《河流動力學》教學大綱

《河流動力學》教學大綱一、課程編號：0201053二、課程名稱：河流動力學（RiverDynamics）三、學分、學時：2學分；授課學時：28；實驗學時：6四、教學對象：水文與水資源工程專業(yè)本科生五、開課單位：水資源環(huán)境學院六、先修課程：水力學，自然地理學，水文測驗學七、課程性質(zhì)、作用、教學目標（含知識、能力、素質(zhì)的要求）“河流動力學”是水文與水資源工程專業(yè)的一門必修專業(yè)基礎(chǔ)課，它的作用是使該專業(yè)學生了解沖積河流在自然狀態(tài)下以及受人工建筑物影響以后所發(fā)生變化的基本特性。流域上產(chǎn)生的泥沙進入支流、干流河道后，對河道的水流運動、河道演變及沿河的工業(yè)、農(nóng)業(yè)、生活取排水工程有重要影響。領(lǐng)會學習處理復雜問題的思路及方法，能初步掌握河流泥沙運動的基本規(guī)律，分析水流泥沙運動與河道演變對環(huán)境的影響，在一定意義上，它也是一門專業(yè)課。通過本課程的學習，讓本專業(yè)的學生掌握泥沙運動的觀測、采集、分析、計算方法，運用所學知識去分析工程中遇到的泥沙問題。八、教學內(nèi)容基本要求緒論介紹河流動力學的研究對象、研究任務、研究方法。介紹該學科的發(fā)展過程，學科的性質(zhì)、地位、作用，介紹典型工程泥沙問題實例。1河道水流1．1河道水流的基本特性：二相性、三維性、非恒定性、非均勻性。1．2紊動切力：紊動切力的概念、表達式及沿水深的分布規(guī)律。1．3明渠水流垂線流速分布：流速分布的層區(qū)，對數(shù)流速分布公式介紹。1．4明渠水流阻力：阻力的表達形式及相關(guān)關(guān)系。1．5明渠水流能量的內(nèi)在結(jié)構(gòu)：單位水體提供能、消耗能和傳遞能之間的關(guān)系沿垂線分布，挾沙后的能量變化。2河流泥沙基本特性2．1泥沙的物理特性：泥沙的粒徑、沙樣的級配曲線、泥沙的形狀、容重。2．2細顆粒泥沙表面物理化學性質(zhì)：雙電層結(jié)構(gòu)與結(jié)合水膜，絮凝與分散現(xiàn)象。2．3渾水的基本特性：渾水的含沙量、流型、粘滯性。2．4泥沙的沉降速度：球體的沉降機理、泥沙的沉速公式及影響因素。2．5河流泥沙的分類：按泥沙粒徑大小、泥沙運動及造床作用分類。3推移質(zhì)泥沙運動3．1泥沙起動：起動的機理、泥沙起動的希爾茲關(guān)系、起動流速公式、起動的隨機性、非均勻泥沙的起動。3．2推移質(zhì)輸沙率：均勻沙推移質(zhì)輸沙率公式、各類公式的基本思路、非均勻沙泥沙的處理。4懸移質(zhì)泥沙運動4．1懸移質(zhì)擴散理論4．2懸移質(zhì)含沙量垂線分布4．3懸移質(zhì)輸沙率：愛因斯坦公式、拜格諾公式、水流挾沙力。4．4含沙量沿程變化：不平衡輸沙概念、含沙量沿程變化方程。5沙波運動及動床阻力5．1沙波運動：沙波產(chǎn)生發(fā)展過程、沙波上的水流、泥沙運動特性。5．2河道阻力組成及劃分：河岸阻力、河床阻力的劃分。5．3動床阻力：概念、沙粒阻力、沙波阻力的劃分、綜合阻力。6、河床演變6．1河床演變的一般概念：河床演變基本原理、河床演變分類。6．2沖積河流的河床演變：沖積河流的河型、各種河型的水沙運動及演變特點。6．3河相關(guān)系：平衡河流、河相關(guān)系、造床流量。7河床變形計算7．1河床變形計算的基本方程7．2方程的定解條件7．3關(guān)鍵問題及計算步驟九、實踐性環(huán)節(jié)的內(nèi)容、要求（1）實驗課程實驗課是河流動力學課程的重要教學環(huán)節(jié)，實驗課的基本要求是：觀測水流泥沙運動的現(xiàn)象，進一步理解課堂所學理論，掌握一定的測驗方法和實驗技能，訓練學生整理、分析試驗資料，編寫實驗報告的能力。實驗課的主要內(nèi)容：泥沙的起動；推移質(zhì)運動及輸沙率觀測；沙波形成及運動、沙波形態(tài)；局部沖刷；彎道水流泥沙運動特性；挾沙水流垂線流速分布及含沙量垂線分布。（2）習題通過習題練習，鞏固和加深所學的基本理論知識、培養(yǎng)學生處理和解決實際問題的能力。主要習題內(nèi)容有：泥沙級配曲線的繪制，特征值的計算，床沙質(zhì)與沖瀉質(zhì)的劃分。用不同公式計算不同泥沙沉速運用泥沙起動切力和起動流速進行泥沙起動計算計算河道推移質(zhì)輸沙率用羅斯公式分析含沙量垂線分布掌握床面阻力的劃分方法十、多媒體教學手段運用的內(nèi)容、要求及占用學時（或?qū)W時比例）運用《河流動力學》多媒體課件，進行多媒體輔助教學，對課堂不易講授清楚的概念，如泥沙的運動方式、沙波運動、河道演變等內(nèi)容，可充分發(fā)揮多媒體課件聲音、動態(tài)演示的優(yōu)勢，較好理解課程的難點、重點內(nèi)容。多媒體輔助教學課件的運用時間為總課程的20%～30%左右。十一、教材及參考書教材：《河流動力學》王昌杰主編，人民交通出版社，2001年2月。主要參考書：《河流泥沙動力學》，謝鑒衡主編，水利電力出版社，1990年?！逗恿鲃恿W》，張書農(nóng)、華國祥編，水利電力出版社，1988年?！赌嗌尺\動力學》，錢寧，萬兆惠，科學出版社，1984十二、考核方式考試十三、教學大綱說明本課程的知識點相對分散，公式較多，學生反映不太好學，因此，在本課程教學中應該以泥沙運動作為主線，以泥沙起動、推移質(zhì)運動和懸移質(zhì)運動的運動規(guī)律的分析理解作為重點，進而對理解泥沙運動對水流阻力、水流運動加以理解掌握。河床