数学模型在水利工程设计中的应用研究

CWT 中国水运 2019·07

119景观设计在水利工程建设中的研究与应用郭霞（德州市水利勘察设计研究院，山东 德州 253014）摘　要：水利工程建设，不仅对国民经济发展起到了巨大的促进作用，而且为改善人们的工作、生活方式创造了有利条件。同时，水利建设也给生态环境和社会环境带来了一系列问题，大部分水利建筑均沿河湖而建，给人的印象都是呆板、单调的混凝土形象。随着社会的进行，大众审美情趣的提高，水利工程与周边地形结合而产生的景观和美学要求，值得探索与尝试。关键词：水利工程；景观；设计中图分类号：TV5 文献标识码：A 文章编号：1006—7973（2019）07-0119-02DOI编码：10.13646/ki.42-1395/u.2019.07.0481前言近年来，我国水利事业取得了长足进步，但由于以前建设水利工程时只侧重于水利技术要素的要求，对河流两岸的生态景观建设重视程度不够，从而忽略了水利工程周边的生态景观建设。随着经济社会的持续快速发展，人们对水利工程的其他功能需求在不断提高，要求河流两岸能够给人们提供休闲、娱乐的空间。本文结合拦河闸设计中的景观设计实践，对景观设计在水利工程建设中的研究与应用进行了一些探索。2项目背景本报告以一引水渠道拦河闸为例，拦河闸所处位置较为特别，渠道上、下游存在4.43m的高差，因此本项目设计考虑拦河闸所处位置的特殊性，结合实际地形，利用上、下游水头差，在拦河闸下游两岸护坡增设景观喷泉。工程位置处渠底高程为16.43m，下游渠底调和为12.00m，正常输水流量80m3/s，上游水位为19.63m，下游水位为15.50m，水面差为4.13m。工程位置处渠道长度40.5m，宽度14.0m，闸下渠道底部为阶梯状，阶梯末端以跌水相连，详见图1。图1 工程位置处纵剖面图3喷泉景观效果3.1设计思路渠道正常过流条件下，闸门完全开启，考虑在渠道外两侧引出管道，沿纵向形成两排喷泉，利用上下游水头差或水泵加压以增加景观效果。设计引水管路依照普通U型管道原理，将闸上河水引入管道，管道在不同位置设置垂向喷水管道，喷水管道出口加装喷嘴，增加水压，使其产生喷水景观效果。两侧设计喷嘴为阶梯喷泉形式，上游高，下游低，形成阶梯型喷泉管路，设计方案如图2所示。根据CJJT-222-2015《喷泉水景工程技术规程》，喷泉管材宜选用不锈钢管、铜管、热镀锌钢管等，连接方式采用螺旋连接，而热镀锌钢管具有抗腐蚀能力强、造价低廉等优点，故给水管管材选取镀锌钢管。根据《国标热镀锌钢管规格、尺寸理论重量表》，主给水管道选用管径DN100mm，根据喷头规格及技术参数，支输水管道选用管径DN20mm，根据喷头安装条件及使用注意事项，喷头前2m的供水管道不能有弯头（采用软管）和阀门，必须提供稳定的水流，故喷头前2m附件采用垂直管路设计，同时考虑喷泉出流后水体应流向下游，在不加水泵条件下喷嘴高程应高于下游边界水位。图2 渠道旁管道示意图3.2计算依据管路入口处于闸上水面以下，可采用伯努利方程计算各喷嘴处速度水头。公式为：whgvgpzgvgpz+++=++222222221111αραρ其中，1z，2z为上下游过流断面水位；1p，2p为上下游过流断面压强；1v，2v为上下游过流断面流速；Wh为上下游过流断面间能量损失。管道流量连续公式：nQQQQ+++=21入口3.3管径设计120 CWT 中国水运 2019·

模型制作于家具设计教学中的应用与研究

[摘要] 对于家具设计与制造专业来说，家具模型制作是具体反映学生从二维设计走向三维表现的重要环节，是家具设计师必备技能，本文紧紧围绕什么是模型、模型与家具产品开发设计、家具模型制作在家具设计专业中的重要性和家具模型制作与家具造型设计课程结合模式四个方面进行探讨和研究，阐明了家具模型制作在家具设计专业中的重要性，这对于家具设计课程教学改革有一定的启示作用。

[关键词] 模型家具模型制作家具设计

一、什么是模型

模型是按照一定的比例的实物微缩。

模型是设计师传递，解释，展示设计项目，思路的重要工具和载体，是产品设计中的一种设计表达方式。设计师在承担某项设计的过程中运用各种媒介，技巧和手段，选择立体的形式把自己的设计构思表现出来，以展示设计作品的一些性格及品质特征，是设计方案的一种设计形象载体。

模型最能直观地体现和表达出设计思想，制作过程使设计思想更明了、更直接的出现在人们面前。是一种验证设计的科学性，合理性和可行性的一种较为直接和有效的方法或手段。

模型制作是设计师将设想与意图综合美学、工艺学、人机工程学、哲学、科技等学科知识，凭借对各种材料的驾驭，用以传达设计理念、塑造出具有三维空间的形体，从而以三维形体的实物来表现设计构想，并以一定的加工工艺及手段来实现设计的具体形象化的设计过程。

模型制作是种体验，是设计者将设计构想以形体、色彩、尺寸、材质进行具象化整合的体验；也是交流、研讨、评估，以及进一步调整、修改和完善设计方案的合理性的有效的实物参照。

二、家具模型制作与家具产品开发设计

家具模型制作在家具新产品开发中具有特殊的作用，是家具产品造型设计的重要阶段,是家具设计过程中的一项重要表达方式,是设计师按照自己的设计意图,制作表达出来的立体形象,能够有效的弥补平面表达中不能解决的许多空间问题,使新产品更直观、更具体。

家具模型制作，其制作的程序、方法与过程，由于具有实体的可视化特征，可以对设计效果与设计的可行性进行评估或反复推敲。因此，家具产品模型制作也是进一步完善和优化设计的过程。

２０１７年第ｌ０期　

总第４７０期　教育观察　

结构模型设计与制作在土木工程　

课堂教学中的应用研究　

霍海峰于鸽陈旭　

（中国民航大学机场学院，天津３００３００）　

摘要：结构模型设计与制作富有创造性和挑战性，在土木工程课堂教学中引入结构模型设计与制作可以有效　

激发学生的求知欲望，并锻炼其实践能力。本文对土木工程课堂教学中引入结构模型设计与制作的可行性进行了分　

析，并对具体实施过程进行了探讨。　

关键词：第二课堂；结构模型；实践能力　

一、背景　

土木工程是具有较强应用性和实践性的专业，其要求教　

师在教学中重点培养学生的工程应用能力。而传统的教学模　

式在教授学生专业技能时往往过多关注理论知识的讲解，较　

少对实践环节进行专门训练。其弊端主要体现在两个方面：　

第一，教师的课堂教学和实验设计多表现为对教材的生搬硬　

套，缺乏对学生进行工程环节的锻炼；第二，学生缺乏对实物　

进行观察、分析和认识的过程。　

新时代的土木工程师面临着越来越多的挑战，对高校土　

木工程专业培养应用型人才提出了更高的要求。因此，教师　

在教学过程中需要创新实践项目的训练设置，将第一课堂与　

第二课堂结合起来，使学生在创新实践中获得新的体验。　

二、引入　

结构模型设计与制作作为一种创新实践训练方式，是实　

现土木工程专业个性化教育的有效手段，这种方式打破了传　

统的“教师主讲、学生主听”的被动教学模式，转为“教师指导、　

学生动手”的创新型和实践型应用人才培养模式。在结构模　

型设计与制作过程中，土木工程专业的学生将承担三种不同　

角色的任务，分别为建筑师、结构师和施工员。结构模型从最　

初的建筑设计到结构受力分析、承载变形能力验算，再到模型　

的制作与加工，均由学生独立创作、亲自实施。　

结构模型设计与制作的学习不仅是学生的学习过程，也　

是专业教师的教学研究过程。其可促进理论与实践、教学与　

应用的有机统一，促进专业教师由知识讲授者向创新实践引　

导者的角色转变。　

三、要求　

数理基础科学在水利工程中的应用

水利工程是指以控制水资源的流动、利用和调剂为目的，通过建设和管理各类水工设施和水利设备，保障人类生产和生活需求的工程领域。数理基础科学是指数学和物理学等学科的基础理论和方法。在水利工程中，数理基础科学的应用不仅可以提高工程的设计和施工效率，还可以提升工程的可靠性和安全性。

一、流体力学在水利工程中的应用

流体力学是研究流体的力学性质和流动规律的学科，是水利工程中不可或缺的数理基础科学。在水利工程中，流体力学的应用主要包括以下几个方面。

1. 水流的流速和压力分布的计算

在水利工程中，需要根据工程的具体情况计算水流的流速和压力分布。通过流体力学的理论知识，可以建立数学模型，利用方程和计算方法来计算水流的流速和压力分布，从而确定工程中的水力条件。

2. 水力特性的研究和分析

水利工程需要详细研究和分析水流的水力特性，如流速、压力、水位等。通过流体力学的分析方法，可以了解水流在各种工况下的性质和变化规律，从而为水利工程的设计和改进提供科学依据。

3. 水流的阻力和阻力损失的计算 水流在流动的过程中会受到各种阻力的作用，这些阻力会导致能量损失和压力降低。通过流体力学的计算方法，可以准确地计算水流的阻力和阻力损失，为水利工程的设计和运行提供重要参考。

二、土力学在水利工程中的应用

土力学是研究土体力学性质和力学行为的学科，对于水利工程的设计和施工起着重要的作用。在水利工程中，土力学的应用主要包括以下几个方面。

1. 土壤的力学性质和参数的确定

水利工程中常常需要对土壤的力学性质进行研究和分析，如土壤的强度、变形和渗透性等。通过土力学的试验和分析方法，可以确定土壤的力学参数和性质，为水利工程的设计和施工提供可靠的依据。

2. 土体的稳定性分析和计算

水利工程中的土体结构，如坝体、堤坝和挡水墙等，需要进行稳定性分析和计算，以保证工程的安全性和可靠性。通过土力学的理论和计算方法，可以对土体的稳定性进行评估，确定相应的施工方案和措施。