水利計(jì)算發(fā)展概況

水利計(jì)算技術(shù)自19世紀(jì)末期開始發(fā)展，但在較長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)多歸附于應(yīng)用水文學(xué)與工程水力學(xué)。作為一門專門的學(xué)科，是隨有關(guān)學(xué)科分支特別是徑流調(diào)節(jié)理論的發(fā)展，于20世紀(jì)中葉在蘇聯(lián)逐漸形成的。這方面較有代表性的專著是1952年出版的，由C.H.克里茨基與M.φ.明凱里合著的《水利計(jì)算》。此后，由于應(yīng)用數(shù)學(xué)、電子計(jì)算機(jī)技術(shù)以及其他有關(guān)學(xué)科的迅速發(fā)展，又在計(jì)算理論和實(shí)踐上取得許多新成就，主要表現(xiàn)為進(jìn)一步完善了徑流調(diào)節(jié)理論；引入并廣泛應(yīng)用了以徑流調(diào)節(jié)、經(jīng)濟(jì)分析為基礎(chǔ)的系統(tǒng)分析方法；提出了水庫、河道非恒定流及泥沙運(yùn)動(dòng)計(jì)算方面的許多新解法，包括應(yīng)用一維明渠非恒定流計(jì)算，求解水庫調(diào)洪、水庫回水和河道洪水演進(jìn)等問題；應(yīng)用二維、三維水流運(yùn)動(dòng)數(shù)學(xué)模型，求解涉及環(huán)境水力學(xué)、感潮河段及河網(wǎng)水力學(xué)、河流動(dòng)力學(xué)等方面的復(fù)雜問題。

中國(guó)水利建設(shè)有悠久的歷史，但較系統(tǒng)的水利計(jì)算工作是20世紀(jì)50年代后，在吸取外來經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，通過一系列江河流域規(guī)劃以及水利水電工程的設(shè)計(jì)和運(yùn)用才逐漸開展起來的。自50年代以來，先后出版了一系列有關(guān)水利計(jì)算的專著、計(jì)算手冊(cè)及規(guī)程規(guī)范，均較完整地總結(jié)了在此以前的理論與實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。中國(guó)在防洪規(guī)劃水利計(jì)算、防洪效益分析計(jì)算、防洪與興利相結(jié)合的調(diào)節(jié)計(jì)算、綜合利用水庫調(diào)節(jié)計(jì)算、水庫群調(diào)節(jié)計(jì)算等方面提出了一些適合本國(guó)特點(diǎn)的方法，在非恒定流計(jì)算方面也有不少發(fā)展。80年代以來，隨著電子計(jì)算機(jī)的廣泛應(yīng)用，在應(yīng)用隨機(jī)過程理論描述徑流、應(yīng)用現(xiàn)代數(shù)學(xué)和系統(tǒng)分析方法進(jìn)行單庫或庫群規(guī)劃及水利計(jì)算等方面，也進(jìn)行了不少探索。

一、 按水資源開發(fā)治理規(guī)劃的水利計(jì)算分類

一項(xiàng)水利措施和水利設(shè)施規(guī)劃中的水利計(jì)算。如為工業(yè)給水、灌溉、水電站等進(jìn)行的水庫規(guī)劃中的計(jì)算，目的是闡明水利工程設(shè)施可能提供的水利效益。為此，要計(jì)算用水部門的需水量和電量等，為選定實(shí)現(xiàn)上述效益的建筑物基本尺寸準(zhǔn)備必需的資料，提供合理選擇的依據(jù)。

河流開發(fā)治理規(guī)劃中的水利計(jì)算。這種計(jì)算的目的是為了有效地調(diào)節(jié)河川徑流，建造恰當(dāng)?shù)乃O(shè)施，為各種水利設(shè)施的大小、位置和工作情況提出經(jīng)濟(jì)合理的設(shè)計(jì)。計(jì)算分析的內(nèi)容包括水文情況、用水需要、徑流調(diào)節(jié)方式和經(jīng)濟(jì)論證等。這類計(jì)算是水利計(jì)算的主要內(nèi)容。全流域規(guī)劃中的水利計(jì)算。這種水利計(jì)算的目的是根據(jù)水資源的特性、地區(qū)條件和國(guó)民經(jīng)濟(jì)需要，協(xié)調(diào)各種矛盾，擬定流域水資源整體開發(fā)的各種方案。其內(nèi)容包括：分析研究干、支流各處的開發(fā)方式；擬定全河流梯級(jí)水庫群的布置和其他重要水利工程的布局；分析計(jì)算每一方案中各用水部門的開發(fā)規(guī)模、總投資和經(jīng)濟(jì)效益。

二、按服務(wù)目的分類

按服務(wù)目的，水利計(jì)算分為防洪水利計(jì)算、灌溉工程的水利計(jì)算、水電站的水能計(jì)算和綜合利用（防洪、發(fā)電、灌溉、航運(yùn)、給水等）水庫的水利計(jì)算。

水利計(jì)算還包括由于水利工程的建設(shè)而引起的一些派生現(xiàn)象或后果的分析計(jì)算，如水庫的回水淹沒、水庫淤積、水庫蒸發(fā)、壩下沖刷、庫區(qū)生態(tài)影響等分析計(jì)算；也包括一些水利設(shè)計(jì)的專門問題，如水庫日調(diào)節(jié)對(duì)航運(yùn)的影響和潰壩洪水的計(jì)算等。

水利計(jì)算的主要內(nèi)容主要如下

①綜合考慮各方面提出的用水、用電、防洪、防凌、排澇、航運(yùn)、漂木、養(yǎng)殖、衛(wèi)生和環(huán)境保護(hù)等要求，結(jié)合工程具體條件，選擇可能的方案與相應(yīng)的洪水調(diào)節(jié)、徑流調(diào)節(jié)的方式及替代措施，并作為計(jì)算的基礎(chǔ)。

②進(jìn)行各方案的徑流調(diào)節(jié)計(jì)算、水庫調(diào)洪計(jì)算、水能計(jì)算、水庫回水計(jì)算和洪水演進(jìn)計(jì)算；分析工程建成后上下游水位、流量情勢(shì)的變化；闡明工程效益和多年運(yùn)行特征；分析工程對(duì)環(huán)境、生態(tài)的影響，并對(duì)不利影響提出可能的處理措施。

③進(jìn)行各方案的技術(shù)經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)，選擇工程規(guī)模及其主要參數(shù)與特征值。當(dāng)工程上下游或同一供水、供電系統(tǒng)中有已建和擬建工程時(shí)，需同時(shí)對(duì)有關(guān)工程聯(lián)合運(yùn)行方式和規(guī)模、參數(shù)的影響進(jìn)行研究。

④擬定工程的運(yùn)行方式，作為工程興建后制定運(yùn)行規(guī)程及實(shí)際運(yùn)用的依據(jù)。

⑤進(jìn)行閘壩上下游沖淤計(jì)算與工程使用年限估算，分析可能的河床演變情況。對(duì)建在多沙河流上的閘壩工程，還需研究有利排沙清淤的調(diào)度方式等。

⑥必要時(shí)需進(jìn)行下列專門研究：水電站日調(diào)節(jié)非恒定流對(duì)上下游河道航運(yùn)和取水口、排水口的影響；水庫放空及潰壩洪水計(jì)算；水庫和河道冰凌情況分析計(jì)算；水庫初期蓄水調(diào)節(jié)計(jì)算及分期發(fā)揮效益的運(yùn)用方案；跨流域調(diào)水計(jì)算；感潮河段水力計(jì)算；平原河網(wǎng)地區(qū)水力計(jì)算等。

水利計(jì)算的發(fā)展趨勢(shì)主要如下：

1、進(jìn)一步應(yīng)用數(shù)學(xué)方法，結(jié)合成因分析，完善對(duì)徑流的描述和預(yù)測(cè)；

2、應(yīng)用現(xiàn)代數(shù)學(xué)與計(jì)算技術(shù)，更好地解決水庫和河流動(dòng)力學(xué)中的一些問題；

3、結(jié)合水利規(guī)劃的發(fā)展需要，開展水庫群和水利規(guī)劃系統(tǒng)分析的研究，為擬定河流開發(fā)治理的合理方案、確定工程最佳參數(shù)與特征值、編制工程的優(yōu)化運(yùn)行方式，提供更科學(xué)的依據(jù)。 2100433B

灌溉用水計(jì)算 包括灌溉用水量和時(shí)間分配。灌溉用水量是指為了滿足作物的需水要求，除天然降雨以外，需要灌溉工程補(bǔ)充的水量。其大小和時(shí)間分配，可根據(jù)灌區(qū)作物種類、各種作物的灌溉面積、灌溉制度和水的利用系數(shù)來計(jì)算。此項(xiàng)計(jì)算結(jié)果是各種灌溉工程的水利計(jì)算都需要的資料，根據(jù)灌溉工程調(diào)節(jié)性能的不同（年調(diào)節(jié)或多年調(diào)節(jié)），計(jì)算出典型年或多年的灌溉用水過程。

蓄水工程的水利計(jì)算　灌溉蓄水工程有水庫、池塘，其作用是協(xié)調(diào)來水和用水的矛盾，把某一時(shí)期多余的水蓄起來供缺水時(shí)期使用。蓄水工程的水利計(jì)算就是對(duì)來水過程和灌溉用水過程進(jìn)行水量平衡的調(diào)節(jié)計(jì)算，求出所需的蓄水庫容的大小。一般中、小型工程采用年調(diào)節(jié)，即把年內(nèi)非灌溉期和豐水期的多余水量蓄起來以增加灌溉用水高峰季節(jié)的調(diào)節(jié)流量，有些大型工程可以進(jìn)行多年調(diào)節(jié)，即把豐水年的多余水量蓄起來，以增加枯水年的灌溉流量。

引水工程的水利計(jì)算　灌溉引水工程指從河流引用河川徑流的灌溉工程,分為有壩引水和無壩引水工程,它與蓄水工程不同，它沒有蓄水庫容，沒有調(diào)節(jié)徑流的能力，只能把河水按自流方式引送至農(nóng)田。因此灌溉引水工程的水利計(jì)算的主要內(nèi)容為推求設(shè)計(jì)引水流量和引水水位以及保證灌溉面積（指滿足某一灌溉設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)的灌溉面積），為設(shè)計(jì)引水工程及其首部建筑物提供依據(jù)。

提水工程的水利計(jì)算　從河道提水的灌溉工程，其水利計(jì)算除計(jì)算引水流量和保證灌溉面積外，還應(yīng)定出水泵的設(shè)計(jì)流量、揚(yáng)程和安裝高程等，為配備水泵和動(dòng)力機(jī)械提供依據(jù)。對(duì)于提取地下水的提水灌溉工程，則必須對(duì)地下水進(jìn)行水資源評(píng)價(jià)，以便定出合理的開采方案。2100433B

本書論述了水利計(jì)算與水庫調(diào)度的基本原理和方法。全書共分六章，包括水庫的興利調(diào)節(jié)、洪水調(diào)節(jié)、小型水電站的水能計(jì)算、水庫汛期調(diào)度運(yùn)用和興利調(diào)度運(yùn)用等內(nèi)容。本書除用于高等學(xué)校農(nóng)業(yè)水利工程專業(yè)水利計(jì)算必修課教材外，可供水利水電工程、水文水資源等專業(yè)學(xué)習(xí)參考，同時(shí)也可供相關(guān)專業(yè)及水利工程技術(shù)人員參考。 2100433B

本教材是根據(jù)普通高等教育"十五"國(guó)家級(jí)規(guī)劃教材編制計(jì)劃編寫完成的，是高等院校水利水電類本科專業(yè)的通用教材，同時(shí)也是教育部高教司頒布的水文與水資源工程本科專業(yè)核心課程教材。

本教材分為水文計(jì)算和水利計(jì)算兩部分。水文計(jì)算部分似洪水頻率分析、設(shè)計(jì)洪水(暴雨)計(jì)算和設(shè)計(jì)年徑流為主要內(nèi)容，同時(shí)介紹了城市及小流域設(shè)計(jì)洪水計(jì)算、最大可能暴雨(洪水)等方面的知識(shí)。水利計(jì)算部分以徑流調(diào)節(jié)為主線，介紹了徑流調(diào)節(jié)中需水量的計(jì)算與預(yù)測(cè)方法，徑流調(diào)節(jié)的計(jì)算， 以及徑流調(diào)節(jié)原理在發(fā)電、灌溉、防洪等水利計(jì)算問題中的應(yīng)用。本教材取材豐富，涵蓋了工程水文設(shè)計(jì)及水利計(jì)算的主體內(nèi)容，章節(jié)編排合理，體系完整，用例詳實(shí)，適于本(專)科以上相關(guān)專業(yè)教學(xué)使用，也可供工程技術(shù)人員參考。

本教材由河海大學(xué)梁忠民、鐘平安、華家鵬主編，梁忠民、華家鵬主持編寫了水文計(jì)算部分，鐘平安主持編寫了水利計(jì)算部分。全書共分12章，各章節(jié)的編寫人員為：第一章由梁忠民、鐘平安編寫；第二章、第三章由梁忠民編寫；第四章由王棟、梁忠民編寫；第五章由劉俊編寫；第六章、第七章由華家鵬編寫；第八章、第九章、第十章、第十一章由鐘平安編寫；第十二章由陸寶宏編寫。

全書由南京水利科學(xué)研究院吳正平教授主審，主審人對(duì)書稿進(jìn)行了認(rèn)真細(xì)致的審查，并提出了許多建設(shè)性的修改意見，編者在此深表謝意。

本教材編寫中，主要引用和參考了由劉光文主編的《水文分析與計(jì)算》(水利電力出版社，1989)和葉秉如主編的《水利計(jì)算及水資源規(guī)劃》 (水利電力出版社，1995)，同時(shí)還參閱和引用了有關(guān)院校和科研單位編寫的相關(guān)教材、著作和技術(shù)文獻(xiàn)，并在每章的最后列出了主要參考文獻(xiàn)。本書的編寫和出版，得到了河海大學(xué)水資源環(huán)境學(xué)院、中國(guó)水利水電出版社的大力支持，并得到了河海大學(xué)"211工程"項(xiàng)目的資助，中國(guó)水利水電出版社吳娟編輯對(duì)書稿進(jìn)行了認(rèn)真仔細(xì)的編輯，編者在此一并致謝。

限于編者水平，書中有不妥之處，懇請(qǐng)讀者批評(píng)指正。

編 者

2006年5月