- •Курс лекций
- •Раздел 1. Гидравлика
- •1.1. Основные физические свойства жидкостей и газов. Гидростатика.
- •1.1.1. Основные физические свойства жидкости
- •Реальная и идеальная жидкость.
- •1.1.2. Гидростатика Абсолютный и относительный покой (равновесие) жидких сред. Силы, действующие в жидкостях
- •Гидростатическое давление и его свойства
- •Основное уравнение гидростатики
- •Принцип действия гидростатических машин
- •Избыточное давление. Способы выражения гидростатического давления
- •Суммарное давление жидкости на плоскую поверхность
- •Центр давления жидкости на плоскую поверхность
- •Графический способ определения величины суммарного давления жидкости на плоскую поверхность и положения центра давления
- •Суммарное давление жидкости на криволинейную поверхность
- •1.2. Основы кинематики и динамики жидкости
- •1.2.1. Основы кинематики жидкости Общий характер движения жидких частиц
- •Кинематические элементы движущейся жидкости
- •Уравнение сплошности (неразрывности) течения
- •Понятие о потоке жидкости
- •Гидравлические элементы потока жидкости
- •Виды движения жидкости Неустановившееся и установившееся движение
- •Неравномерное и равномерное движение жидкости
- •Напорное и безнапорное движение жидкости
- •Режимы движения жидкости
- •Сопротивления при ламинарном и турбулентном движении
- •Распределение скоростей в потоке при ламинарном и турбулентном режимах
- •1.2.2. Основы динамики жидкости Методы изучения движения жидкости
- •Дифференциальное уравнение движения идеальной жидкости
- •Общая интегральная форма уравнений количества движения и момента количества движения
- •Конечно-разностные формы решения уравнений движения жидкости
- •Уравнение д. Бернулли для элементарной струйки идеальной жидкости Вывод уравнения Бернулли для элементарной струйки идеальной жидкости
- •Геометрический смысл уравнения Бернулли
- •Энергетический смысл уравнения Бернулли
- •Уравнение Бернулли для элементарной струйки реальной жидкости
- •Уравнение Бернулли для потока реальной жидкости
- •Учет гидродинамических явлений в технике Взаимосвязь уравнения неразрывности и уравнения Бернулли
- •Кавитация
- •Измерение скорости потока и расхода жидкости
- •1.3. Одномерное движение жидкости и газа
- •1.3.1. Гидравлические сопротивления Виды гидравлических сопротивлений
- •Основные понятия о потерях напора (энергии) на гидравлических сопротивлениях
- •Потери напора на трение по длине потока
- •Потери напора от местных сопротивлений
- •1.3.2. Движение несжимаемой жидкости в трубах Применение уравнения Бернулли и принципа сложения потерь напора к расчету коротких водопроводных труб
- •Из уравнения неразрывности для потока жидкости следует:
- •Построение пьезометрической линии
- •Гидравлический расчет длинных трубопроводов
- •Водопроводная формула
- •Обозначив
- •Расчет простого водопровода
- •Получим
- •Расчет элементов сложного трубопровода
- •Б. Параллельное соединение труб.
- •1.3.3. Движение сжимаемой жидкости (газа) Основные физические свойства газов
- •Общее уравнение энергии в интегральной и дифференциальной формах
- •Уравнение д.Бернулли для газов
- •Число Маха
- •Основные закономерности одномерного движения газа Зависимость между скоростью звука и скоростями течения сжимаемой жидкости
- •Зависимость между изменениями сечения и скоростью течения потока сжимаемой жидкости
- •Зависимость между изменениями плотности и скоростью течение потока сжимаемой жидкости
- •Применение уравнения Бернулли к расчету движения газа по трубам
- •1.3.4. Истечение жидкости через отверстия и насадки Классификация отверстий и основные характеристики истечений
- •Истечение из малого отверстия в тонкой стенке
- •Расход жидкости, вытекающей из отверстия будет равен
- •Истечение из большого отверстия в тонкой стенке
- •Истечение жидкости через насадки при постоянном напоре
- •Внешняя цилиндрическая насадка (рис. 3 – 1).
- •Истечение жидкости при переменном напоре
- •1.3.5. Движения жидкости в открытых руслах Виды движения жидкости
- •Типы открытых русл
- •Удельная энергия сечения
- •Критическая глубина
- •Бурное и спокойное состояние потока
- •Расчетные характеристики равномерного движения в открытых руслах
- •Гидравлические элементы поперечного профиля канала
- •Основные зависимости для расчета равномерного движения в призматических руслах
- •Поделив все члены уравнения (1 – 1) на вес жидкости ..L и группируя все слагаемые с одинаковыми индексами, получим:
- •Формула Шези
- •Гидравлически наивыгоднейшее сечение трапецеидального канала
- •Гидравлический показатель русла
- •Допускаемые скорости течения в каналах
- •Методы расчета равномерного движения в каналах
- •Особенности расчет равномерного безнапорного движения в каналах замкнутого поперечного профиля
- •Приближенные расчеты равномерного движения в естественных руслах
- •Основные задачи при гидравлическом расчете каналов
- •Параметры неравномерного движения жидкости в открытых руслах
- •Основное уравнение неравномерного движения
- •Удельная энергия сечения потока
- •Критическое, спокойное и бурное состояние потока
- •Гидравлический прыжок
- •Уравнения неравномерного плавноизменяющегося движения жидкости в непризмагических руслах
- •Дифференциальные уравнения неравномерного плавноизменяющегося движения в призматических руслах
- •Общий анализ дифференциальных уравнений неравномерного движения в призматических руслах
- •Формы свободной поверхности при неравномерном плавноизменяющемся движении в призматических руслах
- •Типы задач при расчете неравномерного движения жидкости в призматических руслах
- •Прямые задачи расчета неравномерного движения жидкости в призматических руслах
- •Обратные задачи расчета неравномерного движения жидкости в призматических руслах
- •Построение кривых свободной поверхности потока неравномерного движения жидкости в непризматических руслах
- •Построение кривых свободной поверхности потока неравномерного движения жидкости в естественных руслах
- •1.3.6. Водосливы
- •Классификация водосливов
- •Расход через прямоугольный водослив
- •Бреши в плотинах. Расход воды через бреши
- •1.3.7. Относительное движение жидкости и твердого тела Общие понятия
- •Сопротивление трения при обтекании плоской пластины
- •Отрыв пограничного слоя
- •Распределение давления по поверхности обтекаемого тела. Сопротивление давления
- •Суммарное сопротивление при обтекании твердого тела
- •Сопротивление воды движению плавающих средств
- •Составляющие силы полного сопротивления
- •Влияние гидродинамической поддерживающей силы Rz
- •Подъёмная сила
- •Аэродинамические сила и момент
- •Аэродинамические коэффициенты профиля
- •Определение аэродинамических коэффициентах профиля
- •Осаждение (всплывание) твердых частиц, капель жидкости и газовых пузырей в жидкости
- •Скорость равномерного осаждения или всплывания твердого тела в жидкости.
- •Особенности осаждения (всплывания) капель жидкости и газовых пузырей.
- •1.3.8. Распространение возмущений, вызванных местным изменением давления Гидравлический удар
- •Определение повышения давления в трубопроводе
- •Пути борьбы с гидравлическим ударом
- •Ударные волны в газах
- •Ударные волны, как одно из важных проявлений сжимаемости газа
- •1.3.9. Движение грунтовых вод
- •Основной закон ламинарной фильтрации
- •Равномерное безнапорное движение грунтовых вод
- •Формула Дюпюи
- •Неравномерное безнапорное плавноизменяющееся движение грунтовых вод, плоская задача
- •Приток воды к грунтовому колодцу
- •Приток воды к водосборной галерее
- •Расчет осушительной сети (дренажей)
- •1.3.10. Виды движения воды в открытых руслах
- •Неустановившееся движение воды в открытых руслах
- •Примеры неустановившихся потоков
- •Расчет неустановившегося течения
- •Параметры волн прорыва, методы их расчета
- •График движения волны прорыва
- •Графики интенсивности изменения характеристик затопления во времени
- •2.1.11. Гидравлика мостов
- •Требования сНиП по расчет мостов на воздействие водного потока (сНиП 2.05.03-84. Мосты и трубы)
- •Методы расчета отверстий мостов и общих деформаций подмостовых русел
- •Для определения глубины под мостом и ширины отверстия моста
- •2.1.12. Гидравлическое моделирование Виды моделей
- •Геометрическое, кинематическое и динамическое подобие. Коэффициенты подобия
- •Полное и частичное динамическое подобие. Критерии динамического подобия
- •Основные правила гидравлического моделирования
- •Моделирование напорных потоков
- •Моделирование безнапорных потоков
- •Моделирование при геометрическом искажении модели
- •Воздушно-напорное моделирование потоков со свободной поверхностью
- •Моделирование движения наносов и размывов русла
- •Натурные исследования
- •Раздел 2. Гидрология
- •2.1. Общие определения речной гидрологии
- •2.1.1. Предмет гидрологии и гидрометрии
- •2.1.2. Круговорот воды в природе Определение круговорота воды в природе
- •Водный баланс
- •2.1.3 Водные ресурсы
- •2.1.4. Сток воды и его характеристики Основные понятия о стоке воды
- •Гидрологические характеристики стока
- •Факторы, влияющие на величину стока
- •2.1.5. Гидрографическая сеть и речная система Типы водных объектов
- •Водосборы и водоразделы
- •Гидрографическая сеть
- •2.1.6. Общая характеристика рек
- •2.1.7. Морфометрические и гидрографические характеристики рек
- •Морфометрические характеристики реки
- •2.1.8. Динамика речного потока
- •2.1.9. Гидрографические характеристики рек
- •2.1.10. Движение наносов и русловые процессы Образование наносов
- •Механизм взвешивания и перемещение наносов
- •Режим стока наносов
- •Расход взвешенных наносов
- •Распределение взвешенных наносов
- •2.1.11. Русловые деформации Русловые процессы и русловые деформации
- •Типы русловых процессов
- •Способы определения устойчивости и подвижности русел рек
- •2.1.12. Каналы
- •2.1.13. Водоемы и болота
- •2.1.14. Болота
- •2.2. Речная гидрометрия
- •2.2.1. Организация гидрологических наблюдений Мониторинг водных объектов
- •Состав и организация Гидрометрической службы в рф
- •Организация наблюдений и обработки данных
- •2.2.2. Непосредственное измерение характеристик реки Измерение уровней и глубины воды
- •6.2.1.1. Определение уровня (глубины) воды: а) мерной рейкой; б) лотом ; в) эхолотом
- •Измерение скоростей течения в реке
- •Определение расходов воды в реке
- •Определение расходов воды речных потоков аэрогидрометрическими методами
- •Определение расходов воды речных потоков по уклону и живому сечению
- •Определение расходов наносов и мутности
- •Измерение толщины льда
- •2.2.3. Обработка результатов измерений Графики колебаний уровней
- •Кривые связи уровней воды по водомерным постам.
- •Гидрограф
- •Кривые связи расходов и уровней воды в реке
- •2.3. Гидрологические расчеты
- •2.3.1. Задачи и содержание расчетов по определению гидрологических характеристик
- •2.3.2. Нормативные документы
- •2.3.3. Гидрологическое прогнозирование
- •2.3.2. Применение математической статистики для определения расчетных гидрологических характеристик Методы получения гидрологических характеристик стока
- •Прогнозирование расходов воды в реке при наличии данных гидрометрических наблюдений
- •Прогнозирование расходов воды в реке расчетной вероятностью превышения (обеспеченностью) при отсутствии данных гидрометрических наблюдений
- •Прогнозирование максимальных расходов воды в реке расчетной вероятностью превышения (обеспеченностью)
- •2.3.3. Краткие сведения о регулировании речного стока Комплексное использование водных ресурсов
- •Задачи и виды регулирования стока
- •Регулирование высокого стока
- •Заключение
Регулирование высокого стока
Главной задачей регулирования высокого стока является регулирование паводков. Методы регулирования паводков и борьбы с наводнениями разрабатывались в течение многих лет.
Водохранилища. Одним из радикальных способов регулирования высокого стока является создание водохранилищ. Существует два вида противопаводковых накопителей: водохранилище регулируемого типа и водохранилище автоматического удержания паводкового сброса. В первом имеются затворы, которые закрываются, когда ниже по течению от них интенсивность паводка достигает критического уровня, а когда наводнение там прекращается, они вновь открываются. На выходе из водохранилища автоматического удержания паводка устраиваются водосбросные сооружения, которые достаточны для пропуска нормального расхода, но избыточный поток не пропускают. При паводке поток на выходе такого водохранилища постоянен, а в остальное время он меньше и зависит от притока воды. Часто водохранилища служат для защиты от паводков и одновременного решения иных задач: строительства гидроэлектростанций, ирригационных сетей, систем водоснабжения, обеспечения судоходства и т.п.
Дамбы обвалования и стенки защиты от наводнений. Такие гидротехнические сооружения самым непосредственным образом защищают от паводков те площади, возле которых они возводятся. Дамбы обвалования, представляют собой сплошные земляные насыпи; защитные стенки строятся из бетона и возводятся, как правило, в районах с развитой застройкой, где для насыпей просто не хватает места. В большинстве случаев рядом с такими сооружениями располагаются насосные станции, которые во время паводков используются для откачки ливневых и прочих сточных вод через канализационные коллекторы.
Увеличение пропускной способности водотоков. Разрушительное действие паводков можно ослабить, увеличивая пропускную способность водотоков, что достигается чисткой водотоков, спрямлением, расширением и углублением их русла.
Оборудование обводных русел и катастрофических сбросов.
Обводные каналы увеличивают пропускную способность водотоков, служат для направления паводков в обход защищаемых районов.
Мероприятия землеустройства. При надлежащем уходе за земельными угодьями и лесными массивами ливневые воды активно поглощаются почвой, и интенсивность паводковых потоков уменьшается. Возведение небольших плотин в верховьях водных потоков тоже помогает снизить опасность наводнений.
Заключение
В лекции рассмотрены основные определения «Гидравлики и гидрологии», которые позволят студенту целенаправленно изучать в дальнейшем учебную дисциплину.
В лекции по разделу «Гидравлика» рассмотрены основные законы равновесия и движения жидкостей и газов и применение этих законов к решению практических задач.
В лекции в разделе «Гидрология» даются характеристики основных элементов гидрографической сети, прежде всего, рек, их гидрологические характеристики, методы определения характеристик рек. Рассмотрены также способы и средства измерения уровней, глубин, скоростей; мутности потока (концентрации наносов); расходов воды, элементов, характеризующих ледовый режим потоко.
