水利工程博士论文范文

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第1篇

历史和现实启示，必须加强水文生态的研究和人才培养。1992年，作者指导的博士生冯国章同志，以“水事活动对区域水文生态系统的影响”为博士论文夜上海论坛选题开展研究，该论文2000年获全国百篇优秀博士论文奖，说明专家学者们对这方面研究的支持。作者积极建议开展干旱半干旱地区水文生态与水安全研究和人才培养，值得高兴的是教育部和国务院外国专家局批准了“111”引智计划———“干旱半干旱地区水文生态与水安全学科创新引智基地”项目，经过3年多的研究，作者对水文生态有了进一步的认识。

夜上海论坛 关于水文生态（学）的科学界定与学科内涵

在冯国章教授的论文中，对水文生态作了这样的界定：“所谓水文生态，实际上就是水文生态系统，它是由水文系统和生态系统复合而成的，集水文循环与生态进化及其共同的自然环境、人工环境于一体的，具有耗散结构和远离平衡态的、开放的、动态的、非线性的复杂巨系统”［2］。具体的水文系统是指由一定的地理空间内的各种水体及其形成、运移和赋存环境（自然的、人工的或复合的）所构成的地理、地质、生物（包括人类）等环境功能系统整体，是一个开放的复杂巨系统，同时又是一个动态的非线性系统。生态系统的定义是人们比较熟知的，它是生物群落及其生存环境共同组成的动态平衡系统；具体的生态系统是在一定的地理空间和地质系统内，生物和非生物成分通过物质循环、能量传输和信息交换而相互作用，相互依存所形成的生态学功能单元。由于水是生命之源，是万事万物之本，是生态环境的基本要素，因此，生态要素中包括着水，水文系统必然影响生态系统，生态系统的变化———如退耕还林、修造梯田，也必然影响水文系统，2个系统相互影响，具有明显的关联性和协同性，应当是一个统一的水文生态功能整体，如图1所示。因此，随着自然的和人类认识的发展以及生产实践的需要，把水文系统和生态系统作为一个整体———水文生态系统而加以看待和研究是科学发展的必然，具有十分重大的理论意义和实用价值!在水文系统和生态系统都很脆弱敏感的干旱半干旱地区尤其如此。正因为这样，我们把教育部和国务院外国专家局下达的项目“干旱半干旱地区水文生态与水安全学科创新引智基地建设”，看作一项时代的需求加以对待，通过向世界引智，向全国合作加以实现［3］。从图1可以看出，水文生态系统有大有小，人们也可以把地球看成一个大的水文生态系统，一条大江大河也会构成水文生态系统，而在其内的小江小河和中、小河流域也可以构成相应的水文生态系统。因此，水文生态系统是具有层次性的。水文生态系统的组成因子可以概括为“水－土－光－热－气－植－动（物）和人类”。再具体一些可列成图2。

夜上海论坛 水文生态系统的实例举示

水文生态系统可能是天然形成的，也可能是人工的，也可能是人工参与雕琢的。水文生态系统满目皆是，这里举示几个最具代表性的水文生态系统———灌区、梯田和绿洲。

夜上海论坛 1灌区水文生态系统如图3所示，所谓灌区水文系统是人为地修筑引、输、配水渠（管）道系统，将河水或井水引至田间，浇灌农田的灌溉工程。依靠灌溉工程保证作物、林果茁壮成长所需水分，配合光、热、气、土壤资源和生物资源的组合，形成具有良好农业生产条件的新的生态系统———灌区水文生态系统。

夜上海论坛 2梯田水文生态系统梯田是在易于产生水土流失的坡地上，分段沿等高线建造的阶梯式农田。梯田是治理坡耕地，保持水土、蓄雨纳渗的重要工程措施，梯田的最大作用是蓄积降水截流纳渗，结合土壤改良和窑窖等工程措施，消除径流，从而形成能够保持水土、有利农耕的水文生态系统，图4显示了这种系统及其功能。

3绿洲水文生态系统绿洲是指在荒漠地区比较平坦的地方，由于来自山区的地表水的滋润或地下水的抬升岀溢，使当地出现生长茂盛的生物群落，呈现较大面积的绿色景观，如图5所示。绿洲的出现充分体现了水的生态功能。绿洲的出现仰赖于水的滋润，如果补给水源遭到截取，则绿洲陷入萎缩消亡。因此，要保护和恢复绿洲生态系统，就必须保护和复壮水文系统，要破解绿洲生态的兴衰问题，其要害也在于抓住水文生态系统的动态变化。

第2篇

治水兴国，任重道远

说到水文，这是一个古老的学科，因为人类治水已经有数千年历史。可以说，一部人类文明史就是一部人与水打交道的历史。李冰的都江堰，让原本蛮荒的四川盆地变成了千万亩良田；举世闻名的京杭大运河更是便利了南北交通并巩固中央政权在全国的统治。水文学科的核心是讨论水如何循环的问题。而其派生出的水资源工程学科，它的出发点是遵循水文循环的原理，并以此来为实际工程中的水资源合理配置提供技术支持。水文及水资源工程专业就是这两门学科共同组成的。

夜上海论坛 课程充实，重视实践

夜上海论坛 用科目繁多形容水文与水资源工程专业的课程，一点不为过。但这种繁多并不是混乱地堆砌在一起，而是注重课程与课程之间一环套一环的衔接，构建起立体的知识体系。

高等数学、线性代数、概率统计、大学物理、VB编程设计等是基础课。高等数学的思想方法将渗透在日后的每门专业课中，比如微积分，虽然很简单，却是探究科学世界最有力的工具，水力学中的静水压力、三维流体运动，气象学的压高公式、风的运动，水文学中的土壤下渗公式、汇流卷积公式等等都与此密不可分。概率统计在汇流理论、洪水频率计算中是不可或缺的理论工具。另外是计算机编程，水文专业非常需要计算机建模的能力，学到蓄满产流模型、单位线方法、马斯京根法演算这几个模型方法时，如果可以自己编程运算，不仅提高效率，而且可以得到巨大的成就感。

说到专业课，不得不提到其中最精彩的部分――课程设计。老师会下发一个任务书，要求学生运用所学的原理，自己编程计算，并分析结果，给出论证。通常，上专业课更多的是对众多知识点进行识记，而如何灵活运用这门课所教的理论去解决实际问题，则在课程设计中体现。一门课程设计通常需要花费一周甚至更多的时间，每到这时，你会看到自习室里摆满了笔记本，大家都在加班加点地编程或者调试程序。然后，笔耕不辍地写上几大页纸，等到一份完整的课设报告出炉后，才能舒一口气。其实在以后工作中，常常需要做一个项目的算稿，要给出工程所用到的具体计算方法和详细计算结果，当结果通过总工程师的审查后，才能将其写在最终报告上。而这种算稿，和大学时期做的课程设计相类似，因此现在的课程设计是为以后的工作打下良好的基础。

另外，水文属于自然科学和工程科学，因此这门学科的学习中少不了野外实习。以我所在的学校为例，我们需要进行自然地理实习、气象实习、水利工程实习、水文综合实习、水文测验实习，实地参观大坝、抽水站、水文站、污水处理厂等，并与专家进行交流。实习的魅力之一就在于它将书本上的理论鲜活地展示在眼前。自然地理实习在宜兴的丘陵，大家就着书本认识了各种岩石、植被形态、河谷地貌；气象学实习在北极阁的江苏省气象台预报中心，在那里我们了解了天气预报制作的全过程；水利工程实习，参观了江都水利枢纽，在水电站机组的轰鸣声中，感受着南水北调这一宏大工程的脉动；水文综合实习，在污水处理厂，我们使黑臭的污水变成了涓涓清流。最有意思的水文测验实习，泛舟于宣州水阳江上，同学们通过各种方法对江水的流速和流量等进行分析。然后回到水文站里进行资料整编和制图，在实习老师的指导下，以前上课提到的几个理论问题全都在这里得到了解决。就是这样，带着好奇带着疑问，在领略一路风景之余，既系统复习了课堂上的知识又学到了很多课堂以外的内容，真是收获颇丰!

夜上海论坛 就业或深造，我走我的路

夜上海论坛 学完了理论，进行了实践，就该到了大家最关心的就业问题了。作为连续两年的“绿牌”专业，水文与水资源工程专业就业完全没有压力。而且除了就业率高外，对口也是我们专业就业的一大特点。具体说来，水文与水资源专业培养方向大致可分为以下五类：一是民生水利方向，侧重于培养学生小水利、小水电、农村饮水工程及灌溉工程设计、施工、监理能力，就业可去各级水利局及其下属的设计院所；二是水土保持方向，侧重于培养学生水土保持设计、管理能力，就业可去各级水保局及水保站；三是水文测验方向，侧重于培养基础水文部门技术人员，就业可去各级水文局、站，如省水文局、流域委员会水文局等；四是水库水电站运行方向，侧重于培养学生水库水电站调度运行管理能力，就业可去各类水电开发企业、梯调中心；五是水文地质方向，侧重培养学生工程水文地质调查能力，就业可去各类水文地质单位。此外，一些大型民营企业在招聘会上也吸引了不少同学的眼球，比较有名的有北京江河瑞通、北京清流科技、福建四创等等，学水文的主要从事水文仪器、防洪预报系统、水库调度系统的研发。还可以去电力口子的单位，如南瑞集团、国电南京自动化股份有限公司，从事水利水电自动化方面的工作。

第3篇

[关键词]水利工程；3D GIS；建模

夜上海论坛 中图分类号：TV221.1 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2017）12-0347-01

夜上海论坛 从GIS角度，水利工程是一种复杂的地理对象，主要表现在既有静态工程建筑，又有动态工程运行管理。动态如水库库容、面积随着水库蓄水位而变化；水闸工程运行有开闸、关闸，开闸又有闸门的开闭度。不同的水闸有不同的运行

状态，影响水闸上下游水位与过闸流量，如此等等。水利工程与水密切相关，而水随时间、空间而变化，这决定了水利工程动态属性的复杂多变。

水利工程3D GIS中的地形3D建模主要借助地形DEM技术，将水利工程所处的地形进行3D表达。地形3D表达本身即是水利工程3D GIS的重要组成部分，同时它作为水利工程3D GIS中其它对象和环境的载体而存在。

夜上海论坛 1.水利工程及水利工程对象分析

在水的静力或动力作用下工作，并与水发生相互影响的各种建筑物即水工建筑物。对于开发河川水资源来说，常须在河流适当地段集中修建几种不同类型与功能的水工建筑物，以控制水流并便于协调运行和管理，这一多种水工建筑物组成的综合体就称为水利枢纽。因自然因素、开发目标以及技术经济条件不同，各水利枢纽的组成建筑物可以是各式各样的。例如黄河干流上以发电为主，兼有防洪、灌溉等综合利用效益的龙羊峡水力发电枢纽，就包含了如下主要建筑物：拦河坝，由重力拱坝（主坝）、左右重力墩（即重力坝）以及左右岸副坝组成；溢洪道，位于右岸；左泄水中孔，与溢洪道共同承担主要泄洪任务；右泄水深孔和底孔；坝后式水电站。

水利工程并不总是以集中兴建于一处的若干建筑物组成的水利枢纽来体现的。有时仅指一个单项水工建筑物，有时又可包括沿一条河流很长范围内或甚至很大面积区域内的许多水工建筑物。即使就河川水利枢纽而言，在不同河流以及河流不同部位所建的枢纽，其组成建筑物也千差万别。通常可按功用分类：

（1）挡水建筑物。拦截或约束水流，并可承受一定水头作用的建筑物。如蓄水或奎水的各N拦河坝，修筑于江河两岸以抗洪的堤防，施工围堰等。

（2）泄水建筑物。排泄水库、湖泊、河渠等多余水量，以保证挡水建筑物和其它建筑物安全，或为必要时降低库水位乃至放空水库而设置的建筑物。如设于河床的溢流坝、泄水闸、泄水孔，设于河岸的溢洪道、泄水隧洞等。

夜上海论坛 （3）输水建筑物。这些是为灌溉、发电、城市或工业给水等需要，将水自水源或某处送至另一处或用户的建筑物。其中直接自水源输水的也称引水建筑物。如引水隧洞、引水涵管、渠道、渡槽、倒虹吸管、输水涵洞等。

（4）取水建筑物。它是引水建筑物的上游首部建筑物。如取水口、进水闸、扬水站等。

上述分析可见水利工程无论规模大小，大到水利枢纽，小到水工建筑物的部件均是独立的水利工程对象。独立的地理对象同时又是工程总体中的一部分。

2.水利工程对象属性分析

夜上海论坛 水利工程对象无论是建筑物单元，还是水利枢纽，均可视为一个地理对象。各对象具有如下的属性：

夜上海论坛 （1）水利工程建筑物具有几何可分解等概化特征。与2D地图符号的抽象性不同，3D模型可表达与工程实体相同或相似的工程形体。复杂的水利工程建筑物可分解为许多形态相对规则的工程单元体。工程概化是将分解后规则的单元体用一个个可进行数学计算与分析的几何体来表示；

夜上海论坛 （2）水利工程基本单元各自有其几何体属性。如梯形、柱体、长方体、圆柱体等。而概化类型相同的几何体还有不同尺寸大小等属性：

（3）工程对象具有方位属性。如建筑物的X， y，：坐标，建筑物面的朝向等；

夜上海论坛 （4）水利工程对象之间有着紧密的空间关系。对一个具体的水利工程而言，其各部分工程组件之间的空间关系是确定的，其上、下、左、右不可相互取代；

（5）水利工程建筑物之间具有严格的逻辑关系。每个水利工程建筑物的组成部分都属于该工程，而不属于其它工程。如溢洪道的水闸和船闸的水闸，同是水闸，但是属于不同建筑系统；

夜上海论坛 （6）工程对象可视化属性。不同工程对象其材质、表面形态不尽相同。3D建模可充分反应工程对象表面信息和内在透视信息；

（7）水利工程建筑物属性。不同工程单元属于不同的水利工程建筑物，其属性是进行区分的最重要标志；

3.水利工程3D GIS建模流程

水利工程建筑物单元体是水利工程3D GIS建模的最基

本元素。对应于水利工程的属性分析，分别赋予其概化特征、几何属性、方位属性、空间关系、逻辑关系、可视化属性和水工建筑物属性。以它为水利工程GIS基本元素，形成更复杂的GIS对象，如水利工程建筑物、水利工程、水利枢纽。在此过程中形成的复杂GIS对象会被赋予新的属性信息，这点完全符合水利工程的内涵。

3D建模部分在对水利工程概化的基础上，用几何概化体来表达实际水利工程：在以上步骤完成的基础上，建立水利工程3D GIS数据模型：最后，实现水利工程3D GIS空间数据结构，建立4级水利工程3D GIS对象数据表结构，并对其进行存储管理。

4.水利工程建筑物模型与地形模型的匹配

在实际3D场景的构建中，如果地物没有与地形相融合，就会造成诸如地物飘在空中或钻入地下的情景。对双方模型匹配的处理是较为复杂的问题，原因在于：

（1）地物、地形模型往往是通过不同的建模软件生成的，双方的数据结构和组织方式有很大差别（如地形模型常用规则格网表示，而地物模型常用三角网表示）；

（2）地物模型如何同地形模型准确匹配。在真实世界中，地物的位置是任意的、不受任何限制的；而在视景仿真中，地形是起伏的，而地物的基准面往往是水平的，会出现地物所覆盖的区域跨在2个或多个高度不同的地形三角形面片上；

（3）不同的视景调度、显示技术对匹配技术的要求不同：如加速遮挡面处理的优先级法不允许一个地物跨越2个或多个地形面片；而地物的LOD受地形LOD的牵制，当地形从一个LOD层次向另一个LOD层次过渡时，地形面片的分割将发生变化，地物的数据也必须改变，而不考虑地物的数据是否需要更新。

在地物与地形匹配方面有以下一些策略：

（1）首先在地形模型的选择上，根据应用需要选择规则格网或三角网。两种数据结构各有优缺点，这里不再详述，比较成熟的结论是：在中小比例尺条件下，采用规则格网结构描述DEM，因为其结构简单，处理负担均衡，磁盘存储易管理，有利于LOD的自动生成，另外有利于两者分开建模以及实现地物与地形的自适应匹配；在目视比例尺条件下采用三角网数据结构，它可以精细地刻画地表形态；

夜上海论坛 （2）地物与地形的匹配常用两种策略：直接将地物放置在地形表面上。这一方法最简单和实用，MultiGen即采用这一方法。这一方法的缺陷在于视景显示时，会出现“争夺Z值”的现象，即同一个Z值上可能有多个面；首先生成地形的TIN网络，然后逐渐加入地物模型，与地形整合在一起。

5.结语

夜上海论坛 本文研究水利工程3D GIS问题，重点研究了水利工程3D GIS建模与数据结构，最后得出水利工程建筑物模型与地形模型的匹配的一些策略。

参考文献