水力學范文10篇

1前言

天然河道洪水期流量隨時間急劇變化，流量測驗很難滿足瞬時性和同步性條件，而且往往施測困難、危險性大、精度較低。如何用經濟簡便的手段取得滿足一定精度的洪水（特別是高洪）流量資料是廣大水利和水文工作者十分關心的問題。上世紀80年代以來，一些水文科技工作者開始探索通過水位直接推算流量過程的水力學途徑，通過室內的復雜計算簡化野外工作，為解決高洪量測驗問題和天然河道流量的自動測記問題開辟了一條新的道路[1]。但是，目前所提出的一些水力學推流模型，一般都要求具有兩個以上斷面的同步水位資料[2,3]。因此，這些模型在實用中存在一定的局限性。本文介紹一種僅需要一個斷面水位資料的近似擴散波的水力學推流模型。使用該模型，只要將水位采集裝置與計算機相連即能實現流量自動記錄，在水文自動測報系統只要配制相應推流計算軟件就可實現實時流量的自動測報。經筆者推流驗證，其流量測算精度滿足實用要求?，F將模型及其應用情況簡介如下，供參考。

2模型

由于洪水期的水流屬于非恒定流，對于棱柱體河道，在無旁側入流和出流的情況下，其水流運動可用圣維南（St.Venant）方程組描述[4]。即

（1）

（2）

生態水力學是水利科學發展到較高級階段出現的新興學科，在近年由于包括水利建設在內的人類活動規模不斷擴大，對于自然生態系統所產生的脅迫和壓力不斷加大，在某些地區出現了嚴重的生態環境惡化的事例。概括起來，可以有以下幾方面的明顯表現：

大規模的水壩建設使得水庫對河川徑流的調節能力日益加大，有些流域的水庫調節庫容接近或超過河川的多年平均徑流量，以至造成水壩下游河流水量的減少，甚至干枯。這將造成下游河床的萎縮，對河流生態系統造成毀滅性的災害。同時，水壩的建設造成水流連續性、河床連續性、生態連續性的破壞，并在上游造成大面積的淹沒，大量移民又要造成許多新的環境問題。

河流的防洪標準不斷提高，河流兩岸的堤防越來越高，使得河流兩岸的洪泛區域與河流的水循環分離，河流兩岸的濕地消失，地下水得不到河流的補充，使得兩岸廣闊洪泛平原的生態狀況日益惡化。

大量興建的水資源開發工程造成流域水資源的過度開發利用，結果是流域地下水位下降、地表河流和湖泊萎縮、植被干枯，生態環境惡化。在近海地區由于地下水的降低，海水入侵地下水，造成地下水的污染。

概括來說，大量水利工程的建設對流域水循環的影響最大，主要表現是：

流域水循環的短路化，流域水循環的速度加快，降雨產匯流的速度加快，流域降雨很快匯入河道，泄入大海。

1前言

因水力自控翻板閘門具有結構簡單，靠水的作用力自動啟閉，節省能源、造價低廉、并兼有泄洪、蓄水功能，在各小型水利工程上得到廣泛應用。但是，水力自控翻板閘門的水力特性較復雜，閘門的過流特性、動水壓力和運行的穩定性仍處在研究階段。

在最早進行水力自控翻板閘門研究者發現，水力自控翻板閘門在運行中會出現周期性來回拍擊支墩或壩坎的現象，破壞性極大?！芭拇颉钡脑蚴怯啥喾矫嬉穑?/p>

（1）控制閘門運行的支承條件；

（2）閘門面板壓強、門后空腔泄流、下游水位頂托、門后空腔中負壓等水力因素；

（3）面板型式和堰的型式的形狀因素。其中支承條件是引起閘門“拍打”的主要原因。為了解決閘門拍打問題，將最初閘門設計的兩鉸及多鉸支承的形式進行改造。雙支點連桿滾輪式翻板閘門型式為改進后的支承形式。其布置見圖1。

1課程特點及其素質教育實施要點

《水力學》課程以“三多一難”為特色．“三多”是指概念多、公式多、系數多;“一難”是指計算繁難．學生普遍感覺《水力學》課程難學，如何在完成課程知識目標、能力目標教學任務的同時，構建與課程特點相適應的素質教育目標及其教學體系，實現素質教育與課程教學目標契合，以水為媒，傳遞人文情懷，活化課程教學內容，促進課程知識目標與能力目標的全面實現．在多年教學實踐的基礎上，根據《水力學》課程的特點，認識到《水力學》課程素質教育的實施要點依然是創新能力、團隊合作、學習習慣、審美情趣等方面．在《水力學》課程教學中，應將素質教育實施要點與課程相關教學內容關聯，以“知識目標、能力目標、素質目標”三位一體的理念組織教學活動，避免將素質教育淪為空洞的說教，并通過課程素質教育實踐提升學生的后續專業課程學習能力與將來的實際工作能力，力求使每一位學生從《水力學》課程學習中獲得人生啟迪和專業熏陶．

2素質教育實現途徑

《水力學》課程的研究對象、教學內容、課程特點與素質教育實施要點之間存在關聯，課程教學中素質教育目標的實現途徑可以概括為以下幾個方面．

(1)傳授知識，培養能力，提高素質“傳授知識，培養能力，提高素質”是當前大學教育中課程教學的熱點話題，是教師駕馭課堂教學能力的綜合反映，是全面衡量課程教學水平和質量的關鍵要素．傳授知識是根本，培養能力是目標，提升素質是總綱，能將這三方面融于一體的便是課程教學方案．課程教學方案必須由教師構思或設計，必須與課程教學大綱相吻合，必須與課程特點相適應，必須與學生的認知水平合拍，即教學方案必須具有良好的適應性與可操作性．對《水力學》課程而言，其教學方案應具備這樣的特點:以水力學基本原理的闡述為核心，實現知識目標的培養;以管道和渠道的水力設計為突破口，著力培養學生解決問題的能力;同時，注意培養學生的創新能力、自學能力、終生學習習慣等．以課程設計與實驗為依托，培育團隊協作精神，營造學生互助學習與融洽相處的氛圍．此外，教師應做好學情分析，關注學生個性差異，注重課堂“情境”設計，關注學生協同學習，盡力營造良好的學習環境，恰當運用現代化教學手段，不斷提高課堂教學效果．目前使用的《水力學》教材較好地體現了教學內容的適應性，并圍繞“123教學目標”組織教學內容，優化教學方案，實現了“知識傳授、能力培養、素質提升“三方面的目標．在學生能力培養方面，設立了三個層次的學習任務．第一層次為基本教學要求，針對全體學生，以掌握水力學基本概念、基本理論和水力計算的基本方法為總目標．第二層次針對部分要求較高的同學，以訓練其掌握EXCEL計算表格設計與試算方法為主，適當介紹專門軟件．第三層次主要針對少數優秀學生，以訓練典型實際工程(如溢流壩、水閘、泄洪洞、供水管網等)的水力綜合計算為手段，全面提升其水流現象分析、水力計算公式和計算方法選用等方面綜合性的解決實際工程水力學問題的能力．

(2)以水為媒，傳遞人文情懷，播種水利精神《水力學》課程的研究對象是以水為代表的液體，而水在中華傳統文化中的象征意義非常有利于課程素質教育的實施和拓展．通過《水力學》課程的學習，學生自然會對“上善若水”、“逆水行舟用力撐”、“源清流潔，本盛木榮”、“仁者樂山，智者樂水”、“君子之交淡若水”等人生格言有更深層次的理解．“興利除患”是水利行業的基本任務，對水之品質的認知又是踐行“獻身、負責、求實”的水利精神的人文寄托．從水躍現象就能很自然地引申出“水不激不躍，人不激不奮”的道理，避免了簡單的說教，也使學生對水躍現象及其相關的教學內容有了更深刻的理解，課程教學的素質教育目標也在潛移默化中得到體現．古往今來，與水相關的優美詩句成就了諸多名家的山水情懷．“細水長流”是水的品質，“滴水石穿”是水的力量，“空明澄澈”是水的美麗，“飛流直下三千尺，疑是銀河落九天”則是水的力與美的結合，“君不見黃河之水天上來，奔流到海不復還”又給了學生另外一種人生的啟迪．而《水力學》中的連續方程從物理學的角度闡釋了“不積小流，無以成江?！钡牡览?，其寓意對學生終生學習習慣的培養有鞭策和激勵作用，而水之品質與精神更是詩詞贊美的源泉，也是學生審美觀念與審美能力培養的重要依托，其蘊含的哲學理念與人文精神對社會公德教育、世界觀教育、人生觀教育、勞動觀念教育等素質教育內容都有很好的潛移默化影響．值得強調的是:《水力學》課程教學環節的素質教育內容必須與課程相關教學內容自然銜接．教師應結合《水力學》課程教學的相關內容，在自然科學原理、概念、規律和方法等成果的分析、推導、論述過程中，恰當地融入文化元素，自然地滲透人文情懷，體現潛移默化的素質教育效果．即課程素質教育必須以課程基本教學內容或其延伸內容為依托，以教學內容的文化延伸支撐素質教育的內容和目標，切忌將素質教育流于空洞說教和形式．實際教學過程中，實現這樣的素質教育目標并非易事，教師必須把課程的具體教學內容與學生的實際情況結合起來，通過深入的思考與鉆研，方能使素質教育中的人文情懷顯得自然而又入情入理．

摘要：對三峽工程環評階段的幾個環境水力學問題，如擴散能力和污染帶影響、庫區BOD5負荷的影響、泥沙對水質的影響、水溫預測、河口徑流的變化和鹽水入侵等進行了述評，指出了存在的問題和進一步研究的方向和意義。

關鍵詞：三峽工程環境水力學水質泥沙鹽水入侵水溫

1三峽工程概況

二峽工程壩址位于湖北宜昌縣三斗坪鎮，距下游葛洲壩水利樞紐約40km，控制流域面積100萬kmz，是治理和開發長江的一項關鍵性骨干工程。其規模空前，技術復雜，投資多，周期長，在中國水利工程史上是前所未有的。三峽工程1994年12月正式開工，預計2009年完工。

根據審查通過的三峽水利樞紐初步設計報告，三峽水利樞紐的主要建筑物由攔江大壩、水電站和通航建筑物三大部份組成。大壩為重力壩，壩頂全長2335m，壩頂高程185m(吳松高程，下同)。正常蓄水位75m，相應的防洪限制水位145m，枯季消落低水位155m。泄洪壩段位于原主河槽部位，其兩側為左右廠房壩段和非溢流壩段。正常蓄水位175m時，20年一遇洪水回水末端至四川巴縣木洞鎮，距壩址565.7km。水庫水面面積1084km2，水面平均寬度約1100m，與天然情況相比增加約一倍。水庫平均庫容393億m3，其中防洪庫容有221.5億m3，興利調節庫容有16；億m3，約占壩址徑流量的3.7%，系一徑流調節能力不大的季調節水庫。

水電站為壩后廠房，共安裝26臺(左14臺，右12臺)單機容量為70萬kW的混流式水輪發電機組，總裝機容量1820萬kW，年平均發電量約847萬ktW·h。另外，為減少棄水增加發電，右岸預留6臺70萬kW機組的地下廠房位置。

1問題的提出

洞庭湖作為長江中游的調蓄湖泊，不僅是長江中下游防洪體系中的重要組成部份。它不但具有調蓄江河徑流、發展航運、漁業和為工農業生產提供豐富水資源等多種用途，而且對調節湖區氣候和生態平衡也起著重要作用。由于洞庭湖接納湘、資、沅、澧四水和長江的松滋河、虎渡河、藕池河三口，每年有大量的泥沙進入洞庭湖，其中約四分之一左右的泥沙由城陵磯注入長江，四分之三則淤積在洞庭湖，1975年與1952年比較，七里湖平均淤積達4m以上，南洞庭湖淤積近2m，東洞庭湖淤積近1m。由于泥沙淤積，造成四口洪道多呈淤積萎縮態勢，湖內洲灘滋長、蘆柳叢生、滯流阻水嚴重，進而加速泥沙淤積，并有惡性循環之勢。而且由于湖泊萎縮使得水系紊亂，相互頂托干擾。這些問題導致洞庭湖區調蓄容積減少、洪水位不斷抬升、江湖關系改變，加重湖區的防洪負擔、造成嚴重的洪澇災害。因此，加強洞庭湖區河道整治、實施河湖疏浚工程、調整部分河段的河勢、改善水流條件、穩定河床、減少泥沙淤積、延長河道壽命是非常迫切的[1~4]。目前洞庭湖河湖疏浚規劃已經完成，包括湘、資、沅、澧四水尾閭和松滋河、藕池河、南洞庭湖、東洞庭湖、汩羅江等疏挖總工程量達33876.40×104m3，目前為止已經付諸實施的有約4067.91×104m3。為了客觀地反映河湖疏浚對洞庭湖防洪減災實際效果和作用，必須準確分析疏浚后的洪水位降低效應。

2河湖疏浚對典型河段的洪水水位影響分析

2.1水力學方法

水力學法的主要思路是運用洞庭湖水動力學模型，在同樣的來水條件下，分別計算疏浚前后（地形和糙率不同）洞庭湖疏浚影響區的洪水水位，通過對水位差值的比較，得出疏浚對河湖洪水水位的影響。洞庭湖水系中，四水及長江三口控制斷面以下無流量站控制，區間面積約占洞庭湖水系總面積的20%，與洞庭湖洪水的形成密切相關。本研究洪水演算采用SMS（地表水模擬系統）水力學模型，區間的產流計算采用SSARR（河流綜合預報與水庫調度模型）水文學模型[2]。

2.1.1原理

1滲流分析的基本理論

1．1達西定律

法國工程師Darcy經過滲透實踐驗證，滲流量q不只同截面面積a成正比例，還與水頭耗損(h1－h2)正比，與滲徑尺寸l成反比，帶入土粒構造與流體特性的定性常數k。

1．2滲流連續方程

滲流連續方程通常以質量守恒定律為基礎，考慮可壓縮土體的滲流加以引證，即滲流場中水在某一單元體內的增減速率等于進出該單元體流量速率之差。對于每一個流動的過程而言，皆是在特定的空間流場之中發生的，沿著其邊界發揮支配功能的條件，成為邊界條件。在開始進行研究的時候，在流場之內，流動的狀態與其支配條件，成為初始條件。邊界條件與初始條件合稱定解條件。定解條件普遍是由室外測量數據或實驗得出的，其對流動過程有著決定性功用。找尋某個函數(假如水頭)，讓其在微分方程的條件下，又可以適應定解條件的便可認為是定解問題。

2滲流計算

摘要：流域洪水風險圖可以定量和直觀地描繪遭受洪水淹沒風險的區域和洪災造成的損失，為各級政府指揮抗洪提供決策依據。本文簡要論述和分析了適合于流域洪水風險圖編制的一些方法，側重討論了推求洪水淹沒狀態的若干途徑以及洪災損失統計評估的內容。

關鍵詞：流域洪水風險圖

一、引言

我國的洪澇災害從出現頻率、影響范圍到造成的損失都是世界最為嚴重的國家之一。據統計，在過去的2000多年中，中國發生的有史料可查的重大洪水災害就達1600余次。新中國成立以來，經過40多年的治理，全國江河流域的防洪形勢有了重大改觀。但是，由于洪水的影響因素眾多和人類對自然界認知的局限性，目前尚無法從確定性的角度預知未來相當長時期內洪水發生的確切時間和真實過程，加之經濟條件的限制和出于環境方面的考慮，洪水災害目前還難以徹底防范或根本消除。近年來，隨著人口的持續增長和經濟的迅猛發展，我國洪澇損失具有逐年增大的趨勢。在新形勢下，建立洪水風險的概念，使人們經常認識到洪水發生的可能性和洪災的后果，將有助于機構和個人更好地防范洪水災害。

洪水風險是指未來可能引起災害性后果洪水發生的概率或頻率，洪水風險圖則是對洪水風險及后果定量化和圖形化的體現。一般，洪水風險圖應該是三位一體的組合：

（1）流域洪水發生的頻率；

1前言

所謂復式河道是指有河漫灘的河道，在洪水期，河漫灘將會被淹沒。由于主槽和灘地有不同的水深和糙率，水位流量關系將和單道有所不同。當水流漫灘時，由于主槽水流與灘地水流的相互作用，斷面過水能力通常會降低。特別是水流剛剛漫灘時，由于斷面形狀的突變，加上灘地糙率一般與主槽不一樣，使估算過水能力變得非常困難。然而正確的估計給定水位下的流量以及已知流量如何確定水位等問題對于洪水預報、防洪規劃又是必不可少的。為了系統地研究復式河道的水力學問題，增進合作、交流、避免重復研究，由英國科學與工程研究委員會資助，在英國瓦靈弗水力學研究所（HydraulicsResearchLimitedWallingford,UK）建成了洪水河道設施(FloodChannelFacility，簡稱FCF)。FCF自1986年開放以來，主要進行了三個系列的實驗：1987～1989年的順直和歪斜河道實驗：1990～1994年的彎曲河道實驗；1995～1997的固定河岸、可動河床實驗。目前正在進行自形成河道實驗。到1999年，已有80篇以上的論文是基于FCF實驗數據的。在1995年國際水力學研究協會第26屆大會上被選定為檢驗數學模型的基準資料。1999年，Knight[1]對復式河道的水力學研究作了系統總結。

由于橋梁的修建減小了斷面過流面積，水流流線在橋梁的上游形成收縮，下游形成擴散，加上橋體本身的阻力等因素，使河流的局部阻力增大，造成局部水頭損失，形成橋梁上下游的水位差（稱為橋梁壅水）。河道橋梁壅水在流量小時并不明顯，而在洪水期較為顯著。橋梁壅水抬高了橋梁上游水位，增大了淹沒面積，滯蓄了洪水，從而增大洪水災害。如果流量過大，使洪水漫過橋梁，甚至沖毀橋梁，將造成更大的災害。較為著名的橋梁壅水的計算方法有：美國公路局法（USBPR）、美國地調局法（USGS）、英國瓦林弗水力學研究所的拱橋法(Arch)、Biery和Delleur法等。這些方法一般是通過聯解動能或動量方程與連續性方程、得到求解橋梁公式的形式，最后用實驗資料確定公式的參數。橋梁壅水的危害，在大流量高水位的洪水時尤為突出，而天然河道在洪水期間，一般水流漫上了河灘，過流斷面為復式斷面，而橋梁壅水的公式多是在單一河道中建立的，目前對復式斷面的橋梁壅水問題的研究還不多見，本文在復式河道的橋梁壅水實驗的基礎上提出了一種計算方法。

2實驗概況

圖1水槽平面示意圖

Planesketchoftheflume

摘要：根據國內外不同學者對生態環境需水量的研究資料，歸納分析了國內和國外對生態環境需水量概念的認識和計算方法。

關鍵詞：生態環境需水量；計算；研究

1國外研究動態

早期的研究是關于河道枯水流量(Low-flow)的研究，這個時期主要是為了滿足河流的航運功能對枯水流量進行研究。隨后，由于河流污染問題的出現，開始對最小可接受流量(minimumacceptableflows，MAFLs)進行研究，其最小可接受流量除了滿足航運功能外，還要滿足排水納污功能。隨著河流受人為因素影響和控制的加強，河流生態系統結構和功能遭到破壞，生態可接受流量范圍(ecologyacceptableflowregime，EAFR)的研究逐漸展開，其主要是為了恢復河流生態系統功能，為滿足不同的環境要求而進行生態可接受流量范圍的研究。

目前，國際上對河流的生態環境需水量使用較為廣泛、通用的概念是枯水流量。近10年來，為了促進水文水資源研究，國際之間加強了合作，其中包括對河道枯水流量的研究，如FREND(FlowReg-imesfromExperimentalandNetData)行動計劃，第一個行動計劃由水文組織(instituteofHydrology(UK))倡導，并為1985—1988年的國際水文計劃方案Ⅲ(UNESOInternationalHydrologicalProgramme-Ⅲ)做了部分工作。這個組織包括13個歐洲國家，主要是應用國家水流量(水文)數據庫及不同的研究方法，預測河流的洪、枯水流量，分析和研究了歐洲西北部1350條河流的的枯水流量狀況。研究集中在應用水力學參數研究枯水流量與流域河床組成特性之間的關系，以及研究不同頻率不同時段年均流量(mean)與最小流量(annualminima)和枯水流量(low-flow)之間的聯系等，第1個歐洲FREND行動計劃采用了西歐國家網絡提供的精確的日流量和相應的流域資料數據庫。隨后，FREND行動計劃開始向橫向(包括東歐國家)和縱向(擴大到大尺度問題、方法問題、枯水流量和洪水流量條件下流域土地利用的變化，水質等問題的研究)的研究方向發展，其研究的深度和廣度不斷擴大。

目前，FREND組織很快擴展到歐洲及世界其他許多地區和國家，如西非、中非、北非、地中海地區及中亞地區，印度及南亞地區等，最近正在進行的FREND行動計劃將其研究成果概括在FREND報告中，最新成果有：北歐地區枯水流量和干旱研究；南非區域水資源和干旱評估方法研究；西非、中非地區雨量減少對枯水流量長期影響研究；枯水流量時間系列與斷流分析；地域性生態水文學理論和水資源統一管理的論述等。總之，國際上在水資源領域的合作使得先進的研究技術和手段應用到更多的具有水文數據庫的國家和地區，特別是在流域枯水流量的研究方面，顯得更為突出。