黄万里文集-第21章
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力学各方面，学者从来都深信不疑。在美国工程力学最高学府加州工学院 Caltec
设有卡门研究所。1987 年 2 月黄万里曾去和其继承人 Brooks 教授争辩，他坚不
y
认错，而 Vanoni 教授则圆场劝和。须知从这 V ～y 线可得出 ？u ，决定着紊动强
？y
度及漩涡的定量，在理论上影响到整个紊动力学。在实用上影响到航空工程学和
河工模型试验。使整个二十世纪流体热动力学的发展没有进入一条正确的道路而 停止不前。
1985 年黄万里依据他在 1976 年发现的最大能量消散率定律研究出新的流速 垂线分布公式，其中漩涡直径 l 为
l = ？y
1 ？ y ，
h
？ = ？（y ）
这个待定的系数 ？ （读 Eta，相应英文字母 H）取代了卡门假定的常数 κ＝0。4，乃
是一个无量纲的纯数，随着水深 y 的改变的函数：
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1
ln
？ y ？ 3
？ ？
1
？ = ？ h ？
？ ？
？ ln 1 ？ 3
R
？ ？
？ * ？
R = ？*h
* v
它是依据水流横断面能量消散率最大，亦即储存率最小的定律定出的。同时也给
出了流速 u 垂线分布的公式 uy ～y，它和实测的结果，美国地质测验局专业论文
462—l，1966 E。V Richardson 所测得的，几乎完全吻合。这些已在国外水力学会
议上发表。
4．在槽流的平面上，虽在恒定流中较快的中心流线向两侧倾斜只有 1／100
左右的偏角，似乎作用不大，但这一现实的发现在实用中却启发了一些极重要的
工程新方法。例如向上游倾斜的丁坝可以截住较多的泥沙使能较快的造陆护岸。
更重要的应用这一副流作用是，德国 Z．Enqels 在著名的黄河治理的试验中，建
议河道应取复式断面，固定了中水位河岸后，螺旋流会自动淤沙于两侧浅滩，其
洄流又会冲深主槽。这方法在黄河干流的治理因流率大小变化极多而无法应用。
而黄万里主张黄河三角洲河段从郑州起设若干分水闸控制着分水分沙的流率，输
入左右两岸的流派（distributary），利用这一原理，就可远距离输送水沙，不需很
多费用，长期维持各流派槽形，既淤积了广大的黄淮海平原，又恢复了中国最大 的南北运河，根本毋需南水北调。
（三）论现行含沙水流分析中存在的缺点与错误
含沙水流属固液两体合流，凡前述清水流分析中存在的问题必然也存在于水
沙两体流中，而且还增添了更多复杂艰难的问题。首先，在现行不完善的明槽水
流的理论基础上也还没有完整的两体流水力分析理论。在模型试验中，水力学试
验和河道定床试验另添了模比的问题；而动床河道试验则更为复杂艰难，综合起 来，目前存在下列缺点和错误。
1．含沙水流的分析当今袭用清水流的全部公式，包括连续方程、运动方程、
沿程水头损失、堰流公式、模型试验的模型比公式等等。例如最简单的连续方程
？？
应用时假定含沙浓度ρ在各断面上并不随时变化，即 =0，这是不合实际的。
？t
详见黄万里《沙流连续方程含义的解释》，1972 年。必须建立一系列新的水流方
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法格局和系数，包括含沙水流的各种堰流公式，各种槽底糙率的公式和系数，含
沙多少对试验所用模比数的影响，以及上述连续方程和运动方程等等。
2．上述各种试验研究首先只能是针对恒定均匀流的，然后必须进而建立非恒
流的各种同类的公式和系数，也须通过各种试验或实测的分析。从观察实际现象
得知，在自然河槽里，凡泥沙大量的冲淤，输沙率大量的增减，造成河床剧烈的
演变，都是由非恒流的 dQ 中内含的加减速度所产生的。这要远比恒定流所产生
dt
的输沙率为大。严格地说，从紊动产生浑流起，到泥沙的输移，其间所有运动本 质上全是非恒定性的。
3．在现有的研究成果基础上，必须进一步研究在横断面上水流情况和泥沙起
落间的关系，从而得出半径验性的力学公式（俗称“数学模式”）。目前许多公式
存在着的缺点，应加以更正或重新建立。例如含沙水流垂线上流速分布的公式仍
袭用卡门的公式，只是把其中卡门常数 K=0。4 改变。这样做，是不正确的。
4。河中泥、沙和卵石的尺度大小差别很大，如今只用颗粒中径一个数值来分
析，即使只对无粘性沙粒的水沙流，其结果也是不可靠的。必须分析水沙流混合
不同粒径的代表方式，及其对于各种水流因子的数学期望值之作用。
5。为了工程设计用到河工模型试验，其适用的范围半世纪前所公认为合理的，
只限于下列三项；（1）河道中局部工程（infrastructure），如丁坝、顺坝、河槽填
挖等的工程试验；（2）溢流坝或泄流孔下游冲刷现象的实验；（3）河口尾水入海
洋、湖泊或其他已知出口水位控制以上的河道冲淤实验。对于长距离河段的河床
演变的试验则公认为只能定性不能定量。但是现今竟不加验证地普遍应用于定量
设计了。这里存在的问题有下列诸端：（1）不同模型设计究竟该用哪些模比定律，
Fnoude 数，Renold 数，……？其可靠性如何？（2）它们对于长宽比尺对高度比
尺不同的变形模型是否适用？（3）在同一水流采用不同固体为模型沙的情形下，
模比应取什么改变？等等。这些问题都可先用实验来考查，随后再归纳为定论。
二、明槽水流力学研究课题
前面讨论了现行明槽水流在沿程纵向、螺旋流形态、及含沙水流分析法中存
在的问题。为了解决这些问题，兹试拟计划，定出应于逐步研究的课题。这些课
题须按程度先后逐步研究：必先研究出前一组的各类课题，其中某些结果将应用
于次组的课题，而同一组的各领则可同时独立地进行。这工作需要多人分工合作 地进行，这是一个研究单位例应采取的步骤。
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第 1 组研究课题
I1．最大能量消散率定律 研究者（黄万里）
（推论：热动力学最大增熵率定律）
本定律已由黄万里写成论文两篇．将逐深为普遍性的物理学定律， 拟定论文名为：
《物体运动在随时不断改变的平衡状态里能量最大消散率定律》
“The Law of Maximum Rate of Continuous Energy Dissipation from
the Ever－Changing State of Instantaneous Equilibrium in Body Motion。”
Collorary：“The Law of Maximum Rate of Increase of Entropy in the
Motion of Body．”一 The reformed Second Law of Thermodynamics．
I2。 明槽水动力学基本理论方程 研究人（黄万里）
从改正 Euler 和 Navier…Stokes 定理方程出发．考虑进能耗及下游控 制和河槽阻力的影响，建立新的方程组（黄，？）
I3。 明槽恒定均匀流流线中质点的 Lagrange 方程（？）
I4．明槽恒定流垂线流速分布公式（黄）
I5．清水非恒堰流公式——尖顶堰试验研究（黄，李……） 自然落水线堰 Ogee（？）
I6．清水非恒流落水槽控制公式试验研究（？）
I7．明槽浑水恒定均匀堰流公式试验研究（？）
I8．变形模型（twisted models）试验模比律的合理性试验研究（？）
I9．泥少粒径分布公式，对张仁忠等的研究成果进一步深入（？） 第 II 组研究课题
II1．一维非恒流能耗公式研究及各种槽底糙率的分析和试验（？）
II2．恒定含沙水流垂线水沙流速分布及挟能力公式研究（黄，？）
II3．固液两体恒定均匀流动力学基本方程（？）
II4．非恒定含沙水流尖顶堰流公式（？）
II5．非恒含沙水流 Ogee 溢水汇流公式（？）
II6。 非恒含沙水流落水槽控制公式（？）
II7．明槽恒定均匀流复式断面冲淤试验研究（？）
II8．明槽恒定含沙水流模型试验模比律试验研究（？）
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第 III 组研究课题
III1．固液两体非恒流力学基本方程
III2．非恒流河槽糙率与能耗试验研究
III3．明槽非恒流冲淤与挟沙能力试验研究
III4．明槽非恒含沙水流动床试验模比律试验研究。
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水经论从 ？ 治水原理 *
著 者：铁沙 黄万里
唐山交通大学土木工程系，BSCE，1932。
美国康乃尔大学土木工程硕士，MCE，1935。
美国意利诺大学工程博士， Ph。 D。； Engg； 1937。
世界名人传记院宣称为“1997 年世界名人”
（“Wan Li Huang； Man of the Year 1997”； proclaimed
by the Biographical Institute； U。S。A。）
目 录：
第一篇。 总论
第二篇。 对于黄河治理开发的意见 第三篇。 论黄河断流及其对策
第四篇。 论黄淮海流域水利与交通的整治 第五篇。 治理黄河分流策总结
第六篇。 论海河 1963 年导洪的失误 第七篇。 长江 1998 年的洪水
第八篇。 概论江淮的治理
第九篇。 关于长江三峡修建高坝的可行性问题 第十篇。 治水原理概论
附 录： 致水利系的一封信
* 讲稿，1998 年 3 月。
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第一篇 总 论
一、人生和土地、水流、环境的关系
人类在地球上生活直接依赖的物质是土地、含氧的空气和水流，所依赖的各
种能源来自太阳。“上善若水”，老子认为水是人间最好的物质。宇宙学家考察人
类、能否在其他星球上生存，首先要看那里有无冰存在，有冰或水，连同其所含 氧，才会有人类生存。
水古简作河流之称，黄河古简称河，长江简称江，某河流简称某水。
人类生活在陆地上所消耗的水量中，约 80％用于农业，12％用于工业，8％用
于日常生活。这 80％的农业用水中过半是由降水直接供给的，降水供给农作物、
草木、及蒸发等之馀，便以地面迳流、地下渗流等方式汇入溪沟、大小河槽里成
为川流。部分川流人类用于农业灌溉、工业和生活用水，依靠自流引导或机械抽
水等方式，这是人为部分消费的水资源。在河道川流中扣除洪水和污水、另加上
降水、地下水所直接供应农作物的自然水源才是地区的水资源。
人类在陆地上主要利用土地上的气流、水流、植物、动物和矿物等生活。我
国人口众多，今称 12 亿。史载唐朝初曾调查人口只有 4，000 万，当然是不完全、
不可靠的。当时食粮主要是粟（小米）和少量稻（大米）；衣着完全靠丝织品，原
料是桑树。文人公职下岗后自称“家有十亩农田、十亩桑田，可以安居养老矣”。
直到明朝中下季才从印度传来美利坚洲的红人种植的玉蜀黍（玉米）和棉花，我
国才以玉米、小米、大米为主食，以棉织品（布）为衣着，于是人口大增。
及至近世，我国疆土虽广，由于人口多，仍嫌耕地不足。世人称道中国仅以
全球 7％的耕地、养活着全球 22％的人口，允为奇迹。今我国人口达 12 亿，设以
每人年耗 1500 立方米水量计，总量为世界各国之冠。我们必须认清：当今�
