游泳運動員在不同游泳環境下的比較研究

李旭鴻，仇宏濤，岳海濤，楊紅春，湯能能

(1.浙江體育科學研究所，浙江 杭州 310004；2. 浙江師范大學 體育與健康科學學院，浙江 金華 321004；3.寧波市游泳訓練基地，浙江 寧波 315000)

·運動生物力學·

游泳運動員在不同游泳環境下的比較研究

李旭鴻1，仇宏濤2，岳海濤2，楊紅春1，湯能能3

(1.浙江體育科學研究所，浙江 杭州 310004；2. 浙江師范大學 體育與健康科學學院，浙江 金華 321004；3.寧波市游泳訓練基地，浙江 寧波 315000)

通過游泳水槽與泳池的比較學研究發現當蛙泳運動員游速在1.28、1.32和1.36m/s、及自由泳游速在1.90m/s時，運動員在水槽中的動作頻率顯著低于在游泳池的動作頻率，而其他速度下時運動員在水槽中的動作頻率有低于泳池中的趨勢，但并沒有統計學的顯著差異。在同一速度下，運動員的血乳酸在水槽游和泳池游后沒有顯著不同，但即刻心率在水槽游后顯著地低于泳池游。我們推測造成這種下降的原因是運動員在水槽中有了更明確的參照物，因此可以保持更完整有效的技術，從而可以在更高游速下保持較低的動作頻率。水槽游后即刻心率的下降也從另一個側面說明了這種技術效率提高的觀點。

游泳；參數；比較

游泳水槽提供了穩定可調的水流速度，不僅讓運動員感覺像在泳池里面游泳，同時運動員在水槽里進行相對靜止地運動，這樣就容易對運動員在運動過程中實施生理生化、生物力學等方面的測試，提供了與實際運動最為相似的測試環境。在1995年，Hay J.G. 和Do Carmo, J.比較了兩種游泳環境下運動員動作頻率的不同，發現運動員在水槽中的動作頻率在相同速度下會高于泳池[1,2]；Wilson教授等于1998年也對運動員在水槽和泳池中的技術參數進行了比較，發現運動員在1.4m/s游速以下時頻率沒有顯著區別，當游速增加到1.6m/s時，在水槽中的動作頻率略高于泳池中動作頻率，并且有顯著性差異[3]。但是在以上兩個研究中，受試者的游泳水平大多數介于業余與專業水平之間，因此運動員對技術和游速的控制還不是非常精確；李旭鴻等在水槽中的研究發現，蛙泳運動員在不同游速下劃水頻率沒有顯著性差異；而自由泳運動員當游速在1.55m/s～1.70m/s時，二者的劃水頻率并沒有顯著性的差異。因此，有必要對游泳運動員在游泳水槽和泳池的游進頻率和生理參數進行綜合比較，以此作為我們開展進一步游泳研究的一個基礎[4～6]。與此同時，游泳頻率僅是游泳運動員技術參數的指標之一，同時劃臂時相比如抓水、抱水、推水及水上騰空時間的長短決定了劃水頻率的快慢，以劃臂時相來研究游泳運動員的技術參數特點更具有說服力。因此本研究著重以自由泳運動員的劃臂分段時相為重點來研究游泳運動員在不同游泳環境的技術參數差異[6-10]。

1 研究方法

1.1研究對象

蛙泳運動員10名和自由泳運動員12名，所有平均年齡18.5±1.5歲，平均身高175±5.2cm，從事游泳專業訓練年限平均4.2±1.2年，其中絕大多數運動員都以達到國家健將水平。

1.2實驗模式

1.2.1 在50m標準池中：所有蛙泳運動員和6名自由泳運動員在大池蹬邊進行8×50m遞增游，1min30s包干，游速控制在每個50m較前一個50m快一秒左右，直到最后一個50m全力。自由泳和蛙泳運動員分別要求出發5m和15m前出水開始第一次劃手，并從5m和15m開始計時，同時記錄運動員的動作次數和到邊后的即刻心率和血乳酸，最后計算運動員在實際游程中的平均動作頻率(次/min)和游進速度(m/s)。

1.2.2 在水槽中：在同一天，根據運動員在大池中完成的速度，相應設定每個運動員在水槽中的游速，然后同樣要求運動員進行8×30s的勻速游，記錄游進過程的平均動作頻率和完成后即刻心率和血乳酸。

1.2.3 另外6名自由泳運動員為短距離運動員，要求在50m標準池進行4×50m出發全力游，記錄動作頻率并計算其實際的游進速度，發現絕大多數運動員的游程速度在1.90m/s；然后隔天要求運動員在水槽中以1.90m/s的速度進行4×25s的勻速游，同時記錄平均動作頻率。

1.2.4 選擇其中10名男自由泳運動員另外分別在水槽和泳池進行兩次測試，在水槽里兩次的強度分別相當于50m個人最好成績的90%和95%，在泳池里兩次的強度分別為50m個人最好成績的90%和100%，兩次實驗的間隔為一天。通過游泳水槽的三線運動測試系統及水下三維攝像系統拍攝技術動作、圖像采集、錄像解析，進行游泳運動技術診斷。劃水時相定義如下T1：手尖入水到手掌抱水(下劃)，這個時相不產生推進力，其目的是使運動員的手臂形成抓水姿勢，為產生推進力準備；T2：手掌抱水到手臂屈至接近900(內劃)，該時相是第一個產生主要推進力的動作時相階段；T3：內劃結束時開始到手接近大腿是結束(上劃)，上劃接近結束時，運動員的手一般達到劃水的最高速度；T4：手尖入水到手尖出水的時間(水下單側劃臂周期)；T5：手尖出水到手尖入水的時間(空中移臂)[11-16]。

1.3統計方法

個體重復測量的統計方法(ANOVA - SPSS)被用來比較運動員在兩種不同的環境下同一游速時的動作頻率、即刻心率和血乳酸。由于每個運動員的游進速度不盡相同，因此我們只選定了同樣速度下的動作頻率進行比較。

2 實驗結果與討論

2.1游泳水槽和泳池中的游進頻率和生理參數的比較

所有運動員在水槽和泳池兩種游泳環境下的動作頻率比較列于表1和2；即刻心率和血乳酸的比較結果列于表3。

表1 蛙泳運動員在游泳池和水槽中不同游速下動作頻率的比較

*顯著性差異，<0.05;表2-4同

表2 自由泳運動員在游泳池和水槽中不同游速下動作頻率的比較

表3 蛙泳運動員在游泳池和水槽中不同游速下血乳酸和心率的比較

表4 自由泳運動員在游泳池和水槽中不同游速下血乳酸和心率的比較

統計結果顯示，當蛙泳運動員游速在1.28m/s、1.32m/s和1.36m/s、自由泳游速在1.90m/s時，運動員在水槽中的動作頻率顯著低于在游泳池的動作頻率，而其他速度下時運動員在水槽中的動作頻率有低于泳池中的趨勢，但并沒有統計學的顯著差異。在同一速度下，運動員的血乳酸在水槽游和泳池游后沒有顯著不同，但即刻心率在水槽游后顯著地低于泳池游(見表3、4)。

根據運動員和教練員的主觀感覺，他們往往認為由于在水槽中游進是在動水中游動，因此運動員的抓水(手入水后到開始推水前)會比在靜水中游動時的時間要短，或者抓水要更快；同時，運動員也加快了整個動作周期的時間，只有這樣運動員才能保持在固定的位置不至于被水推回。但是，根據流體力學的原理，運動員理論上在這兩種環境下的技術動作是沒有差別的，因為運動員相對水的速度是一樣的。在1995年Hay J.G. 和1998年Wilson教授的比較研究中，均發現兩種游泳環境下運動員動作頻率的不同，尤其是在較高流速時，運動員在水槽的劃頻明顯高于泳池[2-3]。這一結果與我們研究的結果完全相反，造成這一結果的原因可能有以下幾個方面：一是受試者的專業背景不完全相同。在我們的研究中，受試者全部是已經從事游泳專業訓練4-5年的健將級運動員，他們對游泳技術的掌握和控制明顯好于其他兩個研究中的受試者，這一優勢使運動員在不同的環境下游泳時仍能保持良好的技術。另外，根據我們實驗室未被證實的經驗，對比同樣成績的運動員，技術流暢和水感好的運動員往往在水槽中可以游得更輕松、游的時間也更長些。二是在水槽環境下游泳時，運動員有了更好的參照環境，他們可以在保持身體位置不退回的前提下盡量減慢動作頻率以節省體力。同樣時根據我們的經驗，運動員往往在水槽訓練時更容易獲得較好的技術感覺，這也恰恰說明運動員在水槽環境里有了更清晰的參照物后可以更好地專注于游泳技術的效果，這可能也是我們在實驗中發現水槽游時動作頻率更低的主要原因之一。三是在高速水槽游和泳池游后的即刻心率的不同也從另一個側面說明了運動員在水槽游時更注重了技術的效率，從而付出的生理代價也就明顯地降低了。

2.2運動員不同速度下在水槽和泳池里的T1時相特征

圖1 運動員在兩種實驗環境里分別與速度和劃水時間T1的曲線

通過10名自由泳運動員在水槽和泳池里的測試結果，可以發現在泳池里隨著測試強度(速度)的增加，自由泳運動員入水后的T1時相會明顯降低。同樣這個時相特征也適用于水槽里(見圖1)。使用SPSS10.0統計軟件得出T1時相與自由泳運動員相應的速度呈顯著性負相關具體見表4。說明自由泳運動員不論在水槽還是在泳池里提高運動成績即速度的方式是加快劃水頻率，也就是要減少T1時相。

表5 各個時相與速度的相關分析結果

注：**表示非常顯著差異p<0.01,*表示顯著差異p<0.05

2.3運動員不同速度下在水槽和泳池里的T2時相特征

圖2 運動員在兩種實驗環境里分別與

從10名自由泳運動員的測試結果看出，隨著強度的增加不論在水槽還是泳池里其T2時相都會所降低，其中水槽里強度增加后T2時相的最大差值為0.07s，而泳池里的最大差值為0.08s(圖2)。

這說明運動員在水槽和泳池里進行訓練和測試，只要增加強度(速度)抓水就會困難，從而就降低了抱水的時間，水槽這個特征更明顯一點。原因是由于水槽里的水是動態的，運動員在抱水方面要比在泳池里差一點。但總體來說不論是水槽還是泳池，運動員的速度如何變化他們的T2時相還是相差不多的。另外從統計的角度來看自由泳運動員的T2時相與相對應的速度沒有相關性，說明自由泳運動員不管在水槽還是在泳池里訓練和測試，其T2時相不會隨著速度的變化而產生顯著性變化。這一論點在T. Yanai的研究中得到部分的支持[4]。

2.4運動員不同速度下在水槽和泳池里的T3時相特征

圖3 運動員在兩種實驗環境里分別與速度和劃水時間T3的曲線

從測試結果來看，自由泳運動員在水槽和泳池里不論以何種強度其T3時相是基本一致的(圖3)。眾所周知運動員在追求速度時最直接有效的方法就是提高劃水和打腿的頻率，從游泳的劃臂技術特征與劃水周期節奏分析，最為耗時的時相應該是T2+T3，它占整個劃臂周期時段的3/4。根據競技水平的不同，時間大約為0.60～0.80s上下浮動，這一時段在每一劃臂周期中也是身體速度的加速段，原因就是該時相分段產生推進力，其中T3占40%～50%。從統計的角度來看，速度與T3時相是不相關的，也就是說實驗環境對于時相T3是影響很小的。

2.5運動員不同速度下在水槽和泳池里的T4時相特征

圖4 運動員在兩種實驗環境里分別與速度和劃水時間T4的曲線

從圖4可以看出，自由泳運動員隨著強度的增加，不管是在泳池還是水槽里他們的T4時相反而降低，泳池里的降低幅度要高于水槽。從理論上講T4=T1+T2+T3，其中T2和T3是產生推進力的，而T1只能產生阻力，所以有的運動員雖然T4時相很高，但是產生的速度并不是很高，原因就是T1的時相太大，沒有持續產生推進力的平臺時間即T2+T3。所以運動員若想提高自己的成績就要想法提高自己的水下劃水產生推進力的平臺時間T2+T3，盡量入水后就要抱住水，當然這樣就會比較累，上肢肌肉反應也會很大，特別三角肌很容易疲勞。所以平時要加強訓練有效部位的肌肉力量，提高入水后就要抱水的認識。

從統計上來看，雖然T4時相和速度呈顯著負相關，由于T4=T1+T2+T3，T1與速度呈顯著負相關，而T2、T3與對應的速度沒有相關性，所以不能認為T4越低自由泳運動員的速度就越高，運動成績越好。

2.6運動員不同速度下在水槽和泳池里的T5時相特征

圖5 運動員在兩種實驗環境里分別與速度和劃水時間T5的曲線

從圖5可以看出，自由泳運動員隨著強度的增加，不論在水槽還是泳池里他們的水上騰空T5時相是降低的。但是由于運動員的體形、力量、體能和技術動作等方面的影響，各自的騰空時相T5是不同的。

當自由泳運動員全速游的時候不論在水槽還是泳池其T5騰空時相是差別不多的，但是在泳池里當強度不是很高時，運動員的騰空時間T5就明顯高于強度和水槽里的T5。其中在泳池里強度下降10%，最大T5時相差值為0.42s，而在水槽里強度下降5%，最大T5時相差值為0.08s。間接的說明泳池的T5時相受強度或者速度的影響因子要高于水槽。

3 小 結

3.1 運動員在絕大多數的中低速游時，在水槽和泳池兩種環境下的動作頻率和生理參數都沒有明顯區別；但是在高游速情況下，在水槽中的動作頻率明顯下降。水槽游后即刻心率的下降也從另一個側面說明了這種技術效率提高的觀點。

3.2 自由泳運動員在水槽和泳池里，隨著強度或者速度的增加他們的T1、T4和T5時相都明顯降低，而T2和T3時相總體上是保持不變。

3.3 水槽里的T1、T4和T5的時相隨著強度或者速度的變化，他們的變化幅度要低于在泳池里。

3.4 運動員在水槽和泳池中動作頻率、劃手時相和生理參數的比較僅僅是對比研究的開始部分，今后我們還將更多的技術參數進行比較，例如劃手路線、每個動作周期內的速度波動、推進力等。

[1] 徐心浩,仰紅慧,李旭鴻，等．游泳水槽在現代游泳訓練和科研中應用[J].體育科學,2006,26(10):70-74．

[2] Hay J.G. and Do Carmo, J. Swimming Techniques Used in the Flume Differ from Those Used in a Pool. Proceedings XV ISB Congress. University of Jyvaskyla,1995:372-373.

[3] Wilson,B.D.,H.Takagi,and D.L.Pease(1998).Technique Comparison of Pool and Flume Swimming.VIII International Symposium on Biomechanics and Medicine in Swimming,University of Jyv skyl in Jyv skyl,Finland．

[4] Toshimasa Yanai. Stroke Frequency in Front Crawl：Its Mechanical Link to the Fluid Forces Required in Non-propulsive Direction[J]. Journal of Biomechanical,2003,36:53-62.

[5] 許曉東，馬吉光. 水下攝像對少兒游泳技術動作改進的作用[J].中國體育教練員，2007，33(3).

[6] 李旭鴻,仰紅慧,徐心浩,等.對自由泳運動員在水槽和泳池訓練技術參數的相關研究[J].中國體育科技,2008,44(4):87-90.

[7] 林洪，閻超，何楓,等．游泳運動技術優化與創新的研究[J]. 體育科學，2006，26(4)：40-57.

[8] 仰紅慧. 蛙泳技術及對阻力推進力影響的研究[D]. 上海體育學院，2005:67.

[9] 仰紅慧，李旭鴻,等.游泳水槽三線運動分析系統的應用介紹及二次研發的構想[J].體育科研，2006，27(2)：65-67.

[10] Budd Termin,M. S. & David R. Pendergast, ED, D. Training Using the Stroke Frequency-velocity Relationship to Combine Biomechanical and Metabolic Paradigms[J].Journal Swimming Research，2004，14:8-17.

[11] Carelli,C.,D.R.Pendergast & B.Termin.Energetics of Swimming at Maximal Speed in Human[J].Europe Journal Appl.Physiol,1998，78:385-383.

[12] D.Chollet, S.Chalies, J.C.Chatard. A New Index of Coordination for the Crawl: Description and Usefulness[J]. International Journal Sports Medicine, 2000，21:54-59.

[13] F.Potdevin, B.Bri, M.Sideny.Stroke Frequency and Arm Coordination in Front Crawl Swimming[J]. International Journal Sports Medicine, 2006, 27:193-198.

[14] G.P.Millet.Coordination in Front Crawl in Elite Triathletes and Elite Swimmers[J]. International Journal Sports Medicine, 2002，23:99-104.

[15] LI XU-hong,Yang Hong-hui. Comparison of some Biomechanic Parameters of Breaststroke Swimming in Flume and Swimming pool[R].Proceeding of the XXIV International Symposium on Biomechanics in Sports,2006(1):254-257.

[16] L.Seifert & D.Chollet And B.G.Bardy.Effect of Swimming Velocity on Arm Coordination in the Front Crawl:A Dynamic Analysis[J]. Journal of Sports Science, 2004，22: 651-660.

ResearchComparisononSwimmersinDifferentSwimmingCircumstances

LI Xu-hong1，QIU Hong-tao2,YUE Hai-tao2,YANG Hong-chun1，TANG Neng-neng3

(1.Zhejiang Research Institute of Sports Science, Hangzhou 310004, China； 2．Institute of Physical Education，Zhejiang Normal University ,Jinhua 321004, China; 3.Swimming Trainning Center of Ningbo,Ningbo 315000,China)

When we compared the stroke frequency with the gradual increase of swimming speed, we found that the stroke frequency is significantly slower in the flume than in the swimming pool at 1.28、1.32 and 1.36m/s in the breaststroke and 1.90m/s in the freestyle. However, in the speed which is slower than 1.28m/s in the breaststroke and 1.90 in the freestyle, we found that there is no significant statistic difference in the stroke frequency between the flume swimming and pool swimming. With the same speed, there is no significant difference in the blood lactate after swimming, but the maximum heart stroke is significantly slower after the flume swimming as oppose to the pool swimming. It is our speculation that the swimmers could control the technique better in the flume because they had the reference in the flume when they swam, and consequently, retained a relatively more completed and effective technique and lower stroke frequency at a relatively higher speed. Lower heart stroke after flume swimming is also supportive to the view of improvement of technique efficiency after flume swimming.

swimming；parameter；comparison

2010-12-30

李旭鴻(1976-)，男，江蘇徐州人，在讀博士研究生，研究方向：運動生物力學理論與方法.

1004-3624(2011)03-0110-04

G804.21

A