1.1 水力学的问题和任务

为了利用水资源，常在河道上修建拦河坝以抬高水位，形成水库。利用水库即可以达到防洪、灌溉、发电、航运等目的。图1.1所示为水库溢流坝示意图，现以水库溢流坝为例，说明与溢流坝有关的水力学问题。

图1.1

当水库蓄水时，溢流坝坝顶闸门关闭，如图1.1（a）所示。为了计算闸门的强度，设计坝体断面和校核坝的稳定性，必须计算上下游的水对闸门和坝体的作用力。

河道筑坝后，坝上游的水位沿河道相应抬高，可能淹没河道两岸的农田、乡村及城镇，并使两岸地下水位升高，影响作物生长。为了正确估计筑坝后水库的淹没范围，必须计算坝上游水位沿河道的变化。这就是河道水面曲线的计算问题。

当来洪水时，溢流坝上的闸门开启泄洪，首先必须根据泄洪流量来确定所需溢流坝的宽度。这就是溢流坝过水能力的计算问题。

溢流坝泄洪时，由于上下游水位差一般较大，水库的水经溢流坝泄至下游时，往往具有较大的流速和动能，可能冲刷下游河床及岸坡，甚至危及坝体的安全。因此，必须采取措施消耗下泄水流的多余动能，以减轻其对下游河床的冲刷。这就是溢流坝下游水流的消能问题。

因水库水位高于坝的下游水位，水库中的水将通过坝基土壤或岩石中的缝隙向下游渗漏，这种流动称为渗流。校核坝体稳定性时，必须计算渗流对坝底的作用力，同时还应考虑渗流可能对坝基产生的破坏作用。

由以上对溢流坝工程的简单介绍可以看出，工程中的水力学问题可以归纳为以下五类。

（1）液体对建筑物的作用力问题。

（2）河道水面曲线的计算问题。

（3）建筑物的过流能力问题。

（4）建筑物下游水流的消能问题。

（5）建筑物的渗流问题。

除此以外，还有一些其他水力学问题，主要包括以下几点。

（1）流速和作用力等随时间而变化的非恒定流问题。

（2）高速水流中掺气、空蚀、脉动和急流冲击波问题。

（3）浑水中的挟沙水流问题。

（4）海洋、湖泊、水库中的波浪运动问题等。

水力学的任务包括以下几点。

（1）研究液体平衡和机械运动的各种基本规律，这就是水力学的基本原理部分。

（2）研究如何应用基本规律来解决各种问题的方法，这就是水力学的应用部分。