水力学及河流动力学基本问题研究

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水力学及河流动力学基本问题研究

作者：曹云龙华玉多

来源：《下一代》2019年第04期

摘要：水力学及水流动力学的主要研究方向包括环境水力学、泥沙运动及河床演变、水环境控制及管理、生态水力学、地下水力学、计算水力学、海岸波浪运动等。本文简要回顾了我国水力学以及河流动力学近年来的发展历程以及现状，并针对新时期水力学及河流动力学的研究重点进行探讨分析，希望能够促进我国生态环境的健康可持续发展。

关键词：水力学;动力学;基本理论;研究方法

一、水力学及河流动力学的主要研究方向

水力工程项目是解决人类所面临的各种水问题的有效措施，而水力学及河流动力学的研究对水力工程的安全、经济、高效运行和水资源的可持续利用具有重要价值。在水力工程项目的设计、施工与运行管理的各个阶段中都需要科学的理论依据。而水力工程而对的自然与社会环境具有丰富和复杂性，能够运用的水纹资料往往不够完善。水化学以及水生物的不可控性，以及受地质和人类活动的影响，使以往的科研成果存在多方面的使用限制。所以，水力学研究的任务也是多方而的，包括对新问题的克服方法，更好地发挥学科交叉的优势，建立新的研究理论。在工程领域方面水力学及河流动力学的研究需要建立在自然科学基础上，其主要的研究方向为水工水力学、河流水力学、环境水力学、电站水力学以及生态水力学等。

二、水力学及河流动力学的主要问题

（一）基本理论以及研究方法

l、流体力学。流体力学识水力学的基础理论，研究的主要问题为紊流中的传输和掺混。所谓紊流是指具有瞬变流的特性，其水流作用力与边界条件关系密切。天然河流具有流动边界不规则的特性，而且这种边界形态是由水流自身缔造形成的。同时，水流的分层流和有悬流动是很多学者研究的重点问题。在水利工程中，如何将纳维——斯托克斯方程中的微观描述应用到大尺度的水工程建设之中是一个难题，即从微观的研究成果到宏观的工程应用的转化还有很多疑难问题需要解决。传输现象则是泥沙与环境水力学之间的问题。水流中物质的传输以及悬浮物、动量汇聚河流的掺杂过程还需不断研究和认证。

2、实验模型。在水力学研究的过程中，物理模型以及数学模型发挥了重要的作用。两者在研究中分别拥有各自优势，并具有一定的互补效果。如今物理模型和数学模型相结合的复合模型开始起到更大作用。而新的实验方法所研究研究的领域包括新的仪器测量方法，如粒子图像、激光、超声等速流仪，同时探求新的仪器对科学发展的推动作用，如示踪方法在紊流混