水力学范文10篇

1前言

天然河道洪水期流量随时间急剧变化，流量测验很难满足瞬时性和同步性条件，而且往往施测困难、危险性大、精度较低。如何用经济简便的手段取得满足一定精度的洪水（特别是高洪）流量资料是广大水利和水文工作者十分关心的问题。上世纪80年代以来，一些水文科技工作者开始探索通过水位直接推算流量过程的水力学途径，通过室内的复杂计算简化野外工作，为解决高洪量测验问题和天然河道流量的自动测记问题开辟了一条新的道路[1]。但是，目前所提出的一些水力学推流模型，一般都要求具有两个以上断面的同步水位资料[2,3]。因此，这些模型在实用中存在一定的局限性。本文介绍一种仅需要一个断面水位资料的近似扩散波的水力学推流模型。使用该模型，只要将水位采集装置与计算机相连即能实现流量自动记录，在水文自动测报系统只要配制相应推流计算软件就可实现实时流量的自动测报。经笔者推流验证，其流量测算精度满足实用要求。现将模型及其应用情况简介如下，供参考。

2模型

由于洪水期的水流属于非恒定流，对于棱柱体河道，在无旁侧入流和出流的情况下，其水流运动可用圣维南（St.Venant）方程组描述[4]。即

（1）

（2）

生态水力学是水利科学发展到较高级阶段出现的新兴学科，在近年由于包括水利建设在内的人类活动规模不断扩大，对于自然生态系统所产生的胁迫和压力不断加大，在某些地区出现了严重的生态环境恶化的事例。概括起来，可以有以下几方面的明显表现：

大规模的水坝建设使得水库对河川径流的调节能力日益加大，有些流域的水库调节库容接近或超过河川的多年平均径流量，以至造成水坝下游河流水量的减少，甚至干枯。这将造成下游河床的萎缩，对河流生态系统造成毁灭性的灾害。同时，水坝的建设造成水流连续性、河床连续性、生态连续性的破坏，并在上游造成大面积的淹没，大量移民又要造成许多新的环境问题。

河流的防洪标准不断提高，河流两岸的堤防越来越高，使得河流两岸的洪泛区域与河流的水循环分离，河流两岸的湿地消失，地下水得不到河流的补充，使得两岸广阔洪泛平原的生态状况日益恶化。

大量兴建的水资源开发工程造成流域水资源的过度开发利用，结果是流域地下水位下降、地表河流和湖泊萎缩、植被干枯，生态环境恶化。在近海地区由于地下水的降低，海水入侵地下水，造成地下水的污染。

概括来说，大量水利工程的建设对流域水循环的影响最大，主要表现是：

流域水循环的短路化，流域水循环的速度加快，降雨产汇流的速度加快，流域降雨很快汇入河道，泄入大海。

1前言

因水力自控翻板闸门具有结构简单，靠水的作用力自动启闭，节省能源、造价低廉、并兼有泄洪、蓄水功能，在各小型水利工程上得到广泛应用。但是，水力自控翻板闸门的水力特性较复杂，闸门的过流特性、动水压力和运行的稳定性仍处在研究阶段。

在最早进行水力自控翻板闸门研究者发现，水力自控翻板闸门在运行中会出现周期性来回拍击支墩或坝坎的现象，破坏性极大。“拍打”的原因是由多方面引起：

（1）控制闸门运行的支承条件；

（2）闸门面板压强、门后空腔泄流、下游水位顶托、门后空腔中负压等水力因素；

（3）面板型式和堰的型式的形状因素。其中支承条件是引起闸门“拍打”的主要原因。为了解决闸门拍打问题，将最初闸门设计的两铰及多铰支承的形式进行改造。双支点连杆滚轮式翻板闸门型式为改进后的支承形式。其布置见图1。

1课程特点及其素质教育实施要点

《水力学》课程以“三多一难”为特色．“三多”是指概念多、公式多、系数多;“一难”是指计算繁难．学生普遍感觉《水力学》课程难学，如何在完成课程知识目标、能力目标教学任务的同时，构建与课程特点相适应的素质教育目标及其教学体系，实现素质教育与课程教学目标契合，以水为媒，传递人文情怀，活化课程教学内容，促进课程知识目标与能力目标的全面实现．在多年教学实践的基础上，根据《水力学》课程的特点，认识到《水力学》课程素质教育的实施要点依然是创新能力、团队合作、学习习惯、审美情趣等方面．在《水力学》课程教学中，应将素质教育实施要点与课程相关教学内容关联，以“知识目标、能力目标、素质目标”三位一体的理念组织教学活动，避免将素质教育沦为空洞的说教，并通过课程素质教育实践提升学生的后续专业课程学习能力与将来的实际工作能力，力求使每一位学生从《水力学》课程学习中获得人生启迪和专业熏陶．

2素质教育实现途径

《水力学》课程的研究对象、教学内容、课程特点与素质教育实施要点之间存在关联，课程教学中素质教育目标的实现途径可以概括为以下几个方面．

(1)传授知识，培养能力，提高素质“传授知识，培养能力，提高素质”是当前大学教育中课程教学的热点话题，是教师驾驭课堂教学能力的综合反映，是全面衡量课程教学水平和质量的关键要素．传授知识是根本，培养能力是目标，提升素质是总纲，能将这三方面融于一体的便是课程教学方案．课程教学方案必须由教师构思或设计，必须与课程教学大纲相吻合，必须与课程特点相适应，必须与学生的认知水平合拍，即教学方案必须具有良好的适应性与可操作性．对《水力学》课程而言，其教学方案应具备这样的特点:以水力学基本原理的阐述为核心，实现知识目标的培养;以管道和渠道的水力设计为突破口，着力培养学生解决问题的能力;同时，注意培养学生的创新能力、自学能力、终生学习习惯等．以课程设计与实验为依托，培育团队协作精神，营造学生互助学习与融洽相处的氛围．此外，教师应做好学情分析，关注学生个性差异，注重课堂“情境”设计，关注学生协同学习，尽力营造良好的学习环境，恰当运用现代化教学手段，不断提高课堂教学效果．目前使用的《水力学》教材较好地体现了教学内容的适应性，并围绕“123教学目标”组织教学内容，优化教学方案，实现了“知识传授、能力培养、素质提升“三方面的目标．在学生能力培养方面，设立了三个层次的学习任务．第一层次为基本教学要求，针对全体学生，以掌握水力学基本概念、基本理论和水力计算的基本方法为总目标．第二层次针对部分要求较高的同学，以训练其掌握EXCEL计算表格设计与试算方法为主，适当介绍专门软件．第三层次主要针对少数优秀学生，以训练典型实际工程(如溢流坝、水闸、泄洪洞、供水管网等)的水力综合计算为手段，全面提升其水流现象分析、水力计算公式和计算方法选用等方面综合性的解决实际工程水力学问题的能力．

(2)以水为媒，传递人文情怀，播种水利精神《水力学》课程的研究对象是以水为代表的液体，而水在中华传统文化中的象征意义非常有利于课程素质教育的实施和拓展．通过《水力学》课程的学习，学生自然会对“上善若水”、“逆水行舟用力撑”、“源清流洁，本盛木荣”、“仁者乐山，智者乐水”、“君子之交淡若水”等人生格言有更深层次的理解．“兴利除患”是水利行业的基本任务，对水之品质的认知又是践行“献身、负责、求实”的水利精神的人文寄托．从水跃现象就能很自然地引申出“水不激不跃，人不激不奋”的道理，避免了简单的说教，也使学生对水跃现象及其相关的教学内容有了更深刻的理解，课程教学的素质教育目标也在潜移默化中得到体现．古往今来，与水相关的优美诗句成就了诸多名家的山水情怀．“细水长流”是水的品质，“滴水石穿”是水的力量，“空明澄澈”是水的美丽，“飞流直下三千尺，疑是银河落九天”则是水的力与美的结合，“君不见黄河之水天上来，奔流到海不复还”又给了学生另外一种人生的启迪．而《水力学》中的连续方程从物理学的角度阐释了“不积小流，无以成江海”的道理，其寓意对学生终生学习习惯的培养有鞭策和激励作用，而水之品质与精神更是诗词赞美的源泉，也是学生审美观念与审美能力培养的重要依托，其蕴含的哲学理念与人文精神对社会公德教育、世界观教育、人生观教育、劳动观念教育等素质教育内容都有很好的潜移默化影响．值得强调的是:《水力学》课程教学环节的素质教育内容必须与课程相关教学内容自然衔接．教师应结合《水力学》课程教学的相关内容，在自然科学原理、概念、规律和方法等成果的分析、推导、论述过程中，恰当地融入文化元素，自然地渗透人文情怀，体现潜移默化的素质教育效果．即课程素质教育必须以课程基本教学内容或其延伸内容为依托，以教学内容的文化延伸支撑素质教育的内容和目标，切忌将素质教育流于空洞说教和形式．实际教学过程中，实现这样的素质教育目标并非易事，教师必须把课程的具体教学内容与学生的实际情况结合起来，通过深入的思考与钻研，方能使素质教育中的人文情怀显得自然而又入情入理．

摘要：对三峡工程环评阶段的几个环境水力学问题，如扩散能力和污染带影响、库区BOD5负荷的影响、泥沙对水质的影响、水温预测、河口径流的变化和盐水入侵等进行了述评，指出了存在的问题和进一步研究的方向和意义。

关键词：三峡工程环境水力学水质泥沙盐水入侵水温

1三峡工程概况

二峡工程坝址位于湖北宜昌县三斗坪镇，距下游葛洲坝水利枢纽约40km，控制流域面积100万kmz，是治理和开发长江的一项关键性骨干工程。其规模空前，技术复杂，投资多，周期长，在中国水利工程史上是前所未有的。三峡工程1994年12月正式开工，预计2009年完工。

根据审查通过的三峡水利枢纽初步设计报告，三峡水利枢纽的主要建筑物由拦江大坝、水电站和通航建筑物三大部份组成。大坝为重力坝，坝顶全长2335m，坝顶高程185m(吴松高程，下同)。正常蓄水位75m，相应的防洪限制水位145m，枯季消落低水位155m。泄洪坝段位于原主河槽部位，其两侧为左右厂房坝段和非溢流坝段。正常蓄水位175m时，20年一遇洪水回水末端至四川巴县木洞镇，距坝址565.7km。水库水面面积1084km2，水面平均宽度约1100m，与天然情况相比增加约一倍。水库平均库容393亿m3，其中防洪库容有221.5亿m3，兴利调节库容有16；亿m3，约占坝址径流量的3.7%，系一径流调节能力不大的季调节水库。

水电站为坝后厂房，共安装26台(左14台，右12台)单机容量为70万kW的混流式水轮发电机组，总装机容量1820万kW，年平均发电量约847万ktW·h。另外，为减少弃水增加发电，右岸预留6台70万kW机组的地下厂房位置。

1问题的提出

洞庭湖作为长江中游的调蓄湖泊，不仅是长江中下游防洪体系中的重要组成部份。它不但具有调蓄江河径流、发展航运、渔业和为工农业生产提供丰富水资源等多种用途，而且对调节湖区气候和生态平衡也起着重要作用。由于洞庭湖接纳湘、资、沅、澧四水和长江的松滋河、虎渡河、藕池河三口，每年有大量的泥沙进入洞庭湖，其中约四分之一左右的泥沙由城陵矶注入长江，四分之三则淤积在洞庭湖，1975年与1952年比较，七里湖平均淤积达4m以上，南洞庭湖淤积近2m，东洞庭湖淤积近1m。由于泥沙淤积，造成四口洪道多呈淤积萎缩态势，湖内洲滩滋长、芦柳丛生、滞流阻水严重，进而加速泥沙淤积，并有恶性循环之势。而且由于湖泊萎缩使得水系紊乱，相互顶托干扰。这些问题导致洞庭湖区调蓄容积减少、洪水位不断抬升、江湖关系改变，加重湖区的防洪负担、造成严重的洪涝灾害。因此，加强洞庭湖区河道整治、实施河湖疏浚工程、调整部分河段的河势、改善水流条件、稳定河床、减少泥沙淤积、延长河道寿命是非常迫切的[1~4]。目前洞庭湖河湖疏浚规划已经完成，包括湘、资、沅、澧四水尾闾和松滋河、藕池河、南洞庭湖、东洞庭湖、汩罗江等疏挖总工程量达33876.40×104m3，目前为止已经付诸实施的有约4067.91×104m3。为了客观地反映河湖疏浚对洞庭湖防洪减灾实际效果和作用，必须准确分析疏浚后的洪水位降低效应。

2河湖疏浚对典型河段的洪水水位影响分析

2.1水力学方法

水力学法的主要思路是运用洞庭湖水动力学模型，在同样的来水条件下，分别计算疏浚前后（地形和糙率不同）洞庭湖疏浚影响区的洪水水位，通过对水位差值的比较，得出疏浚对河湖洪水水位的影响。洞庭湖水系中，四水及长江三口控制断面以下无流量站控制，区间面积约占洞庭湖水系总面积的20%，与洞庭湖洪水的形成密切相关。本研究洪水演算采用SMS（地表水模拟系统）水力学模型，区间的产流计算采用SSARR（河流综合预报与水库调度模型）水文学模型[2]。

2.1.1原理

1渗流分析的基本理论

1．1达西定律

法国工程师Darcy经过渗透实践验证，渗流量q不只同截面面积a成正比例，还与水头耗损(h1－h2)正比，与渗径尺寸l成反比，带入土粒构造与流体特性的定性常数k。

1．2渗流连续方程

渗流连续方程通常以质量守恒定律为基础，考虑可压缩土体的渗流加以引证，即渗流场中水在某一单元体内的增减速率等于进出该单元体流量速率之差。对于每一个流动的过程而言，皆是在特定的空间流场之中发生的，沿着其边界发挥支配功能的条件，成为边界条件。在开始进行研究的时候，在流场之内，流动的状态与其支配条件，成为初始条件。边界条件与初始条件合称定解条件。定解条件普遍是由室外测量数据或实验得出的，其对流动过程有着决定性功用。找寻某个函数(假如水头)，让其在微分方程的条件下，又可以适应定解条件的便可认为是定解问题。

2渗流计算

摘要：流域洪水风险图可以定量和直观地描绘遭受洪水淹没风险的区域和洪灾造成的损失，为各级政府指挥抗洪提供决策依据。本文简要论述和分析了适合于流域洪水风险图编制的一些方法，侧重讨论了推求洪水淹没状态的若干途径以及洪灾损失统计评估的内容。

关键词：流域洪水风险图

一、引言

我国的洪涝灾害从出现频率、影响范围到造成的损失都是世界最为严重的国家之一。据统计，在过去的2000多年中，中国发生的有史料可查的重大洪水灾害就达1600余次。新中国成立以来，经过40多年的治理，全国江河流域的防洪形势有了重大改观。但是，由于洪水的影响因素众多和人类对自然界认知的局限性，目前尚无法从确定性的角度预知未来相当长时期内洪水发生的确切时间和真实过程，加之经济条件的限制和出于环境方面的考虑，洪水灾害目前还难以彻底防范或根本消除。近年来，随着人口的持续增长和经济的迅猛发展，我国洪涝损失具有逐年增大的趋势。在新形势下，建立洪水风险的概念，使人们经常认识到洪水发生的可能性和洪灾的后果，将有助于机构和个人更好地防范洪水灾害。

洪水风险是指未来可能引起灾害性后果洪水发生的概率或频率，洪水风险图则是对洪水风险及后果定量化和图形化的体现。一般，洪水风险图应该是三位一体的组合：

（1）流域洪水发生的频率；

1前言

所谓复式河道是指有河漫滩的河道，在洪水期，河漫滩将会被淹没。由于主槽和滩地有不同的水深和糙率，水位流量关系将和单道有所不同。当水流漫滩时，由于主槽水流与滩地水流的相互作用，断面过水能力通常会降低。特别是水流刚刚漫滩时，由于断面形状的突变，加上滩地糙率一般与主槽不一样，使估算过水能力变得非常困难。然而正确的估计给定水位下的流量以及已知流量如何确定水位等问题对于洪水预报、防洪规划又是必不可少的。为了系统地研究复式河道的水力学问题，增进合作、交流、避免重复研究，由英国科学与工程研究委员会资助，在英国瓦灵弗水力学研究所（HydraulicsResearchLimitedWallingford,UK）建成了洪水河道设施(FloodChannelFacility，简称FCF)。FCF自1986年开放以来，主要进行了三个系列的实验：1987～1989年的顺直和歪斜河道实验：1990～1994年的弯曲河道实验；1995～1997的固定河岸、可动河床实验。目前正在进行自形成河道实验。到1999年，已有80篇以上的论文是基于FCF实验数据的。在1995年国际水力学研究协会第26届大会上被选定为检验数学模型的基准资料。1999年，Knight[1]对复式河道的水力学研究作了系统总结。

由于桥梁的修建减小了断面过流面积，水流流线在桥梁的上游形成收缩，下游形成扩散，加上桥体本身的阻力等因素，使河流的局部阻力增大，造成局部水头损失，形成桥梁上下游的水位差（称为桥梁壅水）。河道桥梁壅水在流量小时并不明显，而在洪水期较为显著。桥梁壅水抬高了桥梁上游水位，增大了淹没面积，滞蓄了洪水，从而增大洪水灾害。如果流量过大，使洪水漫过桥梁，甚至冲毁桥梁，将造成更大的灾害。较为著名的桥梁壅水的计算方法有：美国公路局法（USBPR）、美国地调局法（USGS）、英国瓦林弗水力学研究所的拱桥法(Arch)、Biery和Delleur法等。这些方法一般是通过联解动能或动量方程与连续性方程、得到求解桥梁公式的形式，最后用实验资料确定公式的参数。桥梁壅水的危害，在大流量高水位的洪水时尤为突出，而天然河道在洪水期间，一般水流漫上了河滩，过流断面为复式断面，而桥梁壅水的公式多是在单一河道中建立的，目前对复式断面的桥梁壅水问题的研究还不多见，本文在复式河道的桥梁壅水实验的基础上提出了一种计算方法。

2实验概况

图1水槽平面示意图

Planesketchoftheflume

摘要：根据国内外不同学者对生态环境需水量的研究资料，归纳分析了国内和国外对生态环境需水量概念的认识和计算方法。

关键词：生态环境需水量；计算；研究

1国外研究动态

早期的研究是关于河道枯水流量(Low-flow)的研究，这个时期主要是为了满足河流的航运功能对枯水流量进行研究。随后，由于河流污染问题的出现，开始对最小可接受流量(minimumacceptableflows，MAFLs)进行研究，其最小可接受流量除了满足航运功能外，还要满足排水纳污功能。随着河流受人为因素影响和控制的加强，河流生态系统结构和功能遭到破坏，生态可接受流量范围(ecologyacceptableflowregime，EAFR)的研究逐渐展开，其主要是为了恢复河流生态系统功能，为满足不同的环境要求而进行生态可接受流量范围的研究。

目前，国际上对河流的生态环境需水量使用较为广泛、通用的概念是枯水流量。近10年来，为了促进水文水资源研究，国际之间加强了合作，其中包括对河道枯水流量的研究，如FREND(FlowReg-imesfromExperimentalandNetData)行动计划，第一个行动计划由水文组织(instituteofHydrology(UK))倡导，并为1985—1988年的国际水文计划方案Ⅲ(UNESOInternationalHydrologicalProgramme-Ⅲ)做了部分工作。这个组织包括13个欧洲国家，主要是应用国家水流量(水文)数据库及不同的研究方法，预测河流的洪、枯水流量，分析和研究了欧洲西北部1350条河流的的枯水流量状况。研究集中在应用水力学参数研究枯水流量与流域河床组成特性之间的关系，以及研究不同频率不同时段年均流量(mean)与最小流量(annualminima)和枯水流量(low-flow)之间的联系等，第1个欧洲FREND行动计划采用了西欧国家网络提供的精确的日流量和相应的流域资料数据库。随后，FREND行动计划开始向横向(包括东欧国家)和纵向(扩大到大尺度问题、方法问题、枯水流量和洪水流量条件下流域土地利用的变化，水质等问题的研究)的研究方向发展，其研究的深度和广度不断扩大。

目前，FREND组织很快扩展到欧洲及世界其他许多地区和国家，如西非、中非、北非、地中海地区及中亚地区，印度及南亚地区等，最近正在进行的FREND行动计划将其研究成果概括在FREND报告中，最新成果有：北欧地区枯水流量和干旱研究；南非区域水资源和干旱评估方法研究；西非、中非地区雨量减少对枯水流量长期影响研究；枯水流量时间系列与断流分析；地域性生态水文学理论和水资源统一管理的论述等。总之，国际上在水资源领域的合作使得先进的研究技术和手段应用到更多的具有水文数据库的国家和地区，特别是在流域枯水流量的研究方面，显得更为突出。