1前言

天然河道洪水期流量隨時(shí)間急劇變化，流量測(cè)驗(yàn)很難滿足瞬時(shí)性和同步性條件，而且往往施測(cè)困難、危險(xiǎn)性大、精度較低。如何用經(jīng)濟(jì)簡(jiǎn)便的手段取得滿足一定精度的洪水（特別是高洪）流量資料是廣大水利和水文工作者十分關(guān)心的問(wèn)題。上世紀(jì)80年代以來(lái)，一些水文科技工作者開始探索通過(guò)水位直接推算流量過(guò)程的水力學(xué)途徑，通過(guò)室內(nèi)的復(fù)雜計(jì)算簡(jiǎn)化野外工作，為解決高洪量測(cè)驗(yàn)問(wèn)題和天然河道流量的自動(dòng)測(cè)記問(wèn)題開辟了一條新的道路[1]。但是，目前所提出的一些水力學(xué)推流模型，一般都要求具有兩個(gè)以上斷面的同步水位資料[2,3]。因此，這些模型在實(shí)用中存在一定的局限性。本文介紹一種僅需要一個(gè)斷面水位資料的近似擴(kuò)散波的水力學(xué)推流模型。使用該模型，只要將水位采集裝置與計(jì)算機(jī)相連即能實(shí)現(xiàn)流量自動(dòng)記錄，在水文自動(dòng)測(cè)報(bào)系統(tǒng)只要配制相應(yīng)推流計(jì)算軟件就可實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)流量的自動(dòng)測(cè)報(bào)。經(jīng)筆者推流驗(yàn)證，其流量測(cè)算精度滿足實(shí)用要求。現(xiàn)將模型及其應(yīng)用情況簡(jiǎn)介如下，供參考。

2模型

由于洪水期的水流屬于非恒定流，對(duì)于棱柱體河道，在無(wú)旁側(cè)入流和出流的情況下，其水流運(yùn)動(dòng)可用圣維南（St.Venant）方程組描述[4]。即

（1）

（2）

生態(tài)水力學(xué)是水利科學(xué)發(fā)展到較高級(jí)階段出現(xiàn)的新興學(xué)科，在近年由于包括水利建設(shè)在內(nèi)的人類活動(dòng)規(guī)模不斷擴(kuò)大，對(duì)于自然生態(tài)系統(tǒng)所產(chǎn)生的脅迫和壓力不斷加大，在某些地區(qū)出現(xiàn)了嚴(yán)重的生態(tài)環(huán)境惡化的事例。概括起來(lái)，可以有以下幾方面的明顯表現(xiàn)：

大規(guī)模的水壩建設(shè)使得水庫(kù)對(duì)河川徑流的調(diào)節(jié)能力日益加大，有些流域的水庫(kù)調(diào)節(jié)庫(kù)容接近或超過(guò)河川的多年平均徑流量，以至造成水壩下游河流水量的減少，甚至干枯。這將造成下游河床的萎縮，對(duì)河流生態(tài)系統(tǒng)造成毀滅性的災(zāi)害。同時(shí)，水壩的建設(shè)造成水流連續(xù)性、河床連續(xù)性、生態(tài)連續(xù)性的破壞，并在上游造成大面積的淹沒(méi)，大量移民又要造成許多新的環(huán)境問(wèn)題。

河流的防洪標(biāo)準(zhǔn)不斷提高，河流兩岸的堤防越來(lái)越高，使得河流兩岸的洪泛區(qū)域與河流的水循環(huán)分離，河流兩岸的濕地消失，地下水得不到河流的補(bǔ)充，使得兩岸廣闊洪泛平原的生態(tài)狀況日益惡化。

大量興建的水資源開發(fā)工程造成流域水資源的過(guò)度開發(fā)利用，結(jié)果是流域地下水位下降、地表河流和湖泊萎縮、植被干枯，生態(tài)環(huán)境惡化。在近海地區(qū)由于地下水的降低，海水入侵地下水，造成地下水的污染。

概括來(lái)說(shuō)，大量水利工程的建設(shè)對(duì)流域水循環(huán)的影響最大，主要表現(xiàn)是：

流域水循環(huán)的短路化，流域水循環(huán)的速度加快，降雨產(chǎn)匯流的速度加快，流域降雨很快匯入河道，泄入大海。

1前言

因水力自控翻板閘門具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，靠水的作用力自動(dòng)啟閉，節(jié)省能源、造價(jià)低廉、并兼有泄洪、蓄水功能，在各小型水利工程上得到廣泛應(yīng)用。但是，水力自控翻板閘門的水力特性較復(fù)雜，閘門的過(guò)流特性、動(dòng)水壓力和運(yùn)行的穩(wěn)定性仍處在研究階段。

在最早進(jìn)行水力自控翻板閘門研究者發(fā)現(xiàn)，水力自控翻板閘門在運(yùn)行中會(huì)出現(xiàn)周期性來(lái)回拍擊支墩或壩坎的現(xiàn)象，破壞性極大。“拍打”的原因是由多方面引起：

（1）控制閘門運(yùn)行的支承條件；

（2）閘門面板壓強(qiáng)、門后空腔泄流、下游水位頂托、門后空腔中負(fù)壓等水力因素；

（3）面板型式和堰的型式的形狀因素。其中支承條件是引起閘門“拍打”的主要原因。為了解決閘門拍打問(wèn)題，將最初閘門設(shè)計(jì)的兩鉸及多鉸支承的形式進(jìn)行改造。雙支點(diǎn)連桿滾輪式翻板閘門型式為改進(jìn)后的支承形式。其布置見圖1。

1課程特點(diǎn)及其素質(zhì)教育實(shí)施要點(diǎn)

《水力學(xué)》課程以“三多一難”為特色．“三多”是指概念多、公式多、系數(shù)多;“一難”是指計(jì)算繁難．學(xué)生普遍感覺(jué)《水力學(xué)》課程難學(xué)，如何在完成課程知識(shí)目標(biāo)、能力目標(biāo)教學(xué)任務(wù)的同時(shí)，構(gòu)建與課程特點(diǎn)相適應(yīng)的素質(zhì)教育目標(biāo)及其教學(xué)體系，實(shí)現(xiàn)素質(zhì)教育與課程教學(xué)目標(biāo)契合，以水為媒，傳遞人文情懷，活化課程教學(xué)內(nèi)容，促進(jìn)課程知識(shí)目標(biāo)與能力目標(biāo)的全面實(shí)現(xiàn)．在多年教學(xué)實(shí)踐的基礎(chǔ)上，根據(jù)《水力學(xué)》課程的特點(diǎn)，認(rèn)識(shí)到《水力學(xué)》課程素質(zhì)教育的實(shí)施要點(diǎn)依然是創(chuàng)新能力、團(tuán)隊(duì)合作、學(xué)習(xí)習(xí)慣、審美情趣等方面．在《水力學(xué)》課程教學(xué)中，應(yīng)將素質(zhì)教育實(shí)施要點(diǎn)與課程相關(guān)教學(xué)內(nèi)容關(guān)聯(lián)，以“知識(shí)目標(biāo)、能力目標(biāo)、素質(zhì)目標(biāo)”三位一體的理念組織教學(xué)活動(dòng)，避免將素質(zhì)教育淪為空洞的說(shuō)教，并通過(guò)課程素質(zhì)教育實(shí)踐提升學(xué)生的后續(xù)專業(yè)課程學(xué)習(xí)能力與將來(lái)的實(shí)際工作能力，力求使每一位學(xué)生從《水力學(xué)》課程學(xué)習(xí)中獲得人生啟迪和專業(yè)熏陶．

2素質(zhì)教育實(shí)現(xiàn)途徑

《水力學(xué)》課程的研究對(duì)象、教學(xué)內(nèi)容、課程特點(diǎn)與素質(zhì)教育實(shí)施要點(diǎn)之間存在關(guān)聯(lián)，課程教學(xué)中素質(zhì)教育目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)途徑可以概括為以下幾個(gè)方面．

(1)傳授知識(shí)，培養(yǎng)能力，提高素質(zhì)“傳授知識(shí)，培養(yǎng)能力，提高素質(zhì)”是當(dāng)前大學(xué)教育中課程教學(xué)的熱點(diǎn)話題，是教師駕馭課堂教學(xué)能力的綜合反映，是全面衡量課程教學(xué)水平和質(zhì)量的關(guān)鍵要素．傳授知識(shí)是根本，培養(yǎng)能力是目標(biāo)，提升素質(zhì)是總綱，能將這三方面融于一體的便是課程教學(xué)方案．課程教學(xué)方案必須由教師構(gòu)思或設(shè)計(jì)，必須與課程教學(xué)大綱相吻合，必須與課程特點(diǎn)相適應(yīng)，必須與學(xué)生的認(rèn)知水平合拍，即教學(xué)方案必須具有良好的適應(yīng)性與可操作性．對(duì)《水力學(xué)》課程而言，其教學(xué)方案應(yīng)具備這樣的特點(diǎn):以水力學(xué)基本原理的闡述為核心，實(shí)現(xiàn)知識(shí)目標(biāo)的培養(yǎng);以管道和渠道的水力設(shè)計(jì)為突破口，著力培養(yǎng)學(xué)生解決問(wèn)題的能力;同時(shí)，注意培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力、自學(xué)能力、終生學(xué)習(xí)習(xí)慣等．以課程設(shè)計(jì)與實(shí)驗(yàn)為依托，培育團(tuán)隊(duì)協(xié)作精神，營(yíng)造學(xué)生互助學(xué)習(xí)與融洽相處的氛圍．此外，教師應(yīng)做好學(xué)情分析，關(guān)注學(xué)生個(gè)性差異，注重課堂“情境”設(shè)計(jì)，關(guān)注學(xué)生協(xié)同學(xué)習(xí)，盡力營(yíng)造良好的學(xué)習(xí)環(huán)境，恰當(dāng)運(yùn)用現(xiàn)代化教學(xué)手段，不斷提高課堂教學(xué)效果．目前使用的《水力學(xué)》教材較好地體現(xiàn)了教學(xué)內(nèi)容的適應(yīng)性，并圍繞“123教學(xué)目標(biāo)”組織教學(xué)內(nèi)容，優(yōu)化教學(xué)方案，實(shí)現(xiàn)了“知識(shí)傳授、能力培養(yǎng)、素質(zhì)提升“三方面的目標(biāo)．在學(xué)生能力培養(yǎng)方面，設(shè)立了三個(gè)層次的學(xué)習(xí)任務(wù)．第一層次為基本教學(xué)要求，針對(duì)全體學(xué)生，以掌握水力學(xué)基本概念、基本理論和水力計(jì)算的基本方法為總目標(biāo)．第二層次針對(duì)部分要求較高的同學(xué)，以訓(xùn)練其掌握EXCEL計(jì)算表格設(shè)計(jì)與試算方法為主，適當(dāng)介紹專門軟件．第三層次主要針對(duì)少數(shù)優(yōu)秀學(xué)生，以訓(xùn)練典型實(shí)際工程(如溢流壩、水閘、泄洪洞、供水管網(wǎng)等)的水力綜合計(jì)算為手段，全面提升其水流現(xiàn)象分析、水力計(jì)算公式和計(jì)算方法選用等方面綜合性的解決實(shí)際工程水力學(xué)問(wèn)題的能力．

(2)以水為媒，傳遞人文情懷，播種水利精神《水力學(xué)》課程的研究對(duì)象是以水為代表的液體，而水在中華傳統(tǒng)文化中的象征意義非常有利于課程素質(zhì)教育的實(shí)施和拓展．通過(guò)《水力學(xué)》課程的學(xué)習(xí)，學(xué)生自然會(huì)對(duì)“上善若水”、“逆水行舟用力撐”、“源清流潔，本盛木榮”、“仁者樂(lè)山，智者樂(lè)水”、“君子之交淡若水”等人生格言有更深層次的理解．“興利除患”是水利行業(yè)的基本任務(wù)，對(duì)水之品質(zhì)的認(rèn)知又是踐行“獻(xiàn)身、負(fù)責(zé)、求實(shí)”的水利精神的人文寄托．從水躍現(xiàn)象就能很自然地引申出“水不激不躍，人不激不奮”的道理，避免了簡(jiǎn)單的說(shuō)教，也使學(xué)生對(duì)水躍現(xiàn)象及其相關(guān)的教學(xué)內(nèi)容有了更深刻的理解，課程教學(xué)的素質(zhì)教育目標(biāo)也在潛移默化中得到體現(xiàn)．古往今來(lái)，與水相關(guān)的優(yōu)美詩(shī)句成就了諸多名家的山水情懷．“細(xì)水長(zhǎng)流”是水的品質(zhì)，“滴水石穿”是水的力量，“空明澄澈”是水的美麗，“飛流直下三千尺，疑是銀河落九天”則是水的力與美的結(jié)合，“君不見黃河之水天上來(lái)，奔流到海不復(fù)還”又給了學(xué)生另外一種人生的啟迪．而《水力學(xué)》中的連續(xù)方程從物理學(xué)的角度闡釋了“不積小流，無(wú)以成江海”的道理，其寓意對(duì)學(xué)生終生學(xué)習(xí)習(xí)慣的培養(yǎng)有鞭策和激勵(lì)作用，而水之品質(zhì)與精神更是詩(shī)詞贊美的源泉，也是學(xué)生審美觀念與審美能力培養(yǎng)的重要依托，其蘊(yùn)含的哲學(xué)理念與人文精神對(duì)社會(huì)公德教育、世界觀教育、人生觀教育、勞動(dòng)觀念教育等素質(zhì)教育內(nèi)容都有很好的潛移默化影響．值得強(qiáng)調(diào)的是:《水力學(xué)》課程教學(xué)環(huán)節(jié)的素質(zhì)教育內(nèi)容必須與課程相關(guān)教學(xué)內(nèi)容自然銜接．教師應(yīng)結(jié)合《水力學(xué)》課程教學(xué)的相關(guān)內(nèi)容，在自然科學(xué)原理、概念、規(guī)律和方法等成果的分析、推導(dǎo)、論述過(guò)程中，恰當(dāng)?shù)厝谌胛幕兀匀坏貪B透人文情懷，體現(xiàn)潛移默化的素質(zhì)教育效果．即課程素質(zhì)教育必須以課程基本教學(xué)內(nèi)容或其延伸內(nèi)容為依托，以教學(xué)內(nèi)容的文化延伸支撐素質(zhì)教育的內(nèi)容和目標(biāo)，切忌將素質(zhì)教育流于空洞說(shuō)教和形式．實(shí)際教學(xué)過(guò)程中，實(shí)現(xiàn)這樣的素質(zhì)教育目標(biāo)并非易事，教師必須把課程的具體教學(xué)內(nèi)容與學(xué)生的實(shí)際情況結(jié)合起來(lái)，通過(guò)深入的思考與鉆研，方能使素質(zhì)教育中的人文情懷顯得自然而又入情入理．

摘要：對(duì)三峽工程環(huán)評(píng)階段的幾個(gè)環(huán)境水力學(xué)問(wèn)題，如擴(kuò)散能力和污染帶影響、庫(kù)區(qū)BOD5負(fù)荷的影響、泥沙對(duì)水質(zhì)的影響、水溫預(yù)測(cè)、河口徑流的變化和鹽水入侵等進(jìn)行了述評(píng)，指出了存在的問(wèn)題和進(jìn)一步研究的方向和意義。

關(guān)鍵詞：三峽工程環(huán)境水力學(xué)水質(zhì)泥沙鹽水入侵水溫

1三峽工程概況

二峽工程壩址位于湖北宜昌縣三斗坪鎮(zhèn)，距下游葛洲壩水利樞紐約40km，控制流域面積100萬(wàn)kmz，是治理和開發(fā)長(zhǎng)江的一項(xiàng)關(guān)鍵性骨干工程。其規(guī)模空前，技術(shù)復(fù)雜，投資多，周期長(zhǎng)，在中國(guó)水利工程史上是前所未有的。三峽工程1994年12月正式開工，預(yù)計(jì)2009年完工。

根據(jù)審查通過(guò)的三峽水利樞紐初步設(shè)計(jì)報(bào)告，三峽水利樞紐的主要建筑物由攔江大壩、水電站和通航建筑物三大部份組成。大壩為重力壩，壩頂全長(zhǎng)2335m，壩頂高程185m(吳松高程，下同)。正常蓄水位75m，相應(yīng)的防洪限制水位145m，枯季消落低水位155m。泄洪壩段位于原主河槽部位，其兩側(cè)為左右廠房壩段和非溢流壩段。正常蓄水位175m時(shí)，20年一遇洪水回水末端至四川巴縣木洞鎮(zhèn)，距壩址565.7km。水庫(kù)水面面積1084km2，水面平均寬度約1100m，與天然情況相比增加約一倍。水庫(kù)平均庫(kù)容393億m3，其中防洪庫(kù)容有221.5億m3，興利調(diào)節(jié)庫(kù)容有16；億m3，約占?jí)沃窂搅髁康?.7%，系一徑流調(diào)節(jié)能力不大的季調(diào)節(jié)水庫(kù)。

水電站為壩后廠房，共安裝26臺(tái)(左14臺(tái)，右12臺(tái))單機(jī)容量為70萬(wàn)kW的混流式水輪發(fā)電機(jī)組，總裝機(jī)容量1820萬(wàn)kW，年平均發(fā)電量約847萬(wàn)ktW·h。另外，為減少棄水增加發(fā)電，右岸預(yù)留6臺(tái)70萬(wàn)kW機(jī)組的地下廠房位置。

1問(wèn)題的提出

洞庭湖作為長(zhǎng)江中游的調(diào)蓄湖泊，不僅是長(zhǎng)江中下游防洪體系中的重要組成部份。它不但具有調(diào)蓄江河徑流、發(fā)展航運(yùn)、漁業(yè)和為工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)提供豐富水資源等多種用途，而且對(duì)調(diào)節(jié)湖區(qū)氣候和生態(tài)平衡也起著重要作用。由于洞庭湖接納湘、資、沅、澧四水和長(zhǎng)江的松滋河、虎渡河、藕池河三口，每年有大量的泥沙進(jìn)入洞庭湖，其中約四分之一左右的泥沙由城陵磯注入長(zhǎng)江，四分之三則淤積在洞庭湖，1975年與1952年比較，七里湖平均淤積達(dá)4m以上，南洞庭湖淤積近2m，東洞庭湖淤積近1m。由于泥沙淤積，造成四口洪道多呈淤積萎縮態(tài)勢(shì)，湖內(nèi)洲灘滋長(zhǎng)、蘆柳叢生、滯流阻水嚴(yán)重，進(jìn)而加速泥沙淤積，并有惡性循環(huán)之勢(shì)。而且由于湖泊萎縮使得水系紊亂，相互頂托干擾。這些問(wèn)題導(dǎo)致洞庭湖區(qū)調(diào)蓄容積減少、洪水位不斷抬升、江湖關(guān)系改變，加重湖區(qū)的防洪負(fù)擔(dān)、造成嚴(yán)重的洪澇災(zāi)害。因此，加強(qiáng)洞庭湖區(qū)河道整治、實(shí)施河湖疏浚工程、調(diào)整部分河段的河勢(shì)、改善水流條件、穩(wěn)定河床、減少泥沙淤積、延長(zhǎng)河道壽命是非常迫切的[1~4]。目前洞庭湖河湖疏浚規(guī)劃已經(jīng)完成，包括湘、資、沅、澧四水尾閭和松滋河、藕池河、南洞庭湖、東洞庭湖、汩羅江等疏挖總工程量達(dá)33876.40×104m3，目前為止已經(jīng)付諸實(shí)施的有約4067.91×104m3。為了客觀地反映河湖疏浚對(duì)洞庭湖防洪減災(zāi)實(shí)際效果和作用，必須準(zhǔn)確分析疏浚后的洪水位降低效應(yīng)。

2河湖疏浚對(duì)典型河段的洪水水位影響分析

2.1水力學(xué)方法

水力學(xué)法的主要思路是運(yùn)用洞庭湖水動(dòng)力學(xué)模型，在同樣的來(lái)水條件下，分別計(jì)算疏浚前后（地形和糙率不同）洞庭湖疏浚影響區(qū)的洪水水位，通過(guò)對(duì)水位差值的比較，得出疏浚對(duì)河湖洪水水位的影響。洞庭湖水系中，四水及長(zhǎng)江三口控制斷面以下無(wú)流量站控制，區(qū)間面積約占洞庭湖水系總面積的20%，與洞庭湖洪水的形成密切相關(guān)。本研究洪水演算采用SMS（地表水模擬系統(tǒng)）水力學(xué)模型，區(qū)間的產(chǎn)流計(jì)算采用SSARR（河流綜合預(yù)報(bào)與水庫(kù)調(diào)度模型）水文學(xué)模型[2]。

2.1.1原理

1滲流分析的基本理論

1．1達(dá)西定律

法國(guó)工程師Darcy經(jīng)過(guò)滲透實(shí)踐驗(yàn)證，滲流量q不只同截面面積a成正比例，還與水頭耗損(h1－h(huán)2)正比，與滲徑尺寸l成反比，帶入土粒構(gòu)造與流體特性的定性常數(shù)k。

1．2滲流連續(xù)方程

滲流連續(xù)方程通常以質(zhì)量守恒定律為基礎(chǔ)，考慮可壓縮土體的滲流加以引證，即滲流場(chǎng)中水在某一單元體內(nèi)的增減速率等于進(jìn)出該單元體流量速率之差。對(duì)于每一個(gè)流動(dòng)的過(guò)程而言，皆是在特定的空間流場(chǎng)之中發(fā)生的，沿著其邊界發(fā)揮支配功能的條件，成為邊界條件。在開始進(jìn)行研究的時(shí)候，在流場(chǎng)之內(nèi)，流動(dòng)的狀態(tài)與其支配條件，成為初始條件。邊界條件與初始條件合稱定解條件。定解條件普遍是由室外測(cè)量數(shù)據(jù)或?qū)嶒?yàn)得出的，其對(duì)流動(dòng)過(guò)程有著決定性功用。找尋某個(gè)函數(shù)(假如水頭)，讓其在微分方程的條件下，又可以適應(yīng)定解條件的便可認(rèn)為是定解問(wèn)題。

2滲流計(jì)算

摘要：流域洪水風(fēng)險(xiǎn)圖可以定量和直觀地描繪遭受洪水淹沒(méi)風(fēng)險(xiǎn)的區(qū)域和洪災(zāi)造成的損失，為各級(jí)政府指揮抗洪提供決策依據(jù)。本文簡(jiǎn)要論述和分析了適合于流域洪水風(fēng)險(xiǎn)圖編制的一些方法，側(cè)重討論了推求洪水淹沒(méi)狀態(tài)的若干途徑以及洪災(zāi)損失統(tǒng)計(jì)評(píng)估的內(nèi)容。

關(guān)鍵詞：流域洪水風(fēng)險(xiǎn)圖

一、引言

我國(guó)的洪澇災(zāi)害從出現(xiàn)頻率、影響范圍到造成的損失都是世界最為嚴(yán)重的國(guó)家之一。據(jù)統(tǒng)計(jì)，在過(guò)去的2000多年中，中國(guó)發(fā)生的有史料可查的重大洪水災(zāi)害就達(dá)1600余次。新中國(guó)成立以來(lái)，經(jīng)過(guò)40多年的治理，全國(guó)江河流域的防洪形勢(shì)有了重大改觀。但是，由于洪水的影響因素眾多和人類對(duì)自然界認(rèn)知的局限性，目前尚無(wú)法從確定性的角度預(yù)知未來(lái)相當(dāng)長(zhǎng)時(shí)期內(nèi)洪水發(fā)生的確切時(shí)間和真實(shí)過(guò)程，加之經(jīng)濟(jì)條件的限制和出于環(huán)境方面的考慮，洪水災(zāi)害目前還難以徹底防范或根本消除。近年來(lái)，隨著人口的持續(xù)增長(zhǎng)和經(jīng)濟(jì)的迅猛發(fā)展，我國(guó)洪澇損失具有逐年增大的趨勢(shì)。在新形勢(shì)下，建立洪水風(fēng)險(xiǎn)的概念，使人們經(jīng)常認(rèn)識(shí)到洪水發(fā)生的可能性和洪災(zāi)的后果，將有助于機(jī)構(gòu)和個(gè)人更好地防范洪水災(zāi)害。

洪水風(fēng)險(xiǎn)是指未來(lái)可能引起災(zāi)害性后果洪水發(fā)生的概率或頻率，洪水風(fēng)險(xiǎn)圖則是對(duì)洪水風(fēng)險(xiǎn)及后果定量化和圖形化的體現(xiàn)。一般，洪水風(fēng)險(xiǎn)圖應(yīng)該是三位一體的組合：

（1）流域洪水發(fā)生的頻率；

1前言

所謂復(fù)式河道是指有河漫灘的河道，在洪水期，河漫灘將會(huì)被淹沒(méi)。由于主槽和灘地有不同的水深和糙率，水位流量關(guān)系將和單道有所不同。當(dāng)水流漫灘時(shí)，由于主槽水流與灘地水流的相互作用，斷面過(guò)水能力通常會(huì)降低。特別是水流剛剛漫灘時(shí)，由于斷面形狀的突變，加上灘地糙率一般與主槽不一樣，使估算過(guò)水能力變得非常困難。然而正確的估計(jì)給定水位下的流量以及已知流量如何確定水位等問(wèn)題對(duì)于洪水預(yù)報(bào)、防洪規(guī)劃又是必不可少的。為了系統(tǒng)地研究復(fù)式河道的水力學(xué)問(wèn)題，增進(jìn)合作、交流、避免重復(fù)研究，由英國(guó)科學(xué)與工程研究委員會(huì)資助，在英國(guó)瓦靈弗水力學(xué)研究所（HydraulicsResearchLimitedWallingford,UK）建成了洪水河道設(shè)施(FloodChannelFacility，簡(jiǎn)稱FCF)。FCF自1986年開放以來(lái)，主要進(jìn)行了三個(gè)系列的實(shí)驗(yàn)：1987～1989年的順直和歪斜河道實(shí)驗(yàn)：1990～1994年的彎曲河道實(shí)驗(yàn)；1995～1997的固定河岸、可動(dòng)河床實(shí)驗(yàn)。目前正在進(jìn)行自形成河道實(shí)驗(yàn)。到1999年，已有80篇以上的論文是基于FCF實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的。在1995年國(guó)際水力學(xué)研究協(xié)會(huì)第26屆大會(huì)上被選定為檢驗(yàn)數(shù)學(xué)模型的基準(zhǔn)資料。1999年，Knight[1]對(duì)復(fù)式河道的水力學(xué)研究作了系統(tǒng)總結(jié)。

由于橋梁的修建減小了斷面過(guò)流面積，水流流線在橋梁的上游形成收縮，下游形成擴(kuò)散，加上橋體本身的阻力等因素，使河流的局部阻力增大，造成局部水頭損失，形成橋梁上下游的水位差（稱為橋梁壅水）。河道橋梁壅水在流量小時(shí)并不明顯，而在洪水期較為顯著。橋梁壅水抬高了橋梁上游水位，增大了淹沒(méi)面積，滯蓄了洪水，從而增大洪水災(zāi)害。如果流量過(guò)大，使洪水漫過(guò)橋梁，甚至沖毀橋梁，將造成更大的災(zāi)害。較為著名的橋梁壅水的計(jì)算方法有：美國(guó)公路局法（USBPR）、美國(guó)地調(diào)局法（USGS）、英國(guó)瓦林弗水力學(xué)研究所的拱橋法(Arch)、Biery和Delleur法等。這些方法一般是通過(guò)聯(lián)解動(dòng)能或動(dòng)量方程與連續(xù)性方程、得到求解橋梁公式的形式，最后用實(shí)驗(yàn)資料確定公式的參數(shù)。橋梁壅水的危害，在大流量高水位的洪水時(shí)尤為突出，而天然河道在洪水期間，一般水流漫上了河灘，過(guò)流斷面為復(fù)式斷面，而橋梁壅水的公式多是在單一河道中建立的，目前對(duì)復(fù)式斷面的橋梁壅水問(wèn)題的研究還不多見，本文在復(fù)式河道的橋梁壅水實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上提出了一種計(jì)算方法。

2實(shí)驗(yàn)概況

圖1水槽平面示意圖

Planesketchoftheflume

摘要：根據(jù)國(guó)內(nèi)外不同學(xué)者對(duì)生態(tài)環(huán)境需水量的研究資料，歸納分析了國(guó)內(nèi)和國(guó)外對(duì)生態(tài)環(huán)境需水量概念的認(rèn)識(shí)和計(jì)算方法。

關(guān)鍵詞：生態(tài)環(huán)境需水量；計(jì)算；研究

1國(guó)外研究動(dòng)態(tài)

早期的研究是關(guān)于河道枯水流量(Low-flow)的研究，這個(gè)時(shí)期主要是為了滿足河流的航運(yùn)功能對(duì)枯水流量進(jìn)行研究。隨后，由于河流污染問(wèn)題的出現(xiàn)，開始對(duì)最小可接受流量(minimumacceptableflows，MAFLs)進(jìn)行研究，其最小可接受流量除了滿足航運(yùn)功能外，還要滿足排水納污功能。隨著河流受人為因素影響和控制的加強(qiáng)，河流生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和功能遭到破壞，生態(tài)可接受流量范圍(ecologyacceptableflowregime，EAFR)的研究逐漸展開，其主要是為了恢復(fù)河流生態(tài)系統(tǒng)功能，為滿足不同的環(huán)境要求而進(jìn)行生態(tài)可接受流量范圍的研究。

目前，國(guó)際上對(duì)河流的生態(tài)環(huán)境需水量使用較為廣泛、通用的概念是枯水流量。近10年來(lái)，為了促進(jìn)水文水資源研究，國(guó)際之間加強(qiáng)了合作，其中包括對(duì)河道枯水流量的研究，如FREND(FlowReg-imesfromExperimentalandNetData)行動(dòng)計(jì)劃，第一個(gè)行動(dòng)計(jì)劃由水文組織(instituteofHydrology(UK))倡導(dǎo)，并為1985—1988年的國(guó)際水文計(jì)劃方案Ⅲ(UNESOInternationalHydrologicalProgramme-Ⅲ)做了部分工作。這個(gè)組織包括13個(gè)歐洲國(guó)家，主要是應(yīng)用國(guó)家水流量(水文)數(shù)據(jù)庫(kù)及不同的研究方法，預(yù)測(cè)河流的洪、枯水流量，分析和研究了歐洲西北部1350條河流的的枯水流量狀況。研究集中在應(yīng)用水力學(xué)參數(shù)研究枯水流量與流域河床組成特性之間的關(guān)系，以及研究不同頻率不同時(shí)段年均流量(mean)與最小流量(annualminima)和枯水流量(low-flow)之間的聯(lián)系等，第1個(gè)歐洲FREND行動(dòng)計(jì)劃采用了西歐國(guó)家網(wǎng)絡(luò)提供的精確的日流量和相應(yīng)的流域資料數(shù)據(jù)庫(kù)。隨后，F(xiàn)REND行動(dòng)計(jì)劃開始向橫向(包括東歐國(guó)家)和縱向(擴(kuò)大到大尺度問(wèn)題、方法問(wèn)題、枯水流量和洪水流量條件下流域土地利用的變化，水質(zhì)等問(wèn)題的研究)的研究方向發(fā)展，其研究的深度和廣度不斷擴(kuò)大。

目前，F(xiàn)REND組織很快擴(kuò)展到歐洲及世界其他許多地區(qū)和國(guó)家，如西非、中非、北非、地中海地區(qū)及中亞地區(qū)，印度及南亞地區(qū)等，最近正在進(jìn)行的FREND行動(dòng)計(jì)劃將其研究成果概括在FREND報(bào)告中，最新成果有：北歐地區(qū)枯水流量和干旱研究；南非區(qū)域水資源和干旱評(píng)估方法研究；西非、中非地區(qū)雨量減少對(duì)枯水流量長(zhǎng)期影響研究；枯水流量時(shí)間系列與斷流分析；地域性生態(tài)水文學(xué)理論和水資源統(tǒng)一管理的論述等。總之，國(guó)際上在水資源領(lǐng)域的合作使得先進(jìn)的研究技術(shù)和手段應(yīng)用到更多的具有水文數(shù)據(jù)庫(kù)的國(guó)家和地區(qū)，特別是在流域枯水流量的研究方面，顯得更為突出。