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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≤10 129

二、进口为棱柱体平底槽，且δ/H＞10 129

§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