水力学范文10篇

水力学范文篇1

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）

式中：A——水道过水断面面积；

d——过水断面水深；

Q——流量；

x——流程；

t——时间；

v——断面平均流速；

——能坡；

——底坡，一般认为为稳定流水面比降；

g——重力加速度。

采用谢才公式，流量方程可表达为：

（3）

式中：C——谢才系数，采用曼宁公式，；

R——水力半径；

n——河道糙率。

引进恒定均匀流公式

（4）

式中：Q0——恒定流流量。

通过式（2）作适当变换求得，代入式（3）得非恒定流流量方程为

（5）

在一般河道中，（）为同一数量级的微小量，而且在洪水波中两项正负相异，可以近似抵消，故认为（）≈0。因此，式（5）可简化扩散波形式：

（6）

将上式对X求偏导数，则

（7）

对于满足国家标准《河流流量测验规范》[5]规定要求的水文测验河段，可以近似认为

同时忽略式（7）右边的第3项，Henderson[6]曾论证过此量与相比为一微小量。则式（7）可简化为

（8）

由公式（1）得

并将其代入式（8），整理得

由于，故上式可进一步写成

（9）

式中：——断面平均水深。

为了求解，式（9）可以改写成有限差的形式，即

（10）

式（10）中的为断面水深随时间的变化率，变可用水位变化率来代替。可见为水位变化率（涨落率），河段糙率和断面水力要素的函数。因此，根据实测水位过程线、糙率系数和大断面资料，可以通过式（10）迭代求解。然后，将求解的结果代入式（6），即可求得相应的流量值。式（10）和（6）即为推流计算的水力学模型，据此实现由水位过程直接推算流量过程。

3应用

本文将该模型具体应用于湖南省湘江流域的龙家山水文站和董背冲水文站。龙家山站位于湘江一级支流洣水的中游，控制流域面积4515km2。董背冲站湘江位于二级支流铁水下游，集水面积1681km2。两站水位流量关系受洪水涨落率影响均比较严重。历年洪水期的水位流量关系均呈绳套曲线，测次多，测流时间长，困难大。

3.1工作曲线

采用水力学模型前，先建立以下工作曲线：

（1）Z～n或d～n关系曲线。根据历年实测的流量和比降资料，估算曼宁糙率系数，建立相应河段的水位（或水深）与糙率之间关系的曲线。

（2）Z～关系曲线。由于很多测验河段是选择在倒坡河床上，所以不能直接用河段的实际底坡代替。这时，可以近似地认为每次洪水的洪峰峰顶和峰谷接近于恒定流流态，故可通过各次洪峰峰项和峰谷所观测到的比降资料分析出合理的值。一般情况下各级水位的正常水面比降是不同的。因此，可寻求正常水面比降与水位级的关系，建立水位与正堂水面比降的关系曲线。

（3）Z～A、Z～R、Z～d关系曲线。这些曲线根据最新的实测大断面资料绘制。

3.2推流计算程序

采用水力学模型推流计算的步骤如下：

STEP1.确定计算推流水位Z；

STEP2.确定计算时段长△t，其长度的确定应满足在推流水位Z，前后水位过程接近直线变化，计算相应涨率△z/△t，其值为；

STEP3.由工作曲线查得相应于水位的正常水面比降、糙率及断面参数面积、水力半径和断面平均水深；

STEP4.由、据Z～R工作曲线内插、，近似计算△R/△d，其值为；

STEP5.据式（10）通过牛顿迭代法计算△d/△X；

STEP6.据式（6）计算相应于水位的断面流量；

STEP7.继续计算否？是则转STEP1；否则结束。

全部计算工作在计算机上编程完成。

3.3实例成果

由于篇幅所限，这里仅给出两站设站以来实测最大洪水的水力学推流成果。其中附表为推流主要精度指标，附图为推流过程线与流速仪实测点的对比。从附图和附表看出，推流效果是令人满意的。

精度指标

附表水力学模型推流计算成果精度表

站名

洪峰流量误差

（%）

测点平均误差

（%）

径流量误差

（%）

龙家山

2.3

2.7

1.1

董背冲

-0.5

1.9

-0.8

(a)龙家山水文站洪水流量过程线(b)董背冲水文站洪水流量过程线

附图两站设站以来实测最大洪水水力学推流与流速仪测流成果对比

4结语

（1）通过水力学途径用水位资料推算流量，经济简便，其一个水文站的消耗仅相当于一个水位站。本文介绍了一种近似扩散波水力学推流模型。实例表明，该模型应用于受洪水涨落率影响的水文测站，其推流精度能够达到一定的要求，而且只要将水位采集装置直接与计算机相联，即可实现流量自动记录。这对于解决高洪测流特别是实现水文自动测报和水文测站的无人值守具有重要意义。

（2）测流断面的水下地形和河床糙率是直接影响断面流量的两个重要因素。应用本模型推流时要适时监视断面变化情况，并不定期用流速仪校测少量测次，以率定河床糙率。一旦发现这些参数发生了变化，就及时修正相应的工作曲线。

参考文献:

［1］王锦生.开发新技术,促进“站队结合”[J].水文科技情报,9(2),1992.1～3

［2］吴寿红.用变化的特征差分格式进行水位推流[J].水文,(3),1989.14～18

［3］文其义,颜跃红,陶苏平,等.特征比降法推流的原理与应用[J].水文,(6),1991.29～36

［4］郑邦民,槐文信,齐鄂荣.洪水水力学[M].武汉:湖北科学技术出版社,2000.59～73

［5］中华人民共和国国家标准(GB50179—93).河流流量测验规范[S].北京:中国计划出版社,1993.4～5

［6］HendersonFM.OpenChannelFlow[M].N.Y.:TheMacmillanCo.,1966.66～73

AHydraulicModelforAutomaticCollectionandTransmissionofFloodDischargeData

LIZheng-zui

水力学范文篇2

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。

流域水循环的绝缘化，洪水只在大堤的范围内流动，不再泛滥。河流两岸的广大洪泛区不再受到洪水的侵扰，但是也失去了洪水对地下水的补充和清洗。流域的水循环与河流的水循环绝缘化。

流域生态系统的孤立化，流域的水绿生态网络被切断、阻隔，流域内的生物群落被局限在某一固定区域，不能自由移动，捕食和交配不能正常进行，造成生物群落的退化和灭绝。

近年来，对于保护生物多样性和流域社会可持续发展的认识不断被接受，提出了对遭受破坏的生态系统进行修复的新课题，许多国家提出恢复流域的自然特征，恢复多自然特征的河流，我国的一些流域也先后提出了生态修复的目标，在这样的大潮流的推动下，出现了许多生态水力学的研究课题，比较引人注目的成果有：

湖泊水生态系统的修复。目前我国人口密集区的大多数湖泊出现了由于污染造成的湖泊富营养化现象，即由于磷、氮类营养盐大量进入湖泊造成湖泊内藻类的异常增殖，水体生产力提高，水质恶化。对湖泊的治理除了控制污染源之外，最有效而可行的措施就是修复湖泊的生态系统。在我国的洱海、滇池、太湖都在开展生态修复的试点工程。如湖滨带的生态修复、湖周湿地的生态修复等。湖流对营养盐的输送、湖流对湖泊内泥沙的输移、湖流对底泥污染物释放量的影响、以及综合各类研究成果建立的水域富营养化模型等都成为生态水力学中的热门课题。中国水利水电科学研究院、中国环境科学研究院率先开展了这一领域的研究，目前类似的课题已经有很多。已有三维的富营养化模型，包括流场、温度、太阳辐射、光合作用、营养盐、浮游植物、浮游动物、大型水生动植物在内的诸多物理、化学和生态参数。

恢复河流自然特征的研究。传统水力学的研究，比较注重河流输水的经济性，结果造成河流断面的均一化、河流渠道化，河流自然特征逐渐消失，河流生物多样性减少。目前，在恢复河流自然特征的研究中，创造河床的滩——潭交互结构、近岸的洄流结构、创造适合特种生物生存和繁殖的流场等方面的研究也方兴未艾。

以河流生态系统优化为目标的水利工程调度研究。以往的水利工程调度大多只考虑水资源优化、水能经济优化等目标，没有将下游的水环境和生态环境优化作为调度目标，结果往往是达到了经济优化的目标，损坏了下游的生态环境。近年来结合下游河流环境、生态需水量的研究，提出了以下游生态环境优化为目标的水库调度研究，增加了水库的生态环境调度功能，有条件的地方将水库的改善生态环境放在首位，被称为生态型水库。

洪水资源化的研究。传统水利认为洪水只是一种灾害，近来逐渐认识到洪水不仅是灾害，还是一个生态过程，通过洪水泛滥补充地下水、恢复湿地、清洗河流、改良土壤等，因此不能完全消灭洪水。这方面的研究有，有控制的人工洪水调度、与溢流堰结合的堤防设计、利用洪水的地下水回灌等。

湿地修复技术研究。湿地的恢复需要适当的水流条件，不同的湿地植物群落，需要相应的水深、流速、水温等。在湿地恢复过程中要注意流场的控制，以满足湿地生态修复的要求。

植物群落对水中营养盐降解的机理研究。水中的营养盐在进入水生植物系统后，经过沉降、微生物分解、根系吸收等环节，使水体内营养盐的浓度降低，达到净化目的。上述过程，与流场关系密切，如水深、流速、水体滞留时间等。目前多是通过现场的实地实验确定各种参数，试图建立数学模型。

水力学范文篇3

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。

通过对3m×6m（高×宽）连杆滚轮式翻板闸门的后支承点的水力学试验，研究该闸门运行的稳定性，提出闸门运行稳定的最佳后支承点位置，并将试验成果应用于工程设计中，经原体运行观测，取得较好效果。

2试验研究与成果

2.1模型设计

3m×6m连杆滚轮式水力自控翻板闸门安装在曲线非真空实用堰上，见图1。在80cm宽的玻璃水槽进行试验研究。模型比例1∶7.5。按弗劳德重力相似定律设计模型。闸门用水泥加细铁砂混合材料浇铸而成。连杆及两端的活动铰用铜件制造。做到几何尺寸相似，容重相似。为保证模型制作的精度，对闸门重量和重心进行率定。闸门重量误差0.85%，重心位置无误差，使闸门的运动相似。模型率定成果见表1图13m×6m连杆滚轮式水力自控翻板闸门结构图

2.2试验方案

水力自控翻板闸门稳定的运转，合理选择支承点很重要，试验中对闸门支承后支点的位置进行6个方案的试验研究，各方案后支点位置从图1座标系KOZ可见，其座标值见表2。

表1模型率定成果

情况门重(T)重心位置(m)

XCYC

原体门重11.1180.25841.4138

模型门理论重0.026350.1885

模型门实际重0.026130.1885

误差0.85%0

注：重心座标见图1中XO′Y座标系。

表2自控翻板闸门6个方案后支点坐标

方案K(m)Z(m)

试验值计算值误差试验值计算值误差

1－0.8325－0.840.9%0.8880.86742.3%

2－0.78751.0725

3－0.7350－0.740.7%0.87750.86741.2%

4－0.68250.9975

5－0.6225－0.642.7%0.84750.840.9%

6－0.57750.9825

表2中还列出了方案1、方案3、方案5的后支点座标计算值。从表可见，由于闸门加工工艺误差，试验中闸门后支的位置与设计值有误差，误差值小于5%。

2.3试验分析研究

闸门后支点选择合理的标志是：闸门开度应满足设计要求；泄流能力大；上游水位变幅较小；水位与开门角度关系曲线平稳，渐开性好；闸门无“拍打”失稳的现象。经试验观测分析整理，自控翻板闸门后支点6个方案水位与闸门开门角度关系见图2。方案1、方案3、方案5的水位与开门角度的理论计算值也绘在同一图中，以便对比分析，试验结果见表3。

表3自控翻板闸门后支点6个方案水位与闸门开门角度特征成果

项号123

方案序号最大开度开关门过程计算与试验水位比较(m)

最高堰上水深(m)最低堰上水深(m)较接近部分距离较大处

差值/相应开度差值/相应开度

174°3.272.890.54/72°

265°3.433.08

373°3.282.88.54/72°

468.5°3.363.08

574°3.232.630.83/70°

665.5°3.433.09

注：第3项差值指理论计算曲线与试验曲线之间的水位差。

图2闸门后支点各方案水位与闸门开门角度关系曲线

试验表明：

（1）双支点连杆滚轮式翻板闸门系统的配置合理，在各方案中，闸门运转的渐开性较好，水位与流量关系曲线较平滑，避免了因水位突变导致闸门失稳发生“拍打”。在运转中会有些摆动现象，但闸门运行稳定。

（2）后支点位置采用高点，开门门顶水深增加。当后支点座标提高10cm，门顶开门水深约增加3～5cm，闸门在开关过程中，最大的堰上水深增加约20cm。

（3）后支点高度不变，后支点向下游移，即连杆加长，闸门在运转中出现摆动的幅度较小，运行较稳定。

（4）在闸门运转中，当下游水位对闸门有顶托时，闸门摆动的幅度较大，闸门容易出现不稳定的现象。

（5）从图2可见，当闸门小开度时，水位与闸门开度的理论计算曲线与试验曲线值较为接近，差值在0.015～0.12m。各方案稍有差异。从本院所测试连杆滚轮式翻板闸门运行与闸门动力压力关系的资料分析，主要是由于闸门底缘的动水压力的变化引起。

（6）当闸门开度较大时，试验值水位与计算值差别较大，最大差距出现在闸门达最大开度时，是由于闸门开度加大，门背气腔形成，产生负压作用于门背，另一方面是受到水流直接冲击闸门底缘的影响。但两曲线趋势是一致的。

2.4翻板闸门运行稳定性理论分析

在进行翻板闸门后支点研究的同时，本院与天津大学对连杆滚轮式翻板闸门的振动和水流压力脉动进行测试分析，在此基础上开展了翻板闸门运行稳定性的理论分析。水力自控翻板闸门的运动是绕瞬心的往复运动，在运动过程中当作用在闸门上的动力大于阻尼力时，闸门不能达到平衡状态，闸门在运转中将产生“拍打”。

翻板闸门可视为单自由度振动体系，其振动方程可写为：

其中J（）为绕瞬心点的转动惯量，表示闸门运动过程中水流对闸门的作用力，是水流和闸门运动耦合的结果。作用力包括时均部分力（水位和闸门开度的函数）和脉动部分力（为水位和的函数）。把作用于闸门上的重力力矩，门叶的迎水面、底部、顶部、背水面的水压力矩，连杆作用力矩，滚轮支承力矩，摩擦力矩，上下游闸门板上的动水压力矩代入上述闸门的运动方程，得出关于入的特征方程[4]：

求解该特性方程可得闸门系的稳定性特征。当翻板闸门形成“拍打”特征值入实部即衰减率为正，并且闸门运行各角度总力矩的平均值为正，此条件可作为闸门稳定性的判定准则。对3（m）×6（m）翻板闸门进行验算，当闸下游水位较低时，力矩变化率为负，即闸门开度增大开门力矩减小，对闸门“拍打”有抑制作用；当闸下游水位升高，力矩的变化率逐渐由负转为正，即闸门开度增大开门力矩也增大，不稳定性因素扩大，闸门的稳定运行受到影响。对上游水压力力矩随开度的变化率计算，其值为负，说明上游水压力对闸门“拍打”有抑制作用，因此可以认为下游水压力的作用是形成“拍打”的主要因素。这一结论在模型试验中也加以验证。

2.5试验成果

（1）各后支点方案试验表明：闸门最大开度不相同，在65°～74°之间。闸门运行无“拍打”失稳现象，闸门运行是稳定的。

（2）闸门后支点提高，开门与关门的水位与开门角度关系曲线间距增大，即闸门运行阻尼增大。

（3）闸门开门的曲线与关门曲线的差距，初步认为是水力自控翻板闸门结构体系的阻尼值。阻尼越大，闸门抗“拍打”的能力越强。

（4）为保证闸门有较大的开度，闸门在运转过程中有平稳的阻尼值，闸门渐开性好，具有较好的抗“拍打”性能，试验表明方案1为较优方案。

（5）当闸下游水位对闸门有顶托时，为保证工程的安全，最好进行水工模型试验。

3实际工程应用

3.1广东省紫金县洋头下寨子水电站，电站装机容量800kw。浆砌石溢流坝，坝面为曲线实用堰型，采用面流消能。在坝上设8扇3m×6m（高×宽）连杆底滚轮式水力自控翻板闸门。设计流量2065m/s，上游水位178.95m，下游水位175.35m；校核流量2928.5m/s，上下游水位分别是180.76m、176.90m。闸门的后支点位置，按推荐方案1的位置设计，闸门于1996年建成投入运用。根据多年现场观察，闸门开关自如，最大开度74°，保持正常蓄水位，闸门无“拍打”失稳的现象发生，运行良好。

3.2广东和平县铁潭水陂位于明镇东南。具有灌溉、发电、排洪和美化城镇环境的作用。水坡断面为曲线实用堰，坝高3m，堰顶高程98.0m。在其上安装10扇3m×6m连杆滚轮式水力自控翻板闸门。闸下采用底流消能。设计流量920m3/s，上游水位102.80m，下游水位99.56m，上下游水位差值较小。闸门支承后支的设计采用上述的方案1。闸门于1998年3月建成，在闸门运转过程中，支点设计合理，闸门运行稳定，发挥工程的综合效益。

4结语

试验研究与实际工程应用表明，3m×6m连杆滚轮式水力自控翻板闸门，其后支点的设计采用试验推荐的方案1，闸门开度较大、渐开性好、运转稳定。本试验成果可供相同门型及尺寸的闸门设计参考。

参考文献

[1]李一平，连杆滚轮式水力自控翻板闸几个水力学问题的试验研究广东省水利水电科学研究院，1991.3。

[2]叶镇国，梁其泰，水力自控翻板闸门防拍打理论及水力计算理论研究湖南大学土木系，广州市白云区水电局，1993.5。

水力学范文篇4

《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．

(3)关注水流现象，分析流动原理，培养创新能力创新精神是工科学生必备的专业素养，也是课程素质教育的重要内容之一，是每门课程都应该努力实践的素质教育目标．水流现象是最为常见的自然现象之一，水体流动的基本原理揭示了水流现象本身蕴含的科学道理，也为学生创新意识的培养提供了重要素材．古已有之的“水车”、“铜壶滴漏”就是水力学原理在生活实践中的创新应用，而距今二千多年的都江堰水利枢纽则是水力学原理工程实践的历史见证．为此，课程教学中应充分发掘《水力学》课程的创新思想和科技人文内涵，着力培养学生的创新能力，并指导学生开展一些基于课程教学内容的创新活动，这是创新能力培养落地生根的重要依托．比如，基于《水力学》原理的流速、流量、水位观测仪器，工程实践中广泛应用的流体机械(如水轮机、水泵、水力切割机械等)、潜艇、水抢、水炮等都是课程创新教育的重要素材，都能给学生以无限的水力学原理方面的创新启迪．量水设备的改进优化、堰型开发创新、消能形式创新、水流现象模拟等，都是课程教学重要的创新能力培养方向，蕴含着丰富的创新教学内容．水力计算中试算方法的改进为热爱数学的学生提供了广阔的创新空间，不同流动边界下水流现象研究与实验验证，又为喜欢动手试验的学生提供了创新能力培养的平台．《水力学》课程自身具备了足够多的创新能力培养素材，关键是学校教育是否具备创新成长的环境，学生是否有勇于进取和探索的热情，教师是否有积极引导学生创新的动力，这是当前素质教育面临的现实问题．换言之，素质教育理念落实到课程教学实践，需要教学管理者、教师、学生三方面的共同努力．而创新意识培养环境则是由社会、学校、用人企业、教育管理者、教师、教材、实验室以及相关管理制度等诸多因素构成．任何一个环节的缺失或不完备，都会影响到课程素质教育中创新能力培养的效果．从学校教育层面来看，学校的育人环境、人事管理、教学管理、实验室管理及其相关制度的配套与否将是直接影响创新教育运行机制的关键，需要引起学校管理者高度重视．撇开复杂的教育制度改革与学生学习环境不谈，仅从教师方面来看，创新能力的培养需要任课教师在备课方面投入大量精力，更需要教师有扎实的专业功底，有广博的与所任课程相关的科学和人文知识，具备驾驭课程教学的能力，并使没有边界的创新因教师的引导而变得妙趣横生．创新是“水无常形”的具体体现，也是《水力学》课程的优势所在．从目前的实施情况看，虽然《水力学》课程蕴含着相当丰富的素质教育题材，但由于缺少实施课程素质教育的环境，使得课程创新意识培养仍然更多地停留概念领域．

(4)依托课程实验，引导学生自学，培养团队协作精神自学能力、终生学习习惯、团队协作精神是人生必须面对课题，也是未来发展的基础，当然也是每门课程都值得重视的素质教育内容．但不同的课程对学生自学能力和终生学习习惯的影响是不一样的，在团队协作精神培养方面所起的作用也不一样．对《水力学》课程而言，其技术基础课的专业定位以及实验教学的团队协作，都非常有利于学生这几方面能力的培养．实验必须团队合作才能完成，《水力学》教学内容多且需要实际工程背景的特点使得教师往往要安排自学内容，并组织学生开展专业实习，并安排适当的文献检索主题，引导学生自我学习并掌握相关教学内容．正常水深、临界水深、共轭水深、收缩水深的计算往往具有类似的特点，是延伸学习的较好内容，关键是教师要善于引导学生自学．

3结语

水力学范文篇5

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。

通航建筑物全部布置在左岸，设双线连续五级船闸和垂直升船机。

建成后的三峡工程具有防洪、发电、航运等巨大综合效益。水库运行中，将兼顾防洪、发电、航运、排沙的要求，协调好除害与兴利、兴利各要素之间的关系，以发挥工程最大综合效益。通过选取丰、平、枯各种来水典型年进行分析计算可以发现，经水库调节后，径流年内变化与天然情况差别不大，且年内人海径流总量不变。

2三峡工程中的几个环境水力学问题及研究现状

环境水力学是环境科学和水力学相结合的一门学科，研究水体中的污染物在水体中的迁移转化，特别

是随着水体力学特性的变化而变化[1]

三峡工程对水质的影响是生态与环境评价中一个有争议的问题。库区工业和生活废水年排放量10亿t，绝大部分未经处理直接入江，造成局部污染。根据监测结果，三峡库区段总体水质良好，但城市江段岸边污染严重。其中重庆市区的岸边污染最严重，其次是万县市、涪陵市和长寿县城关镇江段。主要污染物为发挥性酚、总磷、总氮、石油类、BOD、COD、悬浮物、总汞、硫化物、氧化物、六价格和砷等。从总体上看，三峡工程对库区水质不利，对中下游水质有利。建库后，库区水体流速减缓，复氧和紊动扩散能力下降，将加重局部水域污染。另一方面，枯水期下泄流量增加，提高了坝下游河道污染稀释能力，有利于改善水质、减轻污染。可削弱长江枯水期咸潮入侵，增强冲淡氯度，有利于提高上海市供水的水质。

如前所述，三峡工程对枯水期中下游的水质改善是有利的。因此，对扩散能力和污染带的研究重点是库区，即不利影响区，特别是重庆江段的水质问题。水文水力学条件一般控制在枯水期，采用多年最枯平均保证率P＝90%的枯季流量为水文水力学的计算、设计条件。对库区水质的研究，分整体水质和局部水质。整体水质主要是针对库区队BOD5负荷，局部水质主要针对岸边污染带。一般认为，建坝后水流流速减缓，扩散能力降低，从而使水环境容量降低，加重污染带和库湾静水局部污染。

2.1对库区整体水质(BOD5负荷)的影响研究

建坝后，库区流速下降，复氧能力减弱，从而降低对BOD5的接纳能力.

采用Streeter-Phelps模型分析，结论认为，按GB3838-88地面Ⅲ类水标准溶解氧不小于6mg/L计算，建坝后BOD5接纳能力将减少59%。但由于径流量大，其接纳能力仍有156万t/a，比现有污染排放量大得多，因此建坝后三峡水库的整体水质不会恶化。另外，由于水库蓄水，污水在水库中的停留时间长，BOD的降解量将增加。当然，这里仅仅谈“整体水质”是不够的，实际上“岸边水质”对工业和人民生活更为有用，因为目前大多数取水口都在岸边。

Streerer-Phelps模型是1925年由Streercrt和Phelps研究OhioRiver污染问题时所建立的最早的河流溶解氧模型，条件比较简化，如污染负荷不随时间而变，河流流量沿程不变，水流为均匀流，生化耗氧为一级动力反应且反应速率为常数，复氧只有水气交界面上的吸氧而且复氧系数为常数等等。

在研究天然河流BOD5和DO的变化时，对三峡水库，根据实际需要，还应考虑这样几个方面的因素：(1)由于泥沙吸附而引起的BOD的减少；(2)由于底沙冲刷或底沙中有机物的分解而引起水中的BOD的增加；(3)由于沿程径流加入引起的BOD的增加；(4)由于纵向离散而引起BOD和DO的不断重新分布；(5)Kd随着时间的变化，特别是硝化阶段开始以后Kd不可能为常数；(6)河渠特性的改变将改变表面紊动特性，从而改变从大气中的吸氧率。泥沙的淤积增加水库的透明度，增加光合作用的产氧率；(7)含氧量、BOD、温度、污流量的日变化等等。

2.2对扩散能力和污染带的影晌研究

在环评阶段，对扩散能力和污染带的研究，是基于迁移扩散方程。假定水流为二维均匀流，断面水深

和流速变化不大，污水排放为时间连续源，采用岸边排放，在水深方向均匀混合得到二维扩散方式：

C(x,z)=2m/uhAπEzx/uExp[-uz2/4EzxKx/u]

式中：C(x,z)为坐标x,z处的污物浓度；m=c0q0/h，单位水深污水排放率。其中C0为污水浓度，q0为污水

量，h为污染带平均水深；Ez为横向扩散系数；u为平均流速；K为污染物降解率；x为离排污口的纵向距

离；z为离排污口的横向距离。

这项研究分别是四川省环境保护科学监测所“七五”攻关和长江水资源保护科学研究所等单位的成果，其中后者未考虑污染物降解这一项[2]。

由于研究单位所站角度不同，两家单位的结论有差异。四川省环科所的结论认为：水库蓄水后，随着流速降低。岸边污染带加宽，污染物浓度相应增加，该水域可资利用的水环境容量相应降低。若维持建坝前控制点的污染物浓度水平，约需削减20%，以补偿损失的水环境容量。长江水资源保护科研所的结论认为：主要排污口只要按国家规定达标排放，建库后尽管扩散能力下降，但控制点不会因此而发生水质超标。

研究中存在的共同问题有：

(1)数学模型过于简化，特别是忽略了断面上水深和流速的不均匀性。对天然河流至少应采用无量纲累

积流量坐标来反映断面上水深和流速的不规则变化。

(2)扩散能力不仅反映在流速上，也反映在扩散系数上。因此，应进行试验研究确定扩散系数。根据《长江三峡水利枢纽环境影响报告》中四川省环科所(P5-29)提供的建坝前后寸滩、长寿、涪陵清溪、万县沦口等处的平均流速、平均水深、水面坡降和横向扩散系数，反算出相应的无量纲横向扩散系数az(=E0/hu*，u*为摩阻流速):建坝前，az=0.3～0.5；建坝后az＝0.15。这些值特别是建坝后的az似嫌所取偏小，只有在顺直均匀明渠中，az＝0.1～0.2(中值0.15)。天然河流中的az很少小于0.4。实际应用中，H．B．Fischer建议取az=0.6(1+-0.5)[3]。

(3)应考虑水深增加对扩散能力的影响。水深增加。有利于稀释扩散。

(4)建坝后主流平均流速减小，污染源排放速度和主流速的比值可能增大，从而使建库后污染带向江

心摆动。

关于污染带，不同的学者从各自的研究角度出发提出过不同的定义，黄时达等在研究三峡库区污染带

时提出的定义为[4]：在排污口附近及下游，水中污染物浓度高于该水体环境功能类别标准的区域。并且提出了污染带评价指数Pi和评价方法。

Csi式中，Pi为控制点(排污口下游1000m)，离排污岸10m处的的i污染物浓度；Csi为水体环境功能类别

的i污染物水质标准。

根据Pi的大小，把排污口的水体污染分成四个等级。即Pi＜1允许；Pi＝1～3。污染；Pi＝3～5，重污

染；Pi＞5严重污染。对于具有多种污染的污染带，采用综合评价指数，方法类似。

在初步设计阶段，长江水资源保护科研所就三峡建库对水质的影响特别是岸边污染带问题进行了复核(采用排污口下游1000m岸边水质浓度为控制点)。在二维扩散公式基础上，为反映天然河道各横断面上h、u的变化，采用了无量纲累积流量坐标进行有限差分计算，深化了环评阶段的研究。但有关的模型参数特别是横向扩散系数没有通过试验确定，而是采用经验估算[5]。周晶莹等人(1985)在长江南京段1km微弯河段进行横向扩散试验，利用张书农(1983)提出的计算横向扩散系数的修正方法。得到az=05[6]。幸治国等人(1992)在嘉陵江2km长的顺直河段进行横向扩散试验，得到az＝0.63[7]。长江水资源保护科研所在长江武汉段(黄蒲路、汉阳纸厂、青山港)进行的扩散试验结果为：az＝0.5～1.05[7]。

横向扩散系数a2是由于简化计算而带来的。现数学模型的发展已不需要作这样的简化。国内外的成果表明：横向扩散系数az与河流地形、弯曲形态、糙率、流态、水深等有关，与河宽或宽深比是否有关尚有争议，与河宽或宽深比有关的结论主要得到室内模型试验成果的支持。横向扩散系数随着河流江段的变化，随水深变化。因此，采用简化的二维扩散公式计算不同江段、建库前后的污染带时az的取值就比较困难了。应该指出，象长江、嘉陵江这样的河流，污染带的发展十分有限，岸边排放不会越过中泓，更不会占据全河宽，只与局部范围内的流带有关。因此，横向扩散系数az应与河宽无关，这是长江这样的大江大河的特点。

2.3泥沙对水质的影响研究

这是一个污染物的迁移变化和泥沙运动力学相结合的问题，对研究库区水环境容量具有重要意义。

在天然状态下，坝址处的平均年输沙量为5.3亿t(悬移质泥沙)，沙质推移质704万t，卵石推移质为75.7万t(葛洲坝建库前)。

现有的研究表明，污染物质特别是象重金属等都吸附在泥沙上，随泥沙颗粒迁移转化。泥沙颗粒径的大小，对吸附式的解吸的影响差别很大。

目前的研究主要是考虑泥沙沉积的影响，利用一元箱式模型计算稳态时的重金属总浓度和可溶态深度(受分配系数的影响)。计算分析表明[2]：三峡建坝后，按175m方案。泥沙淤积使水库重金属元素总浓度降低63%～70%；重金属的可溶态浓度不会产生很大的变化，水体保持以吸附为主的水环境条件，不致因解吸而造成二次污染。

存在的问题：

(1)需加强泥沙吸附污染物质机理研究，注意试验室条件与天然条件的差异，研究泥沙吸附作用对水环境容量的影响。

(2)根据需要，模型中既要考虑污染物迁移扩散，即常见的迁移扩散方程所描述的，又要考虑泥沙运动对污染物迁移转化的作用。

以上三部分(对库区BOD5负荷的影响研究、对扩散能力和污染带的影响研究、泥沙对水质的影响研究)其本质上是想回答三峡工程建库前后水环境容量的变化，确定建库后水环境容量的损失。估算水质补偿费。水环境容量一般是指水体在规定的环境目标下所能容纳污染物的量。容量的大小与水体特征、水质目标、污染物特性有关。也与污染物的排放方式及排放时的时空分布密切相关。对不同的环境目标、污染物性质、降解机理、容量再生性、可分配件，有不同的水环境容量概念[8]。水环境容量作为资源，其所有权属于国家，而不是排污企业。要进行慎重、适度的利用，主要应该是指耗氧有机物(或易降解有机物)，对于有毒有机物(难降解有机物)和重金属，应消除其污染源，避免排放水体。即可更新容量才有一定利用价值。在三峡水库的水质研究中，是以建坝前后控制点和浓度变化比值来估算因扩散能力降低而引起的水环境容量的损失，使用的模型较为简化。应深化对三峡水库水环境容量的研究和认识。统一对环境容量的损失补偿的计算依据，使用更为接近实际的、先进的水质数学模型，进行污染源调查和试验确定的模型参数，合理确定水环境容量的损失。并根据功能区划。确定水环境容量保护利用的界限，并把容量分配给沿江各城市、各江段。

目前。在中国的国情条件下，库区污水要达到“零排放”还不太现实。应加强对污水排江技术的研究

和应用，适当利用环境容量。对日前库区沿江城市排污口的排放位置、方式、强度和排放水质进行优质规

划，实施污染物总量控制，制定出科学的污水“零排放”。

另外，三峡水库约有26条支流。建库后，支流的库湾水面将占库区总水面的三分之一左右。这些地方

容易产生局部污染和富营养化。对支流和库湾静水区密切研究还不够，要特别加强研究，防止局部污染加

重或富营养化发生。

三峡水库对重庆江段水质影响，目前还存在认识上的差异。根据现有的模型研究成果，从时间上看，水库初期蓄水位156m对重庆江段的水质无影响。水库终期正常蓄水位175m，由于回水顶托对重庆江段有一定的影响。从空间上看，越靠近坝前，水库对水质的影响越大。重庆正好位于库尾，水库水位变化的影响较小，因此对水质的影响也较小。但由于重庆属特大城币，排入长江的污水总量大，对此影响应予重。

2.4水温预测

(1)水库分层

预测水库是否分层，在三峡工程中采用过两种方法[2]：一是“替换次数指标”α和β法；二是密度佛

汝德数(Fd)法。

用α值预测：三峡水库正常蓄水位175m时库容约393亿m3，坝址多年平均径流量约4510亿m3，α＝11，

略大于10。用α值判断，该水库不会形成稳定的温度分层结构，但不排除出现弱分层现象。

用Fd法预测：有两种考虑，—是把全库作为一个整体。按水位175m，总库容393亿m3，最小流量3700m3/s计算，Fd＝0.46，说明水库有弱水分层倾向，但冬季枯期气温通常低于水温，限制了水库的分层发展。二是把三峡水库分段计算。水库全长600余km，库尾与库前的水深相差较大，因此把全库分成185个单元分别计算Fd。结果表明，枯水期Fd<0.1的区域较大。此时紊动动能小，具备水体层化的水力学条件。但由于此时水温高于气温，水体不存在层化倾向。仅在入库流量小于6000m3/s的4月份时，近坝段10km左右的

库段Fd值才小于0.1。有短时水温分层现象。5月以后Fd>0.1，不会发生明显分层。对10条主要支流的Fd值

计算表明，在磨刀溪、梅溪河和龙船河3条支流内的库水可能出现分层现象。且主要发生在支流河口附近。

采用一维温度模型，对近坝段分层水体进行分析。根据典型年1965年(平水年)和1966年(枯水年)的资

料进行预测。库内水温分层始于4月上句，至5月下旬逐渐消失，上、下层水温差为1.7～9.3°C。

(2)水库出流水温预测如前所述，三峡水库在4～5月可能出现短时温度分居。因此，需进一步分析可能出现下泄水温低于天然情况的温差，预测“冷害”产生。根据以流速分布加权计算的预测，4～5月出流水温虽低于同期天然河道水温，但已高于家鱼产卵所需温度18°C。

这里提出的水温预测是以典型年而得，有一定的代表性，但因不水量和水温的多变价，预测结果难以概括各种变化。为此，应进行水温监测和研究。另外，三峡水利枢纽为满足泄洪、发电和排沙等需要，自高程90m以上有多层泄水口，具有分居泄水的有利条件，以满足鱼类的产卵和灌溉的需要。

由于三峡水库调度运行每年3～4月份为腾出库容迎接汛期到来，增大下泄流量。每年10份开始蓄水，保证水库水位达到175m，又要减小泄水流量。这两个下泄流量变动阶段正好与坝下四大家鱼和中华鲟等鱼类产卵时间一致。长江四大家鱼的

产卵繁殖期在4～5月份。坝下中华鲟产卵繁殖期在10～11月份。这些鱼类的产卵水温、水位涨落等环境因素密切相关。如水温度要求18°C以上，水位要求在产卵时段有一个上涨过程。因此。要深入地了解在各种来水和水库调度情况下下泄水温、水位的变化，以便在产卵时间进行适当的水库调节。尽量满足鱼类的产卵繁殖要求。

2.5河口径流的变化和盐水入侵问题

(1)河口径流的变化由于三峡水库属季调节，三峡工程建库后，全年入海总量不变，只是年内分配有所变化。根据计算，枯、平、丰三种典型与天然情况相比，大通站10月份流量分别减少32.4%、20.3%、16.9%。1～5月份水库增加下泄量为1000～2000m3/s，不同典型年份比天然情况分别提高24.5%、19.9%和5.1%。

(2)盐水入侵问题盐水入侵是一种非常复杂的自然现象，它给河口地区工农业及生活用水带来很多困难和经济损失。盐水入侵属于异重流，是密度不同的流体的相对运动和相互运动，理论上有比较大的难度。长江河口的形态比较复杂，受潮流的影响大。三峡工程建库后，水库对河口盐水入侵长度、强度的影响主要是利用各监测站点的相关分析和多元回归分析而得的经验公式。

研究表明，枯水期下泄流量增加有利于削减水体氯化物的峰值，连续取不到合格水的天数有所减少；但枯水年10月和11月下泄流量减少后，会使河口段入侵时间提前，历时加大，总的受咸天数有所增加。

3结语

目前，三峡工程环境中的水力学问题还属于评价阶段的成果，还有待于根据实际需要进行深入的研究，充分利用量测、数学/物理模型研究等方面最新、最好的科研成果，为三峡水库的污染控制和水质管理服务。

(1)对库区污染源现状进行全面、准确的调查和预测，这是管理和科研工作的前提和基础。

(2)利用各种先进成熟的数学模型(包括精细、复杂的模型)更好地回答库区水环境容量的变化，包括支

流、库湾。

(3)精细原型观测和物理模型试验，确定数学模型的各项参数，建立库区不同水位下的数学模型参数库。同时，用原型观测结果检验数学模型。

(4)建立一套先进、实用的三峡水库水污染控制管理系统。包括各种数据库、模型库、动态图形显示、决策管理子系统，能够对水质进行预测、预报，为三峡水库污染控制和水质管理服务。

参考文献

1黄真理．我国环境水力学研究的现状和展望．科技导报，1992年第8期

2中科院环境评价部，长江水资源保护研究所．长江三峡水利枢纽环境影响报告书．1991年12月

3H.B．费希尔等著，清华大学水力学教研组译．内陆近海水域中的混合．水利水电出版社，1987

4黄时达、徐小清、鲁生业等编著．三峡工程与环境污染及人群健康．科学出版社，1994

5水利部长江水利委员会．长江三峡水利枢纽初步设计报告(枢纽工程)第十一篇：环境保护．1992年12月

6张书农．环境水力学．河海大学出版社，1988

水力学范文篇6

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

SMS模型(SurfaceWaterModelingSystem)是美国陆军工程兵团开发的水力学模型。该模型通过求解二维完全圣维南方程组，求解出计算时间内整个研究区域的水位、流量及二维X、Y方向的水流速度。其显著优点是可以实现一二维水力学模型的结合，这使得我们在建模时可将河道概化为一维单元，湖泊等宽广水面概化为二维单元，实现一、二维水力学模型的有机结合。

SMS模型是一个二维浅水方程，方程形式为：

上式中：h——研究水体的水深(m)；

u、v——水体在X、Y两个方向上的流速；

ρ——水体密度；

X、Y、T——分别为时间和空间上的坐标；

E——水体涡度系数；E下标XX表示水面X方向的涡度系数；下标YY表示水面Y方向的涡度系数；下标XY、YX表示水面切变方向的涡度系数；

G——重力加速度；

A——河底高程；

N——满宁系数；

ζ——分向切变系数；

Va——风向切变系数；

Ψ——风向；

ω——地球旋转的角速度；

ø——所在地的纬度；

SSARR模型是一种概念性河流系统水文预报数学模型，由美国陆军工程兵团河流预报中心20世纪70年代中期研制。它认为降雨径流模型实质上是一个扣损曲线流域模型，在流域内的降雨输入可以转化为径流、土壤含水量的增加和流域蒸散发损失三部分。某一计算时段的径流RGP为流域面平均降雨AWP的百分数ROP可表示为下式：

RGP=ROP×AWP

考虑蒸散发的各月份变化规律和雨强对径流及蒸散发的影响。利用土壤水分指数SMI和径流百分数的关系，土壤含水量～蒸散发关系，确定土壤水分的最大值SMI，计算各个时段的径流量。根据水量平衡原理土壤含水量-径流关系可用下式表达：

SMI2=SMI1+M1+R0-ET1

式中：SMI2——时段末的土壤含水量指数；

SMI1——时段末的土壤含水量指数；

M1——时段内的土壤水分输入；

R0——时段内的产生的径流；

ET1——时段内的蒸散发指标。

对于某一时段来讲，土壤含水量除直接与径流产生有关外，其值的大小一定与时段内的蒸发指标有关，其关系可由下式描述：

SMI2=SMI1+(AWP-RGP)-(ETI×DKE×Δt／24)

式中：WP——时段内流域平均降雨量；

RGP——时段内降雨产生的径流量；

ETI——日蒸发量；

DKE——日蒸发按降雨条件和土壤含水量的改正率；

Δt——计算时段长。

径流计算其实质即为ROP(径流百分数)的确定。模型认为ROP为SMI与雨强I的函数，即有：

ROP=f(SMI，I)

径流成分的划分及不同水源的演算根据土壤基流下渗强度指标BII确定基流百分数BFP。有下式

BFP=f(SII)

并认为BFP与BII成反比。利用这一关系可将径流划分为不同水源，采用不同的河段数和滞时进行演算，最后合成为河道流量过程。

由于洞庭湖区间大部分地区无流量观测资料，因此选择有流量资料的典型流域进行参数分析，再根据有关地理因数，将参数换算到无资料地区。根据水力学模型的需要将整个湖区区间划分为49个子块，每个子块单独计算产流过程。

2.1.2边界条件

水力学模型必须给定一定的上下边界条件，才能对洞庭湖河网进行详细计算，上边界条件往往是流量过程，比较容易给定；下边界条件可以是水位过程或流量过程，也可以为水位流量关系。

(1)模型上边界。SMS水力学模型的上边界条件包括四水入流控制站湘潭、桃江、桃源、石门、长江宜昌、长阳及湖区区间产流流量。四水、长阳、宜昌可采用典型年的实际入流过程；洞庭湖区沿湖区间面积的产流，使用SSARR水文学模型，该模型可根据降雨过程模拟出湖区区间流量过程，根据下垫面情况及对湖区的影响；将湖区区间概化分为49个入流点；分别计算每一边界点的入流过程。

(2)模型下边界。洞庭湖水力学模型将长江与洞庭湖洞看成一个整体，因而模型的下边界选择长江螺山站。这样就构成了上至长江宜昌，涵盖四水及洞庭湖区间，下至长江螺山的水力学模型。洞庭湖出口至螺山河段水位流量关系不稳定，影响因素较多，年际间变化很大。而且受洪水涨落，下游回水顶托及河道冲淤等因素的影响，呈现出复杂的绳套关系。由于河湖疏浚对螺山站的水位影响甚微，因此可以认为疏浚前后螺山站水位基本保持不变。故可将典型年螺山站的实际水位过程作为模型的下边界。

2.1.3洪水典型年的选择

考虑到河道自然演变因素，典型年主要选择近期的主要大水年，他们分别是1996、1998、1999年。这三个典型年有着不同的洪水特征、洪水组成，具有较好的代表性。主要情况如下：

(1)、1996洪水。造成该年暴雨洪水的主要天气系统集中在7月份，共有三次暴雨过程，主要集中在资、沅水及湖区，总降雨量分别为：460mm，486mm，383mm。7月初，澧水和沅水相继涨水，洪峰流量分别为11300m3/s和14000m3/s，先期抬高了洞庭湖底水。7月中旬资、沅水及湖区区间再次受暴雨袭击，造成资水桃江于7月16日出现洪峰流量11600m3/s，沅水桃源出现洪峰流量29000m3/s，湖区区间最大流量8200m3/s，与此同时长江宜昌流量维持40000m3/s左右，三口最大入湖流量11200m3/s。最大入湖流量78.5%来自四水，三口仅占16.1%，比多年平均降低16.1%，属于四水遭遇型洪水。

(2)、1998年洪水。1998年是1954年以后，长江流域又一次全域大洪水，仅次于1954年，但由于严防死守，没有出现大的堤垸溃决，加之湖区及河道泥沙淤积的影响，长江与湖区各站水位高于1954年。1998年长江干流出现了8次大的洪水过程，洞庭湖及长江下游也出现了5次洪水过程，可谓峰高、量大，四水洪水与长江洪水过程遭遇，入湖最大合成流量63800m3/s，其中四水45000m3/s，三口为12200m3/s，湖区区间6630m3/s，分别占最大入湖的70.5%，19.1%，10.4%，从6月11日8时—8月20日8时，洞庭湖总入湖水量1696亿m3，其中三口来水占38.2%，四水占48.3%，区别来水占13.5%，长江大水和四水洪水反复遭遇，造成了洞庭湖及长江干流均超历史洪水位。

(3)、1999洪水。1999洪水为洞庭湖建国以来的第二大洪水，属于四水，湖区区间及长江干流遭遇的最恶劣型洪水，主要降水进程分为两次，第一次6月26日暴雨集中在沅水、澧水及湖区区间，最大1、3、7、15日洪量几乎同步进入洞庭湖，加上长江干流20000m3/s—47000m3/s的维持量，日停留于洞庭湖的水量达30亿m3左右，城陵矶水位日平均涨幅1米左右。第二次7月13日，湘、资、沅、澧和长江同时涨水，湘、资水最大1日、3日、7日、15日洪量，沅水洪峰流量22000m3/s，澧水洪峰流量8110m3/s，区间洪峰流量8000m3/s，长江干流50000m3/s，同时汇于洞庭湖，虽然四水与长江干流不是大洪水，但四水与长江同时遭遇、汇入洞庭湖，非常罕见。

表11996、1998、1999年洞庭湖不同年份总入流统计表

年份

宜昌洪峰流量

（m3/s）

最大一日洪量

(亿m3)

最大三日洪量

(亿m3)

最大七日洪量

(亿m3)

最大十五日洪量

(亿m3)

最大三十日洪量

(亿m3)

1996

61000

52.93

157.0

347.1

538.4

768.0

1998

63800

50.13

145.4

293.8

490.4

785.5

1999

61300

49.80

141.9

278.8

454.0

875.0

2.1.4分析计算结果及原因分析

本次计算采用了3个典型年，上边界用典型年的入流过程，下边界选用典型年螺山站的水位，分别选择疏浚前后的地理资料计算三个典型河段影响区的水位，在疏浚区每隔500米，模型输出一个水位值。

计算结果表明：在所选的典型河段中，澧水洪道的影响十分显著，南洞庭湖一带疏浚前后的影响次于澧水洪道。

这是因为澧水洪道为一狭窄性河道，洪水期间经常出现碍洪现象。疏浚后河道横断面面积增加，且主河槽深度加深，水流阻力减小，过流能力增加，洪水水位降低，经采用三个典型年分析，疏浚后洪水水位降低0.2～0.3米。而在南洞庭湖区，由于洪水期间水面宽广，疏挖增加的河道面积占整个断面面积的比重相对较小，虽然水流阻力也有所减小，但在影响湖区水流的复杂水力因素中，疏挖的影响仍不如澧水洪道。经采用三个典型年运用水力学模型计算，疏浚后可降低南洞庭湖洪水水位0.09～0.17米。各典型年计算情况见表2。

表2洞庭湖典型河段疏浚后降低洪水水位计算表

年份

水位降低值(m)

澧水洪道

南洞庭湖

1996

0.22

0.09

1998

0.25

0.13

1999

0.31

0.17

模型计算中采用疏浚前后两种不同的地形资料条件下的水动力学计算结果的差值，作为疏浚对洪水水位的影响值，由于两种计算的上下边界条件相同，这样做有利于将两种计算结果统一到一致的基础上，便于比较。另外可以降低参数的敏感性带来的误差，因为在水力学模型中最重要的参数是糙率，而糙率的微小的改变，都将引起模型计算水位较大的改变，但对两种地形资料条件差值的计算，参数的敏感性就大大减低。在我们建立的SMS模型中，糙率每增加1%，可引起模型计算水位0.06米的变化，但对两种水力边界条件计算的差值的影响就降低到不足0.01米。

2.2水文学方法

本次分析的二个典型河段位于澧水洪道和南洞庭湖区。在澧水洪道上有石龟山水文站实测水位和流量资料。南洞庭湖区有沅江水位站，仅有水位资料。根据两站不同的资料情况，分析中采用不同的分析方法。基本分析思路是：澧水洪道采用单值化水位流量关系法，通过分析河道疏浚前后的单值化水位流量关系来分析疏浚对洪水水位的影响；南洞庭湖的沅江站因其只有水位资料，所以通过分析疏浚前后南嘴～沅江水位相关关系来分析疏浚对洪水水位的影响。2.2.1澧水洪道疏浚前后石龟山站水位流量关系变化分析

天然河道中水位流量关系由于受洪水涨落，变动回水，断面冲淤等因素影响，水位流量关系并不是单值关系，而是呈现复杂的绳套关系，每次洪水的水位流量关系都不一样。因此，将各年份的水位流量关系直接比较，则比较的基础不一致，无法得出正确的结果。为此首先必须对观测的水位流量关系进行单值化处理，消除洪水涨落，变动回水等附加比降因素的影响，使水位流量关系的比较统一到一致的基础上来。石龟山站水位流量关系受澧水和长江淞兹口来水的影响，此外还受到南嘴站水位的顶托，水位流量关系更加复杂，呈多值绳套关系，因此必须进行单值化处理。

石龟山站单值化水位流量关系公式为：

式中：q——单值化流量（或流量校正因素）；

△Z——综合落差，采用津市至石龟山落差△Z1和石龟山至南咀的落差△Z2的组合落差，其值为

△Z=0.6△Z1+0.4△Z2；

Q——实际流量。

用上上两式计算出校正流量后，再用三次幂函数与水位拟合得单值水位流量关系，各年单值关系按照国际标准ISO1100/2的要求进行了符号、适线和偏离数值检验，检验结果合理。各年的单值化流量计算系数见表4-3。其公式形式为

q=a0+a1x1+a2x2+a3x3

式中，x1=Z-30、x2=x12、x3=x13。

表3石龟山站各年单值化水位流量关系系数

年份

a0

a1

a2

a3

1991

1290.7

-457.918

121.141

-4.353

1995

-2853.5

1858.0

-267.4

15.933

1996

507.785

90.773

27.578

0.477

1998

557.54

-198.3

89.62

-2.5717

1999

5442.8

-2374.6

393.71

-16.233

将上述个年份的单值化水位流量关系点绘在一张图上（图略），可看出澧水洪道上水位流量关系在疏浚前后有较大变化。主要结果如下：

（1）同流量级水位降低。澧水洪道疏浚前后石龟山站水位流量关系变化较大，在水位37.0米以下，历年单值化水位流量关系曲线有部分交错现象，但仍有较明显的变化趋势，疏浚前同级流量水位较高；水位在37.0米以上，与疏浚前1991年相比，均偏于该线的下方，表明同流量级水位降低。降低幅度一般位于0.2～0.5米之间。

（2）同水位级流量增加。与水位的变化一样，疏浚前后石龟山站在水位37米以下，单值化水位流量关系有部分交错现象，但仍有明显趋势；在水位37米以上，疏浚以后几年的关系线均偏于疏浚前1991年的右方，表明同水位级流量有增大的趋势。从图中得知，疏浚后同水位级下，过流能力增加200～500m3/s。

2.2.2南洞庭湖疏浚前后沅江站水位流量关系变化分析

沅江站是南洞庭湖的水位站，有水位资料但无流量资料，无法进行水位流量单值化分析。因此我们选用南咀沅江洪峰水位相关关系来进行分析。在假定南嘴不受疏浚影响的情况下，此相关关系的变化反映了沅江站水位的变化，实际上根据水力学模型计算的结果，南嘴水位也受到一定的影响，因此，此相关关系仅反映沅江与南嘴的落差变化。由于洪水过程受附加比降等因素的影响，而使相关关系复杂化。因此选用两站的洪峰水位做样本，建立两站的洪峰水位相关关系来分析疏浚对南洞庭洪水水位的影响。资料选样以1990年-1997年资料作为疏浚前资料，选用了29场洪水的南咀沅江洪峰水位资料；1997年~2002年资料作为疏浚后资料，共选用了21场洪水的南咀沅江洪峰水位资料。

将选用的资料点据系列绘于南咀沅江洪峰水位关系图上，分别拟订疏浚前后两条关系线(图略)，可以看出两条关系线仅有细微的差别,无显著变化，这说明南洞庭湖疏浚后，对南洞庭湖洪水水位的影响较澧水洪道而言影响较小。1997年以后在南洞庭湖莲花澳～廖洋口以及实洲岭河段进行了一定规模的疏浚工作，其中实洲岭河段靠近沅江站附近。南洞庭湖沅江站洪峰水位，疏浚前后在南嘴同等水位情况下，水位降低约0.07-0.15米，这说明沅江与南嘴的落差加大，水流速度加快。很显然，由于清淤疏浚，河床加深，过流能力得到一定程度的提高，对高洪水位的降低有一定作用，但是由于南洞庭湖区洪水期水面宽广，湖泊疏浚增加的过流面积影响有限，在影响南洞庭湖水流的复杂水力因数中，其作用较河道偏小，因而疏浚对南洞庭洪水水位的影响不如澧水洪道。

2.3典型河段疏浚对澧水洪道及湖泊传播时间影响分析

澧水洪道疏浚于1994年开始，根据掌握的资料疏浚前选用1978～1994年资料，疏浚后选用1995～2002年资料。1995年至今9场洪水平均传播时间为18小时；而1978年至1994年27场洪水平均传播时间为26小时，洪水平均传播时间缩短8小时。很显然澧水洪道由于河道疏浚，行洪能力增强，水流速度加快，洪水传播时间已发生显著变化，在原来的基础上已缩短近三分之一。

南咀至营田河段疏浚时间起于1997年，故可将1997年及其以前的资料，作为疏浚前的资料，由于疏浚时间持续到2001年，因而疏浚后的资料十分有限，考虑到1998年已完成了相当一部分工作，故将1999年及其以后的资料作为疏浚后的资料进行分析。由于湖区来水组合复杂，在上述统计中尽量采用反映南洞庭湖来水的洪水为主，以便使统计值能反映实际情况。通过对1999年至今7场洪水统计，平均传播时间为22小时，而1978年至1994年25场洪水平均传播时间为24小时，两者相差2小时。由此可见在南洞庭湖进行疏浚，对南咀至营田洪水传播时间具有一定影响，但影响程度不如河道。

3河湖疏浚对洞庭湖洪水位影响预测

根据洞庭湖河湖疏浚规划，疏挖、扩卡和扫障总土石方量33876.5×104m3。由于增加了行洪断面的面积和湖泊容量，相应增加了洪道的行洪能力，增强了湖泊的调蓄能力，对降低湖区高洪水位起积极作用。整个疏浚工程土石方量也就相当于洞庭湖增加了约3.4×108m3容积，约占洞庭湖总容积（城陵矶水位33.5米时容积167×108m3）的百分之二左右。

采用前面已经建立的水力学模型，经水力学模型模拟计算结果如下：

（1）四水尾闾及淞滋河、藕池河及汨罗江疏浚段附近洪水水位的降低较明显。水位降低的程度与开挖的断面面积占总断面面积的比例及洪水级别有关。比例越大，水位降低愈明显。洪水级别越大，水位降低越小。在计算河段中澧水尾闾可降低高洪水位0.15～0.35m，其余河段一般可降低0.1～0.25m，但在扩卡的局部区域，有时可降低水位0.3m以上。

（2）东洞庭湖洪水水位可降低0.08～0.14m，南洞庭湖可降低0.1～0.18m。湖区水位降低幅度仍然少于河道，这种趋势同典型河段的计算结果一致。

4结论与建议

4.1结论

（1）根据典型河段的水力学和水文学分析，河湖疏浚对洞庭湖区河道和湖泊高洪水位的降低均有一定的作用，其中河道洪水位降幅大于湖泊洪水位的降幅。疏浚工程的水位降低对洞庭湖的防洪作用相当于在四水干流修建一座防洪库容为4～5×108m3的水库，对四水尾闾疏浚段的防洪作用相当于在四水干流兴建一座防洪库容为10×108m3左右的水库。经分析测算洞庭湖河湖疏浚工程减免上游堤垸洪涝灾害损失、减少使用蓄洪垸来蓄洞庭湖区超额洪水而造成的蓄洪损失、可减免防汛抢险费用、减免电排排涝电费等四项合计约为4.57×108元/年。

（2）通过河湖疏竣相当于洞庭湖增加了约3.4×108m3的容积，约占洞庭湖总容积的百分之二。疏浚后湖泊水流归槽，流速加大，水流挟沙力加大，便于泥沙输送，有效减缓洞庭湖的淤积，延长湖泊使用寿命。而且由于河湖疏浚工程实施以后，加高加固了防洪大堤，提高了大堤的防洪能力。由于大堤防洪能力提高，洞庭湖的寿命延长，为长江中下游地区的防洪保安将起到重大的作用，具有巨大的社会效益。

4.2建议

（1）加强洞庭湖河湖疏浚与长江城汉河段综合整治关系的研究[5]。洞庭湖河湖疏浚工程对于疏通湖区洪道，增加湖泊容积，缓解洪水压力将起到重要作用，同时对于洞庭湖的水环境修复和自然生态系统的恢复也具有十分重要的意义。但是由于城陵矶至汉口河段上承长江干流荆江和洞庭湖水系来水，特别由于下荆江裁弯，城陵矶至汉口河段及洞庭湖淤积严重，城螺河段泄流能力下降，大量洪水滞留洞庭湖，目前三口四水的洪水仅靠一个小口渲泄，若湖口门槛不同步降低，城汉河段继续淤积，湖内的疏挖增加的湖容大部分会变成死湖容。同时降低出湖口门也有利于洞庭湖对长江中下游径流的补给。因此,必须认真研究并切实处理好洞庭湖河湖疏浚与长江城汉河段综合整治的关系,切实研究并尽快实施城陵矶以下至汉口河段的综合整治工程。

（2）加强洞庭湖水沙、水质、底泥监测。洞庭湖河湖疏浚作为洞庭湖综合治理的主要工程措施，不仅具有扩大湖容、疏通航道等一般工程疏浚的技术特点，而且通过疏浚和清除湖泊水体中的污染底泥，为洞庭湖的自然生态系统恢复创造条件。在疏浚工程实施前、中、后期，要充分了解湖泊功能由于水沙条件变化、水质污染和生态破坏带来的危害和问题，加强湖泊水量、泥沙、水质、底泥和水生生物的调查和监测。但是目前洞庭湖水文、水质监测站点严重不足，底泥污染监测尚属空白，因此应在洞庭湖水文、水质监测站网充实和优化的基础上，特别加强洞庭湖的底泥监测。

参考文献

［1］《洞庭史鉴》编纂委员会．洞庭史鉴——洞庭湖区域发展研究[M]．长沙：湖南人民出版社，2002年12月．

［2］湖南省政协经济科技委员会．三峡工程与洞庭湖关系研究[M]．长沙：湖南科学技术出版社，2002年12月．

［3］窦鸿身，姜加虎．洞庭湖[M]．合肥：中国科学技术大学出版社，2000年5月．

水力学范文篇7

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

2．1计算目的

坝体(堤身)浸润线的位置。渗透压力、水力坡降和流速。通过坝体(堤身)或坝(堤)基的渗流量。坝体(堤身)整体和局部渗流稳定性分析。

2．2渗流计算的主要方法

渗流计算求解方法一般可分为以下四种类型。流体力学的解决方案:是一个严谨的解决方案，在边界条件符合定解时，能够算出渗流场中随便一点的值。然而，解答的过程十分繁杂，并且适用范围窄，在现实运用上受到很多的制约。水力学的解决方案:这种解法跟流体力学的解法有点相似。就是根据某种假设，针对某种特殊的边界条件的进行的流体力学计算。同样在实际工程应用上受到较多的制约。模拟测试:根据以上那二种方式的劣势，对于现实中的项目，原本常常经过水力学模拟测试来解答渗流问题。数值模拟计算分析:通过计算机，在确定物理模型的情况下，第一步要求建立一个数学模型，然后利用相关模型对于具体问题进行求解，这有时也称为数值法，包括有限差分法和有限元法。现在，以上这些渗流的计算手段里面水力学求解与有限元法在水利工程里面经常使用。

3水力学解法在水利水电工程上的运用

对于上述问题利用水力学的方法进行求解，也就是利用流体力学的计算方法，进行一些边界条件的假设基础上进行，根据相关流体力学的要求，对于实际工况进行简化处理，还包括底层的渗透系数的简化处理等。考虑渗透系数差距在5倍以内的邻接薄质土壤层可以算作一层，将加权均衡的渗透系数当作计算的根据。两层土质构成的地基，当下面土壤层的渗透系数小于表层土壤层的渗透系数100倍或更高时，可以把第二层土壤层看作是不渗透水层;上层土壤层看作为弱透水层的情况下，就可按照两层地基来进行计算。当直接与堤坝地基相连的地基土壤的渗透系数比堤坝的本身的渗透系数大于等于100倍时，可以确认为堤坝本身不渗水，只对堤坝地基根据有压力水流进行渗透计算，堤坝本身浸润线的地方可以依据地基里面的压力水头来认定。

4有限元解法在水利水电工程上的运用

4．1数学模型的选取

从现在的应用探究状况看来，大概分为这几种计算形式:布辛内斯克方程式，拉普拉斯方程式，固结方程式，扩散方程式。上述不同的计算数学模型均含有它一定的适合环境，通过四种模型的计算对比可以总结为:大多数泥土和石子结构坝体与地基的不稳固渗流问题，都可以运用固结方程加流量补给条件的自由边界和相对应的初始条件和边界条件算出流场的分布，比较符合实际;对于固结完好再不进行压缩处理的土石筑坝的不稳定渗流问题，可以运用拉氏方程加流量补给条件的自由边界计算。实际上拉氏方程只是固结方程的一个特定解。

4．2有限元计算程序

当前，计算渗流有限元的方法有很多，即使它们都有自己的缺陷，但是在输入时都要注意边界条件。计算有限元渗流的方法除了有二维之外还有三维，当然还有专门针对岩体裂隙的计算方法。

5小结

水力学范文篇8

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；

（2）流域类洪水的淹水区域分布及有关说明；

（3）洪水灾害可能造成的各类损失。

洪水风险图可以使人们更直观地了解和认识到灾难性洪水发生后可能的水文后果和灾害损失概况，及时做好防御洪水的准备，以防患于未然。防洪决策人员可以对于流域重大的洪涝灾害发生的原因和可能后果做到胸中有数，在灾情即将发生或已经发生时，能够做到临危不乱，迅速制定合理的调度方案和采取正确抢险救灾措施，将洪灾损失减少到最小程度。

二、分析流域洪水淹没状况的方法

2.1实际洪水法

实际洪水法的基本假定是流域自然地理特征保持基本不变条件下，洪水具有重现性。因此流域历史上已经发生过的大洪水实际淹没实况，可以作为现在和未来同类洪水重现时的淹没状态。分析历史洪水淹没实况主要有以下几种途径：

（1）对于近期发生的洪水，利用流域实测水文资料和灾情资料可以较为可靠地分析洪水特性及相应的淹没范围、淹没深度和淹没时间。

（2）对于缺乏资料或年代较为久远的洪水，可以通过调查考证的途径分析洪水发生时的淹没情况。调查考证的内容包括对沿洪水路径洪痕调查，查阅有关洪涝灾情的历史文献记载，走访洪泛区居民等。

（3）洪水径流是塑造地貌的重要外力，洪流的侵蚀、搬运和堆积作用形成的洪水地貌包括废河道、天然冲积堤、冲积扇（洪积平原）、河漫滩（冲积平原）、沼泽地、三角洲等。通过对洪水地貌分析，可以大致上分析出洪水径流的强度、范围和水深，作为分析淹没实况的依据。

（4）对于河流早已改道远古时生的大洪水，可以通过水文地质地貌分析并结合水力学方法估计古洪水的水位和流量，近似推算古洪水重现时的淹没情况。

实际洪水分析途径主要适合于天然流域，一般不能估计流域城市化、防洪工程和防洪措施的效应。

2.2水文学和水力学方法

水文学和水力学方法是根据流域现状或规划条件下土地利用特征和工程条件，采用水文学和水力学方法分析推求流域洪水泛滥后的淹没状况。目前国内外流行的水文学和水力学方法和模型众多，采用何种方法和模型应该针对流域水文地理特征、工程调度方式、资料条件以及计算精度来选择应用。

（1）由设计暴雨推求设计洪峰或设计洪水过程线可以采用水文学方法，如推理方法、径流系数折算法、先损后损法、下渗曲线法、降雨径流相关图法、蓄满产流模型、超渗产流模型等。

（2）由设计洪峰推求河道洪水位，可采用水面曲线法、回水曲线法、经验公式等。位于河道洪水位以下的区域可作为可能的洪水淹没区域作进一步分析。

（3）由设计洪水过程线推求水位过程线，常用的水文学方法包括单位线法、等流时线法、抵偿河长法、马斯京根法、调蓄演算法等。

（4）对于河网汇流或坡面漫流计算采用水力学方法比较合适，如一维非恒定流和二维非恒定流方法，以及它们的简化形式等。采用水力学方法可以根据分析要求推求河道或流域水深、流量、蓄水量的时空分布。

水文学和水力学方法计算结果频率概念明确，可以分析和模拟土地利用、工程建设、调度方式、边界条件变化情况下的洪水状态，在洪水风险分析中应用较为广泛。

三、洪灾损失统计评估

3.1流域社会和经济特征统计

对流域的社会和经济数据应分门别类进行统计或估算。各种资料来源应尽可能，可以采用当年或上年度本地区社会和经济统计年鉴。在有条件情况下，应该直接去当地收集最新和更详细的资料，以满足洪灾损失估算的要求。需统计的基本资料包括：

（1）城镇和村乡人口、土地利用情况、耕地面积；

（2）各工矿企业固定资产和工业产值；

（3）农、林、牧、副、渔业产值及固定资产；

（4）单位和居民固定资产；

（5）服务和社会性行业产值和固定资产；

（6）公路、铁路、通信、供水、供气等各类生命线的分布；

（7）参加洪水保险的企业、居民数和保险金额。

3.2洪灾损失评估

一般，洪灾损失评估内容包括这样几个方面：

（1）灾害影响的范围和强度。范围用面积或区域表示；灾害强度定性为若干级，如特大、重大、大、中、小等；

（2）造成的经济损失。按工业损失、农业损失、商业损失、居民损失、其它行业损失等分类统计，也可以分地区统计；

（3）生命线受害统计。所谓生命线系指交通系统、供电系统、供水系统、供气系统、邮电系统等，一般可按系统中断时间计；

（4）人员伤亡数目；

（5）环境污染及疾病传播情况；

（6）社会影响。

经济损失评估是灾情评估的主要内容，但人员伤亡、水源污染、疾病流行、社会不安定、生命线受损影响等是无法用货币表示的无形损失，在评估过程中须单列考虑。

洪水灾害所造成的经济损失包括直接损失和间接损失。直接损失主要是由于洪水直接淹没所造成的集体及个人财产损失；间接损失指由于洪水期交通、电力中断，厂房、设备受损等造成的产品成本增加及停产、误工损失，以及合同无法按期完成的违约损失等，还包括防洪抢险、灾民撤离、疾病防治、灾后恢复等费用。由于对间接损失的详细分析和精确估计是很困难的，一般是根据典型实例的调查结果或经验估计得出间接损失占直接损失的百分数来作为间接洪灾损失估算的依据。

对于不同灾区，由于地形地貌、经济状况、季节、淹没程度、抢救措施的差别，洪灾损失是不同的。但对于确定地区，洪灾损失的影响因素主要是淹没程度。如果资料充足，能够分区分类建立洪灾损失与淹没水深、淹没历时之间的相关系，则灾情损失评估结果更为方便和可靠。

四、洪水风险图绘制

针对某一风险的洪水，根据分析和计算洪水淹没的范围、深度及相应的经济损失，按一定的规格描绘和标明在流域地形图上，便得出洪水风险图。

洪水风险图采用大比例尺地形素图勾绘而成，比例尺大小可根据流域面积、洪水频率、淹没范围、资料条件以及精度要求而定。在勾绘洪水淹没范围的边界时，要考虑洪水的可能路径，结合地形情况，由比较熟悉当地地形且有经验的技术人员绘制，最好在实地查勘后进行。对可能淹没区域，应设置彩色编码区，其颜色及深浅可以表示淹没深度的变化。风险图上应标注重要部门和单位，如政府机关、大型厂矿企业、学校、医院、金融机构、居民区、村镇，以及重要设施，水利工程，交通枢纽，通讯线路等。另外，图上应明确标明紧急情况下人员转移、疏散的路线及地点。图的下方有专门说明框，简要说明洪水风险图的基本特性，包括暴雨洪水频率、淹没区域、淹没水深、淹没历时、流域社会经济主要特征值、淹没区经济损失评估结果等。另外还需说明风险图上各种标记、代号的含义。

洪水风险图绘制完成后，应出具一份编制说明，内容主要包括：

（1）流域水文、气象和地理特征，排水系统和水利工程概况，历史上典型洪涝灾害特点及后果；

（2）流域社会经济特征统计；

（3）分区域阐述风险图上洪水灾害的特点和性质，灾害后果和经济损失；

（4）洪水风险图的制作依据、方法和存在问题；

（5）洪水风险发生时的应急措施；

（6）洪水风险图的应用范畴；

（7）其它说明事项。

五、结语

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，属流域非工程防洪措施之一。通过洪水风险图提高了全民防洪意识，为各级政府指挥抗洪提供了决策依据，具有现实的社会效益和经济效益。公务员之家

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。虽然其中的一些理论和方法还不够成熟和完善，但出发点是希望有助于流域洪水风险图编制工作的深入开展。今后将在洪水风险分析领域作进一步的研究工作。

参考文献：

[1]水利部东北勘测设计院．洪水调查．北京：水利电力出版社，1977．

[2]孙桂华等编译．洪水风险分析制图实用手册．北京：水利电力出版社．1992．

[3]庄一翎，林三益．水文预报．北京：水利电力出版社．1992．

水力学范文篇9

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

图2模型桥梁尺寸(单位mm)

Dimensionsofthemodelbridges

实验是在英国伯明翰大学的水槽上进行的，图1为水槽平面布置示意图。水槽长22m，宽1.213m，深4.4m。水槽上用PVC材料做成了一个复杂河道，主槽宽398mm，河漫滩宽407.3mm，主槽深50mm，水槽底坡为2.024‰。水槽设有两个水循环系统，一个循环管道用文丘里流量计测流量，另一个用电磁流量计测量。对于一个给定流量，通常把流量按一定分配规则分为一大一小两部分，大的一部分用文丘里流量计所在管道进行粗调，剩余部分用电磁流量计所在管道精调。实验前，先用进水管放水进入循环系统，然后开启两套循环系统，使水流开始流动，最后调整尾门使水流在水槽中为均匀流。实验过程中，如发现循环系统水量过多，可通过尾水池的排水管放出一定水，使尾水闸出流不为淹没出流。水槽实验一直是研究水力学的基本手段。由于天然河道断面形状的不规则性以及量测的困难性，所以不适合研究水力学的基本规律。水槽的边壁一般是均匀光滑的，使得水槽中糙率的调整比较困难。用三角形的铁丝网架在水槽上，并通过调整铁丝网架的间距λ来实现不同的糙率值是一种经济实用的方法。很明显，糙率由水位和铁丝网间距λ决定，必须通过实验来率定这种函数关系。桥梁的形状如图2所示，有半圆拱桥，双孔半圆拱桥和椭圆拱桥，桥梁放置在编号为59＃的断面上，此断面距主槽进口7m。共有三种不同的糙率组合情况，分别为

第一种情况：光滑边界

第二种情况：主槽光滑、边滩上λ1=500mm

第三种情况：主槽λ2=2000mm，边滩λ1=500mm

对于每一种糙率情况，进行了几个流量、测量出桥梁上下游的水位差。实验结果列于表1中。

3拱桥法的验证

拱桥法(ArchMethod)由英国瓦灵弗水力学研究实验室1985年提出[2]。拱桥法建立在动量守恒定理和水流连续性方程基础之上，导出如下关系式

式中下标3表示桥梁下游断面，CD为桥梁阻力系数，J3为桥梁下游堵塞率,dh为壅水高度，h3为下游水深，Fr3为下游弗汝德数。

最后用实验数据建立了桥梁壅水高度和下游弗汝德数和下游堵塞率的关系，从而可由下游水力要素计算桥梁壅水。应用拱桥法计算的壅水和实测壅水的对比如表1所示。由表1可以看出，拱桥法往往过高估计桥梁壅水。

表1拱桥法验证表Validatetableofarchmethod

--------------------------------------------------------------------------------

糙率

情况

流量

(m3/s)

单孔拱桥

双孔拱桥

椭圆拱桥

--------------------------------------------------------------------------------

实测

计算

实测

计算

实测

计算

--------------------------------------------------------------------------------

0.021

29.7

27

34.0

32

30.1

27

0.024

38.6

43

42.3

51

37.8

43

1

0.027

44.8

64

50.3

71

45.6

64

0.030

50.2

74

57.3

74

51.7

74

0.035

59.8

79

69.5

79

62.9

79

--------------------------------------------------------------------------------

0.018

16.6

25

19.9

29

16.3

25

0.021

17.8

31

21.8

35

17.8

31

0.024

17.5

37

22.9

41

17.8

37

2

0.030

19.6

45

26.2

57

19.8

45

0.035

21.8

62

31.2

73

23.7

62

0.040

22.2

71

38.6

81

32.1

73

0.045

23.9

80

50.9

93

44.4

85

0.050

27.6

82

71.5

108

69.2

102

--------------------------------------------------------------------------------

0.015

6.9

15

7.9

17

6.7

15

0.018

7.9

19

9.6

20

8.0

19

0.021

9.4

24

13.1

29

11.0

24

3

0.024

10.4

29

13.3

33

11.7

29

0.027

11.4

33

16.0

38

14.5

34

0.030

13.1

38

20.4

44

18.6

40

0.035

15.9

43

32.6

55

31.4

52

--------------------------------------------------------------------------------

4边滩等价河宽

桥梁壅水是以通过桥洞时，由于上游的流线收缩以及下游的流线扩散都会引起水头损失，这些损失加上桥梁的摩擦损失就是总的水头损失。摩擦损失用水流速度，或Fr反映，收缩和扩散损失用阻塞率来反映。然而由于复式河道的水流结构与单一河道并不一样，主槽流速比滩地大，从而使流线密集于主槽，有利于水流通过桥梁，所以传统方法不适用于复式河道，会过高地估计壅水高度。由于传统方法如拱桥法、美国公路局法(USBPR)等以得到广泛应用，并以很多商业软件（如Isis）所使用，如果能对这些方法加以修正，自然是很经济的解决方案。

假定存着某一河宽，使得复式河道水流在同流量，同水位下的矩形河道水流通过桥梁时将引起的同样的壅水高度，这样的河宽定义为等价河宽。等价河宽与主槽河宽之差定义为边滩等价河宽，边滩等价河宽反映了漫滩水流对主槽水流的影响效果，受滩槽各自的水深、流速、分区宽度等因素的影响。所以在研究等价河宽时，必须首先计算复式河道的水流要素。水流计算可采用PeterAkers[3]提出的协同法。PeterAkers提出的协同法因其简单、实用、精度高而成为目前最好的计算复式河道水流的一维方法，被选为英国环境局推荐方法。协同方法是建立在传统的分区法基础之上，根据滩地相对水深分成四个区，每个区的流量采用不同的校正公式，并提出了一个判定分区的程序。

图3等价河宽法验证图

Validateofequivalencewidthmethod

通过计算发现在光滑情况（糙率情况1）下，由于糙率为0.01，流速过大，等价河宽并不存在。而在其他情况下等价河宽与等流速河宽大至成比例。边滩等流速河宽是指：把边滩流量除以主槽的流速和水深所得的河宽(Bev),计算式为

Bev=bfVfhf/Vchc

如果Bea用来表示边滩等价河宽，则Bea可表示为

Bea=KBev

根据目前的资料情况，K可取0.5。图3是用等价河宽计算的壅水高验证图。从图中可以看出等价河宽法与实测值较为吻合，而且方法简单、实用，可用于复式河道的桥梁壅水计算。

5小结

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。应用实验资料对拱桥法进行了验证，发现拱桥法往往过高估计桥梁壅水。提出了计算复式河道桥梁壅水的边滩等价河宽的概念和计算方法，计算出的桥梁壅水与实验数据吻合良好。

参考文献

[1]KnightD.W.,1999,FlowMechanismsandSedimentTransportinCompoundChannels,InternationalJournalofSedimentResearch,Vol14,No2,pp217-236.

水力学范文篇10

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。

国外河流生态环境需水量的研究内容概括为：河道流量与鱼类生息环境关系的研究；河道流量、水生生物与DO三者之间的关系的研究；水生生物指示物与流量之间的关系研究；水库调度考虑生态环境、生态环境水量的优化分配的研究；生态环境用水与经济用水关系研究等。

国外较为通用的研究方法可分为3类：一是传统的流量计算法(标准流量法)；二是基于水力学基础的水力学法；三是基于生物学基础的栖息地法。

(1)标准流量法。一是7Q10法。采用90%保证率最枯连续7d的平均水量作为设计值。二是TENNANT法。是美国目前使用确定河道生态环境需水量的一种方法，河道流量推荐值以预先确定的年平均流量的百分数为基础。该法通常在优先度不高的河段研究中作为河道流量推荐值使用，或作为其他方法的一种检验。

(2)水力学法。一是R2CROSS法。在计算河道流量推荐值时，由河道几何形态决定的水深、河宽、流速等因素必须加以考虑。有4项指标：湿周率、河流宽度、平均水深以及平均流速，具有2个标准，即枯水月、丰水月。R2CROSS法以曼宁公式为基础，由于必须对河流的断面进行实地调查，才能确定有关的参数，因此这种方法比标准设定法难以应用。二是湿周法。该法的依据是基于以下假定：即保护好临界区域的水生生物栖息地的湿周，也将对非临界区域的栖息地提供足够的保护。利用湿周(指水面以下河床横断面的线性长度)作为栖息地的质量指标来估算河道内流量值，通过在临界的栖息地区域(通常大部分是浅滩)现场搜集河道的几何尺寸、流量和数据，并以临界的栖息地类型作为河流的其余部分的栖息地指标。河道的形状影响分析结果。该法需要确定湿周与流量之间的关系。这种关系可从多个河道断面的几何尺寸—流量关系实测数据推求，或从单一河道断面一组几何尺寸—流量数据中计算得出。推荐值依据湿周—流量关系曲线中的变化点的位置来确定。

(3)栖息地法。一是IFIM(增加法)。IFIM(InstreamFlowIncrementalMethology)法是应用比较广泛的计算环境需水量的方法，IFIM根据现场数据如水深、河流基质类型等，采用PHABSIM(physicalHabitatSimulation)模型模拟流速变化和栖息地类型的关系，通过水力学数据和生物学信息的结合，适合于一定流量的主要的水生生物及栖息地。Orth等[21]认为由于IFIM法所需要的定量化的生物资料的缺乏，使这种方法的应用受到一定的限制。King等指出，传统的IFIM法将其重点放在一些河流生物物种的保护，而没有考虑诸如河流规划以及包括河流两岸在内的整个生态系统，由此计算出的推荐流量范围值并不符合整个河流的管理要求。二是CASIMIR法。CASIMIR(computerAidedSimulationModelforInstreamFlowRequirementsindivertedstream)法是基于现场数据—流量在空间和时间上的变化，采用FST建立水力模型、流量变化、被选定的生物类型之间的关系，估算主要水生生物的数量、规模，并可模拟水电站的经济损失。

2国内研究动态

在我国，系统研究生态需水量的工作尚处于起步阶段，对生态环境需水的概念、内涵与外延等没有统一的定义，对其计算方法的研究也不够深入、完善，基本停留在定性分析和宏观定量分析阶段。其研究大致可分为3个阶段：一是20世纪70年代末开始探讨河流最小流量问题。主要集中在河流最小流量确定方法的研究。长江水资源保护科学研究所的《环境用水初步探讨》是其典型代表。二是20世纪80年代，针对水污染日益严重的问题，国务院环境保护委员会《关于防治水污染技术政策的规定》指出：在水资源规划时，要保证改善水质所需的环境用水。主要集中在宏观战略方面的研究，对如何实施、如何管理处于探索阶段。三是20世纪90年代以来，针对黄河断流、水污染严重等问题，水利部提出在水资源配置中应考虑生态环境用水。如在全国水功能区划中考虑了生态与环境用水问题。刘昌明提出了我国21世纪水资源供需的“生态水利”问题。与此同时，与生态、环境需水相关的研究也逐渐展开。