1.2 水利水电工程模型的特点

水利水电工程模型不仅有基本模型的特点，还具有自身的特点，主要表现在以下5个方面。

1.信息源的复杂性、耦合多源数据特点

水利水电工程的规划、设计、施工建设和运行维护的过程中都需要大量的信息去支撑，而信息的来源渠道比较宽，信息量比较庞大，获取信息的手段可能不同，信息的侧重点也不同，数值信息的精度也不一致。因此建立合理的水利水电工程模型必须全面、系统地考虑，要从海量的信息中进行筛选、甄别，做出科学合理的取舍，将主要信息进行耦合，最终得到令人满意的结果。

2.地形、地质、水文、流动等条件变化的复杂性

决定或影响建造水利水电工程的物理环境，主要包括地形、地质、水文、空气和水的流动条件等，这些边界条件有的是在漫长的地质历史过程中，由各种不同的地质过程综合作用造成的，有的则形成时间较短，且没有明显的规律。物理边界的复杂性增加了研究对象的数据量，设计量之间的关系错综复杂，最终增加了建模和模拟的难度。

3.时空尺度的复杂性

水利水电工程研究领域众多，工程设计、工程施工和工程运行管理过程中各工程对象显现出多时空特征，所以描述其研究对象的水利水电工程模型也具有多时空尺度的性质。

（1）从空间尺度上讲，水利水电工程的研究对象包括流域问题（甚至跨流域问题）、枢纽、枢纽主体工程对象、主体工程主要对象；地上工程问题、地下工程问题；大尺度问题与小尺度复合等。从空间维度上讲，包括一维问题、二维问题和三维问题。

（2）从时间尺度上讲，水利水电工程的研究对象是水利工程各个阶段的工程作用过程，既包括自然作用过程，又有人为影响过程，其流域作用过程是气候、地理、人为相互作用支配的复杂地理地貌过程，时间尺度可分为地质年代、年、月、天、时、秒不同的时间精度，因此水利水电工程模型的数据也就具有多时间序列，不同的研究目的采用的时间精度不同。

（3）在特定的水利水电工程实际研究过程中，水利水电工程的空间尺度和时间尺度是紧密相关的。往往在大尺度的水利工程研究中对应着较长时间变化周期。水利工程师和研究人员虽然在单一的时空维度下研究水利水电工程的规律和机理，但这往往不能够满足高精度全方位描述水利工程的真实实际，就要求建立多时空的模型，才能满足研究目的，也能真正深入揭示水利水电工程本身的内在规律。因此，工程师们在特定的条件下，按照工程的时空关系或工程逻辑关系建立具有各种时空尺度特征的水利水电工程模型，对复杂的工程问题进行分析、模拟、仿真、预测和计算。

4.多学科交渗透系统性

水利水电工程模型的本质就是描述水利工程本身的系统规律、状态，揭示水利工程学科发展结构、工程功能和发展规律，说明水利工程的发展趋势，模拟水利工程运行机制。由于水利水电工程涉及的学科比较多，约束的物理边界比较复杂，因此该学科在理论层面的数学规律比较多，存在很大的差异性，且又归于一个完整的系统状态，建立模型的过程就应该全面考虑，采用分解与合并两种手段，将多学科交渗透系统问题进行合理、科学的简化，创建具有目的各异、形式多样的模型。主要表现在3个方面：

（1）从不同的学科层面上认识问题、剖析问题以及最终解决问题，更好地揭示水利水电工程内在发展机制和变化演变规律。

（2）利用各种可靠的工具和方法建立各种模型，以达到研究水利水电工程本质的目的。

（3）水利水电工程模型综合研究的功能。如果将水利水电工程看成一个系统工程，该系统由多个复杂的子系统构成，多要素、多参数在多尺度、多时空相互作用构成的复杂功能系统，在此基础上建立的模型决定了模型的综合应用的功能。科学研究表明越是复杂的系统，越要发挥模型的优势作用，只有通过模型的合理建立、应用、修正，才能更好地理解、认识和解决好综合性的问题。实际上这个过程就是利用多学科的渗透交叉的方法去研究水利水电工程系统。

5.模型专用性

水利水电工程模型建立过程是对其抽象简化的过程，模型的基本特征是由其研究目的决定的。水利工程本身研究领域比较广泛，从材料介质上包含多种材料：从力学性能上分为线性，非线性；从材料构成上为混凝土、岩石和土体等；从化学成分上分为金属和非金属；从存在形态上分为气体、流体和固体；从研究的假定上分为连续介质和多孔介质等；研究领域包含各种力学、地质地貌学、岩土工程、流体传动、能量传动传递、水文、气候等，甚至各个学科之间作用影响、相互交叉，所以针对不同的研究目的，模型也是不同的，有自身的功能目的性。例如同是坡面降雨，若研究汇流问题，主要考虑水量而建立汇流模型；若研究降雨对坡面的打击作用，将建立雨水对土体的侵蚀作用模型。再如对水电站而言，若研究机组内水与机组之间的问题，主要建立流体流动与机组过流部件之间的作用耦合关系模型；若研究蜗壳周边的混凝土破坏问题，则主要建立的模型是动水压力作用下混凝土破坏机理模型。