道的水力分析與計(jì)算、渠（河）道水力分析與計(jì)算、閘、堰泄流能力分析與計(jì)算、泄水建筑物下游消能水力分析與計(jì)算。第一章介紹液體主要物理力學(xué)性質(zhì)，靜水壓強(qiáng)特性、表示方法、基本方程與計(jì)算；第二章介紹運(yùn)動(dòng)水流分類，恒定總流連續(xù)性方程、能量方程及其意義；第三章介紹水頭損失分類及產(chǎn)生原因，層流、紊流及其判別；第四章介紹靜水壓強(qiáng)分布圖繪制，平面壁和曲面壁靜水作用力計(jì)算；第五章介紹有壓管道特點(diǎn)及分類；第六章介紹明渠類型及其對(duì)水流影響，明渠均勻流特點(diǎn)及形成條件、公式及流量計(jì)算；第七章介紹明渠水流流態(tài)判別；第八章介紹堰流水力分析；第九章介紹閘孔出流水力分析；第十章介紹泄水建筑物下游水流特點(diǎn)，底流消能銜接形式判別；第十一章介紹有壓管道管徑、臨界水深、非棱柱體渠道恒定非均勻漸變流水面線、挖深式消力池池深Excel計(jì)算。

水力分析與計(jì)算課程背景

水力分析與計(jì)算課程是在國(guó)家精品課程、國(guó)家精品資源共享課程水力學(xué)基礎(chǔ)上建設(shè)的在線開放課程。

水力分析與計(jì)算課程定位

水力分析與計(jì)算課程主要研究液體平衡和運(yùn)動(dòng)狀態(tài)下的規(guī)律，并運(yùn)用這些規(guī)律解決水利工程中水力分析與計(jì)算問題；通過該課程學(xué)習(xí)，在水利工程設(shè)計(jì)、施工和管理中能對(duì)常見水流現(xiàn)象進(jìn)行分析，并能對(duì)常見的過流能力、水荷載、消能、水面線、滲流等問題進(jìn)行計(jì)算。

該課程是水利水電建筑工程專業(yè)的一門專業(yè)基本技能課程，其任務(wù)是教會(huì)學(xué)生在水利工程設(shè)計(jì)、施工和管理中對(duì)常見的水力學(xué)問題能進(jìn)行水力分析與計(jì)算。該課程以工程力學(xué)基礎(chǔ)、水工建筑物基礎(chǔ)等課程為前導(dǎo)課程，并為后續(xù)課程水工建筑物設(shè)計(jì)與施工、水利工程施工技術(shù)奠定基礎(chǔ)。

該課程利用互聯(lián)網(wǎng)優(yōu)質(zhì)資源，使學(xué)員具備水流現(xiàn)象分析和水力計(jì)算基礎(chǔ)知識(shí)與技能，能提升解決工程中水力分析與計(jì)算問題。

通過學(xué)習(xí)，理解三峽船舶“爬樓梯”過大壩的原理，清楚三峽77個(gè)孔口泄流量的計(jì)算方法，還會(huì)明白水利工程中確定移民數(shù)量及泄流建筑物下游消能設(shè)計(jì)。

王勤香，教育部全國(guó)高校教師網(wǎng)絡(luò)培訓(xùn)中心《水力學(xué)課程與教學(xué)骨干教師培訓(xùn)》特聘教授，水利工程監(jiān)理工程師。

王宇，學(xué)生工作部（處）學(xué)生管理科科長(zhǎng)。

楚萬(wàn)強(qiáng)，黃河水利職業(yè)技術(shù)學(xué)院國(guó)際教育學(xué)院（外語(yǔ)教學(xué)部）院黨總支書記。

姜楠，黃河水利職業(yè)技術(shù)學(xué)院助教。

徐鵬，為華中科技大學(xué)計(jì)算機(jī)專業(yè)在讀碩士，主要研究方向：計(jì)算機(jī)應(yīng)用、實(shí)驗(yàn)室管理。

王宏濤，博士，講師，職于黃河水利職業(yè)技術(shù)學(xué)院水利工程學(xué)院。

田靜，黃河水利職業(yè)技術(shù)學(xué)院副教授。

李歡，黃河水利職業(yè)技術(shù)學(xué)院助教，主要從事水力學(xué)、泵與風(fēng)機(jī)方面的教學(xué)工作。

劉艷芳，黃河水利職業(yè)技術(shù)學(xué)院講師，主要從事水力學(xué)、水文學(xué)的教學(xué)和科研工作。

張宇華，黃河水利職業(yè)技術(shù)學(xué)院副教授。

杜艷珍，廣西水利電力職業(yè)技術(shù)學(xué)院高級(jí)工程師。 2100433B

水力分析與計(jì)算預(yù)備知識(shí)

學(xué)習(xí)該課程需要具備工程力學(xué)、高等數(shù)學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)等知識(shí)。

水力分析與計(jì)算學(xué)習(xí)資料

（注：表格內(nèi)容參考資料）

該課程考慮不同層次學(xué)生需求，突出以學(xué)員為中心的原則設(shè)計(jì)在線課程的教學(xué)內(nèi)容和方法，課程采用“教、學(xué)、練、評(píng)”線上學(xué)習(xí)教學(xué)模式，課程資源建設(shè)不但豐富多樣，而且重點(diǎn)突出其實(shí)用性、易用性和有趣性。通過在線學(xué)習(xí)資源，交流答疑、單元測(cè)試，調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)積極性和主動(dòng)性，幫助學(xué)生完成知識(shí)技能點(diǎn)理解、應(yīng)用、提升和升華，該課程還結(jié)合完成過的生產(chǎn)科研項(xiàng)目對(duì)工程中水力學(xué)問題進(jìn)行專題講解和討論，對(duì)社會(huì)企業(yè)人員有重要實(shí)用價(jià)值。

2017年12月26日，該課程被中華人民共和國(guó)教育部認(rèn)定為首批“國(guó)家精品在線開放課程”。

2020年11月24日，該課程被中華人民共和國(guó)教育部認(rèn)定為首批“國(guó)家級(jí)一流本科課程”。

前言緒論 水力分析與計(jì)算概述 情境0.1 水力分析與計(jì)算的任務(wù)、研究對(duì)象及發(fā)展概況 情境0.2 液體的主要物理力學(xué)性質(zhì) 情境0.3 作用于液體上的力 技能訓(xùn)練題項(xiàng)目1 水工建筑物壁面靜荷載分析與計(jì)算 情境1.1 靜水壓強(qiáng)及其特性 情境1.2 重力作用下靜水壓強(qiáng)分布規(guī)律 1.2.1 重力作用下靜水壓強(qiáng)的基本公式 1.2.2 壓強(qiáng)的量度 1.2.3 水頭和單位勢(shì)能 1.2.4 壓強(qiáng)的量測(cè)和點(diǎn)壓強(qiáng)的計(jì)算 情境1.3 平面上的靜水總壓力 1.3.1 靜水壓強(qiáng)分布圖 1.3.2 利用壓強(qiáng)分布圖求矩形平面上的靜水總壓力 1.3.3 用解析法求任意平面上的靜水總壓力 情境1.4 曲面上的靜水總壓力 技能訓(xùn)練題項(xiàng)目2 有壓管道的水力分析與計(jì)算 情境2.1 有壓管道水力分析一 2.1.1 水流運(yùn)動(dòng)基本概念及其分類 2.1.2 恒定流的連續(xù)性方程 情境2.2 有壓管道水力分析二 情境2.3 有壓管道水力分析三 2.3.1 水頭損失產(chǎn)生的原因及其分類 2.3.2 沿程水頭損失的分析與計(jì)算 情境2.4 有壓管道水力分析四 2.4.1 恒定流動(dòng)量方程式的建立， 2.4.2 動(dòng)量方程的應(yīng)用條件和解題步驟 情境2.5 有壓管道水力分析五 2.5.1 管流的定義、特點(diǎn) 2.5.2 管流的分類 2.5.3 管流的計(jì)算類型 情境2.6 有壓管道中簡(jiǎn)單管道的水力計(jì)算 2.6.1 簡(jiǎn)單短管的水力計(jì)算 2.6.2 管徑的確定 2.6.3 總水頭線和測(cè)壓管水頭線的繪制 情境2.7 有壓隧洞的水力計(jì)算 2.7.1 有壓隧洞的計(jì)算公式 2.7.2 有壓隧洞的水力計(jì)算內(nèi)容 情境2.8 倒虹吸管的水力計(jì)算 2.8.1 工程案例 2.8.2 工程案例分析 2.8.3 工程案例計(jì)算 情境2.9 水泵的工作原理分析與計(jì)算 2.9.1 離心泵工作原理 2.9.2 基本工作參數(shù) 2.9.3 基本方程及特性曲線 情境2.10 長(zhǎng)管的水力計(jì)算 2.10.1 簡(jiǎn)單管路 2.10.2 串聯(lián)管路 2.10.3 并聯(lián)管路 技能訓(xùn)練題項(xiàng)目3 渠(河)道水力分析與計(jì)算 情境3.1 渠道水力分析 3.1.1 明渠的分類 3.1.2 明渠均勻流的特征和形成條件 情境3.2 明渠均勻流的基本公式 3.2.1 基本公式 3.2.2 過水?dāng)嗝娴乃σ?情境3.3 明渠水力計(jì)算中的幾個(gè)問題 3.3.1 糙率n的選定 3.3.2 水力最佳斷面和實(shí)用經(jīng)濟(jì)斷面 3.3.3 渠道的允許流速 情境3.4 渠道過流能力計(jì)算及斷面尺寸設(shè)計(jì) 3.4.1 直接求解法 3.4.2 試算法 情境3.5 復(fù)式斷面渠道的水力計(jì)算 情境3.6 渡槽水力計(jì)算 3.6.1 槽身段的水力計(jì)算 3.6.2 進(jìn)口漸變段的水力計(jì)算 3.6.3 出口漸變段的水力計(jì)算 3.6.4 進(jìn)出口底板高程的確定 情境3.7 明渠水流的三種流態(tài) 情境3.8 斷面比能與臨界水深 3.8.1 面比能、比能曲線 3.8.2 臨界水深 3.8.3 臨界底坡、緩坡和陡坡 情境3.9 水躍與水跌 3.9.1 水躍 3.9.2 水跌 情境3.10 明渠恒定非均勻漸變流的基本微分方程 3.10.1 微分方程討論 3.10.2 水深沿流程變化的微分方程 情境3.11 棱柱形渠道中恒定非均勻漸變流水面曲線分析 3.11.1 漸變流水面線的變化規(guī)律 3.11.2 漸變流水面曲線分析步驟 情境3.12 棱柱形渠道中恒定非均勻漸變流水面曲線計(jì)算 3.12.1 人工渠道水面曲線的計(jì)算 3.12.2 工程案例介紹 3.12.3 工程案例計(jì)算 技能訓(xùn)練題項(xiàng)目4 堰、閘泄流能力分析與計(jì)算 情境4.1 堰流特性與類型的分析判斷 情境4.2 堰流基本公式的理解與分析 情境4.3 實(shí)用堰流過流能力計(jì)算 情境4.4 寬頂堰流基本公式的應(yīng)用 情境4.5 閘下出流基本公式的應(yīng)用 技能訓(xùn)練題項(xiàng)目5 泄水建筑物下游消能計(jì)算 情境5.1 泄水建筑物下游水流銜接與消能的形式確定 情境5.2 底流式銜接與消能的水力計(jì)算 5.2.1 收縮斷面水深的hc計(jì)算 5.2.2 水躍銜接形式的判斷 情境5.3 消力池水力計(jì)算 5.3.1 挖深式消力池的水力計(jì)算 5.3.2 坎式消力池的水力計(jì)算 5.3.3 底流式銜接與消能微機(jī)求解法簡(jiǎn)介 5.3.4 底流式消能的其他形式及輔助設(shè)施 技能訓(xùn)練題項(xiàng)目6 滲流基礎(chǔ) 情境6.1 概述 6.1.1 滲流理論的工程應(yīng)用 6.1.2 水在土壤中的狀態(tài) 6.1.3 巖土分類及其滲透性質(zhì) 情境6.2 滲流基本定律 6.2.1 滲流模型 6.2.2 達(dá)西定律 6.2.3 細(xì)管概化模型 6.2.4 滲流系數(shù)的確定 情境6.3 均勻滲流和非均勻滲流 6.3.1 恒定均勻滲流和非均勻漸變滲流流速沿?cái)嗝婢鶆蚍植?6.3.2 漸變滲流的基本微分方程和浸潤(rùn)曲線 情境6.4 井和集水廊道 6.4.1 集水廊道 6.4.2 潛水井(無(wú)壓井) 6.4.3 自流井 6.4.4 大口井與排水基坑 6.4.5 滲水井與河邊井 技能訓(xùn)練題附錄 附錄Ⅰ 梯形和矩形斷面明渠正常水深求解圖 附錄Ⅱ 梯形和矩形斷面明渠底寬求解圖 附錄Ⅲ 梯形、矩形、圓形斷面明槽臨界水深求解圖 附錄Ⅳ 建筑物下游河槽為矩形時(shí)收縮斷面水深及其共軛水深求解圖參考文獻(xiàn)

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《水力分析與計(jì)算》是借鑒國(guó)外先進(jìn)職業(yè)教育理念，以工作過程為導(dǎo)向?yàn)榘不账娐殬I(yè)技術(shù)學(xué)院國(guó)家重點(diǎn)建設(shè)專業(yè)——水利水電建筑工程專業(yè)課程改革而設(shè)置的一個(gè)學(xué)習(xí)領(lǐng)域，以安徽省已建、在建、病險(xiǎn)水庫(kù)加固的水利樞紐工程為載體，以專業(yè)核心課程《水閘設(shè)計(jì)與施工》、《土石壩設(shè)計(jì)與施工》中的案例為實(shí)例，與核心課程緊密結(jié)合，包括：水工建筑物壁面靜荷載分析與計(jì)算，有壓管道的水力分析計(jì)算，渠（河）道水力分析計(jì)算，閘、堰泄流能力分析與計(jì)算，泄水建筑物下游消能計(jì)算，滲流基礎(chǔ)。各項(xiàng)目配有例題、常用圖表和技能訓(xùn)練題。

本教材適用于高職院校水利水電建筑工程、水利工程、水文水資源工程、給水排水、城市水利、水土保持、治河與防洪等專業(yè)的教學(xué)，并可用于成人?？茖W(xué)校同類專業(yè)教學(xué)，還可供相關(guān)專業(yè)技術(shù)人員參考。

前言

緒論 水力分析與計(jì)算概述

情境0．1 水力分析與計(jì)算的任務(wù)、研究對(duì)象及發(fā)展概況

情境0．2 液體的主要物理力學(xué)性質(zhì)

情境0．3 作用于液體上的力

技能訓(xùn)練題

項(xiàng)目1 水工建筑物壁面靜荷載分析與計(jì)算

情境1．1 靜水壓強(qiáng)及其特性

情境1．2 重力作用下靜水壓強(qiáng)分布規(guī)律

1．2．1 重力作用下靜水壓強(qiáng)的基本公式

1．2．2 壓強(qiáng)的量度

1．2．3 水頭和單位勢(shì)能

1．2．4 壓強(qiáng)的量測(cè)和點(diǎn)壓強(qiáng)的計(jì)算

情境1．3 平面上的靜水總壓力

1．3．1 靜水壓強(qiáng)分布圖

1．3．2 利用壓強(qiáng)分布圖求矩形平面上的靜水總壓力

1．3．3 用解析法求任意平面上的靜水總壓力

情境1．4 曲面上的靜水總壓力

技能訓(xùn)練題

項(xiàng)目2 有壓管道的水力分析與計(jì)算

情境2．1 有壓管道水力分析一

2．1．1 水流運(yùn)動(dòng)基本概念及其分類

2．1．2 恒定流的連續(xù)性方程

情境2．2 有壓管道水力分析二

情境2．3 有壓管道水力分析三

2．3．1 水頭損失產(chǎn)生的原因及其分類

2．3．2 沿程水頭損失的分析與計(jì)算

情境2．4 有壓管道水力分析四

2．4．1 恒定流動(dòng)量方程式的建立，

2．4．2 動(dòng)量方程的應(yīng)用條件和解題步驟

情境2．5 有壓管道水力分析五

2．5．1 管流的定義、特點(diǎn)

2．5．2 管流的分類

2．5．3 管流的計(jì)算類型

情境2．6 有壓管道中簡(jiǎn)單管道的水力計(jì)算

2．6．1 簡(jiǎn)單短管的水力計(jì)算

2．6．2 管徑的確定

2．6．3 總水頭線和測(cè)壓管水頭線的繪制

情境2．7 有壓隧洞的水力計(jì)算

2．7．1 有壓隧洞的計(jì)算公式

2．7．2 有壓隧洞的水力計(jì)算內(nèi)容

情境2，8 倒虹吸管的水力計(jì)算

2．8．1 工程案例

2．8．2 工程案例分析

2．8．3 工程案例計(jì)算

情境2．9 水泵的工作原理分析與計(jì)算

2．9．1 離心泵工作原理

2．9．2 基本工作參數(shù)

2．9．3 基本方程及特性曲線

情境2．10 長(zhǎng)管的水力計(jì)算

2．10．1 簡(jiǎn)單管路

2．10．2 串聯(lián)管路

2．10．3 并聯(lián)管路

技能訓(xùn)練題

項(xiàng)目3 渠(河)道水力分析與計(jì)算

情境3．1 渠道水力分析

3．1．1 明渠的分類

3．1．2 明渠均勻流的特征和形成條件

情境3．2 明渠均勻流的基本公式

3．2．1 基本公式

3．2．2 過水?dāng)嗝娴乃σ?

情境3．3 明渠水力計(jì)算中的幾個(gè)問題

3．3．1 糙率n的選定

3．3．2 水力最佳斷面和實(shí)用經(jīng)濟(jì)斷面

3．3．3 渠道的允許流速

情境3．4 渠道過流能力計(jì)算及斷面尺寸設(shè)計(jì)

3．4．1 直接求解法

3．4．2 試算法

情境3．5 復(fù)式斷面渠道的水力計(jì)算

情境3．6 渡槽水力計(jì)算

3．6．1 槽身段的水力計(jì)算

3．6．2 進(jìn)口漸變段的水力計(jì)算

3．6．3 出口漸變段的水力計(jì)算

3．6．4 進(jìn)出口底板高程的確定

情境3．7 明渠水流的三種流態(tài)

情境3．8 斷面比能與臨界水深

3．8．1 面比能、比能曲線

3．8．2 臨界水深

3．8．3 臨界底坡、緩坡和陡坡

情境3．9 水躍與水跌

3．9．1 水躍

3．9．2 水跌

情境3．10 明渠恒定非均勻漸變流的基本微分方程

3．10．1 微分方程討論

3．10．2 水深沿流程變化的微分方程

情境3．11 棱柱形渠道中恒定非均勻漸變流水面曲線分析

3．11．1 漸變流水面線的變化規(guī)律

3．11．2 漸變流水面曲線分析步驟

情境3．12 棱柱形渠道中恒定非均勻漸變流水面曲線計(jì)算

3．12．1 人工渠道水面曲線的計(jì)算

3．12．2 工程案例介紹

3．12．3 工程案例計(jì)算

技能訓(xùn)練題

項(xiàng)目4 堰、閘泄流能力分析與計(jì)算

情境4．1 堰流特性與類型的分析判斷

情境4．2 堰流基本公式的理解與分析

情境4．3 實(shí)用堰流過流能力計(jì)算

情境4．4 寬頂堰流基本公式的應(yīng)用

情境4．5 閘下出流基本公式的應(yīng)用

技能訓(xùn)練題

項(xiàng)目5 泄水建筑物下游消能計(jì)算

情境5．1 泄水建筑物下游水流銜接與消能的形式確定

情境5．2 底流式銜接與消能的水力計(jì)算

5．2．1 收縮斷面水深的hc計(jì)算

5．2．2 水躍銜接形式的判斷

情境5．3 消力池水力計(jì)算

5．3．1 挖深式消力池的水力計(jì)算

5．3．2 坎式消力池的水力計(jì)算

5．3．3 底流式銜接與消能微機(jī)求解法簡(jiǎn)介

5．3．4 底流式消能的其他形式及輔助設(shè)施

技能訓(xùn)練題

項(xiàng)目6 滲流基礎(chǔ)

情境6．1 概述

6．1．1 滲流理論的工程應(yīng)用

6．1．2 水在土壤中的狀態(tài)

6．1．3 巖土分類及其滲透性質(zhì)

情境6．2 滲流基本定律

6．2．1 滲流模型

6．2．2 達(dá)西定律

6．2．3 細(xì)管概化模型

6．2．4 滲流系數(shù)的確定

情境6．3 均勻滲流和非均勻滲流

6．3．1 恒定均勻滲流和非均勻漸變滲流流速沿?cái)嗝婢鶆蚍植?

6．3．2 漸變滲流的基本微分方程和浸潤(rùn)曲線

情境6．4 井和集水廊道

6．4．1 集水廊道

6．4．2 潛水井(無(wú)壓井)

6．4．3 自流井

6．4．4 大口井與排水基坑

6．4．5 滲水井與河邊井

技能訓(xùn)練題

附錄

附錄Ⅰ 梯形和矩形斷面明渠正常水深求解圖

附錄Ⅱ 梯形和矩形斷面明渠底寬求解圖

附錄Ⅲ 梯形、矩形、圓形斷面明槽臨界水深求解圖

附錄Ⅳ 建筑物下游河槽為矩形時(shí)收縮斷面水深及其共軛水深求解圖

參考文獻(xiàn)2100433B