《水力学及桥涵水文》课程教学大纲

1、水力学及桥涵水文课程教学大纲一、课程基本信息英文名称Hydraulics and Bridge Hydrology课程编号341100190课程类型学科选修课课程学分2课程学时36适用专业土木工程专业先修课程高等数学、理论力学、材料力学、概率论与数理统计后修课程桥梁工程课程负责人课程团队二、课程性质与定位水力学及桥涵水文是非水利类土木工程专业的一门技术基础课程，本课程内容包括两个方面：水力学的任务是以水为模型研究液体平衡和运动规律，侧重演绎推导和原理方法的运用，在交通土建、市政工程、水利和环境保护等领域都有广泛的应用；桥涵水文依靠实地调查的水文资料，应用数理统计分析方法选择设计值，通过水力学中

2、的水力计算原理解决工程问题，以此预估桥涵工程可能遭遇的水文情势。水力学及桥涵水文以微积分原理、微分方程、静力学、运动学和动力学分析、应力分析、数理统计原理等数学、力学知识作为基础，因此需要高等数学、理论力学、材料力学、概率论与数理统计等作为其先修课程。而桥涵水文等知识为桥梁工程等专业课作前期基础理论准备和专业素质培养。三、课程目标1.知识目标在学完本课程之后，学生能够：能够正确理解水力学的基本概念；掌握总流连续性方程、能量方程及其应用；掌握水力计算的基本公式与计算；认识水文现象的一般规律，掌握工程水文有关的基本概念、基本原理、基本方法；掌握设计流量的推算方法；掌握大中桥的孔径计算和标高计算；掌

3、握桥梁墩台的冲刷计算。2.能力目标静水压强分布图的绘图能力和能够正确计算平板上静水总压力；能够综合运用连续方程和伯努利方程求解过水断面压强和流量；对本专业常见的水流问题,具有分析和计算能力，主要包括：管道及明渠的断面尺寸和有压管道和明渠过流能力的确定；根据水文资料绘制经验和理论频率曲线以及求相应设计流量的能力；根据设计值确定大中桥孔径以及确定基础埋深的能力； 基本的水力学实验操作能力；工程项目中实际问题的分析与解决的能力。3.素质目标查取资料获取信息的能力； 能够自主学习新知识、新技术、新规范、新标准，具备可持续发展的能力； 独立制定计划并完成任务，并对完成的成果进行展示、分析、评价和总结的能

4、力； 融会贯通应用知识的能力，逻辑思维与创新思维能力； 归纳、推理与小结能力；工程意识、质量意识与社会责任意识。四、主要内容和要求第一章 水力学绪论【目的要求】1、掌握 掌握牛顿内摩擦定律及其应用；掌握连续介质及理想液体的概念2、了解 了解水力学研究的对象、特点；了解液体的主要物理性质；了解质量力和表面力的特点【教学设计建议】通过教师的背景知识介绍及师生互动，学生能正确认识水力学的地位、作用与其他课程的联系，明确水力学的学习内容目标，正确认识液体的主要性质与作用力类型。【讲授内容】1、水力学的基本概念2、液体的主要物理性质；连续介质和理想液体3、液体作用力的类型第二章 水静力学【目的要求】1、

5、掌握 掌握静水压强的特性；掌握静水压强的计算；掌握静水压强分布图的画法；熟练掌握平面壁面的静水压力计算2、熟悉 熟悉等压面的概念及应用；熟悉静水压强的度量；熟悉静水压强基本方程的意义【教学设计建议】课堂讲授为主，在讲授过程中，穿插大量工程实例以及例题，加强学生对静力学问题的感性认识，通过静水压强实验熟悉静水压强的基本规律。【讲授内容】1、静止液体压强的两个特征2、重力作用下水静力学的基本方程；等压面的概念和应用3、压强的表示和测量方法4、水静力学的基本方程的几何和物理意义5、静水压强分布图和作用于物体表面的静水总压力的计算第三章 水动力学【目的要求】1、掌握 掌握各种液流流动的基本特征及相互关

6、系；熟练掌握水流的连续方程、能量方程并能应用解决实际工程问题；掌握总流能量方程的几何、物理意义以及适用条件；掌握均匀流过水断面压强的分布规律2、熟悉 熟悉流线、元流、总流、流量、过水断面、断面平均流速等重要基本概念；熟悉测压管水头、总水头线、水力坡度、测压管水力坡度的概念3、了解 了解拉格朗日描述和欧拉描述；了解随体导数的概念；了解理想液体的运动微分方程【教学设计建议】本章以课堂讲授为主。水动力学的基本概念较多，容易混淆，需要引导学生在理解的基础上多比较。强调“守恒”二字在动力学中的重要性，突出公式的物理含义，将数学推演和工程实例教学结合起来对连续性方程和伯努利方程及其综合应用进行阐述。【讲授

7、内容】1、液体运动的描述方法和随体导数的概念2、水动力学的基本概念3、连续性方程4、理想液体的运动微分方程5、元流和总流的伯努利方程概念、意义、条件以及应用第四章 流动阻力和水头损失【目的要求】1、掌握 掌握液体运动的两种流态判别；掌握沿程阻力系数与雷诺数、边界条件的关系（尼古拉兹实验）；掌握计算沿程水头损失的达西魏斯巴赫公式和经验的谢才曼宁公式；熟练掌握短管的水力计算2、熟悉 熟悉局部水头损失的计算3、了解 了解水流阻力和水头损失的类型【教学设计建议】本章以课堂讲授为主。由前章未解决的水头损失如何确定这一问题切入，进而引入沿程水头损失和局部水头损失两个知识模块。沿程水头损失通过雷诺实验和尼古

8、拉兹实验带出主要内容，然后简单介绍局部水头损失的计算，最后用有压管流中的短管的水力计算这一实际问题结束本章。在课程讲述理论的同时，尽量穿插工程实例，增强学生将理论应用到工程的能力。【讲授内容】1、水头损失的分类2、雷诺实验和流态判别3、均匀流的基本方程和圆管均匀层流4、沿程水头损失的一般公式和尼古拉兹实验5、明渠流沿程水头损失的计算6、局部水头损失的计算7、短管的水力计算第五章 明渠均匀流【目的要求】1、掌握 掌握明渠均匀流的力学特性及产生条件；掌握明渠均匀流的水力计算与明渠最优水力断面的条件2、熟悉 熟悉明渠底坡的概念和明渠水流的几何特征以及水力要素3、了解 了解明渠水流的允许流速【教学设计

9、建议】本章课堂讲授为主。本章中，有大量与工程实际紧密联系的水力计算的内容，因此，本章的讲授将突出工程应用。【讲授内容】1、明渠流的基本概念2、明渠均匀流的力学特性及产生条件3、明渠均匀流的计算公式4、明渠均匀流的水力计算第六章 明渠非均匀流【目的要求】1、掌握 掌握明渠非均匀流渐变流水面曲线的类型及其变化规律2、熟悉 熟悉明渠三种流态的判别3、了解 了解明渠水流中三种流态的断面比能变化特点【教学设计建议】本章课堂讲授为主，突出非均匀流独有的特点。在介绍基本理论之后，可有条件的为学生进行水面曲线的演示实验，加深学生对理论的理解。【讲授内容】1、明渠非均匀流的概念和明渠水流的两种流动形态2、明渠中

10、干扰微波波速以及断面比能的概念3、水面线形状分析简介第七章 河川径流【目的要求】1、掌握 掌握径流形成的主要影响因素以及我国河流水量的补给类型2、熟悉 熟悉河流的分段特征以及河流的基本特征；熟悉流域的概念以及几何特征对径流的影响；熟悉径流的形成过程3、了解 了解山区和平原区河流；了解水文测验以及水文资料的收集【教学设计建议】本章采用课堂讲授为主，使得学生能正确认识桥涵水文的地位、作用与其他课程的联系，明确桥涵水文的学习内容目标，本章的内容需要学生对水文学有一定的感性认识和理解，因此与实例展示、课堂分组讨论相结合的方法结合进行学习效果较好。【讲授内容】1、河流与流域的概念和特征2、径流的形成过程

11、与影响因素3、水文测验4、水文资料的收集整理第八章 水文统计原理【目的要求】1、掌握 掌握经验累积频率曲线的绘制以及缺陷和缺陷的处理方法2、熟悉 熟悉设计洪水频率、重现期、累计频率的概念及应用；熟悉三个统计参数的含义，同频率曲线的关系；熟悉理论频率曲线的定义、作用以及适用我国的线型3、了解 了解水文统计的基本概念【教学设计建议】本章以课堂讲授为主。注重对频率密度曲线、累积频率曲线、设计洪水频率的关系阐述。利用实例讲解经验累积频率曲线的绘制和应用，在介绍三个统计参量之后结合实例讲解理论累积频率曲线的绘制和应用。【讲授内容】1、水文现象特征和分析方法2、几率与频率3、频率密度与累积频率以及重现期的

12、概念4、经验累积频率曲线5、统计参数的概念以及与频率曲线的关系6、理论累积频率曲线第九章 设计洪水流量【目的要求】1、掌握 掌握设计流量的概念，掌握推求设计流量的方法；掌握求矩适线法的步骤以及采用该方法的原因2、熟悉 熟悉资料中特大值的处理；3、了解 了解应用地区经验公式和暴雨资料推算设计流量【教学设计建议】本章以课堂讲授为主。主要分为三个模块，第一个模块介绍现行的水文统计方法进行洪水流量的计算以及特大值的处理；第二个和第三个模块应用实例介绍地区归纳法和成因分析法确定设计洪水流量。在进行课程讲述的同时，尽量穿插些工程实例，加深学生对如何确定设计洪水流量的理解。【讲授内容】1、设计洪水流量的推算

13、方法2、求矩适线法3、资料中特大值的处理4、地区归纳法和成因分析法第十章 大中桥孔径的计算【目的要求】1、掌握 掌握大中桥水力计算的内容、大中桥孔径计算特点；掌握桥孔长度、桥孔净长、桥面标高的含义，以及确定其应考虑的因素；掌握目前我国桥孔长度的计算方法；掌握桥面标高的计算2、熟悉 熟悉桥位河段的分类；熟悉不同河段桥孔布设的特点；熟悉水流图式反应的内容3、了解 了解桥孔布置的原则【教学设计建议】本章课堂讲授为主。首先可采用课堂展示、分组讨论的方法学习各类河段上桥孔的布设特点，接下来教授学生利用设计值确定大中桥两个设计内容桥孔长度和桥面标高。本章需要理解记忆的内容较多，建议教师结合实例使学生理解的

14、基础上进行记忆。【讲授内容】1、桥位河段水流图式和桥孔布设2、桥孔长度的概念和利用冲刷系数法和经验公式法计算3、桥面高程的计算公式以及各种水面升高值的计算第十一章 桥墩桥台冲刷计算【目的要求】1、掌握 掌握桥下河床的冲刷类型以及各自形成原因；掌握桥墩桥下河槽最低冲刷线高程以及基础底面埋置高程的计算2、熟悉 熟悉粘性土和沙性土河床一般冲刷以及局部冲刷深度的计算3、了解 了解河流的泥沙运动、河床演变的基本知识【教学设计建议】本章课堂讲授为主，本章涉及规范内容较多，因此并可结合引导学生课堂讨论、图片展示、课下自学、查询规范等方法进行学习。【讲授内容】1、桥梁墩台的冲刷类型2、桥下河床的一般冲刷深度计

15、算3、桥梁墩台局部冲刷深度计算4、墩台基底的最小埋置深度的计算第十二章 小桥孔径计算（自学）【目的要求】1、熟悉 熟悉小桥孔径、涵洞孔径的计算方法；熟悉涵洞进出口沟床的加固与防护措施3、了解 了解小桥涵的类型选择以及布置要求【教学设计建议】本章以学生自学为主，教师辅导为辅，学生主要自学小桥涵孔径计算和小桥涵的构造。【讲授内容】1、小桥和涵洞勘测2、小桥孔径计算3、涵洞孔径计算4、小桥和涵洞的进出口处理五、学时分配建议表理论教学内容学时第一章 水力学绪论2第二章 水静力学3第三章 水动力学5第四章 流动阻力和水头损失5第五章 明渠均匀流3第六章 明渠非均匀流2第七章 河川径流2第八章 水文统计原

16、理4第九章 设计洪水流量2第十章 大中桥孔径的计算4第十一章 桥墩桥台冲刷计算2合计34六、实施建议1、教学组织本课程在教学方式上，可以结合采用课堂讲授、课外作业、习题课和实验教学等多种方式。（一）课堂讲授本课程涉及较多的数学与力学知识，内容抽象。因此在讲课的过程中应尽可能地联系生活和工程实际，尽量避免复杂的理论推导。通过讲解水静力学的基本原理、水动力学的守恒定律、水力计算、统计方法确定设计流量以及桥孔长度、桥面标高以及基础埋深的计算等知识的发生过程，培养学生解决问题的能力。（二）课外作业课外作业的内容选择基于理论的理解和巩固，培养综合计算和分析，判断能力以及充分利用图书馆资源及互联网资源的能力。（三）习题课习题课以典型例题分析为主，并适当安排开阔思路及综合性的练习及讨论。（四）实验教学理论分析和实验操作并重，逐步培养学生的实验动手能力，并进一步培养学生设计实验和通过实验分析解决问题的能力。2、教材选编1 王亚玲编.水力学.北京：人民交通出版社，20052 高冬光、王亚玲编.桥涵水文（第四版）.北京：人民交通出版社，20083、教学团队要求本课程负责人和主讲教师学术水平高，教学能力强，经验丰富，特色鲜明；要求教师队伍知识结构、年龄结构合理；在教学过程中认真、责任感强，若有条件可配备专门的辅导教师。4、教学评价本课程采用闭卷考试，试题针对基本概念