水利計算發(fā)展趨勢

水利計算的發(fā)展趨勢主要如下：

1、進一步應用數(shù)學方法，結(jié)合成因分析，完善對徑流的描述和預測；

2、應用現(xiàn)代數(shù)學與計算技術，更好地解決水庫和河流動力學中的一些問題；

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)化運行方式，提供更科學的依據(jù)。 2100433B

水利計算技術自19世紀末期開始發(fā)展，但在較長時間內(nèi)多歸附于應用水文學與工程水力學。作為一門專門的學科，是隨有關學科分支特別是徑流調(diào)節(jié)理論的發(fā)展，于20世紀中葉在蘇聯(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《水利計算》。此后，由于應用數(shù)學、電子計算機技術以及其他有關學科的迅速發(fā)展，又在計算理論和實踐上取得許多新成就，主要表現(xiàn)為進一步完善了徑流調(diào)節(jié)理論；引入并廣泛應用了以徑流調(diào)節(jié)、經(jīng)濟分析為基礎的系統(tǒng)分析方法；提出了水庫、河道非恒定流及泥沙運動計算方面的許多新解法，包括應用一維明渠非恒定流計算，求解水庫調(diào)洪、水庫回水和河道洪水演進等問題；應用二維、三維水流運動數(shù)學模型，求解涉及環(huán)境水力學、感潮河段及河網(wǎng)水力學、河流動力學等方面的復雜問題。

中國水利建設有悠久的歷史，但較系統(tǒng)的水利計算工作是20世紀50年代后，在吸取外來經(jīng)驗的基礎上，通過一系列江河流域規(guī)劃以及水利水電工程的設計和運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水利計算的專著、計算手冊及規(guī)程規(guī)范，均較完整地總結(jié)了在此以前的理論與實踐經(jīng)驗。中國在防洪規(guī)劃水利計算、防洪效益分析計算、防洪與興利相結(jié)合的調(diào)節(jié)計算、綜合利用水庫調(diào)節(jié)計算、水庫群調(diào)節(jié)計算等方面提出了一些適合本國特點的方法，在非恒定流計算方面也有不少發(fā)展。80年代以來，隨著電子計算機的廣泛應用，在應用隨機過程理論描述徑流、應用現(xiàn)代數(shù)學和系統(tǒng)分析方法進行單庫或庫群規(guī)劃及水利計算等方面，也進行了不少探索。

一、 按水資源開發(fā)治理規(guī)劃的水利計算分類

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

河流開發(fā)治理規(guī)劃中的水利計算。這種計算的目的是為了有效地調(diào)節(jié)河川徑流，建造恰當?shù)乃O施，為各種水利設施的大小、位置和工作情況提出經(jīng)濟合理的設計。計算分析的內(nèi)容包括水文情況、用水需要、徑流調(diào)節(jié)方式和經(jīng)濟論證等。這類計算是水利計算的主要內(nèi)容。全流域規(guī)劃中的水利計算。這種水利計算的目的是根據(jù)水資源的特性、地區(qū)條件和國民經(jīng)濟需要，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；擬定全河流梯級水庫群的布置和其他重要水利工程的布局；分析計算每一方案中各用水部門的開發(fā)規(guī)模、總投資和經(jīng)濟效益。

二、按服務目的分類

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

水利計算還包括由于水利工程的建設而引起的一些派生現(xiàn)象或后果的分析計算，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)影響等分析計算；也包括一些水利設計的專門問題，如水庫日調(diào)節(jié)對航運的影響和潰壩洪水的計算等。

水利計算的主要內(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、漂木、養(yǎng)殖、衛(wèi)生和環(huán)境保護等要求，結(jié)合工程具體條件，選擇可能的方案與相應的洪水調(diào)節(jié)、徑流調(diào)節(jié)的方式及替代措施，并作為計算的基礎。

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

③進行各方案的技術經(jīng)濟評價，選擇工程規(guī)模及其主要參數(shù)與特征值。當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，需同時對有關工程聯(lián)合運行方式和規(guī)模、參數(shù)的影響進行研究。

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

⑤進行閘壩上下游沖淤計算與工程使用年限估算，分析可能的河床演變情況。對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必要時需進行下列專門研究：水電站日調(diào)節(jié)非恒定流對上下游河道航運和取水口、排水口的影響；水庫放空及潰壩洪水計算；水庫和河道冰凌情況分析計算；水庫初期蓄水調(diào)節(jié)計算及分期發(fā)揮效益的運用方案；跨流域調(diào)水計算；感潮河段水力計算；平原河網(wǎng)地區(qū)水力計算等。

灌溉用水計算 包括灌溉用水量和時間分配。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，需要灌溉工程補充的水量。其大小和時間分配，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)來計算。此項計算結(jié)果是各種灌溉工程的水利計算都需要的資料，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)），計算出典型年或多年的灌溉用水過程。

蓄水工程的水利計算　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，把某一時期多余的水蓄起來供缺水時期使用。蓄水工程的水利計算就是對來水過程和灌溉用水過程進行水量平衡的調(diào)節(jié)計算，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算的主要內(nèi)容為推求設計引水流量和引水水位以及保證灌溉面積（指滿足某一灌溉設計標準的灌溉面積），為設計引水工程及其首部建筑物提供依據(jù)。

提水工程的水利計算　從河道提水的灌溉工程，其水利計算除計算引水流量和保證灌溉面積外，還應定出水泵的設計流量、揚程和安裝高程等，為配備水泵和動力機械提供依據(jù)。對于提取地下水的提水灌溉工程，則必須對地下水進行水資源評價，以便定出合理的開采方案。2100433B

本書論述了水利計算與水庫調(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算、水庫汛期調(diào)度運用和興利調(diào)度運用等內(nèi)容。本書除用于高等學校農(nóng)業(yè)水利工程專業(yè)水利計算必修課教材外，可供水利水電工程、水文水資源等專業(yè)學習參考，同時也可供相關專業(yè)及水利工程技術人員參考。 2100433B

本教材是根據(jù)普通高等教育"十五"國家級規(guī)劃教材編制計劃編寫完成的，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。

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

本教材由河海大學梁忠民、鐘平安、華家鵬主編，梁忠民、華家鵬主持編寫了水文計算部分，鐘平安主持編寫了水利計算部分。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研究院吳正平教授主審，主審人對書稿進行了認真細致的審查，并提出了許多建設性的修改意見，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《水文分析與計算》(水利電力出版社，1989)和葉秉如主編的《水利計算及水資源規(guī)劃》 (水利電力出版社，1995)，同時還參閱和引用了有關院校和科研單位編寫的相關教材、著作和技術文獻，并在每章的最后列出了主要參考文獻。本書的編寫和出版，得到了河海大學水資源環(huán)境學院、中國水利水電出版社的大力支持，并得到了河海大學"211工程"項目的資助，中國水利水電出版社吳娟編輯對書稿進行了認真仔細的編輯，編者在此一并致謝。

限于編者水平，書中有不妥之處，懇請讀者批評指正。

編 者

2006年5月