水力学的任务及发展概况

《水力学》课程教学大纲（参考学时60）１、课程性质水力学是水务管理专业的一门主要的专业基础课程２、课程目的水力学课程的主要任务是使学生掌握液体运动的一般规律和有关的基本概念、基本理论，学会必要的分析计算方法和一定的实验操作技术，为学习专业课程，从事专业技术工作，进行科学研究打下必要的坚实基础。

３、与其它课程的联系与分工学生学习水力学以前必须学完高等数学、工程力学等课程。

这样，对于有关内容，如微分、积分、矢量、偏导数、泰勒公式、微分方程、液体的物理特性、动能定律、动量定律具有一定的基础，在水力学中主要是运用这些知识，不必详细讲解。

水力学的后续课程是节水技术、水利工程概论、水文学原理等，本课程只讲述各种典型情况下的水流现象及必需的水力学计算方法。

４、课程内容（１）基本内容第一章、绪论水力学的任务及其历史的发展，液体的连续介质模型，液体的主要物理性质，作用在液体上的力。

第二章、水静力学静水压强及其特性，质量力为重力的静水压强基本方程，静水压强的量测，作用于平面上的静水总压力，作用于曲面上的静水总压力。

第三章、液体运动的基本原理水流运动的基本概念，液体运动分类，恒定流连续性方程，恒定流沿流束的能量方程，实际液体恒定总流的能量方程，实际液体恒定总流动量方程。

第四章、水流阻力与水头损失阻力和能量损失问题概述，沿程阻力与局部阻力，沿程水头损失与切应力的关系，液体内部的运动形态──层流，紊流，紊流运动要素的脉动及附加切应力，层流流速分布及阻力系数，紊流流速分布及阻力系数，实际明渠与管道中沿程水头损失与阻力系数的实例及实验。

第五章、孔口、管嘴出流和有压管路液体薄壁孔口的恒定出流，液体经管嘴的恒定出流，短管的水力计算，长管的水力计算，管网的水力计算基础，直接水击和间接水击的压强计算。

第六章、明渠恒定均匀流明渠水流，水利工程中的明渠均匀流问题，明渠边壁几何特性和水力特性，明渠水流特性及产生均匀流的条件，明渠均匀流的水力计算，明渠水力最佳断面，复式断面明渠均匀流水力计算。

环境水力学的发展趋势和前景展望环境水力学是一门新兴学科,其研究内容尚在探索与发展中。

广义地讲,环境水力学研究与环境有关的水力学问题,除水污染、水生态问题外还有许多其它方面的问题,如水土保持、河道冲淤、洪水破坏作用、冰凌水力学等等。

美国环境与水资源研究所环境水力学技术委员会提出“环境水力学特别着重于将物理因素(水动力学、泥沙输移和地形条件)、化学因素(保守与非保守物质的传输、反应动力学和水质)和生物因素(生态学)作为一个系统来进行研究”。

从与水污染有关的水力学问题来说,环境水力学主要研究地面及地下水域中物质的扩散、输移和转化规律,建立其分析计算方法,确定物质浓度的时空分布及其应用。

工农业生产及生活中的污水、废热，未经足够处理，就排入河流、湖泊、海洋及地下水等水域中，污染水体，恶化水质，日益严重地影响生态、环境。

污染物在水体中会因与水体混合，随水流输移而稀释；也会因化学、生物作用而降解。

因此，水体本身有一定的自净能力。

环境水力学研究的方法有现场观测、模型试验、理论分析、数值计算等。

由于因素复杂，环境水力学具有跨学科性质，除流体力学外，还涉及化学、生物学、生态学的许多边缘内容。

它既是现代水力学的新分支，又是水资源保护和环境工程的重要组成部分，将日益受到重视而有着广阔的发展前景。

环境水力学的发展20世纪70年代以来,随着水环境问题研究的深入和相关学科及应用技术的发展,环境水力学无论在深度和广度上都取得了很大的进展。

a.远区紊动扩散与离散的研究从对规则边界中的恒定流动向复杂流动和非恒定流动发展,如天然河流、山区河流、分汊河段、交汇河段、潮汐河段、尾流、分层流等。

b.与污染近区有关的射流理论由规则边界中静止环境内的平面与单孔射流向复杂流动中的复杂射流发展,如横流、分层流、浅水域射流,潮汐流中的多孔射流、表面射流、旋动射流等。

射流理论在水污染问题中的一个重要应用是分析计算排污混合区。

1985年美国环境保护局推荐了5个污水排海稀释度计算模型(UPLUME,UOUT2PLM,UMERGE,UDKHDEN和ULINE),后经修改与完善,于1992年又推出了RSB和UM两个计算模型,1995年又将这两个模型并入含有远区稀释度计算的PLUMES软件,从而使PLUMES模型能进行近区和远区的稀释计算。

第一章绪论第一节水力学的任务及其发展概况一、水力学的任务及意义1.水力学任务水力学是研究液体的平衡和机械运动规律及其实际应用的一门学科，是力学的一个重要分支。

1.1 对象：液体，以水为代表，又如，石油等1.2 内容：（1）液体平衡和机械运动规律（宏观的，非微观的运动）（2）在工程（水利工程等领域）上应用（用于人类改造自然的活动）注：实验在在哲学上属于实践的范畴其成果是检验水力学理论的唯一标准2 学习水力学的意义以水利工程为例，说明水力学的广泛应用2.1液体对建筑物的作用力问题当关闭闸门，水库蓄水时，为了计算闸门的强度、刚度、校核大坝的稳定性，必须考虑上下游水对大坝和闸门的作用力管道水击调压井。

2.2泄水建筑物的过流能力问题当渲泄洪水时，必须确定校核大坝所能够通过流量，以确保大坝安全泄洪；或已知泄量，确定大坝的溢流宽度。

2.3泄水建筑物的下游泄洪消能问题由于大坝壅高水位，泄洪时，下游的水流动能较大，会冲击河床，危及大坝的安全。

因此，必须采取工程措施，消耗过大的动能，减轻对河床的冲刷。

2.4河渠水面曲线计算问题2.5泄水建筑物的渗流问题大坝建成后，水流会通过土壤、岩石中的缝隙渗流，对坝基产生作用力，同时产生渗透变形，会危及大坝的安全。

二、水力学的发展简史1. 古代中国水力学发展几千年来，水力学是人们在与水患作斗争发展生产的长期过程中形成和发展起来的。

相传四千多年前（公元前2070，夏左右）大禹治水他采用填堵筑堤,疏通导引方法，治理了黄河和长江。

例如，《庄子·天下篇》所说，大禹“堙（yin）洪水，决江河，而通四夷九州”，治理了“名川三百，支川三千，小者无数”。

春秋战国末期（公元前221前左右）秦国蜀郡太守李冰在岷江中游修建了都江堰，闻名世界的防洪灌溉工程，消除了岷江水患，灌溉了大片土地，使成都平原成为沃野两千年来，一直造福于人类。

都江堰工程采取中流作堰的方法，把岷江水分为内江和外江，内江供灌溉，外江供分洪，这就控制了岷江急流，免除了水灾，灌溉了三百多万亩农田。

《水力学》课程教学大纲适用对象：建筑水电技术专业执行时间：总学时：48课时一、课程性质水力学是水利类各专业必修的一门主要专业基础课。

水力学的任务是研究液体（主要是水）的平衡和机械运动的规律及其实际应用。

通过本课程的学习，使学生掌握水流运动的基本概念、基本理论与分析方法，理解不同水流的特点，学会常见水利工程中的水力计算，并具备初步的试验量测技能。

二、课程目标水力学的任务是通过各种教学环节，使学生掌握水力学的基本理论、水力计算方法和水力实验的基本操作技能，为学习专业课程，从事专业工作和进行科学研究打下一定的基础。

三、教学方法和手段课题讲授：以讲授为主，培养学生的自学能力；将课堂知识与工程实例结合，培养学生解决工程实际问题的能力。

四、教学要求第一章绪论教学内容：第一节水力学的任务及其发展概况1、水力学的任务2、水力学发展简史第二节液体的主要物理性质及其作用在液体上的力1、液体的质量和密度2、液体的重量和容重3、液体的粘滞性4、液体的压缩性5、液体的表面张力6、作用于液体上的力第三节液体的基本特征和连续介质1、液体的基本特征2、连续介质假设3、理想液体的概念第四节水力学的研究方法1、科学试验2、理论分析3、数值计算教学要求：了解液体运动的基本规律及研究液体运动规律的一般方法，掌握液体的主要物理性质。

重点：液体的主要物理性质难点：液体粘性产生原因及作用第二章水静力学教学内容：第一节静水压强及其特性1、静水压强2、静水压强的特性第二节液体的平衡微分方程式1、液体平衡微分方程式2、力势函数和平衡微分方程式的积分3、等压面第三节重力和几种质量力同时作用下的液体平衡1、力作用下静水压强的基本公式2、种质量力同时作用下的液体平衡第四节压强的表示方法及度量1、绝对压强、相对压强、真空及真空度2、压强的表示方法3、水头和单位势能4、压强的量测第五节作用于平面上的静水总压力1、静水压强分布图与作用于矩形平面上的静水总压力2、用分析法求任意平面上的静水总压力第六节作用于曲面上的静水总压力教学要求：掌握静水压强的特性，压强的表示方法及计量单位，掌握液体平衡微分方程与水静力学的基本方程，掌握液柱式测压仪的基本原理，能熟练计算作用在平面、曲面上的静水总压力。

849水力学
【实用版】
目录
1.水力学的定义和重要性
2.水力学的研究领域和方法
3.水力学的发展历程和现状
4.水力学的应用实例
5.我国在水力学领域的发展及成就
正文
水力学，作为力学的一个分支，主要研究水流的规律和相关现象。

它涉及到许多方面，如水的力学性质、水流运动、水力工程等，具有广泛的应用价值。

水力学的研究领域主要包括：水的基本力学性质，如水的密度、黏度等；水流运动，如流速、压力等；水力工程，如水库、水坝、渠道等。

这些领域的研究，对于理解水的运动规律，预测和防止水灾，设计水力发电站等具有重要意义。

水力学的发展历程悠久，早在古希腊时期，就有学者对水流运动进行研究。

随着科学技术的发展，水力学得到了长足的发展。

近年来，计算机技术的应用，使得水力学的数值模拟和实验得到了突破性的发展。

水力学在我国的应用实例众多，如长江三峡水利枢纽工程、南水北调工程等，这些工程在防洪、发电、供水等方面发挥了巨大的作用。

同时，我国在水力学领域的研究也取得了世界领先的成果。

总的来说，水力学是一门重要的学科，它对于人类利用和保护水资源具有重要的意义。

第1页共1页。

绪论第一节水力学的研究对象与任务一、水力学的研究对象水力学是研究液体机械运动规律及其工程应用的一门科学。

液体的种类很多，如水、石油、酒精、水银等。

由于工程实际中最为常见的液体是水，便以水作为研究液体的代表，故称水力学。

实际上，水力学的基本原理与水力计算的一般方法不仅适用于水，而且也适用于一般常见液体和可忽略压缩性影响的气体。

事实上，当气体的运动速度远比音速为小时，在运动过程中其密度的变化很小（当气体运动速度小于68m/s时，密度的变化为1%；当气体运动速度小于150m/s时，密度的变化也只有10%），当然可视为不可压缩，及可以忽略压缩性的影响。

在实际工程中，燃气的远距离输送需考虑气体的压缩性、水击现象需考虑水体的压缩性、热水采暖需考虑水的压缩性和热胀性。

除此而外，绝大多数工程问题都可以不考虑压缩性。

二、课程性质及结构体系水力学是一门技术基础课，即专业基础课，它介乎于基础科学与工程技术之间。

它一方面根据基础科学中的普遍规律（如质量守恒、能量守恒、动量守恒等），结合水流特点，建立自己的理论基础，另一方面又密切联系工程实际，发展学科内容。

这也就是说，水力学是继《普通物理学》《理论力学》之后开设的一门专业基础课，同时，在对液体的机械运动进行理论分析与数值计算的过程中，必然离不开《高等数学》这个有力的工具。

此外，由于水力学在工程实际中的应用相当广泛，这就使水力学的基本概念、基本理论以及水力计算的基本方法和实验研究的基本技能成为学习许多专业课程（如农田水利学、水工建筑物、水利工程施工、水电站、水泵站、地下水利用等）和从事专业研究的必备基础。

而工程实际中基本和典型的水力学问题的理论分析和计算方法也就成为了本课程的重要组成部分。

三.水力学的应用水力学在工程实际中占的有相当重要的地位，广泛用于水利工程，水力发电工程，水文水资源，农田水利，机电排灌，河道整治，给排水，环境工程等领域。

在水利工程的勘测设计，施工和运行管理等各个环节都可能遇到大量的水力学问题。

812水力学（原创版）目录一、水力学简介二、水力学的研究领域三、水力学的重要应用四、水力学的发展前景正文一、水力学简介水力学是研究水流运动规律和力学性质的学科，它主要研究水在不同条件下的运动、变形、压力、摩擦、冲击等现象，并探讨如何利用和控制这些现象。

水力学既具有理论性，也具有实践性，是水利工程、土木工程、海洋工程等学科的重要组成部分。

二、水力学的研究领域水力学的研究领域主要分为以下几个方面：1.基础水力学：研究水流的基本规律，包括层流、紊流、边界层、漩涡等。

2.水流运动：研究水流在管道、渠道、水库、河流等中的运动规律，包括水流速度、压力、流速分布等。

3.水力荷载：研究水流对各种建筑物、构筑物的荷载，包括水压力、浮力、水流冲击力等。

4.水力发电：研究水力发电的原理和方法，包括水电站设计、水轮发电机组、水电站运行管理等。

5.水利工程：研究水利工程的设计、施工、运行管理等方面的水力学问题，包括河道整治、堤防设计、水土保持等。

三、水力学的重要应用水力学在许多领域都有着广泛的应用，以下是一些典型的应用实例：1.水利工程：在水利工程建设中，如水库、大坝、河道整治等，需要运用水力学原理来保证工程的安全、稳定和经济性。

2.水力发电：水力发电是利用水流的动能转换成电能的一种清洁能源，水力学在水力发电中起着关键作用，包括水轮发电机组的设计、水电站的运行管理等。

3.土木工程：在水工建筑物、桥梁、港口等土木工程中，水力学原理被用于研究和解决水流对建筑物的影响，如水流荷载、水流冲击力等。

4.环境保护：在水环境治理、水污染防治等方面，水力学原理也被广泛应用，如水流混合、污染物扩散等。

四、水力学的发展前景随着我国经济的快速发展，基础设施建设不断加强，水力学在许多领域的应用将更加广泛。

在未来，水力学的发展前景可从以下几个方面展望：1.理论研究：随着科学技术的进步，水力学理论研究将不断深入，为解决实际工程问题提供更有力的理论支持。

水力学的任务及发展简史一、水力学的任务水力学是研究液体的机械运动规律及应用这些规律解决工程实际问题的一门科学。

水力学的研究对象是以水为代表的液体，其基本原理不仅适用于水，也适用于水的性质相似的液体（油、汞、酒精等）和可以忽略压缩性(既流速小于音速)的气体。

水力学是力学的分支，包括水静力学和水动力学。

水静力学研究液体静止或相对静止状态下的力学规律及其应用，探讨液体内部压强分布，液体对固体接触面的压力，液体对浮体和潜体的浮力及浮体的稳定性，以解决蓄水容器，输水管渠，挡水建筑物，沉浮于水中的构筑物，如水池、水箱、水管、闸门。

堤坝、船舶等的静水压力计算问题。

水动力学研究液体运动状态下的力学规律及其应用，主要探讨管流、明渠流、堰流、孔口流、射流、渗流的流动规律，以及流速、流量、水深、压力、水工建筑物结构尺寸的水力计算，以解决给水排水、道路桥涵、农田排灌、水力发电、防洪排涝、河道整治、水资源工程、环境保护工程、港口工程、航运、交通、石油化工中的水力学问题。

随着经济建设的发展，水力学学科衍生了一些新的分支，如研究河床演变问题的动床水力学，在计算机基础上产生出的计算水力学，研究环保问题产生出的环境水力学，以及生态水力学、随机水力学等。

虽然在工程中所遇到的水力学问题各式各样，但基本问题可以归结为如下几个方面：（1）计算水流对建筑物的作用力；（2）计算建筑物的输水能力及尺寸；（3）水流机械能的利用和损失；（4）计算河渠水面曲线；（5）建筑物下游水流衔接与消能；（6）建筑物的渗流。

此外，还有一些特殊水力学问题，如管、渠非恒定流，高速水流中的空蚀、振动、掺气，挟沙水流，波浪运动等。

水力学的任务是研究液体的机械运动规律并应用这些规律去解决工程中的各类水力学问题。

二、水力学发展简史水力学作为学科而诞生始于水静力学。

公元前400余年，中国墨翟在《墨经》中，已有了浮力与所排液体体积之间关系的设想。

公元前250年，阿基米德在《论浮体》中，阐明了浮体和潜体计算方法。