水力學是力學的分支，主要研究液體在靜態(tài)和運動狀態(tài)下的性質(zhì)和行為，涉及流體力學、流體靜力學和流體動力學等。隨著該學科的發(fā)展成熟，其應用價值日益凸顯，具體到土木工程中，房屋建筑、道路橋梁等建筑的修建均離不開水力學的指導?！端W（第三版）》對水靜力學和水動力學進行了系統(tǒng)闡述，并詳細分析了水頭損失、有壓管流、明渠流動等。

水力學基本理論主要包括：一是流體的性質(zhì)。流體是液體和氣體的總稱，其具有一些特殊性質(zhì)。首先，流體具有流動性，可以流動并適應容器的形狀；其次，流體具有可壓縮性，這意味著它在受到壓力時，體積會發(fā)生變化；最后，流體具有黏滯性，即流體內(nèi)部存在內(nèi)摩擦力，這會使流體在流動時受到阻力。二是流體靜力學。流體靜力學是研究靜止流體平衡狀態(tài)的學科。在靜止狀態(tài)下，流體不受剪切力和慣性力影響，僅受重力和外力的作用。根據(jù)流體靜力學的原理，流體內(nèi)部任一點的壓力在各個方向上都相等，這一性質(zhì)稱為靜壓強。靜壓強與流體密度、重力加速度和該點的深度有關(guān)，與方向無關(guān)。流體的靜壓力傳遞是瞬時的，即在一個封閉容器內(nèi)，當一部分流體受到壓力變化時，這個壓力變化也會瞬間傳遞到整個流體。三是流體動力學。流體動力學是研究流體運動規(guī)律的學科，涉及流體在各種力作用下的運動狀態(tài)、能量傳遞和轉(zhuǎn)換等方面。在流體動力學中，流體的運動狀態(tài)可以通過流速、流向、流量等參數(shù)來描述。流體在運動中受多種力的作用，如重力、壓力、摩擦力等，這些力共同影響流體的運動軌跡和速度分布。流體動力學還會研究流體與固體壁面之間的相互作用，如邊界層的形成和發(fā)展、渦流的產(chǎn)生和演化等。

水力學在土木工程中主要應用于以下工程：一是橋梁工程。橋梁作為跨越河流、湖泊或其他區(qū)域的結(jié)構(gòu)，其穩(wěn)定性、安全性及使用壽命都與水力學原理緊密相關(guān)。在設(shè)計階段，水力學可以幫助工程師預測和評估水流對橋梁的影響，例如橋梁的墩臺位置、形狀和尺寸需要考慮水流速度、流向、沖刷力以及泥沙沉積等因素。基于水力學分析，工程師可以確定合適的橋墩位置和形狀，以減少水流對橋墩的沖刷，提高橋梁的穩(wěn)定性。在施工過程中，水力學原理同樣重要。橋梁的施工往往需要在水域進行，涉及施工平臺的搭建、施工材料的運輸和安置等。水力學分析可以幫助工程師選擇合適的施工方法和設(shè)備，確保施工順利進行。此外，水力學還關(guān)注橋梁與周圍水域的相互作用，例如橋梁建設(shè)可能會改變水流的流向和速度，造成沖刷和淤積等。通過水力學分析，工程師可以采取相應措施，如設(shè)置護岸、護底等，以減少對周圍水域的影響。在橋梁的維護階段，水力學同樣發(fā)揮著重要的作用。隨著時間的推移，水流對橋梁的沖刷和侵蝕可能會導致橋梁結(jié)構(gòu)受損和老化。水力學分析可以幫助工程師及時發(fā)現(xiàn)和評估這些損傷，為維修和加固提供科學依據(jù)。二是海岸工程。海岸工程涉及海灘、港口、防波堤、護岸等結(jié)構(gòu)的設(shè)計、建設(shè)和維護，水力學原理能幫助工程師預測水流、波浪和潮汐等自然現(xiàn)象對海岸工程的影響，從而確保工程的安全性和穩(wěn)定性。在海岸工程的設(shè)計階段，工程師需要分析波浪的特性，以確定合適的工程結(jié)構(gòu)和尺寸，例如防波堤設(shè)計需考慮波浪的反射、繞射和折射等，以確保防波堤能夠有效減少波浪對港口的沖擊。海岸工程往往要在復雜的水域環(huán)境中建設(shè)，會遇到潮汐、海流等，工程師需要根據(jù)水力學原理選擇合適的施工方法和設(shè)備，確保施工的順利進行，例如在潮汐區(qū)進行基礎(chǔ)施工時，需要考慮潮汐引起的水位變化對施工的影響，采取相應措施來確?；A(chǔ)的安全性和穩(wěn)定性。通過水力學分析，工程師可以及時發(fā)現(xiàn)和評估海岸工程的損傷，為維修和加固提供科學依據(jù)，同時水力學還可以幫助工程師評估海岸工程的可持續(xù)性，提出相應的改進措施，以延長工程的使用壽命。三是隧道工程。隧道往往要穿越河流、湖泊或地下水豐富的地區(qū)，涉及復雜的水文地質(zhì)條件。在設(shè)計階段，工程師需要評估地下水的水位、流向、流量以及滲透性等因素，確保隧道設(shè)計的合理性和安全性，例如在隧道穿越河流時，需要考慮河流的水位變化、水流速度以及沖刷力等因素，合理設(shè)計隧道的過河段，避免水流對隧道結(jié)構(gòu)造成破壞。隧道施工涉及排水、注漿、盾構(gòu)掘進等作業(yè)，這些作業(yè)都需要根據(jù)水力學原理進行，例如在排水作業(yè)中，工程師需要根據(jù)地下水的流向和流量，合理布置排水管道和泵站，確保隧道施工過程中排水暢通；在注漿作業(yè)中，需要考慮地下水的滲透性和注漿材料的擴散性，以確保注漿效果達到預期。通過水力學分析，工程師可以及時發(fā)現(xiàn)和解決隧道內(nèi)部可能存在的滲漏水、積水等問題，確保隧道的正常運行和安全性。

作者簡介：黃友明（１９６９—），男，湖南邵陽人，廣西天柱建設(shè)管理有限公司高級工程師，研究方向為土木工程