高等数学在水利工程中的应用——评《水利工程概论》

吴水艳

（咸阳师范学院 数学与统计学院，陕西 咸阳 712000）

高等数学在水利工程中的应用——评《水利工程概论》

吴水艳

（咸阳师范学院 数学与统计学院，陕西 咸阳 712000）

水利水电建设一直是现代化建设的重要内容，其对我国农业安全、能源安全、生态安全均有着普遍而深刻的意义。随着内河航运技术、水力发电技术和农业技术的进一步发展，可以预见在未来我国会修建更多的水利工程，其对生产、生活的影响也会越来越广泛。

《水利工程概论》一书对水利工程领域的基础知识和基本理论进行了介绍，该书是水利水电工程专业教材。明确指出了水利工程在现代社会的重要性，指明了其对国家经济发展、国家长治久安的重要意义，在后续的章节中分别以防洪、排涝、灌溉、供水、发电等功能性为分类依据对常见的水利工程特点、一般结构及工作原理进行了阐述。整体上来看，本书内容属于水利水电工程领域入门级内容，旨在帮助学生构建水利工程专业知识框架，为后续的深度学习、专业课程学习奠定基础。

水利工程属于理工学科，水利工程建设不仅需要水利水电专业知识，还需要数学、物理、化学等其他科目作支撑，水利工程涉及大量的数学计算，工程量的计算、水力学、土力学和工程力学基本原理的相关计算、建筑结构的相关力学分析等都具有大量的数学计算内容，数学作为其他学科发展的基础和工具，在水利工程应用实践中发挥着重要作用，高等数学在水利工程相关学科的应用广泛，水利工程相关学科的学生和从业人员需要具有一定的数学基础，需要认真学好高等数学这门基础学科，培养数学思维方式方法，为学好水利工程相关学科打好基础。高等数学在水利工程领域的应用主要体现在以下几个方面：①计算水利工程物理参数。水利工程的设计和运行涉及多个物理参数，以力学参数最为重要。在进行水利工程设计时，必须考虑到水利工程本身的力学特点，如工程本身的重力、各结构的承重能力、承重结构的应力、水流的冲击力、摩擦力等，这些参数决定了水利工程的功能和效率。物理参数的计算必然会使用各种各样的数学工具，掌握这些数学工具是确保水利工程设计合理性、科学性的必要条件。②构建水利工程模型。工程模型是现代土木工程、水利工程领域常用的技术，从某种意义上来说模型就是等比例缩小的工程实体，观察模型可以等效于勘查工程，此外很多工程设计问题、安全隐患问题都需要通过模型进行模拟才能够解决，因此水利工程设计与建设必然要使用模型。而模型的构建本质上是高等数学中几何工具的具体应用，而通过模型对实体问题进行验算本质上就是水利工程理论向数学几何与代数的转化。由此可见，水利工程原理和数学原理在工程模型上得到统一，水利工程模型问题本质上就是数学问题。此外，新媒体技术的普及改变了传统工程模型的建模模式，但即使使用计算机进行建模也绕不开数学问题这一核心要素。③预测水利工程运行状态。水利工程建成后并非万无一失，需要根据地区的气候、天气、地形变化、地质活动等进行调整，比如简单的河流闸门也需要根据实际的水流情况决定泄洪还是蓄水，但什么时候泄洪、什么时候蓄水需要有一个可靠的依据，否则可能导致不必要的伤亡或损失，即水利工程运行状态调整需要阈值限制。水利工程阈值的确定不能依据经验，不能说“我觉得该泄洪”就开闸放水，而是需要经过充分的演算和估算才能够确认，而数学的函数工具就是解决这一问题的可靠工具。通过科学的演算我们能够得到和水利工程运行状态有关的阈值函数，然后设定在不同范围内水利工程的运行状态，从而实现水利工程运行状态的预测与指导，以避免突发灾害性事件中处理不及时导致的损失和伤亡。

水利工程在我国市场经济发展和国家长治久安中发挥着重要作用，加速培养水利工程专业人才是助力国家现代化建设的重要内容。《水利工程概论》一书基本涵盖了水利工程领域的全部内容，对工程原理、工程一般结构均有阐述，兼顾理论和实践，是一本优质的水利工程专业基础教材，可作为高等院校水利水电相关专业教材使用，也可作为水利工程领域一线工作者人员、操作者培训使用。

咸阳师范学院教育教学改革项目（2019Y037，2022XSYH070）

吴水艳（1978-），女。讲师，硕士，研究方向为最优化理论。