水力学网上辅导材料7,8,9
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水力学辅导材料一、是非题(正确的划“√”，错误的划“×)1、理想液体就是不考虑粘滞性的实际不存在的理想化的液体。
（√）2、图中矩形面板所受静水总压力的作用点与受压面的形心点O重合。
(×)3、园管中层流的雷诺数必然大于3000。
(×)4、明槽水流的急流和缓流是用Fr判别的，当Fr＞1为急流。
(√)5、水流总是从压强大的地方向压强小的地方流动。
（×）6、水流总是从流速大的地方向流速小的地方流动。
（×）6、达西定律适用于所有的渗流。
（×）7、闸孔出流的流量与闸前水头的1/2次方成正比。
（√）8、渐变流过水断面上各点的测压管水头都相同。
(√)9、粘滞性是引起液流运动能量损失的根本原因。
(√)10、直立平板静水总压力的作用点就是平板的形心。
（×）11、层流的沿程水头损失系数仅与雷诺数有关。
(√)12、陡坡上出现均匀流必为急流，缓坡上出现均匀流必为缓流。
(√)13、在作用水头相同的条件下，孔口的流量系数比等直径的管嘴流量系数大。
(×)14、两条明渠的断面形状、尺寸、糙率和通过的流量完全相等，但底坡不同，因此它们的正常水深不等。
(√)15、直立平板静水总压力的作用点与平板的形心不重合。
（√）16、水力粗糙管道是表示管道的边壁比较粗糙。
(×)17、水头损失可以区分为沿程水头损失和局部水头损失。
(√)18、牛顿内摩擦定律适用于所有的液体。
(×)19、静止液体中同一点各方向的静水压强数值相等。
（√）20、明渠过流断面上各点的流速都是相等的。
(×)21、缓坡上可以出现均匀的急流。
(√)22、静止水体中,某点的真空压强为50kPa，则该点相对压强为-50 kPa。
(√)24、满宁公式只能适用于紊流阻力平方区。
(√)25、水深相同的静止水面一定是等压面。
(√)26、恒定流一定是均匀流，层流也一定是均匀流。
（×）27、紊流光滑区的沿程水头损失系数仅与雷诺数有关。
水力学辅导材料6
水力学辅导材料6：一、第6章明槽恒定流动（1）【教学基本要求】1、了解明槽水流的分类和特征，了解棱柱体渠道的概念，掌握明槽底坡的概念和梯形断面明渠的几何特征和水力要素。
2、了解明槽均匀流的特点和形成条件，熟练掌握明槽均匀流公式，并能应用它来进行明渠均匀流水力计算。
3、理解水力最佳断面和允许流速的概念，掌握水力最佳断面的条件和允许流速的确定方法，学会正确选择明渠的糙率n值。
4、掌握明槽均匀流水力设计的类型和计算方法，能进行过流能力和正常水深的计算，能设计渠道的断面尺寸。
5、掌握明渠水流三种流态（急流、缓流、临界流）的运动特征和判别明渠水流流态的方法，理解佛汝德数Fr的物理意义。
6、理解断面比能、临界水深、临界底坡的概念和特性，掌握矩形断面明渠临界水深h k 的计算公式和其它形状断面临界水深的计算方法。
【内容提要和学习指导】这一章是工程水力学部分内容最丰富也是实际应用最广泛的一章。
本章有4个重点：明渠均匀流水力计算；明渠水流三种流态的判别；明渠恒定非均匀渐变流水面曲线分析和计算，这部分也是本章的难点；水跃的特性和共轭水深计算。
学习中应围绕这4个重点，掌握相关的基本概念和计算公式。
这一讲我们讨论前2个问题，后面2个问题将放在第7讲讨论。
明渠水流的复杂性在于有一个不受边界约束的自由表面，自由表面能随上下游的水流条件和渠道断面周界形状的变化而上下变动，相应的水流运动要素也发生变化，形成了不同的水面形态。
6.1 明槽和明槽水流的几何特征和分类（1）明槽水流的分类明槽恒定均匀流明槽恒定非均匀流明槽非恒定非均匀流明槽非恒定均匀流在自然界是不可能出现的。
明槽非均匀流根据其流线不平行和弯曲的程度，又可以分为渐变流和急变流。
（2）明槽梯形断面水力要素的计算公式：水面宽度 B = b +2 mh （6—1） 过水断面面积 A =（b + mh ）h （6—2） 湿周 （6—3） 水力半径 （6—4） 式中：b 为梯形断面底宽，m 为梯形断面边坡系数，h 为梯形断面水深。
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名词解释（′′153×5=）1、压缩系数β是：液体相对压缩值VdV 与液体压强增量dp 的比值,即dpV dV /-=β。
2、黏滞性：液体具有运动状态下抵抗剪切变形的能力。
3、绝对压强：以设想的不存在任何气体的绝对真空状态作为计算零点的压强。
(已考过）4、相对压强：以当地的大气压作为计算零点的压强。
5、迹线：某一液体质点在运动过程中，不同时刻所流经的空间点所连成的线。
（已考过）流线：某一瞬时，在流场中画出这样一条光滑曲线，这条曲线上任意一点在该瞬时的速度矢量在该点处与曲线相切，这条曲线称为该瞬时的一条流。
6、过水断面：与元流或总流的流线相垂直的横断面。
7、恒定流：流场中的任何空间点上的所有运动要素都不随时间而变化的流动。
沿程水头损失：在流动过程中，要克服沿程摩擦阻力就需要做功，单位质量液体由于沿程阻力做功引起的机械能损失。
8、局部水头损失：在急变流段上所产生的流动阻力称为局部阻力，相应的水头损失称为局部水头损失。
9、水力最优断面：当渠道的i 、n 及过水断面面积w 一定时，使渠道所通过的流量最大的断面形状。
10、渠道底坡i ：为采用渠底的高差Z ∆与相应渠长L 的比值，即θsin =∆=LZ i 。
11、棱柱形明渠：为了使水流平顺以及施工方便，一般明渠横断面的形状和尺寸筑成沿程不变的。
12、允许流速：对渠身不会产生冲刷，也不会使水中悬浮的泥沙在渠道中发生淤积的断面平均流速。
13、壅水曲线：渐变流的水深可能沿流程增大而形成壅水，其水面线称为壅水曲线。
14、降水曲线：水深沿流程逐渐减小而形成降水，其水面线称为降水曲线。
15、水跃：明渠水流从急流转变到缓流时，水面突然升高的一种局部水力现象。
16、降水曲线：水深沿流程逐渐减小而形成降水，其水面线称为降水曲线。
17、水跃：明渠水流从急流转变到缓流时，水面突然升高的一种局部水力现象。
18、水跌：明渠缓流向急流过渡时，水面急剧下降的局部水力现象。
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水力学教学辅导第八章泄水建筑物下游水流衔接与消能【教学基本要求】1、了解泄水建筑物下泄水流的特点和衔接消能方式。
2、掌握底流消能的水力设计方法，会进行消力池尺寸的计算。
3、了解挑流消能的基本概念【学习指导】8.1 概述（1）泄水建筑物下游水流的消能方式经堰、闸、桥、涵、陡坎等泄水建筑物下泄的水流，流速高，动能大，必须采取工程措施消耗水流多余的能量，防止其对下游河床的严重冲刷和淤积，避免破坏水工建筑物的正常运行。
常用的消能方式有3种：底流消能、挑流消能、面流消能。
此外还有兴建消力戽的消能方式。
①底流型衔接消能底流式消能就是在泄水建筑物下游采取一定的工程措施，使沿建筑物下泄的急流贴槽底射出，利用水跃原理，有效地控制水跃发生的位置，使下泄的高速水流通过水跃转变为缓流，通过主流在水跃区的扩散、混掺达到消能的目的。
这种衔接消能方式中，高流速的主流位于底部，故称为底流型衔接消能。
如图所示。
②挑流型衔接消能挑流型衔接消能就是利用下泄水流所挟带的巨大动能，采用挑流鼻坎因势利导将水股挑射空中，后跌落在离建筑物较远的下游，使射流所造成的冲刷坑不会危及水工建筑物的安全。
下泄水流的余能一部分在空中消散，大部分则在水股跌入下游冲刷坑水垫塘之后，通过水股前后两侧的水滚而消除。
如图所示。
③面流型衔接消能面流型衔接消能就是在建筑物的出流部分采用跌坎，将泄出水流导入下游水域表层（当然要求下游水深比较大而且比较稳定），主流和河床之间由巨大的底部漩滚隔开，避免了高速主流对河床的冲刷。
余能主要通过水舌扩散、流速分布的调整以及底部漩滚主流之间的相互作用而消除。
由于衔接消能段高速主流位于表层，故称为面流型衔接消能。
如图所示。
④戽流型衔接消能戽流型衔接消能是在溢流坝末端建造一个具有较大反弧半径和挑角的形同戽勺的鼻坎，下泄水流由于受到下游水位的顶托，在戽内形成表面漩滚，主流则仍然贴着戽壁沿鼻坎挑起，形成涌浪，并向下游扩散，同时在鼻坎下产生一个反向漩滚，涌浪后面产生一个微弱的表面漩滚，即“三滚一浪”是戽流型衔接消能的典型流态。
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3 计算渠道通过的流量 Q 10.55 m s 小于设计流量。所以该渠道 不能满足设计要求。
渠道过流能力计算及断面尺寸设计
【 例5-2 】 某梯形断面渠道，土质为粘土，其底宽 b=0.4m ，边坡系数m=1.5 , 渠道底坡i=0.001 ，糙率 n =0.025 ，渠道的设计流量QP =0.55m3 / s ，渠底至 渠顶高差为0.86m ，渠顶的安全超高为0.2m ，试校核 渠道的输水能力和流速。
根据实测过水断面的尺寸、底坡及渠道通过的流量，求解 渠道的粗糙系数（糙率）n值。由明渠均匀流基本公式可得
n A 2 / 3 1/ 2 R i Q
渠道过流能力计算及断面尺寸设计
【例5-4】某梯形断面土质渠道，渠中正常水深h0=1.2m, 底宽b=2m,边坡系数m=1.5,通过的流量 Q 2.0(m / s) ,底坡 i=0.0002。试求该渠道的糙率n值
渠道水力计算
项目
建筑物壁面静水荷 载分析与计算 有压管道水力分析 与计算
单元1：明渠均匀流特点、计算公式 单元2： 明渠非均匀流的三种流态及判别
单元3：急流缓流转换现象——水跌与水跃 单元4： 渠道过流能力计算及断面尺寸设计 单元5：渡槽水力计算
渠道水力分析
与计算
单元6：水面线分析基础
单元7：棱柱体渠道水面线分析 单元8：
v Q 0.554 0.604 (m / s) A 0.917
所以，渠中流速满足 v不淤
[v] v不冲
，渠道是稳定的。
渠道过流能力计算及断面尺寸设计
二）确定渠道的底坡
设计流量确定后，渠道的渠底高程差或水面落差都可归纳为 求渠道的底坡i的问题，即已知渠道的糙率、设计流量、断 面形状和尺寸，求所需的底坡。 计算底坡的公式为
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水力学辅导材料9一、 第8章 渠系连接建筑物的水力计算【教学基本要求】本章主要是工程水力设计计算，包括渡槽、跌水以及渐变段等实际工程的水力计算。
这部分不内容作为本课程考试的要求，但是实际工程中会经常遇到。
希望学员们结合自己的工作需要去学习。
【内容提要和学习指导】8．1 渠系连接建筑物的水力计算基本公式1． 明槽渐变段的水力计算公式明槽渐变段的上下游水位差△z ：进口收缩渐变段 t L J g v gv z z z ⋅+-+=-=∆)22)(1(21122221ααζ 出口扩散渐变段 t L J g v g v z z z ⋅---=-=∆)22)(1(22221112ααζ明渠渐变段的长度L t ： )(min max B B L t -⋅=ηη为系数：对进口的收缩段，η取1.5～2.5；对出口的扩散段，η取2.5～3.0。
)(1212z z h h ---=∆2．渡槽的水力计算公式槽身段流量与断面尺寸的关系：i R AC Q ⋅= 槽身段水面降落值： Li z z ⨯=-32 进、出口渐变段的水力计算公式与明槽渐变段的水力计算公式相同。
3．跌水的水力计算公式矩形断面进口23012H g mb Q d ε= b H K 0121ζε-=流量系数m 按堰流确定；K ζ按图8－6所示选用。
梯形断面进口 3011112H g b m Q d = ， 23022222H g b m Q d =118.0H ctg b b θ+=， 228.0H ctg b b θ+=消能段中的跌水射程：当坎为宽顶堰时， 000)25.0(0.4H H P m L +⋅= 当底坎为实用堰时： 000)3.0(34.3H H P m L +⋅= 消力池的长度：j b L L L 8.00+= 消力池的深度 t c h h d -''=05.1消力墙的高度 H h c c-''=05.1 8．2 渠系连接建筑物的水力计算的基本概念1． 渐变段的分类急流渐变段与缓流渐变段；收缩渐变段与扩散渐变段；曲线型渐变段与直线型渐变段；直线型渐变段又包括：楔型、圆弧型、八字型和直角型渐变段。
水力学辅导材料5-9章
水力学辅导材料第5章 流动阻力和能量损失【教学基本要求】1.熟悉层流与紊流流态的特点和形成条件，掌握流态判别标准。
2.了解流动中沿程阻力和局部阻力的两种形式，掌握沿程损失和局部损失的计算方法。
【学 习 重 点】1.层流与紊流流态及其判别标准，雷诺数的表示方法和物理意义，2.均匀流基本方程，圆管均匀流的流速分布规律，层流沿程阻力系数的确定，3.尼古拉兹实验及其确定紊流沿程阻力系数的方法，紊流沿程阻力系数的计算。
4.局部阻力系数的确定。
【内容提要和学习指导】5.1两种流态和判别标准通过雷诺实验可以观察到运动的流体存在两种流态，即层流与紊流。
层流与紊流的过渡区可以近似用过渡区下限转变点代替。
用无量纲雷诺数来描述流体运动时，转变点上的雷诺数为临界雷诺数，它是两种流态的判别标准。
当雷诺数小于临界雷诺数时，流态为层流；当雷诺数大于临界雷诺数时，流态为紊流。
管流中临界雷诺数为2000。
在理解两种流态形成机理的基础上，掌握雷诺数νμρvd vd ==Re 的表达式和各物理量之间的关系，弄清临界雷诺数来源，牢记管流中临界雷诺数为2000的层流与紊流的判别标准。
5.2 边界层与边界层分离现象简介本节不要求掌握。
5.3 流动阻力与能量损失的关系由于流体运动接触到的边壁形状不同，边壁对流体的阻碍作用不同，流体流动受到的阻力也不同。
流动阻力分为两种，即沿程阻力和局部阻力，对应这两种阻力的能量损失是沿程损失和局部损失。
了解不同边壁形状与流动阻力的关系，注意区分流动系统中的沿程损失和局部损失，掌握沿程损失和局部损失的表达式和各物理量之间的关系。
5.4均匀流基本方程根据均匀流定义、能量方程和力的平衡方程，推导出沿程损失与管径、切应力等物理量的关系。
能量方程中的能量损失是过流断面的平均值，过流断面上各点的能量损失均相等，由此可以得到切应力分布与管径的线性、正比关系。
这一沿程损失与管径、切应力等物理量的关系或切应力分布与管径的线性、正比关系就是均匀流基本方程。
水力学讲义
水 力 学 讲 义
ｆ、对于有分岔的管道，动量方程的矢量形式为:
F Q v流出 Qv流入
欢 迎 提 问
如果您有任何问题， 请毫不犹豫地提出 !
水 力 学 讲 义
In case of you have any question, DO NOT hesitate to ask me !
例题:
有一个水平放置的弯 管，直径从d1 =30cm渐 变到d2 =20cm，转角 θ=60°，如图所示。
1
Ry
2
P2
v2
y
Rx
1
Ry′
求水流对弯管的作用力。
θ
水 力 学 讲 义
已知弯管1-1断面的平均 动水压强p1=35000N/m2， 断面2-2的平均动水压强 为p2=25840N/m2，通过 弯管的流量Q =150L/s。
引入元流概念的目的有两个： 1、元流的横断面积dA无限小，因此dA面积上各点的运 动要素（点流速 v和压强p）都可以当作常数； 2、元流作为基本无限小单位，通过积分运算可求得总
水 力 学 讲 义
流的运动要素。 元流的流量为dQ=vdA，则通过总流过水断面的流量Q为:
Q=∫dQ=∫AvdA
（4）断面平均流速 一般情况下组成总流的各个元流过水断面上的点 流速是不相等的，而且有时流速分布很复杂。为了简 化问题的讨论，我们引入了断面平均流速v的概念。这 是恒定总流分析方法的基础，也称为一元流动分析 法，即认为液体的运动要素只是一个空间坐标（流程 坐标）的函数。
不随时间而变化的流动称为恒定流； 反之，只要有一个运动要素随时间而变化，就是 非恒定流。 本课程主要讨论恒定流运动。
（2）迹线和流线
迹线是液体质点运动的轨迹，它是某一
水力学讲义
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2、水头损失：水流在运动过程中克服水流阻力而消耗的 能量称为水头损失。其中边界是外因，粘滞性是内因。 3、根据边界条件的不同，水头损失分两类：对于平顺的 边界，水头损失与流程成正比，称为沿程水头损失，用hf 表示；由于局部边界急剧改变，导致水流结构改变、流速 分布调整并产生旋涡区，从而引起的水头损失称为局部水 头损失，用hj表示。
这里得到一个重要的结论： 圆管层流运动的沿程阻力系数λ与雷诺数Re成反比。从沿程水 头损失等式中也可看出hf与流速的一次方成正比，这个结果与雷诺 实验的结论相一致，为后面讨论紊流的λ变化规律提供了重要依据。
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3.6 紊流 一、紊流运动要素 紊流的一系列参差不齐的涡体连续通过某一定点时， 此处的瞬时运动要素(如流速、压强等)随时间发生波动， 叫做运动要素的脉动。 某一瞬间通过定点的液体质点的流速称为该定点的瞬时 流速；任一瞬时流速总可分解为三个分速ux、uy、uz。
1 ux T
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第三章 液流形态及水头损失
二、紊动附加切应力 紊流切应力的计算，由两部分所组成：相邻流层间的粘 滞切应力和由脉动流速所产生的附加切应力，即 2 du 2 du l dy dy
水 力 学 讲 义
三、紊流粘性底层 在紊流中，紧靠固体边界的地方，粘滞切应力起主要作 用，液流型态属于层流。因此紊流并不是整个液流都是 紊流，在紧靠固体边界表面有一层极薄的层流层存在， 叫做粘性底层。在层流底层以外的液流才是紊流。称为 紊流流核。
3.3 均匀流沿程水头损失与切应力的关系 ----均匀流基本方程
在均匀流中，任意取出一段总流来分析。 如图，对1-1,2-2写能量方 程:hf=(z1+p1/r)-(z2+p2/r) 通过力的平衡分析可得：
2024版水力学课件(精选)
01水力学基本概念与原理Chapter水力学定义及研究对象水力学的定义研究对象液体性质与分类液体的性质液体的分类静压力与动压力概念静压力动压力指液体在运动状态下，由于流体的动能而产生的压力。
动压力的大小与流体的速度、密度以及流动状态有关。
连续性方程与伯努利方程连续性方程伯努利方程02流体静力学分析Chapter静止液体中压强分布规律压强随深度增加而增大在静止液体中，压强随深度的增加而线性增大，符合帕斯卡定律。
等压面概念在连通器内，同一深度各点的压强相等，这些点构成的面称为等压面。
压强计算静止液体中某点的压强可通过液体密度、重力加速度和该点距液面的垂直距离计算得出。
表面张力作用浸润与不浸润现象毛细现象030201液体相对平衡时表面形状确定浮力与沉浮条件分析阿基米德原理沉浮条件密度与浮沉关系潜水艇、气球等应用实例潜水艇工作原理气球升空原理03流体动力学基础Chapter恒定总流能量方程及其意义恒定总流能量方程是描述流体在管道中流动时，各种能量之间转换关系的方程。
该方程表明，在不可压缩流体恒定流动的情况下，流体的位能、压能、动能之间可以相互转换，但总能量保持不变。
恒定总流能量方程的意义该方程是水力学中最基本的方程之一，对于理解和分析管道中水流运动特性具有重要意义。
通过该方程，可以计算出水流在管道中的流速、流量、水位等参数，为工程设计提供理论依据。
非恒定总流能量方程简介非恒定总流能量方程是描述流体在非恒定流动情况下，各种能量之间转换关系的方程。
与恒定总流能量方程相比，非恒定总流能量方程考虑了时间因素对流体运动的影响。
非恒定总流能量方程的应用该方程适用于分析水库放水、河流洪水演进、潮汐河口的水流运动等非恒定流动问题。
通过该方程，可以预测水流在不同时间点的运动状态，为防洪、水资源调度等提供决策支持。
沿程损失和局部损失计算方法沿程损失局部损失管道中水流运动特性分析管道水流运动类型管道水流运动特性04明渠均匀流与非均匀流计算Chapter$v = Csqrt{RJ}$，其中$v$为流速，$C$为谢才系数，$R$为水力半径，$J$为水面比降。
水力学网上辅导材料1
水力学网上辅导材料1：一、水力学学习方法指导水力学是中央广播电视大学水利水电工程专业（专科）必修的一门主要技术基础课，是研究以水为代表的液体的平衡和机械运动规律，以及这些规律在工程中的应用的课程。
通过本课程的学习，要求学员掌握水流运动的基本概念、基本理论和分析方法，能正确区分不同水流的运动状态和特点；掌握水流运动的基本规律，并能运用水流运动基本理论分析小型水利工程中一般的水力现象；学会常见水利工程中的水力计算，能进行水力荷载的确定、过水能力和过流建筑物尺寸的设计计算，以及水流衔接和消能的水力设计，了解水流运动要素的量测方法，为今后学习专业课程、从事专业技术工作打下良好的基础。
学员们学习使用的是由李国庆、刘之平主编的为开放试点教育编写的水力学教材。
教材每一章包括基本要求、学习重点、本章内容、小结和练习题。
学员在学习每一章内容前，可以预先阅览基本要求和学习重点，以便明确学习的主要内容。
在学习完每一章的内容后，要对本章进行小结，并用后面的思考题检查对理论知识的掌握程度，通过习题练习，掌握水力计算的基本方法，这些水力计算方法是实际工程中经常会遇到的。
如果在学习中有疑难问题，可以通过信件、电话或网上联系，由教师进行答疑。
对于在工作中遇到的实际水力学问题，也欢迎来信来电联系。
认真完成习题是学习过程中加深理解基本概念、基本原理，掌握基本分析方法和计算方法，培养提高分析、解决问题能力的重要环节。
应认真、独立完成思考题和规定的作业。
解题时要审明题意，明确已知条件和要求的水力参数，绘出简图，理顺解题思路，确定应用的公式、图表，做到分析有依据，计算准确，步骤清楚，书写整洁，答案完整。
每个习题解题过程应包括：已知条件、所求的问题、简图和求解过程。
求解过程应包括引用的公式及其编号、必要的坐标、计算过程及答案，还要注意物理量的单位。
计算的程序为：计算公式未知量表达式代入数据重要计算过程答案。
还需要强调的是，在练习题中通常把基本条件和参数都告诉了你，根据这些已知条件你可以直接进行分析和计算。
水力学网上辅导材料7.
水力学网上辅导材料7：一、第6章 明渠恒定流动（2）【教学基本要求】1、了解水跃和水跌现象，掌握共轭水深的计算，特别是矩形断明渠面共轭水深计算。
2、能进行水跃能量损失和水跃长度的计算。
3、掌握棱柱体渠道水面曲线的分类、分区和变化规律，能正确进行水面线定性分析，了解水面线衔接的控制条件。
4、能进行水面线定量计算。
5、了解缓流弯道水流的运动特征。
【内容提要和学习指导】6.9水跃和水跌（1）水流从缓流向急流过渡，水面经过临界水深h k ，形成水跌现象。
水跌经常发生在跌坎处、由缓坡向陡坡过渡及水流由水库进入陡坡渠道等地方。
水流从急流跨过临界水深h k 变成缓流，形成急剧翻滚的旋涡，这种水力突变现象称为水跃，常发生在闸、坝的下游和由陡坡向缓坡的过渡。
（2）水跃存在急剧翻滚的表面旋涡要消耗大量的能量，是水利工程中经常采用的一种消耗水流多余能量的方式。
（3）在棱柱体水平明渠中，水跃的基本方程式为（6—17） 即 J （h 1）=J （h 2） （6—18） J (h )称为水跃函数，水跃方程表明跃前断面的水跃函数值等于跃后断面的水跃函数值。
我们把满足水跃方程的跃前断面水深h 1和跃后断面水深h 2称为一对共轭水深，。
（4）水跃共轭水深的计算是这一部分的重点。
对于一般形状断面的明渠可以采用试算法和图解法。
矩形断面明渠的共轭水深计算依据下列公式（要求掌握并记住）。
（6—19） 或 （6—20）请注意：根据水跃函数曲线，跃前断面水深越小，，跃后断面的水深越大。
同时还要求能依据教材上提供的公式进行水跃能量损失和水跃长度的计算。
22221211gA Q c h A gA Q c h A +=+]181[21222-+=Fr h h ]181[22112-+=Fr hh（5）水跌也是急变流，当水流从缓流向急流过渡时，水深是连续地逐渐减小的。
因此必定在某个位置水深正好等于临界水深h k ，通常这个位置在跌坎和从缓坡转向陡坡的变坡处略靠上游处，但距离很小。
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水力学辅导材料8：一、第7章过流建筑物的水力计算【教学基本要求】1、了解堰流、闸孔出流的流动特点和区别，掌握堰流和闸孔出流互相转化的条件。
2、掌握堰流的分类和计算公式，掌握实用堰、宽顶堰的水力计算方法，会进行流量系数、侧收缩系数、淹没条件和淹没系数的确定方法，重点掌握宽顶堰流的水力计算。
3、了解桥、涵过流的水力特征和水力计算方法。
4、掌握闸孔出流的计算公式和水力计算方法，能正确确定闸孔出流的流量系数和淹没系数。
5、了解泄水建筑物下游的水流特点和衔接消能方式，掌握底流消能的水力设计方法，会进行消力池尺寸的计算。
【内容提要和学习指导】这一章的主要任务是学习堰、闸和桥涵的过流特性和水力计算以及水跃消能的水力设计。
学习本章我们要了解堰流和闸孔出流的特点和互相转化的分界条件，以便正确选择对应的公式进行设计计算。
本章有众多的经验公式和经验系数，我们要了解公式中各种系数的物理意义和影响因素，众多的经验公式不必强记，但要会利用公式或图表来确定计算中所需的流量系数、淹没系数、侧收缩系数的数值。
7.1 堰流、闸孔出流的特点和区别（1）堰流和闸孔出流的特点：堰流和闸孔出流都属于急变流，都是壅高水位以后，靠重力作用形成的水流运动，其能量损失以局部水头损失为主。
堰和闸都是属于控制建筑物，用于控制水位和流量。
（2）堰流和闸孔出流的区别：堰流的上部不受闸门控制，水流自由表面是连续光滑的；而闸孔出流正好相反，由于受到闸门的控制，自由表面被闸门截断。
堰流和闸孔出流的这种差异导致它们的水流特征、过水能力和规律都不相同。
（3）堰流与闸孔出流是密切相关的，当闸门开度e大于一定值，闸门底缘对水流没有约束时，闸孔出流转化为堰流。
其判别标准是：闸底坎为平顶宽顶堰时：e/H≤0.65为闸孔出流，e/H＞0.65为堰流；闸底坎为曲线型宽顶堰：e/H≤0.75为闸孔出流，e/H＞0.75为堰流。
7.2 堰流的分类根据堰顶的宽度δ与堰顶水头H 的比值可以将堰分为三类：当δ/H ＜0.67为薄壁堰，薄壁堰具有稳定的水位流量关系，常用于流量的量测；当0.67＜δ/H ＜2.5为实用堰，用于水利枢纽的挡水和泄水建筑物；当2.5＜δ/H ＜10为宽顶堰，在渠系中广有泛应用。
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水力学网上辅导材料7：一、第6章 明渠恒定流动（2）6.9水跃和水跌（1）水流从缓流向急流过渡，水面经过临界水深h k ，形成水跌现象。
水跌经常发生在跌坎处、由缓坡向陡坡过渡及水流由水库进入陡坡渠道等地方。
水流从急流跨过临界水深h k 变成缓流，形成急剧翻滚的旋涡，这种水力突变现象称为水跃，常发生在闸、坝的下游和由陡坡向缓坡的过渡。
（2）水跃存在急剧翻滚的表面旋涡要消耗大量的能量，是水利工程中经常采用的一种消耗水流多余能量的方式。
（3）在棱柱体水平明渠中，水跃的基本方程式为（6—17） 即 J （h 1）=J （h 2） （6—18）J (h )称为水跃函数，水跃方程表明跃前断面的水跃函数值等于跃后断面的水跃函数值。
我们把满足水跃方程的跃前断面水深h 1和跃后断面水深h 2称为一对共轭水深，。
（4）水跃共轭水深的计算是这一部分的重点。
对于一般形状断面的明渠可以采用试算法和图解法。
矩形断面明渠的共轭水深计算依据下列公式（要求掌握并记住）。
（6—19） 或 （6—20）请注意：根据水跃函数曲线，跃前断面水深越小，，跃后断面的水深越大。
同时还要求能依据教材上提供的公式进行水跃能量损失和水跃长度的计算。
（5）水跌也是急变流，当水流从缓流向急流过渡时，水深是连续地逐渐减小的。
因此必定在某个位置水深正好等于临界水深h k ，通常这个位置在跌坎和从缓坡转向陡坡的变坡处略靠上游处，但距离很小。
为方便分析起见，我们就认为跌坎和变坡处的水深为临界水深h k ，也就是认为当发生水跌现象时，跌坎或变坡处的水深就是已知水深h k 。
在后面将要讨论的明渠恒定非均匀流水面曲线的分析中，我们把已知水深的断面称为控制断面。
水面线分析就是从已知水深的控制断面为起点，向上游或下游推进。
所以在进行水面曲线分析中，首先需要确定控制断面。
6.10棱柱体明渠恒定非均匀渐变流水面曲线分析（1）棱柱体明渠渐变流水面曲线分析的基本方程是（6—21）（2）明渠水流中存在两条水深线：即正常水深线N —N 和临界水深线K —K ；明渠中存在5种底坡：即缓坡、陡坡、临界坡、平坡和逆坡。
两条水深线把每一种底坡明渠的流动空间划分为2~3个流区，每个流区内能够形成一条水面曲线，因此共有12条不同型式的水面曲线，见图6—1。
22221211gA Q c h A gA Q c h A +=+]181[21222-+=Fr h h 22Fr 12--=K Q i ds dh ]181[22112-+=Fr h h为了区分不同的水面线，给每一条水面线标记代号，我们规定：在两条水深线之上、之间、之下的流区分别定义为a 、b 、c 区，用下标1、2、3、0和上角标“′”分别表示缓坡、陡坡、临界坡、平坡和逆坡。
同时定义水深沿流程增加的水面线为壅水曲线，水深沿流程减小的水面线为降水曲线。
（3）根据（6—21）式分析，可以得到棱柱体明渠12条水面曲线，见图6—1所示。
这12条水面线存在如下规律： a ） 凡是a 、c 区的水面线必定是壅水曲线，凡是b 区的水面线一定是降水曲线。
b ） 正坡长直渠道的上下游相当远的地方可以看作是均匀流，其水深等于正常水深。
c ） 水面线趋近于临界水深线K —K 时，趋向于与K —K 线正交，即会发生水跃或水跌。
水面线趋近于正常水深线N —N 时，会向N —N 线渐近。
d ） a 型水面线的下游和b 0、b ＇型水面线的上游都渐近于水平线。
e ）因为外界干扰在急流中不能向上游传播，所以急流的控制断面在上游；而缓流正好相反，它的控制断面在下游。
f ）当两段底坡不同的渠道，它们的水面线相连接时，按下列情况去分析：i ）从缓流向急流过渡会形成水跌，由急流向缓流过渡必定会产生水跃。
ii ）由缓流向缓流过渡只影响上游，下游仍为均匀流；由急流向急流过渡只影响下游，上游仍为均匀流。
iii ）临界底坡中水流的流动形态，要根据相邻渠道的底坡来确定。
如果上游渠道为缓坡，则可当作从缓流到缓流过度，只影响上游；若上游渠道为陡坡，则当作从急流过度到急流，只影响下游临界坡上的水流。
请注意：在实际工程设计中，要避免出现临界坡，因为这种底坡渠道内的水流极不稳定。
iv ）当渠道中有建筑物时，已知经过建筑物水流水深处的断面也是水面线分析中的控制断面，如堰、闸出流的收缩水深处的断面。
（4）定性分析水面曲线的步骤a ）求出渠道正常水深h 0和临界水深h k ，然后将渠道的流动空间分区。
需要注意：只有在正坡渠道中才存在h 0，而且随着底坡i 的增大，正常水深h 0将减小；而临界水深h k 是与底坡i 无关的。
b ）选择已知水深的断面作为控制断面。
c ）由控制断面处的已知水深确定所在流区的水面线形式，根据水面线变化规律，从控制断面分别向上游或下游确定水面线的变化趋势。
水面线分析过程可以参见教材中的实例。
6.11明渠恒定非均匀渐变流水面曲线的计算（1）计算水面曲线的基本方程（6—22） 采用分段求和法的差分方程形式为（6—23） 式中E sd 和E su 分别表示流段下游和上游断面上的断面比能，J 为△S 流段的平均水力坡度。
（2）应用差分方程（6—23）式计算水面曲线的步骤如下：a ）定性分析棱柱体渠道的水面曲线，确定是壅水曲线还是降水曲线。
非棱柱渠道不用分析。
b ）确定控制断面水深，缓流自下向上游计算，急流自上向下游计算。
c ）将渠道分成若干渠段，根据水面线分析，假设与已知水深断面相邻断面的水深h i ，且一般取两水深差值△h =0.1~0.3 m 。
d ）对某一个流段按下面过程计算△S 。
已知h d （或h u ）→E sd （E su ） 假设h u （或h d ）→E su （E sd ） 由 h d →C d 、R d 、V d →J d 由 h u →C u 、R u 、V u →J ue ）将所计算流段的假设水深h u （或h d ）作为下一个流段的已知水深h d （或h u ）。
重复d ）步骤计算，即可求出水面线各断面处的水深。
f ）按一定比例绘制出水面曲线h =f （S ）。
（3）水面曲线的计算还可以采用水力指数法和数值积分法，目前最常用的还是上述分段求和法。
分段求和法可以采用J i RC i K Q i dS dE s -=-=-=2222υsu sd E E s E -=∆Ji E E J i E S su sd s --=-∆=∆)(21u J d J J +=J i E S s -∆=∆通用程进行计算。
水面曲线计算的实例请阅读教材中的例6—13。
6.12弯道缓流的运动特性（1）弯道水流受到离心惯性力的作用，过水断面存在横向水面坡度或者称为横向超高Δh ，即凹岸侧水面高，凸岸处水面低。
在河流弯道整治规划设计中，要考虑横向超高对弯道两岸堤防高程的影响。
（2）水流在流经弯道时，由于重力和离心力的共同作用，断面内形成横向环流，也称为副流。
横向环流与纵向主流运动的叠加，使弯道水流呈螺旋流运动状态。
弯道横向环流运动，加剧了泥沙在横断面上的输移，使得凹岸不断被冲刷、凸岸不断发生淤积，增加了河道的弯曲程度，危及堤岸的稳定与安全，同时会影响航道、引水工程的正常运行。
因此，在河道管理中需对弯道水流特别加以关注。
此外，我们也利用弯道水流的水沙运动特性，把引水口门设在凹岸，这样在引水的同时可以尽量减少引沙，从而可以减少引水渠系的泥沙淤积。
【思 考 题】6—12 试叙述水跃的特征和产生的条件。
6—13 如何计算矩形断面明渠水跃的共轭水深？在其它条件相同的情况下，当跃前水深发生变化时，跃后水深如何变化？6—14 在分析棱柱体渠道非均匀流水面曲线时，怎样分区？怎样确定控制水深？怎样判断水面线变化趋势？6—15 棱柱体渠道非均匀流水面曲线的分析和衔接的基本规律是什么？6—16 叙述弯道水流的运动特性和它的危害和有利的方面。
【解 题 指 导】思6—13提示：在其它条件相同的情况下，跃前水深越小(即Fr 1越大)，则跃后水深越大；反之，跃前水深越大，则跃后水深越小。
例题6—3 某矩形断面渠道在水平底板上设置平板闸门，矩形断面渠道的宽度为b =5.0 m 。
当闸门局部开启时，通过的流量Q = 20.4 m 3/s ，出闸水深为h 1 = 0.62 m ，如果要求在出闸水深h 1 = 0.62 m 处发生水跃，试计算闸下游渠道内的水深h 2。
解：渠道中的单宽流量为q = 54.20=b Q = 4.08 m 3/s ·m 取动能修正系数α= 1.0，临界水深为h k = 19.18.908.43232==g q m ∵ h 1 ＜ h k ，∴闸下水流是急流。
跃前水深h 1 = 0.62 m ，跃后水深为h 2 = 05.2162.08.908.481262.01812323121=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-⨯⨯+=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-+gh q h m 即要求闸下游渠道内的水深为2.05m 。
)解：上述两图的水面线如下图所示。
首先将正常水深线和临界水深线标注上，然后一、第7章 过流建筑物的水力计算【内容提要和学习指导】这一章的主要任务是学习堰、闸和桥涵的过流特性和水力计算以及水跃消能的水力设计。
学习本章我们要了解堰流和闸孔出流的特点和互相转化的分界条件，以便正确选择对应的公式进行设计计算。
本章有众多的经验公式和经验系数，我们要了解公式中各种系数的物理意义和影响因素，众多的经验公式不必强记，但要会利用公式或图表来确定计算中所需的流量系数、淹没系数、侧收缩系数的数值。
7.1 堰流、闸孔出流的特点和区别（1）堰流和闸孔出流的特点：堰流和闸孔出流都属于急变流，都是壅高水位以后，靠重力作用形成的水流运动，其能量损失以局部水头损失为主。
堰和闸都是属于控制建筑物，用于控制水位和流量。
（2）堰流和闸孔出流的区别：堰流的上部不受闸门控制，水流自由表面是连续光滑的；而闸孔出流正好相反，由于受到闸门的控制，自由表面被闸门截断。
堰流和闸孔出流的这种差异导致它们的水流特征、过水能力和规律都不相同。
（3）堰流与闸孔出流是密切相关的，当闸门开度e 大于一定值，闸门底缘对水流没有约束时，闸孔出流转化为堰流。
其判别标准是：闸底坎为平顶宽顶堰时： e /H ≤0.65为闸孔出流，e /H ＞0.65为堰流；闸底坎为曲线型宽顶堰： e /H ≤0.75为闸孔出流，e /H ＞0.75为堰流。
7.2 堰流的分类根据堰顶的宽度δ与堰顶水头H 的比值可以将堰分为三类：当δ/H ＜0.67为薄壁堰，薄壁堰具有稳定的水位流量关系，常用于流量的量测；当0.67＜δ/H ＜2.5为实用堰，用于水利枢纽的挡水和泄水建筑物；当2.5＜δ/H ＜10为宽顶堰，在渠系中广有泛应用。
堰流还可以进一步分为自由出流和淹没出流、有侧收缩和无侧收缩堰流。