如何将传统的水力学知识,融合于新时代的生活,工作中(上海大学徐卫
水力学,是研究水及其他液体的运动规律及其与边界相互作用的学科,又称水动力学,这是统编教材中的解释,在我国的农业历史上,曾出现过脚踏水车和手摇水车,水磨加工粮食等,应用水力提水灌溉农田和水力加工粮食,这无疑是我国劳动人民,在劳动实践中,应用了水力学知识,改造自然的伟大创举。在新时代中,我们要将“饭碗端在自己手里”,就是要强化粮食安全保障,所以不断建造新型的水力发电站,去灌溉缺水农田,去养育鱼虾,去守护优美的生态环境,是我们水利工作者当务之急的任务,为完成这项任务,我们就更需要学习水力学,运用水力学理论,去研究水利工程建设,水库的综合利用,水渠的布置,水力的产生和正确利用,机械在水利工程中正确出力,防止振动引起共振的危害,产生水流的条件,开合水闸,水阀过程中,水的特性变化,水与管,器壁接触的相互作用以及无水时管,器壁空蚀破坏现象等等,也都是水动力学所要研究的内容。
大学教育是培养能够主动学习,具有实践能力和创造能力的人,对于水利行业,更是期盼大学是源源不断的水利人才供给地!我时刻牢记大学教育的这个目标。带着这个目标,展开了我的人生探索之路,努力做一个为新时代培养德才兼备的水利工作者,就在我幂思不得其解时,来到嵊州,纵观嵊州历史,杜甫,李白的诗句再现,王義之,王安石的笔墨犹在,“儒治世,释修心,道养身”的功能依旧,章益清的《梁山泊与祝英台》,“以情带声”的唱腔……,这些都是中国传统文化的精义所在,这些人文精神的结晶,似乎述说着一个道理,水是生命之源,水是动力之源,水的柔情,是人类历史上最大的动能,时间上可以庚续传承,空间上可以一泻千里,水如此优秀无私的品质,孕育出一代又一代先贤,传承着人类的文明。从大禹治水……,到眼前完整的《水力学》理论,古代先贤们的品格质量,精神能量、思想动量就如同水力学中的三大(质量守恒,能量守恒,动量守恒)方程,连续不断的传承到新时代中,注入我们新时代青年们的灵魂,运用水力学知识,如何为新时代的建筑,新时代的业绩,新时代的观念,新时代的风俗习惯,赋予新义,是我一直思考的问题。当我与女友在嵊州,第一次见面于茶馆,服务员递上茶水时,我在礼仪之后,她旁若无人的进入了品茶之境,我却进入温习《水力学》基本概念和基本理论阶段,她说,这茶有茉莉香,我说,粘度可忽略,她说,这茶很贵,我说,可看成不可被压缩的理想流体,能量方程适用。她说,现在这社会,还有这等货(书呆子)。不,茶和咖啡进入我们的胃肠,属于现代流体力学中的生物流体力学研究内容,不属于我们水利人研究的范围。我注视着她的言行,心中感到她先用普识性回答,后用水力学专业知识妙解,我缓缓的回神来。眼前的人,绝非她在我文后的留言,“我也是水利人”这么简单。她边说边打量着我,我自言自语,你似水面一叶小舟,一路走来,历经风雨,我翘首以盼,终于在这里等到了你,我在用水力学知识,寻找答案,寻求我们的契合点。你真有趣,如此的浪漫,算是对我昔日信息的“狂轰烂炸”回报吧!看来你为这次见面,做了充分的准备。是的,从各方收集关于你的信息,你毕业于水利学院,又从事水利工作,在你面前,提《水力学》这专业知识,我应该是你的学生,知道你肯定要提出你专业内问题,我就通过图书馆,网络,查阅资料做出了准备,迎接你这位老师的授课,既是谋求教与学的结合,更是寻找我们在新时代的共通点。
就你这表现,我再要两杯咖啡,来奖励你这么“乖”的举动,咖啡本就是提神的,我喝了一口,畅谈起我对水力学的感受,我说,水力学,让我想到童年岁月,家乡门前小溪中的水,在悠闲的流,流水的声音,也是最好听的音乐,仿佛每天都在做单曲循环;水力学,也让我想起亨德尔的《水上音乐组曲》,由二十首小曲组成,开始是一首法国式前奏,紧接着布莱舞曲,小步舞曲伴随缓慢乐章,乐器使用了小提琴,低音提琴,横笛,双簧管,圆号,小号等,开始轻盈的同音反复,华美的颤音相互对答,紧接着气氛轻松舒展,与我们今天的见面很相似;水乡同里(苏州吴江的古镇),我刚说了这四个字,她用右手四指并拢,拇指垂直的手势,挡在了我的嘴前面,我识趣地停了下来,她说,那里还有遐思园,待下次我们去畅游,你就作我向导,专业外的内容,你是老师,她对我的肯定,我心中暗暗惊喜,首战告捷。她此时话锋一转,反宾为主,进行提问,有压管道恒定流的计算之后,你曾经的工程,管灌工程问题是如何处理的,我从施工的角度回答你,我们做的水库工程,泄水建筑物是由左岸溢洪道和右岸坝下泄洪洞组成,溢洪道采用自由溢流方式,没有闸门,泄洪洞兼顾施工导流功能。在施工过程中,图纸中设计在泄洪洞左侧安置一放水塔,塔内尺寸四米長,三米宽,侧墙壁厚度为一米,放水塔与泄洪洞共用边墙,也是一米,自上而下,在不同高程设计三个取水口,每个取水口设一扇固定式拦污栅,三个取水口共用一扇检修门,取水口为喇叭状,进口尺寸为边長90厘米的正方形,通过渐变后接直径60厘米的钢管,每一层取水口均设置1个电动蝶阀和排气阀。取水管从放水塔引出后,沿泄洪洞底部布置,至工作闸室右边墙引出,分一个岔管做生态放水管,引至河道,灌溉管出口高程的设置要适中考虑,如果在流量范围内,亦可设置一套固定锥形阀,可以调整开度,调节流量,灌溉管接相应的浓灌设施。
同样,生态放水管进口处设计一套球阀,在球阀的下游处设计一套固定锥形阀,调整开度,调节流量。生态管直经在15厘米,高程注意图纸中位置,装好试流,不合要求时,适当调整。
设计流量的确定,依据灌溉面积,水流进田野的流速,跟土质的松软,土质的性质,土质组成成份等有关,土质越硬越松,流速则越快,反之则慢,挡水障碍物多,流速也慢,总之一句话,要确定取水口最小淹没深度,这牵涉到水力学的基本计算,为避免进水口门前出现漩涡和吸气漏斗,按戈登公式估算进水口最小淹没深度。我说着看她闭上了眼睛,我接着说,你是不是不感兴趣,听睡着了,我故意这么说,来刺激着她,她坐直身子看着我说,我一直在关注你的表情,探究你的内心,筛选着你对《水力学》认知的程度。自从我们在学习平台联系之后,我时刻关注你这个施工员的信息,当你问我如何写好《水力学》这学科的论文,我就认真读了你前面学科的论文,你的论文,可别具一格,与我们当年学生写的论文,有很大的区别,你不但涵盖的信息量大,而且创新的手段,实践的效果,明显优秀于学院人,跟你站在一起,我就得安抚着你的情绪,增强你对专业的热爱和工作的安全性,提升你学习的自信心。我看她一副认真的模样,深知她在千方百计的想成就着我,就自言自语道,我们学过《水力学》的人,都知道“河沙裹流,非沉淀不能清澈,人生祸患,非取舍不能避之”,水之所以清澈,并非不含杂质,而因懂得沉淀,人因懂得沉淀而精彩,生活因懂得取舍会更加美好。“所以,在劳动实践中,我追求技术,在生活实践中,我追求读书学习。正是读书写作,劳动感悟,成就你不老的心态,把你一步步带向光明的未来!”。她说完,会心地笑了以后,又继续说:我对理工科专业知识,融合人文哲理,是软肋,我想问你,你说的放水塔为什么要紧临泄洪洞左侧布置?为什么又要布置三个取水口?在相同的水头情况下,哪种出水流量大?为什么?
这要从水的物理性质和水流运动的三大方程来解答,放水塔紧靠泄洪洞左侧布置,是因为与下游农田形成水位差,满足自流灌溉需求,布置三个取水口,是因为农田需要灌溉时,水库的水位不一定在哪个位置,即保证最低水位时,还能对部分农田灌溉,同时也能保证灌溉的水温,满足农植物生長,水动力学的三大方程分别是笫一,依据质量守恒定律推导得出的连续性方程;第二,依据能量守恒定律推导得出的能量方程(又称伯努利方程);第三,依据动量守恒定律(牛顿第二定律)推导得出的动量方程,这三大方程,是分析水流现象,研究水体运动的重要“工具”,是分析解决实际工程的水力学问题最重要的理论基础,针对我们所做的工程,我是这样理解的。“我们现在不是学生,我不想多听那种理论,用实践来验定,我现在也在做项目,你就说说,假如你在设计工作中,关于泄水建筑物在现场的选择和布置原则,这也是《水力学》知识的具体应用,地基处理方面的事例,也可以说说,听听你对人家地基处理的理解,我可判断你学习的悟性”。好的,我在工作中,曾经认真细致的研究,被同事嘲讽过,如今觉得派上了用场,终于迎来了这细节检查的老师了,感谢你在水利专业内,与我共呜和探讨。
我前面做的水利工程枢纽,泄水建筑物由溢洪道和泄洪洞(兼施工导流洞)组成;泄水建筑物布置结合枢纽整体布局要求,考虑安全条件下,节省工程量,方便运行,方便施工,方便管理,方便应急处理等众多因素,进行方案比选论证;由于枯水期水量极小,汛期洪水又特大,大坝为均质土坝,因此,泄水建筑物满足的条件是,超泄能力较大,运行简单,管理方便,造价低的原则,用句通俗易懂的话,就是泄水建筑物吞水量大,泄出快,故我们的溢洪道不设闸门,采用自由溢流方式;泄水建筑物设计,考虑水库调洪,旅游,灌溉等作用,泄流能力按水库调洪后要求的下泄流量确定;在泄水建筑物消能型式选择时,尽量减少泄洪雨雾对下游边坡的影响,减少对沟渠的冲刷;泄水建筑物布置,尽量选择有利地形,避免开挖形成高边坡,自由溢流的溢洪道,进出口位置布置,应使水流畅通;泄洪洞与导流洞合一,施工期导流,运行期泄洪,满足导流泄洪的要求,避免重复投资,节省成本。地基处理,左岸溢洪道估计根据稳定及基础应力计算,抗滑稳定,地基承载力均满足要求,所以未作处理;消力池底板布置了直经25mm的锚杆,单根長4.5m,入岩4m,间排距2.m,与底板表面钢筋网焊接,消力池地基通过抗浮锚杆作用后,抗浮稳定安全系数肯定大于消力池,溢洪道抗浮稳定安全系数,泄洪洞抗滑稳定计算,抗倾覆稳定,抗浮稳定,基底应力安全系数均满足规范要求,才会让施工方施工,如果不满足,还会采取加密帷幕灌浆孔,增加锚杆密度,来保证地基稳定和防止渗流问题。听了你的理解,我想从此,让我们共同学习,一起进步。
未来水力学发展趋势,就似我们这次见面,我深深的感到,虽没有“李白嵊州将于行”的诗句,但有余生,嵊州启帆水利行的感慨;虽没有艺人越剧《梁祝》的爱情传说,但有水力学的知识的底蕴;虽没有豪车,洋房的阔气,但有了新时代水利人的担当。我们谈话的主题,是赋予了新时代的青年的特色,赋予了民族复兴征程中的新义,也许在为新时代青年,在现代化征程中补农业的短板,注入了新的内涵。