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1、水力学与桥涵水文课程设计目录一、设计目的11.1.有利于基础知识的理解11.2.有利于逻辑思维的锻炼11.3.有利于与其他学科的整合11.4.有利于治学态度的培养11.5.有利于课程兴趣的提高1二、设计任务书22.1.局部阻力系数的计算22.2.水面线定性分析22.3.流量泥沙计算32.4.用解析法推求相关直线32.5.推求统计参数32.6.推求洪峰流量4三、设计内容53.1.局部局阻力系数的计算53.2.水面线定性分析73.3.流量泥沙计算113.4.用解析法推求相关直线143.5.推求统计参数173.6.推求洪峰流量22四、心得与体会27五、参考文献28六、附录295.1.附表1 流量计算
2、数据处理表（第三题）295.2.附表2 某流域年径流量与年降雨量数据表（第四题）305.3.附表3 历年径流数据处理表（第五题）315.4.附表4 历年洪峰流量数据处理表（第六题）32 一、 设计目的1.1. 有利于基础知识的理解 通过桥涵水利水文部分的学习，我们掌握了一些与专业相关的基础知识和基本技能，具备了在日常生活与学习中应用所学知识解决实际问题的基本态度与基本能力。但是，我们仅仅学习了相关的理论知识，而对实际操作能力还是比较缺乏，再加上对课本理论知识内容的理解比较肤浅，因此，课程设计便显得尤为重要。1.2. 有利于逻辑思维的锻炼 我们目前都面临写作时思维常常处于混乱的问题，有时写起作文
3、、论文来前言不搭后语，解起数学题来步骤混乱，这些都是缺乏思维训练的结果。课程设计是公认的、最能直接有效地训练学生的创新思维，培养分析问题、解决问题能力的方法之一。在整个设计过程中，我们的分析问题、解决问题、预测目标等能力都会有所提高。 1.3. 有利于与其他学科的整合 在课程设计中，我们可以解决其它学科有关问题，也利用其它课程的有关知识来解决设计中比较困难的问题。例如，进行公式推导时，就复习了数学的相关知识；而在数据处理以及图像描绘时，我们熟悉了软件（Excel）的基本运用，起到了意想不到的效果。 1.4. 有利于治学态度的培养课程设计中，数据多，处理困难较大，需要运用多方面的知识，查阅各方面
4、的资料。这时，我们可能会产生放弃的念头，或者简单地抄袭其他同学的设计成果交了了事。而在课程设计过程中，要克服这些困难，就需要我们有一种严谨治学、一丝不苟的科学精神态度，还需要有一种不怕失败、百折不挠的品格。1.5. 有利于课程兴趣的提高在整个设计过程中，我们花了大量的经历，查阅了许多相关资料，在坚持和不断努力下才完成此次课程设计。看着一份带有自己辛勤汗水的课程设计，往往会很有成就感，同时，也对该课程产生了浓厚的学习兴趣。例如，在设计过程中遇到有些问题不能解决，就会在课堂上专心听老师讲解，并及时向老师请教。这种互动式的学习，不仅能提高对该学科的学习兴趣，提高学习效率，还能加深和老师之间的沟通，这
5、对我们今后的学习乃至工作都将产生巨大的影响。二、 设计任务书2.1. 局部阻力系数的计算为测定某阀门的局部阻力系数，在阀门上下游装设三个测压管，已知水管直径，实测数据，试计算阀门的值。2.2. 水面线定性分析2.3. 流量泥沙计算2.4. 用解析法推求相关直线相关分析：已知某流域19541965年的年径流量及年降雨量，年径流量与年降雨量在成因上具有联系。试用解析法推求相关直线。（同时附有excel数据文件）年份年降雨量x(mm)年径流量y(mm)19542014 1362 19551211 728 19561728 1369 19571157 695 19581257 720 19591029
6、 534 19601306 778 19611029 337 19621310 809 19631356 929 19641266 796 19651052 383 2.5. 推求统计参数某站有24年实测径流资料，试绘制其经验频率曲线，并用求矩适线法推求年径流量频率曲线的三个统计参数。（同时附有excel数据文件）年份年径流深(mm)年份年径流深(mm)1952 538 1964 769 1953 625 1965 616 1954 663 1966 417 1955 592 1967 789 1956 557 1968 733 1957 998 1969 1065 1958 642 1970
7、 607 1959 341 1971 587 1960 964 1972 567 1961 687 1973 588 1962 547 1974 709 1963 510 1975 884 2.6. 推求洪峰流量已知某坝址断面有30年的洪峰流量实测值，如下表所示，根据历史调查得知1890年和1912年曾发生过特大洪水，推算得洪峰流量分别为8000m3/s和6700m3/s，实测期内也发生过一次特大洪水，流量为7360m3/s，试用求矩适线法推求该坝址断面200年一遇洪峰流量。年份流量(m3/s)年份流量(m3/s)1890800019666201912670019671300195217201
8、968140019531560196917001954344019702520195531019711820195622001972240019571860197390019582100197411001959736019758501960860197614501961154019772600196226001978480196332001979240019641800198031001965262019812100三、 设计内容3.1. 局部局阻力系数的计算为测定某阀门的局部阻力系数，在阀门上下游装设三个测压管，已知水管直径，实测数据，试计算阀门的值。 分析：此题为计算题，要求根据已知的数据
9、计算某阀门的局部阻力系数。由图可知，测压管1和测压管2之间只有沿程阻力损失，测压管2和测压管3之间既有沿程阻力损失，又有局部阻力损失，因此，可先根据测压管1和测压管2之间的关系求出沿程阻力系数，再将求出的值代入测压管2和测压管3的关系中，进而求出局部阻力系数的值。解：将基准面选在水管中心轴上，取测压管1和测压管2所在的断面作为计算写能量方程： （1） 其中，为修正系数，取=1计算。由连续性方程可得： （2）将（2）代入（1）并整理的： （3）由达西-魏兹巴赫公式得： （4）联立（3）、（4）得： （5）将数据代入式（5），即得：取测压管2和测压管3所在的断面计算写能量方程： （6）其中，为修正
10、系数，取=1计算。由连续性方程可得： （7）将（7）代入（6）并整理得： （8）又有公式： （9）其中，将其代入（9）式得： （10）联立（8）、（10）并整理得： （11）将已知数据和上面求出的代入（11）式可得：所以，该待求阀门的局部阻力系数。3.2. 水面线定性分析分析：该题为作图题。根据题目要求，需定性绘制各小题中的水面曲线，并注明线型。根据课本桥涵水力水文第五章所学知识，将底坡改变处恒定非均匀流水面曲线的定性分析基本步骤简要概括如下：.首先看渠道、水流是否满足定性分析的前提条件，即：长直的棱柱体明渠，且糙率沿程不变；水流为恒定流，流量沿程不变。显然，该题中的六个小题的渠道。水流均满足
11、该前提条件。.用铅垂线将渠道分段，绘出渠道各段临界水深线和正常水深 线，将流动空间分区。.选择已知水深的断面作为控制面。.由控制断面处的已知水深确定所在流区的水面曲线形式，并标明水面线类型。依据上面的步骤，各小题的具体解析如下： （1）、由于，根据棱柱体明渠恒定非均匀流渐变流微分方程可知此处水面曲线为型；有，故此处水面曲线为型。绘制图形如下图2-1所示：（2）、由于，根据棱柱体明渠恒定非均匀流渐变流微分方程可知此处水面曲线为型。绘制图形如下图2-2所示：（3）、由于，根据棱柱体明渠恒定非均匀流渐变流微分方程可知此处水面曲线为型。绘制图形如下图2-3所示：（4）、由于，根据棱柱体明渠恒定非均匀流
12、渐变流微分方程可知此处水面曲线为型。绘制图形如下图2-4所示：（5）、由题目可知：，根据棱柱体明渠恒定非均匀流渐变流微分方程可知此处水面曲线为型；有，故此处水面曲线为型。绘制图形如下图2-5所示：（6）、由题目可知：，根据棱柱体明渠恒定非均匀流渐变流微分方程可知此处水面曲线为型；有，故此处水面曲线为型；有，故此处水面曲线为型。绘制图形如下图2-6所示：3.3. 流量泥沙计算分析：该题主要是断面平均流量的计算。其主要步骤为：I、布设一定数目的测深垂线，测量垂线的起点距和水深。根据起距和水深计算“测深垂线间面积”，（岸边以三角形计算，中间以梯形计算），求和得断面面积。II、在测速垂线上布设测点，测量点流速。然后根据起距和水深计算“部分面积”（岸边以三角形计算，中间一梯形计算）。并有点流速计算垂线平均流速，从而求得垂线平均流速（部分流速）。III、根据部分面积和部分流速计算部分流量，在由公式算出总流量和断面平均流速。(详见附表1)解：本题计算分三步：计算断面面积。根据Excel表中的数据可知：布设了27个测点，水位为165.30米：表3- 1 各测点起距(x/m）和河底高程(H/m)统计测点123456789起距
