水利工程技术的发展研究

水利工程技术的发展研究

自改革开放以来，我国的水利工程技术已经取得了十分快速的发展，并且已经跃居到世界领先水平层次当中。本文因循技术发展的时间轴，首先分析了改革开放以来的水利工程多维技术发展，进而探讨了新世纪以来的水利工程综合技术发展，最后结合具体的技术进行了小结。

标签：水利工程；技术；发展；时间轴

一、改革开放以来的水利工程多维技术发展

改革开放以来，水利工程因大型水库建设工程遭遇执行困难，而转向拦河堰取水工程、水资源规划、河川整治、水资源管理、水利工程规范、环境水理、地下水及水利科技研究等方向发展。水利部门已发展成为多元化、现代化的水利工程顾问团队，除从事传统的水利工程外，也提升至政策层面及水利经济方面的工作。

第一，在本阶段已大量使用电脑及有限元素分析法进行水工结构物应力动态分析及仿静态分析工作，在水文技术上发展类似于二维降雨径流模型。该模型以运动波模型结合数值地形建立二维网络，模拟降雨径流及淹水分析模型，可直接计算流域内各处的径流量及淹水分布。另外，这一模型业已成功应用于淹水分析上。

第二，本階段的水理分析技术也跟随世界各国，由传统上一维定量流及变量流的分析发展至使用二维定量及变量流分析。在河川工程上利用二维水理分析可显示结构物附近水理分析。二维分析反应结构体附近流速放大及地形变化的效应，使水利工程设计上更能掌握水理变化的影响。

第三，在溃坝洪水分析方面，也由一维溃坝洪水分析发展至结合二维溃坝洪水分析模型，进行下游地区淹水分析。这项技术已成功应用于我国多个水库的溃坝分析工作。另外，也针对土石坝的特性，结合溃坝水理及输砂公式，计算土石坝的溃坝过程及产生洪水。这一模型也已应用于我国多个溃坝分析工作上。在海岸环境水理方面，主要分析水体污染扩散、温排水排放及海岸地形变迁分析等工作。

第四，在温排水排放分析上已由利用COMIX进行近域温排水扩散分析后，再利用MIKE21进行远域二维水理分析的方法，发展至使用MIKE3进行三维水理演算及温排水扩散分析。这一技术发展后，我国水利工程师已能充分掌握现代化的高等水理分析技术，可应用于环境水理方面等高深的研究课题，如水质优养化、地形变迁、污染扩散等工作。

第五，在地下水技术方面，在这一阶段也发展至二维地下水数值分析及三维地下水数值分析工作，并引进MIKE SHE计算整个流域地表地下水的交换及地下水资源的分析。另外，引进地下水保育的观念，至此我国水利技术已能够与发达国家齐步。

另外，我国水利部门在本阶段也大力发展水利信息的技术，首先建立了水资源GIS系统及资料库，并运用于水资源综合发展计划，在很多水库的监测计划中整合GIS系统、资料库、系统工程、机电工程、水文预报、洪流演算及操作控制等，建立起一完整的水利信息及洪水预报系统，可适用我国各流域。同时也发展出决策支援系统及模拟培训系统，以便水利操作人员更能利用水利信息系统以辅助水库操作工作。

二、新世纪以来的水利工程综合技术发展

本阶段我国水利部门所从事的水资源工作主要有人工湖设置规划、水资源可持续经营管理。在河川工程有淡水河河川环境整体规划、溪流整体规划、排水改善规划、易淹水地

区排水系统治理、排水治理计划、水库安全评估等一系列工作。在水利信息领域，办理各区域水资源管理系统建置及溪流域径流测预报监测控制系统等工作。

本阶段水利技术发展于工程设计、水资源规划、水库安全评估、水利信息、水域环境研究与调查、都市防洪与排水、海岸工程及地下水资源工程等各方面均有技术提升的成效。这一阶段我国水利部门的主要贡献为发展国内自主研发的二维通用型水理分析模块（SEC-HY21），这一模型的开发奠定我国水利工程除顾问业务外，与国外大型树立工程研究机构并驾齐驱。

第一，在溃坝洪水分析方面，使用所研发的二维明渠流水理分析软件SEC-HY21，以及参考美国气象局所开发的DAMBRK 及FLDWAV 模型，来计算坝体溃决的出流量历线。另外引进由水利部门与荷兰WL-DelftHydraulic公司合作共同研发的二维淹水模拟程序——SOBEK模型，应用在易淹水地区的综合治水规划中，发挥战略规划与防救灾应变的功效。

第二，本阶段我国水利工程部门更引进世界顶尖流体动力学（CFD）模拟软件——FLOW-3D，应用于水利工程的设计，作为水库溢洪道水理计算、水力电厂平压塔模拟、水力电厂进水口输砂模拟的工具，让使用者以精确的模型进行水力分析。通过FLOW-3D的Multi-Block网络设计，可显示水如何通过整个3D水库模型的状况。

第三，在地下水技术方面，为考量地下水饱和及饱和层间的水流变化情况，及后续地球化学反应需求（Coupled Varably Saturated Flow， Heat Transfer and Reactive Chemical Transport），我国水利部门引进了美国中佛罗里达大学叶高次教授开发的地下水模型及地球化学模型（FEMWATER），以有限元素法求解空间变化，而在时间上则以有限差分法进行地下水流场的模拟。同时，水利部门更与国家研究台风的部门合作共同发展

HYDROGeochem的研发及推广工作。

第四，水利部门在本阶段对于水利信息的技术则有更进一步发展，尤其是应对时代变化，水利信息技术已发展为自动资料收集（降雨、水库、坝、发电厂、河川水位等观测资料），并运用于防灾预警、水资源调配管理等计划。

第五，在海事工程技术方面，借助SEC-HY21的发展进行各河口暴潮水位研究，相关研究成果业已发表于国际学术期刊Coastal Engineering Journal，说明除规划、设计等，我国水利工程实务技术已臻成熟，而其研究发展的能力也获得国际上肯定。这一时期，我国水利工程组织也在海外从事许多计划，尤其是在东南亚及非洲等国开展的各项水坝工程取得了十分显著的成效，声名也远播国外。

三、小结

本文的分析是基于时间轴进行的。事实上，在具体的技术上，我国水利工程技术的发展目前已经居于世界领先地位。例如，土石方工程施工是水利水电工程施工的重要组成部分。我国自在工程规模、机械化水平、施工技术等各方面取得了很大的成就，解决了一系列复杂地质、地形条件下的施工难题，如深厚覆盖层的坝基处理、筑坝材料、坝体填筑、混凝土面板防裂、沥青混凝土防渗等施工技术问题；其中在工程爆破技术、土石方工程机械化施工等方面已处于国际先进水平。

总的来说，在基础工程、堤防工程、导截流工程、地下工程、爆破工程等许多领域，我国都处于领先地位。近几年来，我国的水利建设处于快速发展的时期。水利工程施工的技术，工艺、材料和设备等方面都取得了举世瞩目的成就。在施工关键技术上取得了新的突破，通过大容量、高效率的配套施工机械装备更新改建，我国大型水利工程施工速度和

规模有了很大提高。新型机械设备在堤坝防渗中的应用，有效提高了施工效率。系统工程的应用，进一步提高了施工组织管理的水平。

参考文献：

[1]刘定群.水利工程施工技术之我见[J].建材与装饰，2011年第5期.

[2]刘小梅.浅谈城市水利工程规划的特点[J].山西水利科技，2002年第2期.