第五节 本课程的特点和水工科技问题的研究途径

水工建筑物是水利水电工程等专业最重要的专业课程之一。它涉及知识范围广，理论性、实践性和综合性强。且水工建筑物的型式多，既有混凝土结构，也有土石结构，既有挡水结构，也有泄水结构，还有为满足某些功能的结构及构造等。本书以几种典型的水工建筑物为代表，讲授水工建筑物和水利枢纽设计的基本概念、基本理论和基本方法。再从典型到一般，不断加深对水工问题的认识。鉴于水工问题的实践性和复杂性等特点，本课程的教学环节有讲课、课堂讨论、习题、课程实验、课程设计等。

水工科学技术水平在不断提高，但随着水工建筑物的规模日益加大，待解决的各种水工问题的难度也在不断提高。研究解决水工问题的途径可归结为以下几点：

（1）理论分析与计算。理论分析是对实际工程问题的属性进行提高归纳，而成为某一物理力学问题，再对其普遍性规律进行演绎推断，得到公式化、函数化的分析解，可应用于所有同类问题的求解。这自然是基本的理想的途径，应首先考虑选取。但由于工程问题往往涉及众多的影响因子和复杂的边界条件，能由这一途径走到底的一般已由前人走过并给出结论的；而更多的不断出现的问题却是无法经此途径解决的，即使已知其控制方程——数学物理方程，仍难得其分析解。所幸，随着计算数学和电子计算机的发展，将各种工程问题数学模型化，再引入具体起始条件和边界条件，运用适当的离散方法，使求问题的数值解有了可能，这方面的前景是广阔的。不过目前以及可预见的将来还无法做到单由数学模型、数值模型解决全部问题，而常需以下三者配合研究。

（2）试验研究。即通过水工水力学模型、水工结构模型等物理模型试验途径来解决理论分析计算尚不能解决的问题。它的优点是便于对三维复杂的建筑物或枢纽整体形态、水流边界以及地基情况进行模拟并取得直观的结果。物理模型还可结合数学模型，成为合交模型，以提高精度和效率。

（3）原型观测。对已建或在建的水工建筑物进行水流、结构或地基的各种观测，分析观测结果，找出一般规律，用以验证理论分析计算或物理模型试验成果，进而引用于其他工程。这也是解决水工问题的重要的、更可靠的途径。

（4）工程类比。通过调查研究，了解与本工程类似的已建且运行良好的工程的参数、尺寸，归纳总结其经验教训，从而参照进行本工程的设计。这也是水工设计中常用的方法。

显然，对兴建大型重要枢纽或其中主要建筑物而言，为解决一系列水工问题，上述诸途径往往是综合取用的。