中国女子水球运动员正手射门技术的生物力学特性分析

鲍春雨，孟庆华，朱希红

（1.天津体育学院体育训练一系，天津 300381；2.天津体育学院体育文化传媒系，天津 300381）

水球属于同场竞技性项目，按照项群理论属于得分类项目，比赛的结果是以完成有效射门次数，得分多少来决定胜负，因此射门是水球比赛中攻守对抗的焦点。得分的多少取决于射门的有效次数，射门的有效次数取决于射门的技术水平，射门技术的好坏直接左右着比赛的结果。从以往的研究文献来看，从生物力学的角度对女子水球正手射门技术的研究并不多见，因此，本研究试图从生物力学的角度对我国国家女子水球运动员正手射门技术动作的运动学特征进行分析，探讨影响正手射门技术的主要因素，揭示我国女子水球运动员正手射门的技术特征与规律，为今后采取有针对性的训练、改进与提高正手射门技术提供科学依据和客观指导。

1 研究对象与方法

1.1 研究对象

中国女子水球运动员正手射门技术的生物力学特性。

1.2 研究方法

1.2.1 实验法 以我国现役国家女子水球队11名运动员为实验对象。受试者平均年龄22.6岁，平均身高为176.4cm，平均体重为71.2kg。

1.2.2 三维运动解析法 （1）三维影像系统。本实验全程采用2台索尼高速摄像机（1 920×1 080，50Hz）和2个三维坐标框架。2台摄像机分别放置于被测者的左、右后侧方，且2台摄像机主光轴夹角为90°，摄像机机架高1.5m。三维坐标框架置于水面上5m罚球线位置，与球门垂直，并指向球门方向标记为X轴正方向，垂直于x轴水平向左方向为y轴正方向，垂直水平面向上为Z轴正方向。框架共有18个标记点，限定空间为1m×2m×2m，要求每个运动员射门时在标定范围内进行。（2）数据采集。2014年8月在上海东方绿洲训练基地进行数据采集，整个测试过程为运动员定点无障碍大力射门，运动员在水中脚踩水向上跃起射门的过程，在垂直方向的位移不同，三维坐标框架的高度为2m，能很好地观察到整个动作的过程。实验要求测试位于罚球线位置 ，垂直于球门5m处。每名运动员有足够的射门次数，根据教练员意见选出其中3次，作为实验数据。（3）数据提取与分析。视频数据利用Kwon3D软件进行解析，经过数据平滑处理（频率为12HZ），获取正手射门技术动作的三维运动学参数。各位置的标记点为头顶点、肩肱骨头、尺骨茎突、腕、第三掌趾骨。本研究中各关节角度定义：肩角：左、右肩关节点连线与持球侧肩、肘关节点连线之间的夹角。肘角：肘、腕连线与肩、肘连线的夹角。腕角：持球侧臂腕第三掌趾骨与肘关节标志点的连线之间的夹角。躯干扭转角度：左、右两肩关节点连线在水平面上的投影转过的角度。

1.2.3 数理统计法 用SPSS 13.0、Excel 2007软件对所得的数据进行处理、分析。

2 结果与分析

2.1 最远超越器械时刻运动学参数分析

最远超越器械时刻是运动员从水中提起球的那一刻持球手臂逐渐上抬，同时肩部外展，手肘上抬由屈到伸，由双脚踩水使躯干扭转，身体与球门方向垂直，重心前移，形成背弓，此时躯干领先持球臂形成最大超越器械姿势，为挥臂击球阶段做准备。

2.1.1 超越器械时刻肩肘腕角度和速度特征分析 从表1可以看出，在最远超越器械时刻肩、肘、腕的平均角度值分别为 148.07°、112.91°和 161.92°。郑志艺等在2006年的研究中发现肘关节的角度平均为105.8°，腕关节角度平均为153.4°，本研究的结果与其接近。其中腕关节的角度与Brucec.Elliott的研究结果（161.22°）几乎一致，肘关节却高于其85°的研究结果，甚至高于国外男子选手的107°。这说明中外女子水球运动员在射门技术上是存在一定差异的。肩、肘、腕的平均速度是依次减小的，这一趋势符合运动学原理，说明运动员在此时刻躯干快速向前，完成了超越器械动作，形成最后用力的良好姿态，为完成射门的有效鞭打动作做好充足准备。除孙雅婷和张婧肘关节、腕关节比肩关节速度快外，究其原因可能与运动员肩关节的灵活性或肩部的力量差有关。

2.1.2 超越器械时刻肩关节三维速度分析

正手射门技术动作是身体在三维空间里进行的复杂运动，由于水球运动是在水中进行的复杂运动，实验无法对身体重心点进行解析，但身体在三维方向的运动对技术特征又有着重要的影响，所以我们通过对肩关节的分析来揭示每个运动员身体运动情况。通过观察肩关节三维速度的变化可以了解在最远超越器械时刻身体运动情况。X反映身体向后移动，正方向说明身体向前运动；Y反映身体左右移动，正方向说明身体向左移动；Z反映身体在纵轴方向移动，正方向说明身体整体趋势是向上跃起状态。据表2数据显示，在最远超越器械时刻肩关节在X、Y、Z3个方向上的即时速度。在超越器械过程中肩关节外展，肘关节上抬，同时带动肩关节向上，向前移动，此时肩关节向前平均速度为0.89m/s。在左右方向上，有8名运动员身体有向右晃动的趋势，3名运动员身体向左晃动，可能是由于技术动作及射门习惯的不同导致身体偏移的方向不同，身体左右晃动，说明运动员对身体控制能力较差，其中孙雅婷、刘萍、孙玉君身体左右晃动的较厉害。在垂直方向上，除宋冬伦外，其他人身体都为向上运动的趋势。宋冬伦在最远超越器械时刻身体运动趋势是向下的，可能是射门节奏和时机把握的较差。

表1 最远超越器械时刻肩、肘、腕角度和速度参数

表2 超越器械时刻肩关节三维速度分析m/s

表3 球出手时肩关节三维方向速度值统计m/s

表4 球出手时刻与超越器械时刻身体跃起的水面的高度 m

2.2 球出手时刻运动学参数分析

2.2.1 球出手时刻各关节速度特征分析本文得出了在球出手时刻各关节及球的既可速度，此时刻速度变化由小到大的顺序为肩关节、肘关节、腕关节、指关节、球，遵循速度从身体近端向远端传递的规律，最后传递给球，符合运动生物力学中鞭打动作原理。这说明运动员在挥臂射门阶段各环节活动顺序比较合理，但是个体之间存在差异。宋冬伦的球出手时速度明显比其他队员小得多，在射门阶段各环节的速度都很小，这有可能是队员射门力量不足造成的。其中张婧在球出手时球的速度值最大为19.46 m/s，且各环节的速度差较大，说明张婧各关节用力顺序合理，形成了有效的制动和鞭打，让球获得了更高速度。李抒谨手指速度和球的速度分别为16.12 m/s和17.76 m/s，相差不大，说明在射门最后时刻手指未能积极用力拨球。

2.2.2 出手时刻肩关节三维速度分析本文中运动员在球出手时刻身体都是向前运动的，这符合技术的特点。在球出手时刻为了加大球的速度，身体会用力向前扭转，如果出现速度向后的情况，说明运动员在此时身体后倒了，这势必会影响球出手的速度和运行的方向，同时也说明运动员对身体控制力弱，原因可能是踩水技术问题或是髋部环节肌力较弱，这就需要加强核心部位的训练。研究发现，牛冠男、鹿泽文在此时相对于其她运动员身体晃动较大，李抒谨和赵子涵在球出手瞬间能很好地控制身体，稳定性非常高，这在水球比赛中非常占优势，在球出手后，减少了重新调整身体姿势的时间，能快速起动进入防守或进攻状态。此外，李抒谨、张婧2名运动员在球出手时刻身体是向持球侧晃动的，其他运动员均向持球侧相反的方向晃动。研究发现，只有3名运动员在球出手时身体是向下运动的，说明身体有下沉趋势。（表3）

2.2.3 不同时刻身体跃出水面的高度在对抗中，身体跃出水面的高度有利于突破对方的防守，提高传球和射门的机会及成功率；同时会对对方进攻形成巨大的威胁，减少其传球和射门机会及成功率，给对手造成压迫性失误。身体在垂直方向上的位移与球的速度没有明显的相关性，但是球出手时刻运动员跃出水面的高度越高越容易突破对方的防守，增大进球的成功率。从表4可以看出，在球出手时刻运动员身体跃起水面的平均高度优于超越器械时刻，说明在球出手时刻运动员身体多处于上升趋势。但是有3名运动员在球出手时刻身体跃出水面的高度反而下降了，原因是此时身体向下运动，这与其在垂直方向的速度下降有关。因此，应加强身体控制能力，把握好技术节奏，使球在出手时刻身体能在较高点完成射门。挥臂射门时，双脚踩水，身体在向前扭转的同时身体向上跃起，让球在垂直方向达到最高，这样才能在激烈的对抗中使球不容易被对方拦截，增加射门成功率。由表5可知，宋冬伦、刘萍、孙玉君在球出手前肩关节在垂直方向未达到最高点，而是在球出手后肩关节达到了最高点，说明球出手过早；李抒谨、王歆艳、田佳宁、赵子涵、牛冠男在球出手前已经达到了最大高度，球是在身体下降的过程中挥出去的；只有3名运动员是在身体跃起的最高点将球投射出去。

2.3 躯干旋转角度参数特征分析

我国优秀女子水球运动员在超越器械时刻躯干向后的平均扭转角度为24.49°，与文献研究结果（24.42°）几乎一致。在球出手时刻身体向前的转角平均93.73°，略低于文献中研究结果（101.8°）。其中张婧、宋冬伦身体向后转过的幅度低于10°，这可能与个人的技术特点及身体的的柔韧性和协调性有直接关系，虽然向后扭转的角度小，不能获得更多的能量储备，但是可以缩短整个射门的时间。运动员从水中抓球到最远超越器械时刻，在整个过程中身体向后扭转同时肌肉被拉长，此时肌肉会储存一定的弹性能，弹性能转化成动能，产生更大的力量和速度，同时扭转的角度越大也增加了人体对球的做功距离，在最后射门时增加了挥臂的速度和力量，曾有文献指出，躯干旋转对球速的贡献率为30%～35%。因此，可以在训练中针对运动员的不同技术特点采取有针对性的训练，在增加柔韧性和协调性训练的同时，尽量加大躯干的旋转，增加射门的力量和速度，缩短整个射门的时间，改进与提高射门技术经济性和实效性。（表6）

表5 球出手时刻肩关节在垂直方向位移变化情况 m

表6 躯干转过的角度 °

3 结 论

3.1 我国优秀女子水球运动员在超越器械时刻技术动作较为合理，都能够形成良好的超越器械和鞭打动作，孙雅婷和张婧肘关节、腕关节比肩关节速度快，究其原因可能与运动员肩关节的灵活性或肩部的力量差有关。此时刻，运动员身体存在左右晃动现象，其中孙雅婷、刘萍、孙玉君身体左右晃动的较厉害，说明运动员身体控制能力较差。

3.2 在球出手时刻，运动员肩、肘、腕各环节活动顺序比较合理，但是个体之间存在差异。此时，身体也存在左右晃动现象，且部分运动员身体还存在着下降趋势。此外，在球出手时刻，部分运动员身体不处于最高点，存在出手或早或晚的现象。在整个射门过程中，躯干的旋转有利于增加最后射门的力量和速度。