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第1章　绪论 1

1.1　水力学的定义、任务和发展简史 1

1.2　液体的连续介质模型 3

1.3　液体的主要物理性质 3

1.3.1　质量和重量 4

1.3.2　黏滞性 5

1.3.3　压缩性 8

1.3.4　表面张力 9

1.3.5　汽化压强 10

1.4　作用于液体的力 10

1.4.1　表面力 10

1.4.2　质量力 11

思考题 11

习题 12

第2章　水静力学 14

2.1　概述 14

2.2　静水压强及其特性 14

2.2.1　静水压强的定义 14

2.2.2　静水压强的特性 15

2.3　液体平衡微分方程及其积分 17

2.3.1　液体平衡微分方程 17

2.3.2　液体平衡微分方程的积分 18

2.3.3　等压面特性 18

2.4　重力作用下静水压强的分布规律 19

2.4.1　水静力学基本方程 19

2.4.2　绝对压强、相对压强，真空 20

2.4.3　水头与单位能量 21

2.4.4　等压面的应用 22

2.4.5　静水压强分布图 24

2.5　重力和惯性力同时作用下的液体平衡 25

2.6　作用于平面上的静水总压力 28

2.6.1　解析法 28

2.6.2　矩形平面静水压力——压力图法 31

2.7　作用于曲面上的静水总压力 33

2.7.1　静水总压力的大小 33

2.7.2　静水总压力的方向 35

2.7.3　静水总压力的作用点 35

思考题 37

习题 38

第3章　液体一元恒定总流基本原理 42

3.1　概述 42

3.2　描述液体运动的两种方法 42

3.2.1　拉格朗日法 42

3.2.2　欧拉法 44

3.3　液体运动的几个基本概念 45

3.3.1　恒定流与非恒定流 45

3.3.2　一元流、二元流与三元流 46

3.3.3　流线与迹线 46

3.3.4　流管、元流、总流、过水断面 47

3.3.5　流量与断面平均流速 47

3.3.6　均匀流和非均匀流 48

3.3.7　渐变流与急变流 49

3.3.8　系统和控制体 50

3.4　恒定流动的连续方程 51

3.5　恒定元流的能量方程 52

3.5.1　理想液体恒定元流的能量方程 52

3.5.2　伯努利方程的能量意义和几何意义 54

3.5.3　实际液体恒定元流的能量方程 55

3.6　实际液体恒定总流能量方程 56

3.7　恒定总流动量方程 62

3.8　空化与空蚀的概念 67

思考题 67

习题 68

第4章　层流和紊流、液流阻力和水头损失 71

4.1　概述 71

4.2　水头损失的分类 71

4.3　液体运动的两种流态——层流和紊流 72

4.3.1　雷诺试验 72

4.3.2　沿程损失hf和平均流速v的关系 73

4.3.3 流态的判别——雷诺（Reynolds）数 75

4.4　均匀流基本方程 77

4.4.1　切应力与沿程损失的关系 77

4.4.2　切应力的分布 79

4.5　层流运动 80

4.5.1　圆管均匀层流 80

4.5.2　二元明渠均匀层流 83

4.6　沿程水头损失的一般公式 86

4.7　紊流概述 86

4.7.1　紊流的脉动现象和时均概念 87

4.7.2　紊流切应力 89

4.7.3　紊流的黏性底层 91

4.7.4　紊流的水力光滑面、水力过渡粗糙面和水力粗糙面 92

4.8　紊流的流速分布 93

4.8.1　对数流速分布 94

4.8.2　指数流速分布 96

4.8.3　黏性底层的厚度 98

4.9　沿程水头损失系数λ的试验研究——尼古拉兹试验 101

4.9.1 人工粗糙管沿程水头损失系数λ的试验研究——尼古拉兹试验 101

4.9.2　实用管道沿程水头损失系数λ的试验研究 104

4.10　谢才公式 108

4.11　局部水头损失 111

思考题 116

习题 116

第5章　液体三元流动基本原理 119

5.1　概述 119

5.2　流线与迹线微分方程 119

5.2.1　流线微分方程 119

5.2.2　迹线微分方程 120

5.3　液体三元流动的连续性方程 120

5.4　液体微团运动的基本形式 121

5.4.1　液体微团运动形式分析 122

5.4.2　液体微团速度分解定理 123

5.5　有旋运动简介 125

5.6　液体恒定平面势流 128

5.6.1　流速势函数 128

5.6.2　流函数 129

5.6.3　流网及其性质 131

5.6.4　基本平面势流 134

5.7　液体运动微分方程 136

5.7.1　液体中一点处的应力状态 137

5.7.2　本构方程-应力与变形率的关系 137

5.7.3　应力形式的运动微分方程 138

5.7.4　运动微分方程——纳维-斯托克斯方程 139

5.7.5　紊流时均运动微分方程——雷诺方程 140

5.7.6　边界层简介 142

思考题 143

习题 143

第6章　有压管流 145

6.1　概述 145

6.2　短管的水力计算 146

6.2.1 自由出流 146

6.2.2　淹没出流 147

6.2.3　总水头线和测压管水头线的绘制 148

6.2.4　短管水力计算举例 149

6.3　长管的水力计算 153

6.3.1　简单管道的水力计算 153

6.3.2　串联管道的水力计算 155

6.3.3　并联管道的水力计算 156

6.3.4　沿程均匀泄流管道的水力计算 156

6.3.5　管网水力计算基础 159

6.4　有压管路中的水击 161

6.4.1　水击波的传播过程 161

6.4.2　直接水击与间接水击 163

6.4.3　水击压强的计算 164

思考题 166

习题 166

第7章　明渠均匀流 170

7.1　概述 170

7.1.1　明渠的底坡 170

7.1.2　明渠的横断面 171

7.2　明渠均匀流的特性和形成条件 173

7.2.1　明渠均匀流的特性 173

7.2.2　明渠均匀流产生的条件 174

7.3　明渠均匀流的水力计算 174

7.3.1 明渠均匀流的计算公式 174

7.3.2　明渠均匀流水力计算三类基本问题 177

7.3.3　明渠均匀流水力计算的其他问题 180

思考题 187

习题 187

第8章　明渠非均匀流 189

8.1　概述 189

8.2　明渠水流的流态 190

8.2.1　缓流、临界流和急流 190

8.2.2　明渠中干扰微波的波速 191

8.3　断面单位能量，临界水深，临界底坡 193

8.3.1　断面单位能量 193

8.3.2　Es与h的关系（流量一定的条件下） 195

8.3.3　临界水深及其计算 195

8.3.4　临界底坡 198

8.4　两种流态的转换——水跃与水跌 199

8.4.1　水跃 199

8.4.2　水跌 207

8.5　棱柱体明渠水面曲线微分方程 209

8.6　棱柱体明渠水面曲线形状分析 210

8.6.1　水面曲线的类型 211

8.6.2　水面曲线的定性分析 212

8.6.3 10条水面曲线的共同规律及控制断面与控制水深的选取 215

8.7　明渠水面曲线计算 216

8.8　天然河道水面曲线计算 222

8.8.1　水面曲线计算公式 222

8.8.2　水面曲线计算方法 223

8.9　明渠弯段水流 230

8.9.1　横向水面超高 231

8.9.2　断面环流成因分析 232

8.9.3　弯段水流的能量损失 232

8.10　明渠非恒定流 233

8.10.1　明渠非恒定流概念 233

8.10.2　明渠非恒定渐变流动的基本方程 235

8.10.3 明渠非恒定渐变流计算方法简介 239

思考题 240

习题 241

第9章　堰流和闸孔出流 243

9.1　概述 243

9.2　堰的分类 244

9.2.1　薄壁堰 244

9.2.2　实用堰 245

9.2.3　宽顶堰 245

9.3　堰流的基本公式 246

9.4　薄壁堰 248

9.4.1　矩形薄壁堰 248

9.4.2　三角形薄壁堰 251

9.5　实用堰 251

9.5.1 曲线型剖面实用堰 251

9.5.2　折线型实用堰 255

9.6　宽顶堰 259

9.6.1　宽顶堰的流量公式 259

9.6.2　宽顶堰的堰顶水深 260

9.6.3　流量系数 261

9.6.4　侧收缩系数 262

9.6.5　淹没系数 263

9.7 闸孔出流 265

9.7.1　堰流与孔流的界限 266

9.7.2　宽顶堰上的闸孔出流 267

9.7.3　实用堰上的闸孔出流 269

9.8　水工建筑物测流简介 271

思考题 273

习题 274

第10章　泄水建筑物下游水流的衔接与消能 277

10.1　概述 277

10.2　底流式衔接与消能 277

10.2.1　收缩断面水深的计算 278

10.2.2　消能工的水力计算 280

10.3　挑流式衔接与消能 288

10.3.1　挑距的计算 289

10.3.2　挑角θ 291

10.3.3　反弧半径R 291

10.3.4　挑坎高程的确定 291

10.3.5　挑流冲刷坑的估算 292

10.4　面流衔接与消能 292

10.4.1 面流型的衔接形式 292

10.4.2　消力戽消能 294

思考题 296

习题 297

第11章　渗流 299

11.1　概述 299

11.2　渗流的几个基本概念 299

11.2.1　水在土壤中的形态 299

11.2.2　土壤的渗透特性 300

11.2.3　渗流模型 300

11.3　渗流的基本定律 301

11.3.1　达西试验和达西定律 302

11.3.2　达西定律的适用范围 303

11.3.3　渗透系数及其确定方法 304

11.4　恒定无压渗流 305

11.4.1　无压恒定均匀渗流 305

11.4.2　无压恒定渐变渗流 306

11.4.3　无压渐变渗流的微分方程 307

11.4.4　渐变渗流浸润线的分析和计算 307

11.5　井的渗流 313

11.5.1　普通完整井 313

11.5.2　承压完整井 314

11.5.3　井群 315

11.6　土坝渗流 317

11.6.1　前段的计算 318

11.6.2　后段的计算 318

11.6.3　计算浸润线 319

11.7　渗流的基本微分方程 320

11.7.1　渗流的连续性方程 320

11.7.2　渗流的运动方程 320

11.7.3　渗流的流速势函数 321

11.7.4　渗流问题解法概述 321

11.8　恒定平面渗流的流网解法 322

11.8.1　恒定平面渗流流网的绘制 322

11.8.2　应用流网进行渗流计算 324

思考题 327

习题 327

第12章　污染物的输运和扩散 329

12.1　概述 329

12.2　污染物输运和扩散的数学方程 330

12.2.1　一维输运-扩散方程 330

12.2.2　平面二维输运-扩散方程 332

12.3　一维扩散过程的解 334

12.3.1　无限长渠道中瞬时点源的扩散 334

12.3.2　半无限长渠道中瞬时点源的扩散 335

12.3.3　无限长渠道中区域浓度的扩散 336

12.3.4　半无限长渠道中连续点源的扩散 337

12.4　二维扩散过程的解 338

12.5　均匀流条件下一维随流-扩散方程的解 339

12.5.1　均匀流条件下瞬时点源的随流-扩散 339

12.5.2　无限长渠道中区域浓度的随流-扩散 341

12.5.3　半无限长渠道中连续点源的随流-扩散 342

12.6　均匀流条件下二维随流-扩散方程的解 342

12.7　存在化学反应的一维随流-扩散方程的解 342

12.8　扩散系数的分析与估算 343

思考题 345

习题 345

第13章　水力相似与模型试验基本原理 347

13.1　概述 347

13.2　量纲分析基本原理 348

13.2.1　量纲与单位、基本量纲和诱导量纲 348

13.2.2　无量纲数（量纲为一的量） 349

13.2.3　量纲和谐原理 350

13.2.4　量纲分析法 350

13.3　水力相似基本原理 355

13.3.1 比尺、基本比尺、导出比尺 355

13.3.2　力学相似、几何相似、运动相似和动力相似 355

13.3.3　牛顿相似定律 356

13.3.4　相似准则 357

13.4　相似准则的应用及水力模型设计 362

13.4.1　相似准则的应用及模型比尺换算 362

13.4.2　水力模型设计的限制条件 365

13.5　水力模型的分类 368

13.5.1　按模型模拟的范围分类 368

13.5.2　按床面的性质分类 369

13.5.3　按模型的几何相似性分类 369

思考题 370

习题 370

习题答案 372

参考文献 378