水力分析與計算學習預備

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

通過學習，理解三峽船舶“爬樓梯”過大壩的原理，清楚三峽77個孔口泄流量的計算方法，還會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計。

該課程考慮不同層次學生需求，突出以學員為中心的原則設計在線課程的教學內容和方法，課程采用“教、學、練、評”線上學習教學模式，課程資源建設不但豐富多樣，而且重點突出其實用性、易用性和有趣性。通過在線學習資源，交流答疑、單元測試，調動學生學習積極性和主動性，幫助學生完成知識技能點理解、應用、提升和升華，該課程還結合完成過的生產科研項目對工程中水力學問題進行專題講解和討論，對社會企業(yè)人員有重要實用價值。

（注：課程大綱從左至右列出，表格內容參考資料 ）

水力分析與計算課程共有11單元內容，主要講解內容有建筑物壁面靜荷載分析與計算、水工有壓管道的水力分析與計算、渠（河）道水力分析與計算、閘、堰泄流能力分析與計算、泄水建筑物下游消能水力分析與計算。第一章介紹液體主要物理力學性質，靜水壓強特性、表示方法、基本方程與計算；第二章介紹運動水流分類，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生原因，層流、紊流及其判別；第四章介紹靜水壓強分布圖繪制，平面壁和曲面壁靜水作用力計算；第五章介紹有壓管道特點及分類；第六章介紹明渠類型及其對水流影響，明渠均勻流特點及形成條件、公式及流量計算；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，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計算。

水力分析與計算課程背景

水力分析與計算課程是在國家精品課程、國家精品資源共享課程水力學基礎上建設的在線開放課程。

水力分析與計算課程定位

水力分析與計算課程主要研究液體平衡和運動狀態(tài)下的規(guī)律，并運用這些規(guī)律解決水利工程中水力分析與計算問題；通過該課程學習，在水利工程設計、施工和管理中能對常見水流現(xiàn)象進行分析，并能對常見的過流能力、水荷載、消能、水面線、滲流等問題進行計算。

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，其任務是教會學生在水利工程設計、施工和管理中對常見的水力學問題能進行水力分析與計算。該課程以工程力學基礎、水工建筑物基礎等課程為前導課程，并為后續(xù)課程水工建筑物設計與施工、水利工程施工技術奠定基礎。

2017年12月26日，該課程被中華人民共和國教育部認定為首批“國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教育部認定為首批“國家級一流本科課程”。

王勤香，教育部全國高校教師網(wǎng)絡培訓中心《水力學課程與教學骨干教師培訓》特聘教授，水利工程監(jiān)理工程師。

王宇，學生工作部（處）學生管理科科長。

楚萬強，黃河水利職業(yè)技術學院國際教育學院（外語教學部）院黨總支書記。

姜楠，黃河水利職業(yè)技術學院助教。

徐鵬，為華中科技大學計算機專業(yè)在讀碩士，主要研究方向：計算機應用、實驗室管理。

王宏濤，博士，講師，職于黃河水利職業(yè)技術學院水利工程學院。

田靜，黃河水利職業(yè)技術學院副教授。

李歡，黃河水利職業(yè)技術學院助教，主要從事水力學、泵與風機方面的教學工作。

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

張宇華，黃河水利職業(yè)技術學院副教授。

杜艷珍，廣西水利電力職業(yè)技術學院高級工程師。 2100433B

前言緒論 水力分析與計算概述 情境0.1 水力分析與計算的任務、研究對象及發(fā)展概況 情境0.2 液體的主要物理力學性質 情境0.3 作用于液體上的力 技能訓練題項目1 水工建筑物壁面靜荷載分析與計算 情境1.1 靜水壓強及其特性 情境1.2 重力作用下靜水壓強分布規(guī)律 1.2.1 重力作用下靜水壓強的基本公式 1.2.2 壓強的量度 1.2.3 水頭和單位勢能 1.2.4 壓強的量測和點壓強的計算 情境1.3 平面上的靜水總壓力 1.3.1 靜水壓強分布圖 1.3.2 利用壓強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 技能訓練題項目2 有壓管道的水力分析與計算 情境2.1 有壓管道水力分析一 2.1.1 水流運動基本概念及其分類 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 水頭損失產生的原因及其分類 2.3.2 沿程水頭損失的分析與計算 情境2.4 有壓管道水力分析四 2.4.1 恒定流動量方程式的建立， 2.4.2 動量方程的應用條件和解題步驟 情境2.5 有壓管道水力分析五 2.5.1 管流的定義、特點 2.5.2 管流的分類 2.5.3 管流的計算類型 情境2.6 有壓管道中簡單管道的水力計算 2.6.1 簡單短管的水力計算 2.6.2 管徑的確定 2.6.3 總水頭線和測壓管水頭線的繪制 情境2.7 有壓隧洞的水力計算 2.7.1 有壓隧洞的計算公式 2.7.2 有壓隧洞的水力計算內容 情境2.8 倒虹吸管的水力計算 2.8.1 工程案例 2.8.2 工程案例分析 2.8.3 工程案例計算 情境2.9 水泵的工作原理分析與計算 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 長管的水力計算 2.10.1 簡單管路 2.10.2 串聯(lián)管路 2.10.3 并聯(lián)管路 技能訓練題項目3 渠(河)道水力分析與計算 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 過水斷面的水力要素 情境3.3 明渠水力計算中的幾個問題 3.3.1 糙率n的選定 3.3.2 水力最佳斷面和實用經(jīng)濟斷面 3.3.3 渠道的允許流速 情境3.4 渠道過流能力計算及斷面尺寸設計 3.4.1 直接求解法 3.4.2 試算法 情境3.5 復式斷面渠道的水力計算 情境3.6 渡槽水力計算 3.6.1 槽身段的水力計算 3.6.2 進口漸變段的水力計算 3.6.3 出口漸變段的水力計算 3.6.4 進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算 3.12.1 人工渠道水面曲線的計算 3.12.2 工程案例介紹 3.12.3 工程案例計算 技能訓練題項目4 堰、閘泄流能力分析與計算 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 實用堰流過流能力計算 情境4.4 寬頂堰流基本公式的應用 情境4.5 閘下出流基本公式的應用 技能訓練題項目5 泄水建筑物下游消能計算 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算 5.2.1 收縮斷面水深的hc計算 5.2.2 水躍銜接形式的判斷 情境5.3 消力池水力計算 5.3.1 挖深式消力池的水力計算 5.3.2 坎式消力池的水力計算 5.3.3 底流式銜接與消能微機求解法簡介 5.3.4 底流式消能的其他形式及輔助設施 技能訓練題項目6 滲流基礎 情境6.1 概述 6.1.1 滲流理論的工程應用 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 情境6.2 滲流基本定律 6.2.1 滲流模型 6.2.2 達西定律 6.2.3 細管概化模型 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斷面均勻分布 6.3.2 漸變滲流的基本微分方程和浸潤曲線 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收縮斷面水深及其共軛水深求解圖參考文獻

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《水力分析與計算》是借鑒國外先進職業(yè)教育理念，以工作過程為導向為安徽水利水電職業(yè)技術學院國家重點建設專業(yè)——水利水電建筑工程專業(yè)課程改革而設置的一個學習領域，以安徽省已建、在建、病險水庫加固的水利樞紐工程為載體，以專業(yè)核心課程《水閘設計與施工》、《土石壩設計與施工》中的案例為實例，與核心課程緊密結合，包括：水工建筑物壁面靜荷載分析與計算，有壓管道的水力分析計算，渠（河）道水力分析計算，閘、堰泄流能力分析與計算，泄水建筑物下游消能計算，滲流基礎。各項目配有例題、常用圖表和技能訓練題。

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，并可用于成人專科學校同類專業(yè)教學，還可供相關專業(yè)技術人員參考。

前言

緒論 水力分析與計算概述

情境0．1 水力分析與計算的任務、研究對象及發(fā)展概況

情境0．2 液體的主要物理力學性質

情境0．3 作用于液體上的力

技能訓練題

項目1 水工建筑物壁面靜荷載分析與計算

情境1．1 靜水壓強及其特性

情境1．2 重力作用下靜水壓強分布規(guī)律

1．2．1 重力作用下靜水壓強的基本公式

1．2．2 壓強的量度

1．2．3 水頭和單位勢能

1．2．4 壓強的量測和點壓強的計算

情境1．3 平面上的靜水總壓力

1．3．1 靜水壓強分布圖

1．3．2 利用壓強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

技能訓練題

項目2 有壓管道的水力分析與計算

情境2．1 有壓管道水力分析一

2．1．1 水流運動基本概念及其分類

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 水頭損失產生的原因及其分類

2．3．2 沿程水頭損失的分析與計算

情境2．4 有壓管道水力分析四

2．4．1 恒定流動量方程式的建立，

2．4．2 動量方程的應用條件和解題步驟

情境2．5 有壓管道水力分析五

2．5．1 管流的定義、特點

2．5．2 管流的分類

2．5．3 管流的計算類型

情境2．6 有壓管道中簡單管道的水力計算

2．6．1 簡單短管的水力計算

2．6．2 管徑的確定

2．6．3 總水頭線和測壓管水頭線的繪制

情境2．7 有壓隧洞的水力計算

2．7．1 有壓隧洞的計算公式

2．7．2 有壓隧洞的水力計算內容

情境2，8 倒虹吸管的水力計算

2．8．1 工程案例

2．8．2 工程案例分析

2．8．3 工程案例計算

情境2．9 水泵的工作原理分析與計算

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 長管的水力計算

2．10．1 簡單管路

2．10．2 串聯(lián)管路

2．10．3 并聯(lián)管路

技能訓練題

項目3 渠(河)道水力分析與計算

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 過水斷面的水力要素

情境3．3 明渠水力計算中的幾個問題

3．3．1 糙率n的選定

3．3．2 水力最佳斷面和實用經(jīng)濟斷面

3．3．3 渠道的允許流速

情境3．4 渠道過流能力計算及斷面尺寸設計

3．4．1 直接求解法

3．4．2 試算法

情境3．5 復式斷面渠道的水力計算

情境3．6 渡槽水力計算

3．6．1 槽身段的水力計算

3．6．2 進口漸變段的水力計算

3．6．3 出口漸變段的水力計算

3．6．4 進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算

3．12．1 人工渠道水面曲線的計算

3．12．2 工程案例介紹

3．12．3 工程案例計算

技能訓練題

項目4 堰、閘泄流能力分析與計算

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 實用堰流過流能力計算

情境4．4 寬頂堰流基本公式的應用

情境4．5 閘下出流基本公式的應用

技能訓練題

項目5 泄水建筑物下游消能計算

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算

5．2．1 收縮斷面水深的hc計算

5．2．2 水躍銜接形式的判斷

情境5．3 消力池水力計算

5．3．1 挖深式消力池的水力計算

5．3．2 坎式消力池的水力計算

5．3．3 底流式銜接與消能微機求解法簡介

5．3．4 底流式消能的其他形式及輔助設施

技能訓練題

項目6 滲流基礎

情境6．1 概述

6．1．1 滲流理論的工程應用

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

情境6．2 滲流基本定律

6．2．1 滲流模型

6．2．2 達西定律

6．2．3 細管概化模型

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斷面均勻分布

6．3．2 漸變滲流的基本微分方程和浸潤曲線

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收縮斷面水深及其共軛水深求解圖

參考文獻2100433B