高等數(shù)學(xué)在水利工程中的應(yīng)用——評(píng)《水利工程概論》

吳水艷?

（咸陽師范學(xué)院 數(shù)學(xué)與統(tǒng)計(jì)學(xué)院，陜西 咸陽 712000）

高等數(shù)學(xué)在水利工程中的應(yīng)用——評(píng)《水利工程概論》

吳水艷?

（咸陽師范學(xué)院 數(shù)學(xué)與統(tǒng)計(jì)學(xué)院，陜西 咸陽 712000）

水利水電建設(shè)一直是現(xiàn)代化建設(shè)的重要內(nèi)容，其對(duì)我國農(nóng)業(yè)安全、能源安全、生態(tài)安全均有著普遍而深刻的意義。隨著內(nèi)河航運(yùn)技術(shù)、水力發(fā)電技術(shù)和農(nóng)業(yè)技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，可以預(yù)見在未來我國會(huì)修建更多的水利工程，其對(duì)生產(chǎn)、生活的影響也會(huì)越來越廣泛。

《水利工程概論》一書對(duì)水利工程領(lǐng)域的基礎(chǔ)知識(shí)和基本理論進(jìn)行了介紹，該書是水利水電工程專業(yè)教材。明確指出了水利工程在現(xiàn)代社會(huì)的重要性，指明了其對(duì)國家經(jīng)濟(jì)發(fā)展、國家長(zhǎng)治久安的重要意義，在后續(xù)的章節(jié)中分別以防洪、排澇、灌溉、供水、發(fā)電等功能性為分類依據(jù)對(duì)常見的水利工程特點(diǎn)、一般結(jié)構(gòu)及工作原理進(jìn)行了闡述。整體上來看，本書內(nèi)容屬于水利水電工程領(lǐng)域入門級(jí)內(nèi)容，旨在幫助學(xué)生構(gòu)建水利工程專業(yè)知識(shí)框架，為后續(xù)的深度學(xué)習(xí)、專業(yè)課程學(xué)習(xí)奠定基礎(chǔ)。

水利工程屬于理工學(xué)科，水利工程建設(shè)不僅需要水利水電專業(yè)知識(shí)，還需要數(shù)學(xué)、物理、化學(xué)等其他科目作支撐，水利工程涉及大量的數(shù)學(xué)計(jì)算，工程量的計(jì)算、水力學(xué)、土力學(xué)和工程力學(xué)基本原理的相關(guān)計(jì)算、建筑結(jié)構(gòu)的相關(guān)力學(xué)分析等都具有大量的數(shù)學(xué)計(jì)算內(nèi)容，數(shù)學(xué)作為其他學(xué)科發(fā)展的基礎(chǔ)和工具，在水利工程應(yīng)用實(shí)踐中發(fā)揮著重要作用，高等數(shù)學(xué)在水利工程相關(guān)學(xué)科的應(yīng)用廣泛，水利工程相關(guān)學(xué)科的學(xué)生和從業(yè)人員需要具有一定的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)，需要認(rèn)真學(xué)好高等數(shù)學(xué)這門基礎(chǔ)學(xué)科，培養(yǎng)數(shù)學(xué)思維方式方法，為學(xué)好水利工程相關(guān)學(xué)科打好基礎(chǔ)。高等數(shù)學(xué)在水利工程領(lǐng)域的應(yīng)用主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：①計(jì)算水利工程物理參數(shù)。水利工程的設(shè)計(jì)和運(yùn)行涉及多個(gè)物理參數(shù)，以力學(xué)參數(shù)最為重要。在進(jìn)行水利工程設(shè)計(jì)時(shí)，必須考慮到水利工程本身的力學(xué)特點(diǎn)，如工程本身的重力、各結(jié)構(gòu)的承重能力、承重結(jié)構(gòu)的應(yīng)力、水流的沖擊力、摩擦力等，這些參數(shù)決定了水利工程的功能和效率。物理參數(shù)的計(jì)算必然會(huì)使用各種各樣的數(shù)學(xué)工具，掌握這些數(shù)學(xué)工具是確保水利工程設(shè)計(jì)合理性、科學(xué)性的必要條件。②構(gòu)建水利工程模型。工程模型是現(xiàn)代土木工程、水利工程領(lǐng)域常用的技術(shù)，從某種意義上來說模型就是等比例縮小的工程實(shí)體，觀察模型可以等效于勘查工程，此外很多工程設(shè)計(jì)問題、安全隱患問題都需要通過模型進(jìn)行模擬才能夠解決，因此水利工程設(shè)計(jì)與建設(shè)必然要使用模型。而模型的構(gòu)建本質(zhì)上是高等數(shù)學(xué)中幾何工具的具體應(yīng)用，而通過模型對(duì)實(shí)體問題進(jìn)行驗(yàn)算本質(zhì)上就是水利工程理論向數(shù)學(xué)幾何與代數(shù)的轉(zhuǎn)化。由此可見，水利工程原理和數(shù)學(xué)原理在工程模型上得到統(tǒng)一，水利工程模型問題本質(zhì)上就是數(shù)學(xué)問題。此外，新媒體技術(shù)的普及改變了傳統(tǒng)工程模型的建模模式，但即使使用計(jì)算機(jī)進(jìn)行建模也繞不開數(shù)學(xué)問題這一核心要素。③預(yù)測(cè)水利工程運(yùn)行狀態(tài)。水利工程建成后并非萬無一失，需要根據(jù)地區(qū)的氣候、天氣、地形變化、地質(zhì)活動(dòng)等進(jìn)行調(diào)整，比如簡(jiǎn)單的河流閘門也需要根據(jù)實(shí)際的水流情況決定泄洪還是蓄水，但什么時(shí)候泄洪、什么時(shí)候蓄水需要有一個(gè)可靠的依據(jù)，否則可能導(dǎo)致不必要的傷亡或損失，即水利工程運(yùn)行狀態(tài)調(diào)整需要閾值限制。水利工程閾值的確定不能依據(jù)經(jīng)驗(yàn)，不能說“我覺得該泄洪”就開閘放水，而是需要經(jīng)過充分的演算和估算才能夠確認(rèn)，而數(shù)學(xué)的函數(shù)工具就是解決這一問題的可靠工具。通過科學(xué)的演算我們能夠得到和水利工程運(yùn)行狀態(tài)有關(guān)的閾值函數(shù)，然后設(shè)定在不同范圍內(nèi)水利工程的運(yùn)行狀態(tài)，從而實(shí)現(xiàn)水利工程運(yùn)行狀態(tài)的預(yù)測(cè)與指導(dǎo)，以避免突發(fā)災(zāi)害性事件中處理不及時(shí)導(dǎo)致的損失和傷亡。

水利工程在我國市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)發(fā)展和國家長(zhǎng)治久安中發(fā)揮著重要作用，加速培養(yǎng)水利工程專業(yè)人才是助力國家現(xiàn)代化建設(shè)的重要內(nèi)容?！端こ谈耪摗芬粫竞w了水利工程領(lǐng)域的全部?jī)?nèi)容，對(duì)工程原理、工程一般結(jié)構(gòu)均有闡述，兼顧理論和實(shí)踐，是一本優(yōu)質(zhì)的水利工程專業(yè)基礎(chǔ)教材，可作為高等院校水利水電相關(guān)專業(yè)教材使用，也可作為水利工程領(lǐng)域一線工作者人員、操作者培訓(xùn)使用。

咸陽師范學(xué)院教育教學(xué)改革項(xiàng)目（2019Y037，2022XSYH070）

吳水艷（1978-），女。講師，碩士，研究方向?yàn)樽顑?yōu)化理論。