《海岸动力学》课程教学大纲

1、海岸动力学课程教学大纲一、课程基本信息英文名称Coastal Hydrodynamics课程编号343100160课程类型专业必修课课程学分2课程学时36适用专业港口航道与海岸工程先修课程高等数学、水利工程概论、水力学、海岸工程水文后修课程港口水工建筑物、港海工程施工课程负责人课程团队、二、课程性质与定位海岸动力学是港口航道与海岸工程专业的一门重要的专业必修课。本课程是在掌握水力学和水文学等基本知识的基础上，运用数学手段诠释海岸动力基本规律。其主要任务是要使学生认识和掌握海岸动力因子基本理论及其运动变化规律、海岸动力引起的泥沙运动；泥沙运动引起的相应的岩滩演变规律。使学生在港口选址，港口及航道

2、的淤积及海岸变形方面有一定的基础认识，为研究港口及航道等的工程施工及港口水工建筑物的设计计算打下一定的基础。三、课程目标1.知识目标通过学习，应掌握以下主要内容：1）海岸动力环境的基础知识，微幅波理论、有限振幅波理论以及各种波浪理论的适用范围；2）波浪短期统计特性以及波浪谱概念；3）波浪传播变形、辐射应力以及波生流物理产生机理；4）推移质输沙率、悬移质输沙率、波流共同作用下的输沙率；5）海滩平衡剖面概念；6）海滩上的泥沙运动与岸线变形；7）淤泥质海岸上港口及航道回淤量的估算方法。2.能力目标1）能够利用海岸动力学基本知识，认识自然界海岸的演变规律，并能指导海岸工程设计和施工活动；2）能够利用泥

3、沙运动规律指导港口及航道回淤量的设计计算；3）掌握本领域相关课题的基本研究方法。 3.素质目标通过对海岸动力学理论知识的加深，培养对海洋工程的兴趣和为国家海洋事业做贡献的信心，并能增强创新意识和环保意识。四、主要内容和要求第一章 概论【目的要求】1、掌握 海岸动力学相关的基本概念；2、熟悉 海岸动力学的研究内容；3、了解 海岸动力学的研究方法、发展简史和专业的关系。【教学设计建议】多媒体教学方式，展示与该课程相关的自然现象和工程实例。【讲授内容】1、海岸类型和基本概念；2、海岸与河口地貌特征；3、海岸侵蚀和淤积；4、海岸动力因素；5、海岸工程。【自学内容】1、本课程研究内容和方法。第二章 波浪

4、理论第一节 概述【目的要求】1、掌握 波浪分分类；2、熟悉 波浪运动的描述方法和控制方程；3、了解 波浪控制方程的定解条件。【教学设计建议】板书课堂讲授，对波浪运动的控制方程和定解条件进行推导。【讲授内容】1、波浪分类；2、波浪运动的描述方法和控制方程。第二节 微幅波理论【目的要求】1、掌握 微幅波的势函数、色散方程、质点运动轨迹、压力场、波能流；2、熟悉 微幅波控制方程和定解条件、微幅波的速度场和加速度场；3、了解 波群和波群速度、驻波。【教学设计建议】板书传统讲授微幅波基本理论公式；多媒体展示微幅波质点运动轨迹、波群和驻波等。【讲授内容】1、微幅波控制方程和定解条件；2、微幅波理论解微幅波

5、势函数和色散方程；3、微幅波的速度场和加速度场；4、微幅波的质点运动轨迹；5、微幅波的波能和波能流。【自学内容】1、波群和波群速度；2、驻波。第三节 斯托克斯波理论【目的要求】1、掌握 斯托克斯波与微幅波的区别与联系；2、熟悉 二阶斯托克斯波的流体质点速度、质点轨迹和质量输移；3、了解 斯托克斯波的二阶解。【教学设计建议】板书讲述斯托克斯波的二阶阶；多媒体展示斯托克斯波的质点运动轨迹以及与微幅波的区别。【讲授内容】1、斯托克斯波的二阶解；2、二阶斯托克斯波的流体质点速度、质点轨迹和质量输移。第四节 浅水非线性波理论【目的要求】1、掌握 椭圆余弦波和孤立波的波面形式和适用条件；2、熟悉 椭圆余弦

6、波和孤立波的基本理论；3、了解 椭圆余弦波和孤立波的解。【教学设计建议】多媒体展示椭圆余弦波和孤立波的波面形式和使用条件；板书展示基本理论和解。【讲授内容】1、椭圆余弦波理论简介；2、孤立波理论简介。第五节 随机波浪理论简介（自学）【目的要求】1、掌握 波浪谱的基本定义；2、熟悉 随机波统计理论基本原理；3、了解 Newman谱、P-M谱等多种风浪频谱。【教学设计建议】多媒体展示自学要点；采用翻转课堂验证学习效果。【讲授内容】1、随机波统计理论基础；2、海浪谱理论概述。第三章 波浪传播和破碎第一节 波浪边界层和底摩擦力【目的要求】1、掌握 波浪近底边界层最大底面剪切应力计算方法；2、熟悉 边界

7、层的流速分布和摩阻损失；3、了解 底摩阻力引起的波高衰减公式。【教学设计建议】板书传统推导边界层内流速和摩阻损失基本公式【讲授内容】1、造成波浪能量损失的原因；2、边界层基本定义；3、层流边界层内流速和摩阻损失；4、紊流边界层内的流速和摩阻损失；5、底摩阻引起的波高衰减。第二节 波浪浅水变形、折射和绕射【目的要求】1、掌握 波浪守恒定律；波浪浅水变形规律；波浪折射和绕射的现象；2、熟悉 波浪浅水变形、折射、绕射后的波高计算方法；3、了解 波浪浅水变形、波浪折射和绕射的基本理论推导。【教学设计建议】板书传统讲授波浪浅水变形、绕射和折射的基本原理；多媒体展示波浪浅水变形、绕射和折射的现象，以及波要

8、素变化规律等。【讲授内容】1、波浪守恒定律；2、波浪浅水变形；3、波浪的折射；4、波浪折射引起的波向线和波高的变化；5、波浪的绕射。第三节 水流对波浪运动的影响（自学）【目的要求】1、掌握 波浪在河口附近的折射现象；2、熟悉 水流对波浪运动的影响；3、了解 水流中波浪运动的解。【教学设计建议】多媒体展示自学要点；组织分组讨论或翻转课堂。【讲授内容】1、波浪在河口附近的折射现象；2、水流中波浪运动的解；3、水流对波浪运动的影响。第四节 波浪破碎【目的要求】1、掌握 破碎波类型和波浪破碎判别指标；2、熟悉 破波带的概念；3、了解 波浪破碎的原因。【教学设计建议】板书传统讲述波浪破碎的判别方法，算例

9、教学；多媒体课堂展示破碎波的类型以及破波带的分区。【讲授内容】1、波浪破碎的原因；2、破碎波的类型；3、极限波陡和破碎指标；4、破波带。第四章 近岸水流运动特性【目的要求】1、掌握 潮汐和潮流的概念；水流速度垂向分布规律；2、熟悉 波浪对水流速度垂向分布的影响；波浪和水流共同作用的底摩擦力的计算；3、了解 公式的推导过程。【教学设计建议】板书传统讲授和多媒体展示相结合；组织分组讨论学习或翻转课堂。【讲授内容】1、潮汐和潮流的概念；2、平衡潮理论；3、紊流边界层内的流速和摩阻损失；4、波浪对水流垂向分布的影响；5、波浪和水流共同作用的底摩擦力。【自学内容】1、潮汐调和分析；2、天然河口潮波运动基

10、本特征；第五章 海岸波生流【目的要求】1、掌握 辐射应力、波浪增减水、沿岸流、裂流和近岸环流的基本概念；以及辐射应力分量分量与波浪增减水、沿岸流、裂流和近岸环流的关系；2、熟悉 辐射应力的表达式；波浪增减水计算；3、了解 公式的推导过程。【教学设计建议】板书传统讲授和多媒体展示相结合；组织分组讨论学习或翻转课堂。【讲授内容】1、波浪破碎引起的动量转移；2、辐射应力的概念及其张量表达式；3、辐射应力表达式；4、波浪增水和减水；5、平直海岸沿岸流；6、裂流和近岸环流的产生机理。【自学内容】1、海岸垂向环流；2、海岸低频波浪；第六章 泥沙基本特性第一节 沙质泥沙特性【目的要求】1、掌握 单颗粒泥沙沉

11、速的计算；2、熟悉 单颗粒泥沙的特性以及波浪对沙粒的分选作用；3、了解 泥沙的群体特性。【教学设计建议】多媒体教学，分组讨论或翻转课堂。【讲授内容】1、单颗粒泥沙特性：泥沙粒径、泥沙颗粒的形状、泥沙颗粒密度；2、单颗粒泥沙沉速及其计算方法；3、泥沙的群体特性：泥沙粒径分布、孔隙率、容重和水下休止角；4、波浪对沙粒的分选作用；5、算例。第二节 粘性泥沙特性【目的要求】1、掌握 泥沙的电化学性质和絮凝现象； 2、熟悉 粘性泥沙的沉降过程；3、了解 【教学设计建议】多媒体教学，分组讨论或翻转课堂。【讲授内容】1、泥沙电化学性质；2、粘性细颗粒泥沙的絮凝；3、粘性泥沙的沉降和固结：絮凝沉降、制约沉降、

12、群体沉降和密实过程；第三节 粉沙特性（自学）【目的要求】1、掌握 粉沙的基本特性；2、熟悉 粉沙海岸开挖航槽遇到的困难；3、了解 粉沙的界定。【教学设计建议】分组讨论或翻转课堂。【讲授内容】1、粉沙的粒径区间；2、粉沙的共性特征；3、粉沙海岸的工程问题。第四节 泥沙运动方式【目的要求】1、掌握 泥沙运动方式的分类；2、熟悉 推移质运动与悬移质运动的定义；3、了解 推移质与悬移质的区别。【教学设计建议】多媒体教学，分组讨论或翻转课堂。【讲授内容】1、海岸地区泥沙运动方式的分类；2、推移质运动；3、悬移质运动；4、推移质与悬移质的区别。第七章 沙质海岸泥沙运动第一节 泥沙起动【目的要求】1、掌握

13、泥沙起动判别方法；2、熟悉 临界希尔兹数的确定方法；3、了解 泥沙运动界限水深。【教学设计建议】板书传统讲授，多媒体案例展示，分组讨论或翻转课堂。【讲授内容】1、泥沙起动判数；2、临界希尔兹数；3、泥沙起动判别算例；4、泥沙运动界限水深。第二节 沙纹和沙纹上的泥沙运动【目的要求】1、掌握 沙纹对泥沙运动的影响；2、熟悉 沙纹类型；3、了解 沙纹的成因。【教学设计建议】板书传统讲授，多媒体案例展示，分组讨论或翻转课堂。【讲授内容】1、沙纹的形成和类型；2、沙纹对推移质运动的影响；3、沙纹引起的悬移质运动；第三节 推移质输沙率【目的要求】1、掌握 输沙率基本概念；2、熟悉 两种方法建立的推移质输沙

14、率的计算方法；波浪平衡输沙率公式；3、了解 利用基本公式计算航道淤积厚度。【教学设计建议】板书传统讲授，多媒体案例展示，分组讨论或翻转课堂。【讲授内容】1、推移质输沙率概念及几种表达方式；2、基于受力分析的推移质输沙率；3、基于能量原理的推移质输沙率；4、两种原理的适用条件；5、波浪平衡输沙公式。第四节 悬移质含沙量和输沙率【目的要求】1、掌握 悬移质含沙量和输沙率的基本概念；2、熟悉 悬移质输沙率的计算；3、了解 悬移质含沙量沿水深的分布规律。【教学设计建议】板书传统讲授，多媒体案例展示，分组讨论或翻转课堂。【讲授内容】1、悬移质含沙量分布；2、含沙量分布算例；3、悬移质输沙率；4、悬移质输

15、沙率算例。第五节 全沙输沙率、平衡输沙和不平衡输沙、沿岸输沙（自学）【目的要求】1、掌握 全沙输沙率、平衡输沙和不平衡输沙、沿岸输沙的基本概念；2、熟悉 全沙输沙率的计算方法；3、了解 公式推导过程。【教学设计建议】多媒体展示自学要点，分组讨论或翻转课堂。【讲授内容】1、全沙输沙率；2、平衡输沙和挟沙力；3、不平衡输沙；4、沿岸输沙率；5、沿岸输沙率在海滩横断面上的分布。第八章 沙质海岸形态和变形第一节 海岸剖面形态【目的要求】1、掌握 沙坝坡面和滩肩剖面对的转化条件；2、熟悉 建筑物钱的海岸剖面变形；3、了解 海岸坡度和平衡剖面。【教学设计建议】板书传统讲授，多媒体案例展示，分组讨论或翻转课

16、堂。【讲授内容】1、沙坝剖面和滩肩剖面；2、海滩剖面的转化条件；3、平衡剖面；4、海岸坡度；5、建筑物前的海岸剖面变形；第二节 海岸平面形态【目的要求】1、掌握 海岸形态分类；2、熟悉 海岸平衡岸线的概念；3、了解 海岸工程建筑物引起的岸线长期变形。【教学设计建议】板书传统讲授，多媒体案例展示，分组讨论或翻转课堂。【讲授内容】1、海岸形态分类：堆积性海岸、侵蚀性海岸及平衡海岸；2、海岸平衡岸线的概念；3、沿岸输沙率处处为零的平衡岸线；4、岸线形状不变但可以平行前进或后退的平衡岸线；5、离岸岛屿区的平衡岸线；3、海岸工程建筑物引起的岸线长期变形。【自学内容】1、沿岸输沙的现场调查和实测方法；2、

17、凸堤、岛堤引起的海岸线变形案例；第三节 海岸变形的计算（自学）【目的要求】1、掌握 海岸变形的计算方法的选用；2、熟悉 一线模型计算岸线变形；3、了解 海岸变形的数值计算方法。【教学设计建议】多媒体展示自学要点，分组讨论或翻转课堂。【讲授内容】1、海岸剖面变形计算；2、计算岸线变形的一线模型；3、数值计算方法；第九章 淤泥质海岸泥沙运动和岸滩演变【目的要求】1、掌握 淤泥的流变特性；2、熟悉 粘性细颗粒泥沙运动规律；淤泥质海岸地形变化；3、了解 港池和航道回淤计算。【教学设计建议】板书传统讲授，多媒体案例展示，分组讨论或翻转课堂。【讲授内容】1、淤泥流变特性：流体型淤泥流变特性、浮泥流变特性、

18、粘性土流变特性；2、水流作用下粘性泥沙运动规律：泥沙起动、粘性泥沙冲刷率和淤积率、粘性泥沙的输移；3、波浪作用下粘性泥沙的运动规律：淤泥引起的波浪衰减、波浪作用下淤泥输移、波浪作用下泥床泥沙变化；3、淤泥质海岸地形变化控制方程；4、淤泥质海岸剖面变化；5、淤泥质海岸工程建筑物附近的岸滩演变；6、淤泥质海岸平均含沙量估算；7、淤泥质浅滩上航道淤积计算；8、港池淤积计算。第十章 海岸防护【目的要求】1、掌握 海岸防护的类型；2、熟悉 各种海岸防护的作用；3、了解 海岸防护措施的选用。【教学设计建议】多媒体案例展示，分组讨论或翻转课堂。【讲授内容】1、海岸硬防护：护岸、丁坝、离岸堤、潜堤和人工岬角；2、海岸软防护：人工养滩、人工输沙和生物防护措施；3、海岸包含措施的组合应用。【自学内容】1、海岸变形的估算方法。五、教学条件多媒体教室。六、学时分配建议表理论教学内容学时第一章 概论2第二章 波浪理论4第三章 波浪传播和破碎4第四章 近岸水流运动特性4第五章 海岸波生流4第六章 泥沙基本特性4第七章 沙质海岸泥沙运动4第八章 沙质海岸形态和变形4第九章 淤泥质海岸泥沙运动和岸滩演变4第十章 海岸防护2合计36七、实施建议1、教学组织教学方式：传统教学与现代信息技术结合；教学方法和手段：讲授法为主，讨论法与直观演示法为辅；教学具体内容