- •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
Водосборы и водоразделы
Каждый водный объект на поверхности суши (река, озеро, море, океан) имеет свою область питания, или водосбор (бассейн), представляющий собой часть земной поверхности и толщу почв и горных пород, откуда вода поступает к водному объекту.
Водосборы (бассейны) водных объектов отделяются друг от друга водоразделами, т. е. линиями, проходящими по наивысшим точкам земной поверхности, расположенной между ними.
Главный водораздел земного шара разделяет всю поверхность Земли на два склона (покатости) Атлантико-Ледовитую и Тихоокеанско-Индийскую, по которым воды суши стекают в Мировой океан. Он проходит по Южной и Северной Америке, Азии и Африке и тянется от мыса Горн по Андам, Скалистым горам до Берингова пролива, по восточному нагорью Азии, пересекает его в широтном направлении, а затем продолжается вдоль восточной окраины Африки к ее южной оконечности.
Второстепенные водоразделы - это водоразделы бассейнов океанов Тихого, Атлантического, Индийского и Северного Ледовитого и областей с внутренним стоком или бессточных областей.
Водоразделы, отделяющие части суши, сток которых происходит в те или иные речные системы, называют водоразделами речных бассейнов.
В горных и всхолмленных равнинных районах водоразделы обычно хорошо выражены и проходят по гребням хребтов или возвышенностей. На слабовсхолмленных равнинах, особенно в заболоченных районах, водоразделы неясно выражены, и провести их на топографических картах бывает трудно. В некоторых местах провести водоразделы вообще невозможно, так как происходит разветвление одной реки на две части, направляющиеся в разные речные системы. Это явление носит название бифуркации (раздвоение). Примером бифуркации может служить р. Пижма, соединяющая бассейны рек Печоры и Мезени. Одна часть Пижмы называется Печорской Пижмой, вторая - Мезенской Пижмой. У некоторых рек наблюдается сезонная бифуркация (в период половодья).
Гидрографическая сеть
Совокупность водотоков и водоемов в пределах какой-либо территории носит название гидрографической сети, в которую также включаются болота, каналы и родники. Современная гидрографическая сеть сформировалась в результате длительных и сложных процессов, происходивших на Земле на протяжении многих миллионов лет. Водоемы и водотоки, ставшие первоосновой гидросферы, под влиянием геологических, климатических и других факторов изменяли свои размеры, исчезали в одних районах и появлялись в других, трансформировались, умирали и вновь рождались. Изменения в строении гидрографической сети происходят и в настоящее время вследствие замедленных тектонических движений земной коры, эволюции водоемов, а также водохозяйственной деятельности человека. Частью гидрографической сети является русловая сеть, представляющая собой совокупность всех водотоков в пределах рассматриваемой территории. В современной русловой сети принято выделять следующие основные звенья.
Самое верхнее звено - ложбины стока - эрозионные образования, впоследствии занесенные толщей покровной породы. По ним происходит сток атмосферных осадков и плоскостной смыв частиц грунта.
Слияние ложбин приводит к образованию следующего звена русловой сети - лощин. Вследствие более сосредоточенного размыва они имеют более высокие и крутые склоны. На дне их образуются овраги, рвы и т. д.
Суходолы являются переходным звеном к речным долинам и имеют асимметричное поперечное сечение. У суходолов хорошо выражен береговой и донный размыв, вызывающий появление извилистости русла.
Слияние суходолов приводит к образованию речных долин - относительно узких, вытянутых в длину, обычно извилистых углублений в земной поверхности с наличием русла современного потока, имеющих общий уклон от верховьев к низовьям. Речные долины не пересекают друг друга, а, встречаясь, сливаются в одну общую систему. Речные долины обычно подразделяют на две группы: беспойменные и пойменные, заливаемые речными водами во время разливов рек.
Верхние звенья гидрографической сети - ложбины, лощины и суходолы, занимающие более 90% ее длины, являются областями формирования жидкого и твердого стоков постоянных и временных водотоков. А нижние звенья - различные типы речных долин - в основном являются путями транспорта жидкого и твердого стока.
Часть русловой сети, состоящая из отчетливо выраженных русел постоянных водотоков, называют речной сетью. Большая ее часть состоит из очень мелких (до 25 км) и малых (от 26 до 100 км) рек; больших и очень больших немного не только по числу, но и по длине.
Совокупность рек, сливающихся вместе и выносящих свои воды в виде общего потока, называют речной системой. Иначе говоря, речная система включает в себя главную реку и большое количество притоков, т. е. рек, впадающих в нее прямо или посредством других.
Часть земной поверхности, с которой сток воды поступает в отдельную реку или речную систему, составляет ее водосброс.
Притоки, непосредственно впадающие в главную реку, называются притоками первого порядка, их притоки - притоками второго порядка и т. д. Выделение главной реки должно основываться на ее многоводности, направлении, величине и характере долины, а также длине и площади бассейна. Часто главной рекой считается не гидрологически и морфологически основная, а та, которую люди так приняли при освоении территории. Так, в волжской системе гидрологически главной является Кама. Но поскольку освоение бассейна русскими шло от Москвы, за главную реку была принята верхняя Волга. Нередко реке, образовавшейся от слияния сравнительно одинаковых по величине притоков, присваивается новое название: после слияния Шилки и Аргуни река называется Амур.
Особенно устроены озерно-речные системы. Он состоят из многих больших и малых озер и соединяющих их коротких, но полноводных рек. Главной рекой в таких системах называется последняя, вливающая все воды в море. Так, Нева, длиной всего 74 км, является конечной и главной рекой огромной системы, в которую входят величайшие озера Европы: Ладожское и Онежское, Ильмень, Сайма и другие, большие реки - Свирь, Волхов, Вуокса и их притоки.
