《河流动力学》教学大纲

《河流动力学》教学大纲一、课程编号：0201053二、课程名称：河流动力学（RiverDynamics）三、学分、学时：2学分；授课学时：28；实验学时：6四、教学对象：水文与水资源工程专业本科生五、开课单位：水资源环境学院六、先修课程：水力学，自然地理学，水文测验学七、课程性质、作用、教学目标（含知识、能力、素质的要求）“河流动力学”是水文与水资源工程专业的一门必修专业基础课，它的作用是使该专业学生了解冲积河流在自然状态下以及受人工建筑物影响以后所发生变化的基本特性。流域上产生的泥沙进入支流、干流河道后，对河道的水流运动、河道演变及沿河的工业、农业、生活取排水工程有重要影响。领会学习处理复杂问题的思路及方法，能初步掌握河流泥沙运动的基本规律，分析水流泥沙运动与河道演变对环境的影响，在一定意义上，它也是一门专业课。通过本课程的学习，让本专业的学生掌握泥沙运动的观测、采集、分析、计算方法，运用所学知识去分析工程中遇到的泥沙问题。八、教学内容基本要求绪论介绍河流动力学的研究对象、研究任务、研究方法。介绍该学科的发展过程，学科的性质、地位、作用，介绍典型工程泥沙问题实例。1河道水流1．1河道水流的基本特性：二相性、三维性、非恒定性、非均匀性。1．2紊动切力：紊动切力的概念、表达式及沿水深的分布规律。1．3明渠水流垂线流速分布：流速分布的层区，对数流速分布公式介绍。1．4明渠水流阻力：阻力的表达形式及相关关系。1．5明渠水流能量的内在结构：单位水体提供能、消耗能和传递能之间的关系沿垂线分布，挟沙后的能量变化。2河流泥沙基本特性2．1泥沙的物理特性：泥沙的粒径、沙样的级配曲线、泥沙的形状、容重。2．2细颗粒泥沙表面物理化学性质：双电层结构与结合水膜，絮凝与分散现象。2．3浑水的基本特性：浑水的含沙量、流型、粘滞性。2．4泥沙的沉降速度：球体的沉降机理、泥沙的沉速公式及影响因素。2．5河流泥沙的分类：按泥沙粒径大小、泥沙运动及造床作用分类。3推移质泥沙运动3．1泥沙起动：起动的机理、泥沙起动的希尔兹关系、起动流速公式、起动的随机性、非均匀泥沙的起动。3．2推移质输沙率：均匀沙推移质输沙率公式、各类公式的基本思路、非均匀沙泥沙的处理。4悬移质泥沙运动4．1悬移质扩散理论4．2悬移质含沙量垂线分布4．3悬移质输沙率：爱因斯坦公式、拜格诺公式、水流挟沙力。4．4含沙量沿程变化：不平衡输沙概念、含沙量沿程变化方程。5沙波运动及动床阻力5．1沙波运动：沙波产生发展过程、沙波上的水流、泥沙运动特性。5．2河道阻力组成及划分：河岸阻力、河床阻力的划分。5．3动床阻力：概念、沙粒阻力、沙波阻力的划分、综合阻力。6、河床演变6．1河床演变的一般概念：河床演变基本原理、河床演变分类。6．2冲积河流的河床演变：冲积河流的河型、各种河型的水沙运动及演变特点。6．3河相关系：平衡河流、河相关系、造床流量。7河床变形计算7．1河床变形计算的基本方程7．2方程的定解条件7．3关键问题及计算步骤九、实践性环节的内容、要求（1）实验课程实验课是河流动力学课程的重要教学环节，实验课的基本要求是：观测水流泥沙运动的现象，进一步理解课堂所学理论，掌握一定的测验方法和实验技能，训练学生整理、分析试验资料，编写实验报告的能力。实验课的主要内容：泥沙的起动；推移质运动及输沙率观测；沙波形成及运动、沙波形态；局部冲刷；弯道水流泥沙运动特性；挟沙水流垂线流速分布及含沙量垂线分布。（2）习题通过习题练习，巩固和加深所学的基本理论知识、培养学生处理和解决实际问题的能力。主要习题内容有：泥沙级配曲线的绘制，特征值的计算，床沙质与冲泻质的划分。用不同公式计算不同泥沙沉速运用泥沙起动切力和起动流速进行泥沙起动计算计算河道推移质输沙率用罗斯公式分析含沙量垂线分布掌握床面阻力的划分方法十、多媒体教学手段运用的内容、要求及占用学时（或学时比例）运用《河流动力学》多媒体课件，进行多媒体辅助教学，对课堂不易讲授清楚的概念，如泥沙的运动方式、沙波运动、河道演变等内容，可充分发挥多媒体课件声音、动态演示的优势，较好理解课程的难点、重点内容。多媒体辅助教学课件的运用时间为总课程的20%～30%左右。十一、教材及参考书教材：《河流动力学》王昌杰主编，人民交通出版社，2001年2月。主要参考书：《河流泥沙动力学》，谢鉴衡主编，水利电力出版社，1990年。《河流动力学》，张书农、华国祥编，水利电力出版社，1988年。《泥沙运动力学》，钱宁，万兆惠，科学出版社，1984十二、考核方式考试十三、教学大纲说明本课程的知识点相对分散，公式较多，学生反映不太好学，因此，在本课程教学中应该以泥沙运动作为主线，以泥沙起动、推移质运动和悬移质运动的运动规律的分析理解作为重点，进而对理解泥沙运动对水流阻力、水流运动加以理解掌握。河床