水利计算发展概况

水利计算技术自19世纪末期开始发展，但在较长时间内多归附于应用水文学与工程水力学。作为一门专门的学科，是随有关学科分支特别是径流调节理论的发展，于20世纪中叶在苏联逐渐形成的。这方面较有代表性的专著是1952年出版的，由C.H.克里茨基与M.φ.明凯里合著的《水利计算》。此后，由于应用数学、电子计算机技术以及其他有关学科的迅速发展，又在计算理论和实践上取得许多新成就，主要表现为进一步完善了径流调节理论；引入并广泛应用了以径流调节、经济分析为基础的系统分析方法；提出了水库、河道非恒定流及泥沙运动计算方面的许多新解法，包括应用一维明渠非恒定流计算，求解水库调洪、水库回水和河道洪水演进等问题；应用二维、三维水流运动数学模型，求解涉及环境水力学、感潮河段及河网水力学、河流动力学等方面的复杂问题。

中国水利建设有悠久的历史，但较系统的水利计算工作是20世纪50年代后，在吸取外来经验的基础上，通过一系列江河流域规划以及水利水电工程的设计和运用才逐渐开展起来的。自50年代以来，先后出版了一系列有关水利计算的专著、计算手册及规程规范，均较完整地总结了在此以前的理论与实践经验。中国在防洪规划水利计算、防洪效益分析计算、防洪与兴利相结合的调节计算、综合利用水库调节计算、水库群调节计算等方面提出了一些适合本国特点的方法，在非恒定流计算方面也有不少发展。80年代以来，随着电子计算机的广泛应用，在应用随机过程理论描述径流、应用现代数学和系统分析方法进行单库或库群规划及水利计算等方面，也进行了不少探索。

一、 按水资源开发治理规划的水利计算分类

一项水利措施和水利设施规划中的水利计算。如为工业给水、灌溉、水电站等进行的水库规划中的计算，目的是阐明水利工程设施可能提供的水利效益。为此，要计算用水部门的需水量和电量等，为选定实现上述效益的建筑物基本尺寸准备必需的资料，提供合理选择的依据。

河流开发治理规划中的水利计算。这种计算的目的是为了有效地调节河川径流，建造恰当的水利设施，为各种水利设施的大小、位置和工作情况提出经济合理的设计。计算分析的内容包括水文情况、用水需要、径流调节方式和经济论证等。这类计算是水利计算的主要内容。全流域规划中的水利计算。这种水利计算的目的是根据水资源的特性、地区条件和国民经济需要，协调各种矛盾，拟定流域水资源整体开发的各种方案。其内容包括：分析研究干、支流各处的开发方式；拟定全河流梯级水库群的布置和其他重要水利工程的布局；分析计算每一方案中各用水部门的开发规模、总投资和经济效益。

二、按服务目的分类

按服务目的，水利计算分为防洪水利计算、灌溉工程的水利计算、水电站的水能计算和综合利用（防洪、发电、灌溉、航运、给水等）水库的水利计算。

水利计算还包括由于水利工程的建设而引起的一些派生现象或后果的分析计算，如水库的回水淹没、水库淤积、水库蒸发、坝下冲刷、库区生态影响等分析计算；也包括一些水利设计的专门问题，如水库日调节对航运的影响和溃坝洪水的计算等。

水利计算的主要内容主要如下

①综合考虑各方面提出的用水、用电、防洪、防凌、排涝、航运、漂木、养殖、卫生和环境保护等要求，结合工程具体条件，选择可能的方案与相应的洪水调节、径流调节的方式及替代措施，并作为计算的基础。

②进行各方案的径流调节计算、水库调洪计算、水能计算、水库回水计算和洪水演进计算；分析工程建成后上下游水位、流量情势的变化；阐明工程效益和多年运行特征；分析工程对环境、生态的影响，并对不利影响提出可能的处理措施。

③进行各方案的技术经济评价，选择工程规模及其主要参数与特征值。当工程上下游或同一供水、供电系统中有已建和拟建工程时，需同时对有关工程联合运行方式和规模、参数的影响进行研究。

④拟定工程的运行方式，作为工程兴建后制定运行规程及实际运用的依据。

⑤进行闸坝上下游冲淤计算与工程使用年限估算，分析可能的河床演变情况。对建在多沙河流上的闸坝工程，还需研究有利排沙清淤的调度方式等。

⑥必要时需进行下列专门研究：水电站日调节非恒定流对上下游河道航运和取水口、排水口的影响；水库放空及溃坝洪水计算；水库和河道冰凌情况分析计算；水库初期蓄水调节计算及分期发挥效益的运用方案；跨流域调水计算；感潮河段水力计算；平原河网地区水力计算等。

水利计算的发展趋势主要如下：

1、进一步应用数学方法，结合成因分析，完善对径流的描述和预测；

2、应用现代数学与计算技术，更好地解决水库和河流动力学中的一些问题；

3、结合水利规划的发展需要，开展水库群和水利规划系统分析的研究，为拟定河流开发治理的合理方案、确定工程最佳参数与特征值、编制工程的优化运行方式，提供更科学的依据。 2100433B

灌溉用水计算 包括灌溉用水量和时间分配。灌溉用水量是指为了满足作物的需水要求，除天然降雨以外，需要灌溉工程补充的水量。其大小和时间分配，可根据灌区作物种类、各种作物的灌溉面积、灌溉制度和水的利用系数来计算。此项计算结果是各种灌溉工程的水利计算都需要的资料，根据灌溉工程调节性能的不同（年调节或多年调节），计算出典型年或多年的灌溉用水过程。

蓄水工程的水利计算　灌溉蓄水工程有水库、池塘，其作用是协调来水和用水的矛盾，把某一时期多余的水蓄起来供缺水时期使用。蓄水工程的水利计算就是对来水过程和灌溉用水过程进行水量平衡的调节计算，求出所需的蓄水库容的大小。一般中、小型工程采用年调节，即把年内非灌溉期和丰水期的多余水量蓄起来以增加灌溉用水高峰季节的调节流量，有些大型工程可以进行多年调节，即把丰水年的多余水量蓄起来，以增加枯水年的灌溉流量。

引水工程的水利计算　灌溉引水工程指从河流引用河川径流的灌溉工程,分为有坝引水和无坝引水工程,它与蓄水工程不同，它没有蓄水库容，没有调节径流的能力，只能把河水按自流方式引送至农田。因此灌溉引水工程的水利计算的主要内容为推求设计引水流量和引水水位以及保证灌溉面积（指满足某一灌溉设计标准的灌溉面积），为设计引水工程及其首部建筑物提供依据。

提水工程的水利计算　从河道提水的灌溉工程，其水利计算除计算引水流量和保证灌溉面积外，还应定出水泵的设计流量、扬程和安装高程等，为配备水泵和动力机械提供依据。对于提取地下水的提水灌溉工程，则必须对地下水进行水资源评价，以便定出合理的开采方案。2100433B

本书论述了水利计算与水库调度的基本原理和方法。全书共分六章，包括水库的兴利调节、洪水调节、小型水电站的水能计算、水库汛期调度运用和兴利调度运用等内容。本书除用于高等学校农业水利工程专业水利计算必修课教材外，可供水利水电工程、水文水资源等专业学习参考，同时也可供相关专业及水利工程技术人员参考。 2100433B

本教材是根据普通高等教育"十五"国家级规划教材编制计划编写完成的，是高等院校水利水电类本科专业的通用教材，同时也是教育部高教司颁布的水文与水资源工程本科专业核心课程教材。

本教材分为水文计算和水利计算两部分。水文计算部分似洪水频率分析、设计洪水(暴雨)计算和设计年径流为主要内容，同时介绍了城市及小流域设计洪水计算、最大可能暴雨(洪水)等方面的知识。水利计算部分以径流调节为主线，介绍了径流调节中需水量的计算与预测方法，径流调节的计算， 以及径流调节原理在发电、灌溉、防洪等水利计算问题中的应用。本教材取材丰富，涵盖了工程水文设计及水利计算的主体内容，章节编排合理，体系完整，用例详实，适于本(专)科以上相关专业教学使用，也可供工程技术人员参考。

本教材由河海大学梁忠民、钟平安、华家鹏主编，梁忠民、华家鹏主持编写了水文计算部分，钟平安主持编写了水利计算部分。全书共分12章，各章节的编写人员为：第一章由梁忠民、钟平安编写；第二章、第三章由梁忠民编写；第四章由王栋、梁忠民编写；第五章由刘俊编写；第六章、第七章由华家鹏编写；第八章、第九章、第十章、第十一章由钟平安编写；第十二章由陆宝宏编写。

全书由南京水利科学研究院吴正平教授主审，主审人对书稿进行了认真细致的审查，并提出了许多建设性的修改意见，编者在此深表谢意。

本教材编写中，主要引用和参考了由刘光文主编的《水文分析与计算》(水利电力出版社，1989)和叶秉如主编的《水利计算及水资源规划》 (水利电力出版社，1995)，同时还参阅和引用了有关院校和科研单位编写的相关教材、著作和技术文献，并在每章的最后列出了主要参考文献。本书的编写和出版，得到了河海大学水资源环境学院、中国水利水电出版社的大力支持，并得到了河海大学"211工程"项目的资助，中国水利水电出版社吴娟编辑对书稿进行了认真仔细的编辑，编者在此一并致谢。

限于编者水平，书中有不妥之处，恳请读者批评指正。

编 者

2006年5月