Экспериментальные учебные исследования по гидравлике и гидрологии

МИНИСТЕРСТВО ТРАНСПОРТА РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ 

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ АВТОНОМНОЕ 

ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ 

«РОССИЙСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ТРАНСПОРТА» 

 

Кафедра «Путь и путевое хозяйство» 

 
 
 
 
 
 

Т.А. ЛУПИНА 

 
 
 

  ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ УЧЕБНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ 

ПО ГИДРАВЛИКЕ И ГИДРОЛОГИИ 

 
 
 

Учебно-методическое пособие к лабораторным работам  

по дисциплине «Гидравлика и гидрология» 

 
 

 

 
 
 
 
 
 
 

Москва – 2021 

МИНИСТЕРСТВО ТРАНСПОРТА РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ 

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ АВТОНОМНОЕ 

ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ 

«РОССИЙСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ТРАНСПОРТА» 

 

Кафедра «Путь и путевое хозяйство» 

 
 
 
 
 
 

Т.А. ЛУПИНА 

 
 
 

  ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ УЧЕБНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ 

ПО ГИДРАВЛИКЕ И ГИДРОЛОГИИ 

 
 
 
 

Учебно-методическое пособие 

 для студентов специальности 23.05.06 «Строительство 

железных дорог, мостов и транспортных тоннелей» 

 
 

 

 
 
 
 
 

Москва – 2021 

УДК 556 
Л 85 
 
Лупина 
Т.А. 
Экспериментальные 
учебные 
исследования 
по 

гидравлике и гидрологии: Учебно-методическое пособие. – М.: РУТ 
(МИИТ), 2021. – 51 с. 
 

Учебно-методическое пособие к лабораторным работам по 

дисциплине «Гидравлика и гидрология» разработано в помощь студентам 
специальности 23.05.06 «Строительство железных дорог, мостов и 
транспортных 
тоннелей» 
специализаций 
«Строительство 

магистральных железных дорог», «Управление техническим состоянием 
железнодорожного пути». 

Предлагаемое руководство включает работы, охватывающие 

общие вопросы гидростатики и гидродинамики, а также вопросы 
изучения гидравлических сопротивлений, режимов движения, потерь 
гидравлической энергии при равномерном и неравномерном напорном 
движении 
жидкости, 
исследования 
особенностей 
безнапорного 

движения, работы водосливов и сопряжения бьефов. 

   
 
     

Рис. 11, табл. 4, библиогр. назв. 6. 
 

 
 
 
      

Рецензент: 
 
Заместитель директора Департамента эксплуатации АО «Скоростные 
магистрали» С.В. Федин. 

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

 ©  РУТ (МИИТ), 2021 

Введение   

 

 Настоящее учебно-методическое пособие разработано в 

помощь студентам при выполнении лабораторных работ по 
дисциплине «Гидравлика и гидрология» и посвящено 
освоению 
следующих 
тем: 
«Гидростатика», 
«Основы 

гидродинамики», 
«Гидравлические 
сопротивления», 

«Движение 
жидкости 
в 
напорных 
трубопроводах», 

«Равномерное движение жидкости в открытых руслах», 
«Водосливы», «Установившееся неравномерное движение в 
открытых руслах и сопряжение бьефов».     

Данное руководство включает работы, охватывающие 

общие вопросы гидростатики и гидродинамики, а также 
вопросы изучения гидравлических сопротивлений, режимов 
движения, потерь гидравлической энергии при равномерном и 
неравномерном напорном движении жидкости, исследования 
особенностей безнапорного движения, работы водосливов и 
сопряжения бьефов. 

 Все эти работы имеют большое учебное значение, так 

как обеспечивают студентам возможность самостоятельного 
проведения экспериментов, обобщения получаемых опытных 
данных и осмысления выводов, которые в курсе лекций 
излагались на основе схем и теоретических зависимостей, а 
также учат решать вопросы исследовательского характера. 

В настоящем издании представлены подробно все 

необходимые пояснения и справочные материалы, что 
позволяет студентам получить на занятии всю требующуюся 
для измерений и расчетов информацию и существенно 
сокращает затраты труда. 

Каждая 
учебно-исследовательская 
работа 

оформляется 
на 
соответствующем 
бланке 
путем 

дорисовывания схемы опытной установки, записи формул, 
результатов измерений и вычислений, построения графиков. 

Результаты лабораторных исследований должны быть 

представлены студентом преподавателю в конце занятия по 
данной теме, проверены преподавателем и зачтены. 

При составлении описания лабораторных работ и 

экспериментальных учебных исследований использовался 
опыт их проведения в Гидравлической лаборатории им. проф. 
Ф.Е. Максименко РУТ (МИИТ). 

 

Техника безопасности при работе в гидравлической 

лаборатории 

 

1. К работе в гидравлической лаборатории студент 

может быть допущен только после прохождения инструктажа 
по проведению лабораторных работ и усвоения безопасных 
методов их выполнения, о чем студент должен расписаться в 
журнале по технике безопасности. 

2. 
Перед 
выполнением 
лабораторной 
работы 

необходимо тщательно изучить описание лабораторной 
установки (стенда) и порядок действий при выполнении 
измерений. 

3. К выполнению лабораторной работы студенты могут 

приступать после того, как за каждым из них закреплено 
рабочее место и установлен порядок действий.  

4. Непосредственно к работе на стенде студент может 

быть допущен только под руководством преподавателя и 
лаборанта, ответственного за технику безопасности.  

5. Измерительные приборы и инструменты следует 

использовать только по прямому назначению. 

6. Нельзя пользоваться неисправными приборами и 

инструментами, 
о 
любой 
неисправности 
необходимо 

сообщить преподавателю. 

7.  При выполнении работ могут возникнуть проблемы 

из-за 
неправильного 
обращения 
с 
измерительной 

аппаратурой. В таких случаях необходимо прекратить работу 
и обратиться к преподавателю. 

8. Категорически запрещается разбирать приборы или 

пытаться устранять неисправности самостоятельно. 

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Лабораторная работа №1 

 

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ГИДРОСТАТИЧЕСКИХ ДАВЛЕНИЙ И 

ТОЧНОСТИ ИХ ИЗМЕРЕНИЯ 

 

Цель работы: Овладение методикой и техникой определения 
избыточного (манометрического) 𝑝изб и недостаточного 
(вакуумметрического) 𝑝вак давлений с помощью жидкостных 
и пружинных приборов. 

Для измерения давлений в неподвижной жидкости 

порядка 
1∙ 10 − 2 ∙ 105 
Н/м2 
применяются 
жидкостные 

приборы: пьезометры и водяные вакуумметры; а в диапазоне 
1 ∙ 104 − 1 ∙ 109 Н/м2 - пружинные приборы: манометры и 
пружинные вакуумметры. 

 

 

 

Рисунок 1. Схема для определения  

гидростатического давления в точках жидкости 

 
Гидростатическое давление при абсолютном равновесии 

однородной несжимаемой жидкости выражается основным 
уравнением гидростатики 

𝑝 = 𝑝𝑜 + 𝛾ℎ, 

 

где 𝑝𝑜 – давление на свободную поверхность жидкости, 

рис. 1; 

      𝛾ℎ - давление от элементарного столба жидкости, 

расположенного над исследуемой точкой; 

       𝛾 – удельный вес жидкости; 
       ℎ - высота столба жидкости над точкой (или глубина 

погружения 
данной 
точки 
жидкости 
под 
свободную 

поверхность).  
 

Экспериментальная установка и проведение опытов 

 

Избыточное давление измеряют с помощью установки, 

представленной на рис. 2, в трубке А-В с помощью двух 
приборов: водяного пьезометра и пружинного манометра. 
Измеряемое давление создается весом воды, расположенной в 
пьезометре от уровня свободной поверхности до оси трубки 
А-В. 

 

 

 

Рисунок 2. Установка для измерения избыточного давления 

Вакуумметрическое давление измеряется с помощью 

установки, представленной на рис. 3, в трубке А'-В' с 
помощью двух вакуумметров: водяного 1 и пружинного 2. 
Измеряемое 
разрежение 
создается 
весом 
воды, 

расположенной в водяном вакуумметре от уровня свободной 
поверхности до оси трубки А'-В'. 

 

 

 

Рисунок 3. Установка для измерения вакуумметрического давления 

 

В 
гидравлической 
лаборатории 
обе 
установки 

расположены на общем стенде. После ознакомления с 
устройством 
опытной 
установки 
приступают 

непосредственно к измерениям.  

Сначала измеряют высоты столбов воды в водяных и 

пружинных приборах: пьезометре ℎ1 и водяном вакуумметре 
ℎ1

′ , манометре ℎ2 и пружинном вакуумметре ℎ2

′ . При этом 

отсчеты по шкалам должны браться по нижней точке 
вогнутого мениска жидкости так, чтобы глаза производящего 
измерения находились на одном с ним уровне. 

Затем снимают показания пружинных приборов 𝑝ман.пр

′
 и 

𝑝вак.пр

′
, фиксируя значение давления по стрелке прибора с 

учетом цены деления его шкалы. 

 

Обработка и анализ опытных данных 

 

Учитывая размещение приборов относительно осей А-В 

и А'-В' и руководствуясь основным уравнением гидростатики, 
можно выразить избыточное и вакуумметрическое давления 
через показания соответствующих приборов, табл. 1. 

 

Таблица 1 

 

Прибор
Избыточное 

давление

Вакуумметрическое 

давление

Водяной 
пьезометр
𝑝пьез.вод = 𝛾в ∙ ℎ1
-

Пружинный 

манометр
𝑝ман.пр = 𝑝ман.пр

′
+ 𝛾в ∙ ℎ2
-

Водяной 

вакуумметр
-
𝑝вак.вод = 𝛾в ∙ ℎ1

′

Пружинный 
вакуумметр
-
𝑝вак.пр = 𝑝вак.пр

′
− 𝛾в ∙ ℎ2

′

 

Все расчеты должны проводиться в единицах измерения 

системы МКГСС. В ходе расчета следует осуществить 
перевод найденных значений давлений из единиц системы   
МКГСС в единицы системы СИ, учитывая, что 1 кгс/м2 = 9,81 
Н/м2. Величина удельного веса воды в расчете принимается 
𝛾в = 0,001  кгс/см3.