曹云龍　華玉多

摘要：水力學及水流動力學的主要研究方向包括環(huán)境水力學、泥沙運動及河床演變、水環(huán)境控制及管理、生態(tài)水力學、地下水力學、計算水力學、海岸波浪運動等。本文簡要回顧了我國水力學以及河流動力學近年來的發(fā)展歷程以及現狀，并針對新時期水力學及河流動力學的研究重點進行探討分析，希望能夠促進我國生態(tài)環(huán)境的健康可持續(xù)發(fā)展。

關鍵詞：水力學;動力學;基本理論;研究方法

一、水力學及河流動力學的主要研究方向

水力工程項目是解決人類所面臨的各種水問題的有效措施，而水力學及河流動力學的研究對水力工程的安全、經濟、高效運行和水資源的可持續(xù)利用具有重要價值。在水力工程項目的設計、施工與運行管理的各個階段中都需要科學的理論依據。而水力工程而對的自然與社會環(huán)境具有豐富和復雜性，能夠運用的水紋資料往往不夠完善。水化學以及水生物的不可控性，以及受地質和人類活動的影響，使以往的科研成果存在多方面的使用限制。所以，水力學研究的任務也是多方而的，包括對新問題的克服方法，更好地發(fā)揮學科交叉的優(yōu)勢，建立新的研究理論。在工程領域方面水力學及河流動力學的研究需要建立在自然科學基礎上，其主要的研究方向為水工水力學、河流水力學、環(huán)境水力學、電站水力學以及生態(tài)水力學等。

二、水力學及河流動力學的主要問題

（一）基本理論以及研究方法

l、流體力學。流體力學識水力學的基礎理論，研究的主要問題為紊流中的傳輸和摻混。所謂紊流是指具有瞬變流的特性，其水流作用力與邊界條件關系密切。天然河流具有流動邊界不規(guī)則的特性，而且這種邊界形態(tài)是由水流自身締造形成的。同時，水流的分層流和有懸流動是很多學者研究的重點問題。在水利工程中，如何將納維——斯托克斯方程中的微觀描述應用到大尺度的水工程建設之中是一個難題，即從微觀的研究成果到宏觀的工程應用的轉化還有很多疑難問題需要解決。傳輸現象則是泥沙與環(huán)境水力學之間的問題。水流中物質的傳輸以及懸浮物、動量匯聚河流的摻雜過程還需不斷研究和認證。

2、實驗模型。在水力學研究的過程中，物理模型以及數學模型發(fā)揮了重要的作用。兩者在研究中分別擁有各自優(yōu)勢，并具有一定的互補效果。如今物理模型和數學模型相結合的復合模型開始起到更大作用。而新的實驗方法所研究研究的領域包括新的儀器測量方法，如粒子圖像、激光、超聲等速流儀，同時探求新的儀器對科學發(fā)展的推動作用，如示蹤方法在紊流混摻、減阻、輸砂研究中的功能體現。新型實驗模型需要原型資料率定和榆驗后才能夠生效，而在此過程中數學模型以及物理模型也在不斷地完善中。

3、系統科學與生態(tài)環(huán)境問題。水力學不僅僅是單純的力學問題，在水流傳輸的過程中，往往伴隨著物理、化學、生物傳輸現象。從流域系統角度講，它包括社會與自然、經濟與技術、環(huán)境保護以及資源高效利用等，系統科學已經被大量應用?，F階段水力工程引起的環(huán)境問題也開始越來越被重視，如水庫環(huán)境、熱電站的熱污染造成的生態(tài)反應，微生物和魚類遷移引發(fā)的熱點環(huán)境問題。

（二）水力學應用

1、河流水力學。河流水力學又稱動床水力學，主要研究泥沙藝術以及河床演變的基本理論和實際應用，同時也包括水流流域中對泥沙的產生以及致災機理的研討。以泥沙為主線條的流域生態(tài)系統的脆弱性研究，在泥沙防治以及工程排沙措施中具有重要價值。如在降低河流輸沙能力的工程措施中，依據泥沙產生機理、泥沙研究特性以及相關泥沙防治理論開展工程排沙沖刷治理研究，可有效緩解或解決現代水利工程建設中泥沙河流危害。其中舉世聞名的都江堰引水灌溉工程、引水樞紐內蒙古河套灌區(qū)等均通過科學的排沙措施解決了引水和防沙的矛盾問題。

2、生態(tài)水力學。在現代社會中，水生態(tài)環(huán)境是我國相關部門以及國民公眾人們十分關注的問題，其中包括水土保持、水生生物多樣性。水質污染以及生態(tài)系統保護等。現有的生態(tài)環(huán)境相關知識還無法滿足社會發(fā)展的實際需要。除生態(tài)學外，生態(tài)問題還涉及到物理學、水力學、水文學和泥沙學、氣候學、化學、生物學等其它眾多學科，在具體的理論研究與工程應用中會運用到多門學科的協同合作。另外，因自然環(huán)境的復雜性，水生態(tài)系統的研究需要更多數學模型以及物理模型去模擬一些自然現象，從而更好地發(fā)揮其河流保護以及修復能力。

3、環(huán)境水力學。環(huán)境水力學的研究理論基目標主要為污染物的遷移擴散及轉化原理，河道、水庫中污染物運動的基本規(guī)律以及相應的求解方法，水中懸浮物對油污的吸附能力等。另一方面，在大型深水庫環(huán)境水力學的特性研究中，主要是針對水庫水溫預測、密度分層規(guī)律、水庫中污染物的降解治理而進行，并應用大量的計算機技術以及流體力學方法實施精細計算。環(huán)境水力學的研究在河道整治以及流域水質目標管理、流域水環(huán)境綜合治理技術方面發(fā)揮著不可替代的作用。

參考文獻

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