《明渠恒定急变流和渐变流水力特性研究》第1章至第5章为矩形断面明渠恒定急变流和渐变流的水力特性，主要研究了光滑壁面、波状壁面和粗糙壁面水跃区的边界层发展、共轭水深、沿程和局部水头损失、水跃长度的计算方法和粗糙壁面水跃特性的数值模拟方法；研究了渐扩式消力池和突扩式消力池水跃共轭水深和水跃长度的计算方法；给出了矩形断面消力池和渐扩式消力池深度和坎高的迭代计算公式；探讨了综合式消力池的应用条件和突扩式消力池的设计方法；给出矩形断面水面曲线的积分算法和正常水深的显式算法。第6章至第10章为梯形和三角形、圆形和U形、抛物线形、马蹄形断面和蛋形断面明渠恒定急变流和渐变流的水力特性，给出了这些复杂断面情况下明渠正常水深、临界水深、弗劳德数、水面曲线的显式计算方法和水跃共轭水深的简化计算方法。
《明渠恒定急变流和渐变流水力特性研究》可作为水利水电工程及相关专业科技人员的设计参考书，也可作为高等学校本科生和研究生教学的参考书。
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水资源作为人类社会赖以延续发展的重要要素之一，主要来源于以河流、湖库为主的淡水生态系统。这个占据着少于1%地球表面的重要系统虽仅容纳了地球上全部水量的0.01%，但却给全球社会经济发展提供了十分重要的生态服务，尤其是在全球气候变化的背景下，健康的河湖及其完善的生态系统过程是适应气候变化的重要基础，也是人类赖以生存和发展的必要条件。人类在开发利用水资源的同时，对河流上下游的物理性质和生态环境特征均会产生较大影响，从而打乱了维持生态循环的水流过程，改变了河湖及其周边区域的生态环境。如何维持水利工程开发建设与生态环境保护之间的友好互动，构建生态友好的水利工程技术体系，成为了传统水利工程发展与突破的关键。
构建生态友好的水利工程技术体系，强调的是水利工程与生态工程之间的交叉融合，由此促使生态水利工程的概念应运而生，这一概念的提出是新时期社会经济可持续发展对传统水利工程的必然要求，是水利工程发展史上的一次飞跃。作为我国水利科学的国家级科研平台，“西北旱区生态水利工程省部共建国家重点实验室培育基地（西安理工大学）”是以生态水利为研究主旨的科研平台。该平台立足我国西北旱区，开展旱区生态水利工程领域内基础问题与应用基础研究，解决了若干旱区生态水利领域内的关键科学技术问题，已成为我国西北地区生态水利工程领域高水平研究人才聚集和高层次人才培养的重要基地。
《西北旱区生态水利学术著作丛书》作为重点实验室相关研究人员近年来在生态水利研究领域内代表性成果的凝炼集成，广泛深入地探讨了西北旱区水利工程建设与生态环境保护之间的关系与作用机理，丰富了生态水利工程学科理论体系，具有较强的学术性和实用性，是生态水利工程领域内重要的学术文献。丛书的编纂出版，既是重点实验室对其研究成果的总结，又对今后西北旱区生态水利工程的建设、科学管理和高效利用具有重要的指导意义，为西北旱区生态环境保护、水资源开发利用及社会经济可持续发展中亟待解决的技术及政策制定提供了重要的科技支撑。
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目录
总序一
总序二
总序三
前言
第1章矩形明渠水跃的水力特性1
1.1矩形明渠自由水跃区紊流边界层的发展1
1.1.1问题的提出1
1.1.2自由水跃区紊流边界层的发展3
1.2考虑壁面阻力水跃共轭水深的计算方法6
1.2.1水跃共轭水深的研究现状6
1.2.2水跃区边界层发展的新公式8
1.2.3公式验证10
1.3自由水跃区沿程水头损失和局部阻力系数的研究13
1.4矩形明渠自由水跃长度公式的分析与应用16
1.4.1问题的提出16
1.4.2水跃长度研究现状分析17
1.4.3水跃长度的分类22
1.4.4水跃旋滚长度和水跃长度计算的新公式26
1.5矩形明渠淹没水跃区紊流边界层的发展和水头损失27
1.5.1淹没水跃研究的现状27
1.5.2淹没水跃区的流速分布和壁面切应力28
1.5.3淹没水跃区紊流边界层的发展和最大流速之半距壁面距离的计算30
1.5.4淹没水跃的水头损失和水跃长度33
参考文献37
第2章矩形明渠波状床面水跃的水力特性39
2.1矩形明渠波状床面自由水跃区的流速分布39
2.2矩形明渠波状床面自由水跃区边界层的发展42
2.2.1用流速分布的对数律研究边界层的发展42
2.2.2用因次分析法研究边界层的发展44
2.2.3用流速分布的指数律研究边界层的发展44
2.3矩形明渠波状床面的阻力系数46
2.4矩形明渠波状床面水跃的共轭水深和水跃长度48
2.4.1波状床面水跃的共轭水深48
2.4.2波状床面的水跃长度49
2.5矩形明渠波状床面水跃区的水头损失51
2.5.1波状床面水跃区的沿程水头损失51
2.5.2波状床面水跃区的局部水头损失53
参考文献55
第3章矩形明渠粗糙壁面水跃的水力特性56
3.1矩形明渠粗糙壁面水跃的研究现状56
3.2矩形明渠粗糙壁面水跃共轭水深的试验分析56
3.3矩形明渠粗糙壁面的水跃长度和旋滚长度的试验分析59
3.3.1水跃长度63
3.3.2水跃旋滚长度64
3.4粗糙壁面水跃区的壁面阻力65
3.5粗糙壁面水跃的消能率67
3.6公式验证68
3.7粗糙壁面水跃共轭水深的理论探讨76
3.8粗糙壁面水跃水力特性的数值模拟和验证78
3.8.1数值模型78
3.8.2模型的建立79
3.8.3自由液面处理80
3.8.4初始条件和边界条件80
3.8.5模型网格81
3.8.6粗糙壁面水跃区的速度场81
3.8.7粗糙壁面水跃区的壁面阻力84
3.8.8粗糙壁面水跃区的紊动能和紊动耗散率89
参考文献90
第4章矩形断面消力池的水力计算92
4.1挖深式消力池的计算方法92
4.1.1传统计算方法的迭代公式92
4.1.2用动量方程推求挖深式消力池深度的计算公式94
4.1.3不同方法计算结果比较96
4.2消力坎式消力池坎高的计算97
4.2.1消力坎式消力池坎高的传统计算方法97
4.2.2消力坎淹没系数的研究99
4.2.3消力池坎高的迭代计算公式99
4.2.4消力坎高度的简化计算101
4.2.5消力坎的阻力系数102
4.3综合式消力池坎高和池深的计算102
4.3.1综合式消力池传统计算方法的迭代公式102
4.3.2综合式消力池的简化计算方法106
4.3.3综合式消力池传统计算方法存在的问题及应用条件的研究108
4.4平底矩形渐扩式消力池深度的计算110
4.4.1平底渐扩式消力池水跃共轭水深的研究110
4.4.2平底渐扩式消力池水跃长度的计算112
4.4.3渐扩挖深式消力池深度的计算113
4.4.4渐扩式消力池坎高的计算116
4.4.5渐扩综合式消力池坎高和池深的计算117
4.5突然扩大渠道消力池水跃特性的研究118
4.5.1突然扩大渠道水跃共轭水深的研究118
4.5.2突然扩大渠道水跃长度的研究123
4.5.3突然扩大渠道消力池的设计126
参考文献128
第5章矩形断面明渠水面线和正常水深的计算130
5.1矩形渠道水面线的研究现状130
5.2矩形渠道水面线积分计算的新方法132
5.3积分公式的验证134
5.4矩形渠道正常水深的计算136
参考文献136
第6章梯形和三角形明渠的水力特性138
6.1梯形渠道明渠水跃共轭水深的研究现状138
6.2梯形渠道明渠水跃共轭水深的精确解142
6.3公式比较和计算步骤144
6.4梯形渠道明渠水跃共轭水深新的迭代公式146
6.5梯形渠道明渠水跃长度和消力池的水力计算149
6.5.1梯形渠道挖深式消力池深度的计算149
6.5.2梯形渠道消力池坎高的计算152
6.5.3梯形渠道综合式消力池的计算154
6.6三角形渠道水跃共轭水深的计算156
6.7梯形渠道正常水深和临界水深的计算159
6.8梯形渠道水面曲线的计算160
参考文献165
第7章圆形和U形渠道的水力特性166
7.1圆形渠道水跃共轭水深的计算166
7.2圆形渠道的正常水深和临界水深168
7.3圆形渠道水面曲线的计算170
7.4U形渠道正常水深和临界水深172
7.4.1U形渠道正常水深的计算172
7.4.2U形渠道临界水深的计算176
7.5U形渠道水跃共轭水深的计算177
7.5.1下部为圆形上部为梯形的U形渠道水跃共轭水深的计算177
7.5.2下部为圆形上部为矩形的U形渠道水跃共轭水深的计算180
7.5.3U形渠道水跃方程的验证181
7.6圆形和U形渠道的水跃长度181
7.7U形渠道水面曲线的计算182
7.8圆形和U形渠道弗劳德数的计算183
参考文献184
第8章抛物线形渠道的水力特性185
8.1抛物线形渠道研究现状185
8.2抛物线形渠道正常水深的计算185
8.3抛物线形渠道临界水深的计算189
8.4抛物线形渠道弗劳德数的计算189
8.5抛物线形渠道的水跃方程190
8.6抛物线形渠道水跃的消能率192
8.7抛物线形渠道收缩断面水深的计算193
参考文献194
第9章马蹄形断面明渠的水力特性195
9.1马蹄形断面水力特性的研究现状195
9.2标准Ⅰ型马蹄形断面水力特性的研究196
9.2.1标准Ⅰ型马蹄形断面面积、形心和湿周的计算196
9.2.2标准Ⅰ型马蹄形断面水跃共轭水深的计算199
9.2.3标准Ⅰ型马蹄形断面临界水深的计算200
9.2.4标准Ⅰ型马蹄形断面水跃共轭水深的简化算法202
9.2.5标准Ⅰ型马蹄形断面的正常水深205
9.2.6标准Ⅰ型马蹄形断面的弗劳德数207
9.3标准Ⅱ型马蹄形断面水力特性的研究207
9.3.1标准Ⅱ型马蹄形断面面积、形心、水深和湿周的计算207
9.3.2标准Ⅱ型马蹄形断面水跃共轭水深的计算210
9.3.3标准Ⅱ型马蹄形断面临界水深的计算211
9.3.4标准Ⅱ型马蹄形断面水跃共轭水深的简化算法212
9.3.5标准Ⅱ型马蹄形断面的正常水深215
9.3.6标准Ⅱ型马蹄形断面的弗劳德数217
9.4马蹄形断面水面线的计算217
参考文献219
第10章蛋形断面明渠的水力特性221
10.1蛋形断面水力特性的研究现状221
10.2六圆弧蛋形断面水力特性的研究221
10.2.1六圆弧蛋形断面面积、形心和湿周的计算222
10.2.2六圆弧蛋形断面水跃共轭水深的计算229
10.2.3六圆弧蛋形断面临界水深的计算230
10.2.4六圆弧蛋形断面水跃共轭水深的简化算法231
10.2.5六圆弧蛋形断面的正常水深234
10.2.6六圆弧蛋形断面的弗劳德数238
10.3四圆弧蛋形断面水力特性的研究239
10.3.1四圆弧蛋形断面水力参数的计算240
10.3.2四圆弧蛋形断面水跃共轭水深的计算254
10.3.3四圆弧蛋形断面正常水深和临界水深的计算258
10.4四圆弧和六圆弧蛋形断面水面曲线的计算261
10.4.1四圆弧蛋形断面水面线的计算261
10.4.2六圆弧蛋形断面水面线的计算266
10.5椭圆蛋形断面水力特性的研究269
10.5.1上椭圆蛋形断面水力参数的计算270
10.5.2上椭圆蛋形断面的水力计算275
10.5.3下椭圆蛋形断面水力参数的计算278
10.5.4下椭圆蛋形断面的水力计算281
参考文献284
附录285
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