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第一篇 水力计算基础1

第一章 水流运动形态及液体的物理性质1

§1-1-1 水流运动类型1

一、有压流和无压流1

二、恒定流和非恒定流1

三、均匀流和非均匀流，渐变流和急变流1

四、一度流、二度流和三度流1

目录1

§1-1-2 水流内部流态5

一、 层流和紊流5

二、急流和缓流5

§1-1-3 几种局部水流现象9

一、离解和漩涡9

二、 水跃和水跌9

三、粘滞性12

四、表面张力12

§1-1-4 液体的物理性质12

二、压缩性12

一、密度和重率12

第二章 静水压力的计算16

§1-2-1 静水压强特性及分布规律16

一、压强16

二、静水压强特性16

三、静水压强的分布规律16

§1-2-2 静水压强的计算18

一、计算公式18

二、测压管水头18

三、等压面18

四、非重力液体相对平衡下的几种典型情况的计算18

二、分析法21

§1-2-3 平面静水总压力的计算21

一、图解法21

§1-2-4 曲面静水总压力的计算24

一、总压力计算24

二、二度曲面上的总压力计算24

第三章 水流运动的基本规律28

§1-3-1 液体运动的连续性方程28

一、液体运动的连续性微分方程式28

二、液体总流的连续性方程28

§1-3-2 液体运动方程29

一、纳维尔～司托克斯（Navier～Stokes）方程29

二、欧拉（Euler）运动方程29

三、雷诺（Reynolds）方程29

§1-3-3 水流动量方程32

三、总流能量方程的应用条件33

四、有分流（或汇流）的总流能量方程33

§1-3-4 水流能量方程33

二、能量方程各项的物理意义和几何意义33

一、恒定流总流的能量方程33

§1-3-5 水流的能量损失36

一、能量损失分类及叠加原理36

二、均匀流的切力分布36

三、均匀流沿程能量损失的计算公式36

四、局部能量损失的计算公式36

第四章 有压管道恒定流56

§1-4-1 简单管道56

一、水力计算的基本公式56

二、管道直径的选择56

一、串联管道58

二、并联管道58

§1-4-2 复杂管道58

§1-4-3 连续均匀泄流管道62

§1-4-4 管网62

一、树枝状管网62

二、环状管网62

第五章 明渠水流68

§1-5-1 明渠均匀流68

一、明渠均匀流的基本计算式68

二、明渠均匀流的力学实质68

§1-5-2 明渠非均匀流69

一、棱柱体渠道和非棱柱体渠道69

二、断面单位能量，陡坡，缓坡，临界坡69

三、棱柱体渠道恒定渐变流的水面曲线类型69

第二篇 渠道的水力计算73

参考资料73

§1-5-3 明渠非恒定流基本方程式73

第一章 渠道水力计算中有关参数的确定74

§2-1-1 渠道断面型式及其过水断74

面、湿周和水力半径的计算74

§2-1-2 渠道边坡系数和渠堤超高的确定75

一、边坡系数的确定75

二、渠堤超高的确定75

§2-1-3 舍齐系数C值的计算79

一、清水渠道的糙率值79

二、挟沙水流渠道的糙率值79

三、渠道的综合糙率79

四、渠道的冰盖糙率79

§2-1-4 渠道纵向底坡的选择83

§2-1-5 渠道弯曲半径的确定86

二、挟沙水流渠道的不冲流速87

一、清水渠道的不冲流速87

§2-1-6 渠道不冲流速的计算87

§2-1-7 渠道不淤流速的计算92

第二章 渠道设计的水力计算方法94

§2-2-1 渠道断面水力要素的基本计算方法94

§2-2-2 清水渠道断面的水力计算方法95

一、渠道水力最优断面的计算方法95

二、渠道实用经济断面的计算方法95

§2-2-3 挟沙水流渠道设计的水力计算方法99

一、黄河中下游地区采用的计算方法99

二、西北黄土地区采用的计算方法99

第三章 渠道非均匀流水面曲线的计算方法103

§2-3-1 控制水深104

§2-3-2 分段求和法105

二、平底渠道109

一、正坡渠道109

§2-3-3 水力指数法109

三、逆坡渠道参考资料115

第三篇 堰、闸泄流能力和溢洪道的水力计算115

第一章 宽顶堰流118

§3-1-1 堰型及水流特性118

§3-1-2 宽顶堰自由溢流的流量计算119

一、堰流的基本计算式119

二、有底坎宽顶堰流的流量系数119

三、无底坎宽顶堰流的流量系数119

四、侧收缩系数119

§3-1-3 宽顶堰淹没溢流的流量计算128

一、淹没堰流基本计算式128

二、宽顶堰淹没系数128

四、进口为棱柱体缓坡明槽，且槽身很长129

三、进口为棱柱体缓坡明槽，且δ/H＞10，但槽长仍较短129

一、进口为棱柱体平底槽，且δ/H≤10129

二、进口为棱柱体平底槽，且δ/H＞10129

§3-1-4 宽浅式溢洪道进口的泄流量计算129

第二章 实用堰流和侧堰131

§3-2-1 WES标准型剖面及其流量计算131

一、堰型131

二、流量系数131

三、淹没系数131

四、侧收缩系数131

§3-2-2 克－奥型剖面及其流量计算139

一、堰型139

二、流量系数139

三、淹没界限及淹没系数139

四、侧收缩系数139

二、泄流量计算149

一、堰顶曲线149

§3-2-3 有胸墙的溢流149

§3-2-4 折线型低堰151

一、堰型151

二、流量系数151

三、淹没界限及淹没系数151

§3-2-5 驼峰堰153

§3-2-6 侧堰156

一、分水角为锐角时的侧堰水力计算156

二、分水角为直角时的侧堰水力计算156

第三章 闸孔出流160

§3-3-1 闸孔自由出流和淹没出流的判别及泄流能力的基本计算式160

一、闸孔出流流态的判别准则160

二、基本计算式160

二、当闸底坎为曲线型实用堰163

§3-3-2 闸孔自由出流的流量系数163

一、当闸底坎为宽顶堰（有坎或平底）163

§3-3-3 闸孔出流的淹没系数164

第四章 溢洪道166

§3-4-1 河岸式正堰溢洪道166

一、陡槽掺气水深的计算166

二、明渠急流冲击波的计算166

三、气蚀问题166

§3-4-2 竖井式溢洪道174

一、有平顶段的竖井式溢洪道174

二、无平顶段的竖井式溢洪道174

二、侧槽的形式178

四、侧槽水流控制断面的确定178

三、侧槽水面线的计算178

一、侧槽溢洪道的水流状态178

§3-4-3 河岸式侧槽溢洪道178

五、侧槽首端槽底高程及槽首断面水深的确定参考资料190

第四篇 泄水建筑物下游消能防冲的水力计算190

第一章 水跃192

§4-1-1 矩形断面棱柱体渠槽的自由水跃192

一、矩形断面平底渠槽的自由水跃192

二、矩形断面正坡渠槽的自由水跃192

三、矩形断面逆坡渠槽的自由水跃192

§4-1-2 矩形断面扩散渠槽的自由水跃198

一、共轭水深的基本计算式198

二、跃长计算式198

四、消能工设计流量的确定200

二、收缩水深的计算200

三、跃后水深和下游水深的确定200

§4-2-1 水流衔接状态的判别200

第二章 底流式消能防冲的水力计算200

一、水流衔接状态的判别准则200

§4-2-2 底流式消能工的水力计算204

一、消力池的水力计算204

二、消力坎的水力计算204

三、综合式消力池的水力计算204

四、辅助消能工204

五、几种消能工的介绍204

§4-2-3 海漫和下游局部冲刷222

一、海漫长度的确定222

二、海漫下游的局部冲刷222

第三章 挑流消能的水力计算225

§4-3-1 挑流衔接的特性和挑流消能225

二、连续式鼻坎的尺寸226

三、差动式鼻坎的尺寸226

§4-3-2 鼻坎型式与尺寸的选择226

一、鼻坎型式的选择226

§4-3-3 挑流射程的计算228

一、鼻坎至下游水面的挑距228

二、水面以下水舌长度的水平投影228

三、总挑距228

§4-3-4 冲刷的计算231

一、冲刷坑深度的估算231

二、许可的冲刷坑最大后坡231

第四章 面流消能的水力计算236

§4-4-1 面流流态236

§4-4-2 形成面流衔接的基本条件238

一、面流流态界限值的计算240

二、面流消能下游的导墙长度240

§4-4-3 面流衔接的水力计算240

§4-4-4 面流消能的水力设计原则和步骤245

第五章 消力戽的水力计算251

§4-5-1 戽流流态252

§4-5-2 连续式消力戽的水力计算253

一、连续式消力戽的尺寸选择253

二、下游水流衔接和冲深计算253

§4-5-3 连续式消力戽的水力计算方法和步骤261

§4-5-4 差动式消力戽的水力计算265

参考资料275

第五篇 渗流计算275

第一章 堰闸地基的渗流计算279

§5-1-1 直线比例法279

四、对进出口处水头损失的修正281

六、出口渗流坡降的计算281

五、作扬压力图281

二、地基计算的有效深度281

三、各段水头损失和单宽渗流量的计算281

一、地基的分段281

§5-1-2 阻力系数法281

§5-1-3 流网法291

一、绘制流网时应注意的问题291

二、根据流网图求渗流的水力要素291

§5-1-4 分层土及各向异性土的堰闸地基渗流计算296

一、分层土的堰闸地基渗流计算296

二、各向异性土的堰闸地基渗流计算296

§5-1-5 堰闸地下轮廓具有排水设备的渗流计算298

一、平底板内设置排水298

二、设置排水减压井298

三、护坦上开冒水孔298

三、均质土坝在透水地基上，有排水设备或无排水设备303

二、均质土坝在不透水地基上，有排水设备303

一、均质土坝在不透水地基上，无排水设备303

§5-2-1 均质土坝的渗流计算303

第二章 土坝的渗流计算303

§5-2-2 心墙土坝的渗流计算306

一、心墙土坝在不透水地基上，无排水设备306

二、心墙土坝在不透水地基上，有排水设备306

三、心墙土坝在有限透水地基上，心墙筑至不透水层，无排水设备306

四、心墙土坝在有限透水地基上，心墙筑至不透水层，有排水设备306

§5-2-3 斜墙土坝的渗流计算311

一、斜墙土坝在不透水地基上，有排水设备311

二、斜墙土坝在有限透水地基上，有齿墙，有排水设备311

三、斜墙土坝在有限透水地基上，有铺盖，有排水设备311

四、时段流网法319

三、心墙土坝在库水位下降时浸润线的计算319

二、均质土坝在库水位下降时浸润线的解析解法319

一、计算的原则319

§5-2-4 库水位下降时土坝浸润线的计算319

§5-2-5 坝基设截水帷幕的土坝渗流计算332

§5-2-6 土坝下游设减压井的渗流计算334

第三章 水工建筑物的渗透绕流计算336

§5-3-1 堰闸与土坝联结的绕渗计算336

一、典型区段Ⅰ的渗流水力要素计算式336

二、典型区段Ⅱ的渗流水力要素计算式336

三、典型区段Ⅲ的渗流水力要素计算式336

四、典型区段Ⅳ的渗流水力要素计算式336

五、典型区段Ⅴ的渗流水力要素计算式336

六、区段边界处渗流水深的确定336

三、坝端与岸边的联结为阶梯形并设置刺墙347

二、坝端与岸边的联结设置刺墙347

§5-3-2 堰闸与岸坡联结的绕渗计算347

一、坝端与岸边的联结为半圆形或平面347

§5-3-3 流网法352

第四章 井的渗流计算355

§5-4-1 无压井的渗流计算356

一、无压完全井356

二、无压非完全井356

一、有压完全井356

二、有压非完全井356

§5-4-2 有压井的渗流计算358

§5-4-3 半有压完全井的渗流计算359

二、位于不透水直线边界附近的完全井360

三、位于相互垂直的不透水边界附近的完全井360

§5-4-4 位于供水或不透水直线边界附近的水井渗流计算360

一、位于供水直线边界附近的完全井360

§5-4-5 井群的渗流计算362

一、无压完全井井群362

二、有压完全井井群362

三、有压非完全井井群362

四、无压非完全井井群362

三、有压非完全井井群363

四、无压非完全井井群363

一、无压完全井井群363

二、有压完全井井群363

§5-4-6 接近直线供水边界的直线井群渗流计算363

§5-4-7 分层土中井的渗流计算364

一、分层计算法364

二、势函数法364

§5-4-8 井的非恒定渗流计算368

二、顶托渗漏370

一、自由渗漏370

§5-5-1 渠道渗漏的过程370

第五章 渠道的渗漏计算370

§5-5-2 渠道自由渗漏计算371

一、地下水埋藏很深时的恒定渗漏371

二、渠底下不深处有强透水层的恒定渗漏371

三、地下水位在渠底下不深处的恒定渗漏371

§5-5-3 渠道顶托渗漏计算376

§5-5-4 分层土及各向异性土渠道的渗漏计算376

一、分层土渠床376

二、各向异性土渠床376

§5-5-5 有防渗措施的渠道自由渗漏378

一、全部渠面有土质防渗层378

二、全部渠面有非土质防渗层378

§5-6-1 渗流变形的形式381

第六章 土的渗流变形381

§5-6-2 渗流变形形式的判别382

§5-6-3 渗流稳定的控制385

一、堰闸地基水平渗流坡降的允许值385

二、水工建筑物下游渗流逸出坡降的允许值参考资料387

第六篇 水工隧洞的水力计算387

第一章 隧洞水流的基本水力计算390

§6-1-1 隧洞的水流流态及其判别390

一、隧洞水流的流态及其演变390

二、隧洞自由出流时流态演变的界限值390

§6-1-2 有压流的基本水力计算394

一、基本计算公式394

二、基本的水力计算内容和方法394

四、净空面积和净空高度399

三、长洞的水力计算399

二、短洞的水力计算399

一、短洞与长洞399

§6-1-3 无压流的基本水力计算399

§6-1-4 半有压流的基本水力计算409

一、半有压短洞和半有压长洞的长度界限409

二、计算公式和计算方法409

§6-1-5 进口段设置有压短管的无压泄流隧洞的基本水力计算413

一、洞身为无压流的水流状态413

二、泄流能力的计算413

三、掺气水流的水深413

第二章 隧洞各种过渡段的形式417

§6-2-1 有压进口的边界曲线417

一、两面收缩和顶面收缩的矩形断面进口417

二、四面收缩和三面收缩的进口417

§6-2-2 进口有压短管的体形419

§6-2-3 渐变段的体形421

§6-2-4 出口及其急流联结段的形式423

§6-2-5 转弯半径425

§6-2-6 分岔的形式425

第三章 水工隧洞的一些特殊水力学问题426

§6-3-1 通气管的面积426

§6-3-2 平板闸门的门槽形式428

§6-3-3 平板闸门上的动水压力430

一、面板上的动水压力430

二、底缘上游面的上托力和下游面的下吸力430

三、门顶的水柱压力430

§6-3-4 闸门的振动问题433

§6-3-5 不衬砌和部分衬砌岩石隧河的糙率434

参考资料436

第七篇 渠系建筑物的水力计算436

二、涵管式分水闸438

一、开敞式分水闸438

§7-1-1 分水闸438

第一章 配（泄）水建筑物438

§7-1-2 退水闸、泄洪闸、节制闸442

§7-1-3 纵向底格栅型引水及跌水442

一、坝顶栅孔过水流量的计算442

二、置于渠道上的跌水消能底栅的水力计算442

第二章 落差建筑物445

§7-2-1 陡坡445

一、进口段445

二、陡坡段445

三、消能出口段445

§7-2-2 跌水454

一、单级跌水454

二、多级跌水454

第三章 交叉建筑物460

§7-3-1 渐变段的设计461

一、进口收缩渐变段461

二、出口扩散渐变段461

§7-3-2 渡槽的水力计算463

一、槽身底坡的确定463

二、槽身断面的设计463

三、渡槽水面总降落值的计算463

四、进出口底板高程的确定463

五、渡槽支墩的埋设深度463

附图Ⅲ 梯形、矩形断面渠道均匀流底宽求解图467

§7-3-3 倒虹吸管的水力计算470

一、各组成段对水力设计的要求470

二、水面衔接和流量计算470

三、沉砂池470

二、桥孔尺寸的确定480

一、流经桥孔水流的流态480

§7-3-4 桥孔的水力计算480

§7-4-1 量水堰483

一、直角三角形薄壁堰483

二、矩形薄壁堰483

三、梯形薄壁堰483

第四章 量水建筑物483

§7-4-2 巴歇尔量水槽486

一、槽身尺寸的确定486

二、量水槽流量的计算参考资料489

第八篇 河道的水力计算489

二、沿程水头损失的计算490

四、局部水头损失的计算490

三、动能改正系数490

一、基本方程式490

§8-1-1 水面曲线基本方程式490

第一章 河道恒定流水面曲线计算490

§8-1-2 水面曲线计算方法497

一、逐段试算法497

二、图解法497

三、确定水库回水曲线的简易近似法497

四、河床变形后水面曲线的推求497

§8-1-3 水面曲线计算的基本资料及其分析539

一、基本资料的内容539

二、对地形资料的要求和分析539

三、水力半径的计算539

四、河道的分段539

五、河道的糙率539

四、多砂河流水库回水计算中的淤积年限555

三、决定回水计算的开始断面555

§8-1-4 水面曲线计算条件的确定555

二、沿程计算流量555

一、坝前水位和入库流量的确定555

§8-2-1 弯道水流特性560

一、环流的形成560

二、环流运动对河床演变的影响560

第二章 弯道水流及裁弯工程的水力计算560

§8-2-2 弯道水流的水力特征值562

一、环流流速分布公式562

二、弯道横向水位差562

三、弯道最大冲深值562

§8-2-3 最优取水口的位置选择568

§8-2-4 裁弯工程的水力计算570

一、规划设计裁弯的一些参考数据570

二、裁弯取直的水力计算570

二、抛石距离的计算578

§8-3-1 抛石防护578

一、石块尺寸的确定578

第三章 防护工程的水力计算578

§8-3-2 块石护坡583

§8-3-3 水下沉排护坡583

第四章 河工建筑物的壅水和渗流量计算584

§8-4-1 丁坝的壅水和渗流量计算584

一、丁坝壅水高度的计算584

二、丁坝孔口的流速校核584

三、丁坝坝体的渗流量计算584

§8-4-2 潜坝的壅水和渗流量计算587

一、潜坝壅水高度的计算587

二、校核潜坝坝顶流速587

三、潜坝渗流量的计算587

§8-4-3 锁坝的壅水和渗流量计算589

第五章 整治建筑物的冲刷计算592

§8-5-1 丁坝的局部冲刷计算592

§8-5-2 锁坝的局部冲刷计算596

§8-5-3 护岸的冲刷计算597

参考资料598

第九篇 溃坝的水力计算598

第一章 溃坝的基本问题602

§9-1-1 溃坝水力计算的目的602

§9-1-2 溃坝的水力计算条件及基本资料605

一、溃坝的水力计算条件605

二、溃坝水力计算所需的基本资料605

§9-1-3 溃坝水流的基本方程式607

一、不连续波基本方程式607

二、非恒定渐变流圣维南方程式607

二、大坝瞬时横向局部一溃到底场合612

三、大坝瞬时垂向局部溃坝场合612

一、大坝瞬时全溃场合612

§9-2-1 溃坝最大流量和溃坝初顷下游涌波的计算612

第二章 溃坝水流的计算方法612

§9-2-2 坝址流量过程线的推求636

§9-2-3 溃坝洪水向下游演进的简化计算639

一、溃坝下游流量的计算639

二、溃坝洪水传播时间和流量过程线参考资料643

附图Ⅰ 梯形、矩形、圆形断面临界水深求解图645

附图Ⅱ 梯形、矩形断面渠道均匀流水深求解图646

附表Ⅰ 梯形、矩形断面临界水深求解表648

附表Ⅱ 舍齐系数C值表（根据曼宁公式C=1/nR1/6）652

附表Ⅲ 舍齐系数C值表（根据巴甫洛夫斯基公式C=1/nRy）653

附表Ⅳ 正底坡棱柱形槽非均匀流函数表658

附表Ⅴ 逆底坡棱柱形槽非均匀流函数表666

附表Ⅵ 单位换算表674