第1章緒論

1.1  水力學的研究內容 002

1.1.1  水力學的定義、任務 002

1.1.2  水力學的發展概況 002

1.2  液體的連續介質模型 005

1.3  液體的基本物理性質 006

1.3.1  慣性、質量和密度 006

1.3.2  黏滯性和黏度 007

1.3.3  液體的壓縮性與表面張力 008

1.4  作用於液體的力 009

1.4.1  液體的質量力 009

1.4.2  液體的表面力 010

本章小結 010

習題 010



第2章  水靜力學

2.1  液體靜水壓強的特性 012

2.1.1  靜水壓力與靜水壓強 012

二維碼：靜水壓強實驗

2.1.2  靜水壓強的特性 012

2.2  重力作用下液體的平衡微分方程 014

2.2.1  液體平衡微分方程 014

2.2.2  壓強分布公式與等壓面 015

2.3  水靜力學基本方程 015

2.3.1  重力作用下的水靜力學基本方程 016

2.3.2  壓強的量度 016

2.3.3  水靜力學基本方程的意義 017

2.3.4  靜水壓強的量測 018

2.3.5  靜水壓強的分布圖 019

2.4  非慣性繫的液體平衡 020

2.5  平面上的靜水總壓力 022

2.5.1  壓力圖法 023

2.5.2  解析法 023

2.6  曲面上的靜水總壓力 026

本章小結 027

習題 028



第3章  水動力學

3.1  描述液體運動的兩種方法 031

3.1.1  拉格朗日法 031

3.1.2  歐拉法 032

3.2  液體運動的基本概念 034

3.2.1  恆定流與非恆定流 034

3.2.2  流線與跡線 034

3.2.3  流和總流 035

3.2.4 流 036

3.2.5  均勻流和非均勻流 036

3.3  恆定總流的連續方程 037

二維碼：文丘裡流量計實驗

3.4  恆定總流的能量方程 038

二維碼：能量方程實驗

3.4.1  理想液流的能量方程 039

3.4.2  實際液流的能量方程 040

3.4.3  實際液體恆定總流的能量方程 040

3.5  恆定總流的動量方程 043

二維碼：動量方程實驗

本章小結 046

習題 046



第4章  水流形態與水頭損失

4.1  水的層流運動與紊流運動 051

4.1.1  水流邊界性質對水頭損失的影響 051

4.1.2  水頭損失分類 051

4.1.3  雷諾實驗 052

二維碼：雷諾實驗

4.2  圓管層流沿程水頭損失 055

4.2.1  均勻流動方程式 055

4.2.2  圓管層流過流斷面上的切應力分布 057

4.2.3  圓管層流過流斷面上的流速分布 057

4.2.4  圓管層流沿程水頭損失的計算 058

4.3  紊流的沿程水頭損失 059

4.3.1  紊流的特征 060

4.3.2  紊流的沿程水頭損失 062

二維碼：尼古拉茲實驗

4.4  沿程水頭損失的經驗公式——謝纔公式 065

4.5  局部水頭損失 068

二維碼：局部阻力實驗

4.5.1  圓管突然擴大的局部水頭損失 072

4.5.2  圓管斷面突然收縮的局部水頭損失 074

本章小結 075

習題 077



第5章  孔口、管嘴出流和有壓管流

5.1  孔口出流 080

二維碼：孔口、管嘴出流實驗

5.1.1  薄壁小孔口恆定出流 080

5.1.2  薄壁大孔口恆定出流 082

5.2  水流經管嘴的恆定出流 083

5.2.1  圓柱形外管嘴的恆定出流計算 084

5.2.2  圓柱形外管嘴內的真空度 085

5.2.3  圓柱形外管嘴的出流條件 086

5.3  簡單管道水力計算 086

5.3.1  短管的水力計算 087

5.3.2  長管的水力計算 091

5.3.3  簡單管道水力計算的應用 091

本章小結 095

習題 097



第6章  明渠流動

6.1  明渠的幾何特性 100

6.1.1  概述 100

6.1.2  橫斷面形式 101

6.1.3  底坡 102

6.2  明渠均勻流 103

6.2.1  明渠均勻流形成條件及特征 104

6.2.2  明渠均勻流的水力計算基本公式 105

6.2.3  明渠水力斷面和允許流速 105

6.2.4  明渠均勻流水力計算 108

6.2.5  復式斷面渠道的水力計算 111

6.2.6  無壓圓管均勻流的水力計算 113

6.3  明渠流動狀態 114

6.3.1  微波波速和弗汝德數 115

6.3.2  斷面比能和臨界水深 117

6.3.3  臨界底坡 121

6.3.4  水躍與水跌 123

二維碼：水躍實驗

6.4  稜柱形渠道非均勻漸變流水面曲線變化分析 126

6.4.1  稜柱形渠道非均勻漸變流微分方程 127

6.4.2  水面曲線分析 128

6.4.3  水面曲線分析總結 132

6.4.4  明渠非均勻漸變流水面曲線的計算 135

本章小結 138

習題 139



第7章  堰流

7.1  堰流的基本公式 142

7.1.1  基本公式 142

7.1.2  淹沒出流 143

7.1.3  側收縮影響 143

7.2  薄壁堰 144

7.3  實用堰 145

本章小結 146

習題 147



第8章  滲流

8.1  滲流的基本概念 149

8.1.1  多孔介質 149

8.1.2  滲流形態分類 149

8.1.3  滲流模型 150

8.2  滲流基本規律——達西定律 150

二維碼：滲流實驗（達西定律）

8.2.1  達西定律 151

8.2.2  達西定律的適用範圍 152

8.2.3  滲透繫數及其確定方法 152

8.3  地下水的漸變滲流 153

8.3.1  無壓均勻滲流 154

8.3.2  裘皮幼公式 154

8.4  井的滲流 155

本章小結 156

習題 157



參考文獻

國家建設事業的發展給土木類專業及相關專業提供了廣闊的發展空間，同時對土木類專業及相關專業人纔的培養提出了新的要求。目前，土木類專業教育轉向為厚基礎、寬口徑的大土木模式，而對於“水力學”課程來講，面臨學時減少而教學內容多的矛盾。為滿足“大土木”的教學要求，編者編寫了《水力學基礎》教材，以短學時教學需求為特點，借助信息化手段，深入淺出地介紹水力學的基本概念、基本原理及其在工程中的應用。

《水力學基礎》主要內容包括：緒論，水靜力學，水動力學，水流形態與水頭損失，孔口、管嘴出流和有壓管流，明渠流動，堰流，滲流等內容。為了幫助讀者學習和鞏固，各章均有思維導圖、本章小結和習題。

水力學是實用性較強的一門專業基礎課，本書的編寫注重專業知識與思政教育有機融合，並配有CAI課件、實驗動畫、在線測試題等，激發學生對水力學的學習興趣。

本教材是在 產學合作協同育人項目：“‘互聯網 ’模型下‘水力學’課程教學改革研究”和 產學合作協同育人項目“土木工程路橋課程群實踐條件與實踐基地建設”兩個項目的資助下完成的。本課程於2021年被確定為校級一流本科建設課程。

全書共8章，第1章、第2章和第3章由於賀編寫；第4章、第5章和第6章由孫海霞編寫；第7章由遼寧奧路通科技有限公司姚卓編寫；第8章由李明飛編寫。全書由孫海霞統稿。

由於編者水平有限，書中疏漏在所難免，敬請批評指正。



編者

2022年4月