水力學(xué)是基于流體力學(xué)的基本原理來分析水流運(yùn)動(dòng)的科學(xué)，是土木工程和機(jī)械工程專業(yè)的主要科目之一。其主要適用于對(duì)河、川、湖、沼及海岸等自然水域現(xiàn)象的闡明，和對(duì)水壩、灌溉水渠、輸油管等設(shè)施及流體機(jī)械等的設(shè)計(jì)工作。
　　土木工程和機(jī)械工程專業(yè)的學(xué)生在本科的時(shí)候需要數(shù)個(gè)學(xué)期學(xué)習(xí)水力學(xué)。因此為方便這些學(xué)生的學(xué)習(xí)，市面上出版了許多相關(guān)的教材。與此同時(shí)，隨著人們?cè)絹碓疥P(guān)心環(huán)境問題，水力學(xué)的適用范圍也逐漸擴(kuò)展到環(huán)境科學(xué)領(lǐng)域。對(duì)于自然界的動(dòng)植物來說，水是不可或缺的自然資源。而且，各種各樣的化學(xué)物質(zhì)、能量、懸浮物、溶解性氣體等都是通過流體來運(yùn)輸?shù)�，所以在研究環(huán)境動(dòng)態(tài)方面，水力學(xué)的知識(shí)也是十分重要的。但由于環(huán)境科學(xué)專業(yè)的學(xué)生需要學(xué)習(xí)的科目涉及多個(gè)方面，只有少數(shù)大學(xué)將水力學(xué)設(shè)置為環(huán)境科學(xué)專業(yè)必修課。
　　因此，環(huán)境科學(xué)專業(yè)的學(xué)生會(huì)在研究生階段，配合學(xué)習(xí)研究需要，在短時(shí)間內(nèi)學(xué)習(xí)水力學(xué)的相關(guān)知識(shí)。但是對(duì)他們而言，以工程學(xué)專業(yè)的學(xué)生為對(duì)象的水力學(xué)教材往往十分難學(xué)。這是因?yàn)榇蠖鄶?shù)的水力學(xué)教材都是以工程學(xué)專業(yè)必修的力學(xué)為基礎(chǔ)來編寫的，從時(shí)間上來說，環(huán)境科學(xué)專業(yè)的學(xué)生學(xué)習(xí)力學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)也是比較困難的。
　　為此，我們以并不一定具備力學(xué)知識(shí)的環(huán)境科學(xué)專業(yè)的學(xué)生為對(duì)象，嘗試編寫一本新形式教材，來講授“環(huán)境水力學(xué)”課程。
　　本書的主要內(nèi)容：
　�。�1）對(duì)水力學(xué)的初學(xué)者來說，在學(xué)習(xí)過程中一般會(huì)遇到一些障礙，其中“連續(xù)體假設(shè)”“變形和應(yīng)力的線性假設(shè)”“基于歐拉法的偏微分方程”是比較困難的部分。這些概念對(duì)水力學(xué)的老師來說雖然是不言自明，但對(duì)學(xué)生來說卻難以在腦海中勾勒其“圖像”。因此，本書在第一部分中簡單地分析講解了日常生活中的“守恒定律的概念”和“連續(xù)體的概念”，并導(dǎo)出了通用的“輸送方程”，通過這種方法也許可以降低上述三個(gè)概念的難度。此外，輸送方程不僅適用于流體的運(yùn)動(dòng)，也適用于能量守恒定律，是環(huán)境學(xué)中最基本的方程。
　�。�2）一般輸送方程用于水力學(xué)時(shí)，會(huì)加入水流所特有的條件。其中有幾個(gè)部分并沒有進(jìn)行詳細(xì)講解，隨著閱讀的深入，也許會(huì)有同學(xué)產(chǎn)生疑問，比如“為什么我們假定流體不可壓縮時(shí)，其密度還是會(huì)發(fā)生變化？”“我可以理解伯努利方程中含有動(dòng)能和勢(shì)能，但為什么壓力也是能量呢？”“為什么要假設(shè)水面上的水粒子一直在水面上呢？”等。編者在研究生時(shí)期也持有這些疑問。因此在第二部分中，承接第一部分，對(duì)這些點(diǎn)進(jìn)行了說明。
　�。�3）環(huán)境學(xué)中的水力學(xué)的適用對(duì)象是二維或三維的現(xiàn)象，但不熟悉偏微分方程的同學(xué)在初次學(xué)習(xí)的時(shí)候總是會(huì)感到混亂。因此在第三部分，編者便從三個(gè)角度應(yīng)用了第一、第二部分所講到的原理，來對(duì)一維明渠中的現(xiàn)象進(jìn)行了解釋說明，包括能量守恒、動(dòng)量守恒和波動(dòng)現(xiàn)象。雖然大多數(shù)的水力學(xué)教材中已經(jīng)包含了這幾部分，但本書使用了編者自己編寫的例題，比較容易理解。此外，由于在環(huán)境學(xué)上并非必要，所以在工程學(xué)專業(yè)的教科書中詳細(xì)講解的管路流體在本書中就不再贅述。
　�。�4）前面也已經(jīng)提到，環(huán)境科學(xué)專業(yè)的學(xué)生的研究對(duì)象（不是指實(shí)驗(yàn)室中的）在野外都是二維或三維現(xiàn)象。而這些在工程學(xué)專業(yè)也被納入擴(kuò)展或研究的范圍，只通過一個(gè)學(xué)期的講解來學(xué)習(xí)是比較困難的。但如果完全不涉及的話，也許會(huì)有同學(xué)覺得“那我們?yōu)槭裁匆獙W(xué)習(xí)水力學(xué)呢？”。因此，在第四部分，我們選取了水平二維及垂直二維的環(huán)境現(xiàn)象中最基本的一些內(nèi)容，對(duì)其特征進(jìn)行講解。
　　本書的亮點(diǎn)特色：
　　水力學(xué)中包含大量的偏微分方程，但僅通過看的方式就能理解方程意思的同學(xué)幾乎沒有，連從事水力學(xué)課程研究數(shù)十年的編者也無法做到。因此本書為了減輕學(xué)習(xí)此門水力學(xué)的負(fù)擔(dān)，進(jìn)行了以下努力：
　�。�1）較多使用圖解和示意圖。
　�。�2）詳細(xì)展示推導(dǎo)公式的過程。
　�。�3）反復(fù)確認(rèn)語句和符號(hào)的意思。
　　也許水力學(xué)專家會(huì)認(rèn)為“只要能夠把要點(diǎn)整理得更加清晰就可以”，但是環(huán)境科學(xué)專業(yè)的學(xué)生除了水力學(xué)以外還要學(xué)習(xí)其他各種科目（如化學(xué)反應(yīng)工程、生物生態(tài)學(xué)、地理學(xué)等），他們可能并不想再耗費(fèi)時(shí)間去自己展開方程，或者為確認(rèn)一個(gè)符號(hào)來回翻頁。“只通過閱讀就能夠馬上理解”才是較為理想的狀態(tài)。所以對(duì)他們來說，比起“（教師看來）要點(diǎn)整理清晰的教材”，應(yīng)該更能接受“反復(fù)確認(rèn)語句和符號(hào)意思的教材（因?yàn)橐呀?jīng)理解的部分可以跳過）”。