河流動力學

在長期防治水害、興修水利的生產實踐中，古代對河流運動變化規律逐步有所認識。15世紀義大利的達·芬奇首先採用觀測和試驗方法對河流水力學進行研究。16世紀中葉中國的潘季馴提出“築堤束水，以水攻沙”的治河原則。1786年法國的P.杜布阿研究了泥沙起動、沙波形成、斷面穩定、粗化作用和河流形態等問題。1879年法國的P.迪布瓦創立推移質運動的拖曳力理論。1895年英國R.肯尼迪提出沖積迴流的“均衡”理論。1931～1933年美國的M.P.奧布賴恩和蘇聯的B.M.馬卡韋耶夫分別將紊流的擴散理論引用到懸移質運動。1942年美國的H.A.愛因斯坦建立推移質運動統計理論，以後又與懸移質運動擴散理論結合形成了床沙質挾沙力計算方法。20世紀40年代末至50年代初河流動力學逐漸發展成為一門獨立的學科。

河流動力學主要研究水流與河床的相互作用規律。內容包括①水流結構：研究水流內部運動特徵及運動要素的空間分佈；②泥沙運動：研究泥沙沖刷、搬運和堆積的機理；③河床演變：研究河流的河床形態、演變規律以及人為干擾引起的再造床過程；④河床變形預測：研究預測水流、泥沙運動及河床沖淤演變的方法。河流動力學廣泛應用水力學、水文學等學科的原理和方法處理問題。河流動力學是治河工程、灌溉排水工程、水力發電、航道及港口工程等學科的理論基礎之一。它與地理科學、環境科學有著密切的關係。

河流動力學所要解決的問題十分複雜，研究中使用的方法主要有四種。①現場觀測：在天然河流上對水流、泥沙運動和河床演變現象進行直接觀察和測量；②室內試驗：在試驗室內對水流泥沙運動的基本規律進行試驗研究或對具體河段進行實體模型試驗；③理論分析：利用物理學、力學、統計學等學科的基本原理和方法對河道水流泥沙運動和河床演變過程進行理論分析，求出各種問題的理論解；④數值計算：用數值計算方法藉助電子計算機求出水流泥沙運動和河床演變問題的近似解，滿足工程實踐的需要。

防止洪水災害需要構築堤防、保護河岸和整治河道，為此必須了解河流的特性。增加農業生產需要引水灌溉，防止引水口及灌溉渠道泥沙淤積是重要問題。發展航運事業需要整治航道和修建港口，必須掌握淺灘及港區河道演變規律。在河流上、中遊興建水庫是水資源綜合利用的有效方法。但在水庫修建后，改變了河流來水、來沙條件和邊界條件，從而引起河床劇烈的沖淤變化，不僅影響水庫壽命和樞紐的工作條件，而且對上、下游一定範圍內的河段都將產生深刻影響。預測和擬訂減輕不利影響的措施是水庫建設中的重大研究課題。此外，城市取水和排水，鐵路和公路建設，水資源保護等也都與河流動力學研究有關。