任务一　了解水力学研究的对象和任务

一、水力学的学科属性、范畴

水力学（hydraulics）是介于基础课和专业课之间的一门技术基础课，属于力学的一个分支，主要研究以水为主的液体平衡和机械运动规律及其实际应用，根据基础科学中的普遍规律，结合水流特点，建立基本理论，同时又紧密联系工程实际，发展学科内容。

二、水力学研究的对象

水力学所研究的基本规律，主要包括以下两部分：

（1）液体的平衡规律：研究液体处于平衡状态时，作用于液体上的各种力之间的关系，称为水静力学。

（2）液体的运动规律：研究液体在运动状态时，作用于液体上的力与运动之间的关系，以及液体的运动特性与能量转化等，称为水动力学。

水力学所研究的液体运动是指在外力作用下的宏观机械运动，而不包括微观分子运动。水力学在研究液体平衡和机械运动规律时，须应用物理学和理论力学中的有关原理，如力系平衡定理、动量定理、能量守恒与转化定理等，因为液体也同样遵循这些普遍的原理，所以物理学和理论力学知识是学习水力学课程必要的基础。

三、水力学的任务及其在水利建设中的应用

学习本课程的主要任务是，掌握水流运动的基本概念、基本理论和分析方法；正确区分水流的不同运动状态和特点；研究水流运动的规律，掌握并能应用水流运动的基本方程进行水利水电工程常见的水力设计计算，包括建筑物水力荷载（不包括脉动和风浪荷载）的确定、过水能力的计算和过流建筑物尺寸的设计，为学习专业课程和从事专业技术工作打下良好的基础。

水力学在实际工程中有广泛的应用，如农业水利、水力发电、交通运输、土木建筑、石油化工、采矿冶金、生物技术以及信息、物资、资金等流动问题，都需要水力学的基本原理。在城市水利中，如城市生活和工业用水一般都是由水厂集中供应，水厂用水泵把河流、湖泊或水井中的水抽上来，经过净化处理后，再经过管路系统把水送到各用户；有时为了均衡用水负荷，还须修建水塔。仅这一供水系统，就要解决一系列水力学问题，如取水口和管路的布置，管径和水塔高度的计算，水泵容量和井的产水量计算等。

随着工农业生产的发展和城市化进程的加快，交通运输业也在飞速发展。在修建铁路公路，开凿航道，设计港口时，也必须解决一系列水力学问题，如桥涵孔径计算、站场路基排水设计、隧洞通风排水设计等。

随着科学技术的发展，新的研究领域不断出现，如环境水力学、生态水力学、灾害水力学，以及人流、物流、车流、资金流和信息流等。学习水力学的目的，是学习它的基本理论、基本方法和基本技能，获得分析和解决有关水力学问题的能力，为进一步的科学研究打下基础。

四、水力学研究的主要问题

（1）水力荷载问题。当关闭闸门、水库蓄水时，为了计算闸门的强度、刚度，校核大坝的稳定性，必须考虑上、下游水对大坝和闸门的作用力，如管道水击、调压井等。

（2）过水能力问题。当宣泄洪水时，必须确定和校核泄流量，以确保大坝安全泄洪；或已知泄流量，确定大坝的溢流宽度。

（3）水能利用和消能问题。由于大坝壅高了水位，泄洪时下游的水流动能较大，会冲击河床，危及大坝的安全。因此，必须采取工程措施，消耗过大的动能，减轻对河床的冲刷。

（4）水工建筑物中的渗流问题。大坝建成后，水流会通过土壤、岩石中的缝隙渗流，对坝基产生作用力，同时产生渗透变形，会危及大坝的安全。

（5）水力学研究的其他问题。如河渠水面线问题、水工建筑物及河道的冲刷问题等。