第三节 工程水文与水力计算在水利水电工程建设中的应用

本分册的内容包括工程水力计算和工程水文分析计算两大部分。主要解决水利水电工程建设运用过程中的与水有关的问题。

一、工程水力计算的主要内容和任务

该部分主要是学习水体在平衡状态和机械运动状态下的力学规律，并探讨用这些规律去解决工程实际问题。其内容包括静水力学计算和动水力学计算。水静力学主要研究水体处于静止（或相对静止）状态下的力学规律及其在工程实际中应用；动水力学主要研究水体处在机械运动的各种规律及其在工程实际中的应用。

在水资源开发利用过程中，水力计算的应用非常广泛，如在河道上筑坝拦水形成水利枢纽用于灌溉、发电、城市供水、通航等，整个水利枢纽在规划设计、施工和管理运用过程中都会遇到一系列的水力计算问题，对小型水利工程归纳起来常见的有以下几个方面：水流对建筑物的作用力问题；建筑物的过流能力问题；水能利用与能量损失问题等。

二、工程水文分析计算的主要内容和任务

工程水文分析计算是指“工程水文学”在水利水电工程建设中的应用。从广义而言就是利用水文学知识解决水利水电工程在规划设计、施工和管理用各阶段的水文学问题。水文学是研究地球上各种水体的一门科学，属于地球物理学的一个分支。它研究各种水体的存在、循环和分布规律；探讨水体的物理和化学性质以及它们对环境的作用，包括它们对生物的关系。根据研究的水体不同，水文学可分为水文气象学、陆地水文学、海洋水文学和地下水文学。但是，与人类关系最为密切的是陆地水文学，它又可分为河流水文学、湖泊水文学、沼泽水文学、冰川水文学等。河流水文学发展最早、最快，内容也最为丰富。因此，一般所说的水文学指的就是河流水文学。

河流水文学按其研究的任务不同，可分为以下几门主要分支学科：

水文学原理：研究水循环的基本规律和径流形成过程的物理机制。

水文测验与资料整编：研究如何布设水文站网，通过长期的定位观测收集较准确的有代表性的基本水文资料。同时通过水文调查，弥补实测水文资料的不足。然后将所得资料按科学的方法和全国统一规范，进行整编刊印或建立资料数据库，供国民经济建设各部门使用。

水文分析与计算：根据长期实测和调查的水文资料，运用数理统计法，并结合成因分析法、地区综合法，推估未来长期的水文情势，为水利水电工程的规划设计提供合理的水文依据。

水文预报：根据实测和调查资料，在研究过去水文现象变化规律的基础上，预报未来短期内或中长期（如几天、几个月）内的水文情势，为防洪、抗旱及水利水电工程的施工和管理运用等提供依据。

水利水电规划：在水文分析与计算和水文预报的基础上，根据预估和预报未来的水文情势，进行水量、水能调节计算和经济论证，对水利水电工程的位置、规模、工作情况等提出经济合理的方案，以满足合理综合开发利用水资源的目的。

水资源是一种特殊而宝贵的自然资源。对它的综合开发利用是国民经济建设中的一项重要任务，而开发利用水资源的各种措施（包括工程措施和非工程措施）都需要研究掌握水资源的变化规律。每一项工程的实施过程一般可以分为规划设计、施工和管理运用三个阶段。每一阶段的任务是不同的。工程水文学主要是研究水利水电工程建设各个阶段的水文问题，为工程的规划设计、施工和管理运用提供所需的暴雨、洪水、年径流、泥沙等方面的分析计算和预报结果。内容主要包括水文分析计算和水利计算。

在工程的规划设计阶段，主要是研究河流水情的变化规律，对河流未来的水量、泥沙和洪水等水文情势做出合理的预估，经径流调节计算确定工程的规模参数，如水库的死库容与死水位、兴利库容与正常蓄水位、调洪库容与设计洪水位、水电站的保证出力和多年平均发电量等，并确定主要建筑物尺寸，如水库大坝高度、溢洪道尺寸、引水渠道尺寸、水电站的装机容量等。然后再经过不同方案（即不同的参数组合）的经济技术和环境评价、论证，确定最后的设计方案。

在施工阶段，主要是研究整个工程施工期的水文问题，如施工期的设计洪水或预报洪水大小、施工导流问题、水库蓄水计划等。从而确定临时建筑物（如围堰、导流隧洞等）的规模尺寸，以及编制工程初期蓄水方案等。

在管理运用阶段，需要根据当时的和预报的水文情况，编制工程调度运用计划，以充分发挥工程的效益。例如，为了控制有防洪任务的水库，需要进行洪水预报，以便提前腾空库容和及时拦蓄洪水。在工程建成以后，还要不断复核和修改设计阶段的水文计算成果，对工程进行改造。

总之，在开发利用水资源的过程中，为了建好、管好和用好各种水利工程，必须应用工程水文与水力计算的基本知识、原理和方法，解决实际问题为工程建设服务。因此，本课程涉及的研究范围很广，内容丰富，并且还在不断发展之中，有些问题还需进一步探索。

三、本课程在水利水电工程建设中的应用

如上所述，水利水电工程的建设与运用都是以“水”为研究对象。工程水文分析计算在工程的不同阶段有不同的任务，在规划设计阶段主要是通过对河流未来水文情势（包括年来水过程、洪水、泥沙等）的预估，为水利水能计算提供必需的水文数据，再经过径流调节计算，确定工程的规模大小（如大坝高度、泄洪建筑物的尺寸、水电站装机容量等），为工程的方案比较论证提供依据；在施工阶段是预报或预估施工期的洪水大小，为工程临时性建筑物（如围堰、护岸等）的设计和度汛提供依据；在管理运用阶段，则是根据预报来水和洪水情况编制科学合理的工程调度方案，以充分发挥工程效益。水力计算在上述几个阶段都有应用，相对而言，在工程的设计阶段应用最为普遍，如大坝设计、引水渠道设计，给排水管网设计等等均需做大量的水力计算。因此，工程水文与水力计算是水利水电工程建设与管理运用所必需的专业知识。