河流泥沙动力学.docx
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河流泥沙动力学
《河流动力学》课程规范（讲授+实验）
、课程概况
课程号
HBX220017
课程名称
河流动力学
课程英文名称
RiverDynamics
总学时数/周数
32/5学分
2
讲授学时
实验实习
284
28学时4周数
开课单位
理工学院
适用专业
水利水电专业
课程类别
拓展教育课程
修读方式
选修
先修课程
水力学
考核方式
考核方式：
平时成绩和期末成绩综合测评。
期末考试：
闭卷。
成绩构成比例：
期末考试占70%;平时成绩占20%，实验成绩占10%平时成绩：
主要依据考勤及平时作业情况综合评分。
教材及主要教学参考书
教材：
张瑞瑾.河流泥沙动力学[M].中国水利水电出版社，2014.主要参考书：
[1]王昌杰•《河流动力学》[M].人民交通出版社，2004.
[2]邵学军，等•《河流动力学概论》[M].清华大学出版社，2005.
课程简介
《河流动力学》课程是水利水电工程专业的一门专业教育课。
是研究河道在自然状态下以及受人工建筑物控制以后在水流与河床相互作用的过程中运动发展的力学规律的一门课。
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。
河床演变应与水流泥沙运动相联系。
能力培养任务
通过本课程的学习，使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。
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。
、课程知识、能力体系
《河流动力学》课程知识（能力）体系
序号
知识单元描述
知识点
对应能力
学时
要求
1
第一章河流动力学基本概念简介
河道水流的基本特性；河道水流的水流结构；河道水流的紊动及阻力损失。
掌握河道水流的基本特性
2
了解
2
第一章泥沙的特性
河流泥沙来源；泥沙的矿物特性与分类；泥沙的几何特性与重力特性。
熟练掌握泥沙的基本特性
3
掌握
3
第三章泥沙的沉速
沉降公式；泥沙沉降的不同形式、影响沉速的几个主要因素。
熟悉泥沙沉降的不同形式并熟练掌握泥沙的沉降公式
3
熟悉
4
第四章泥沙的起动
泥沙起动的物理机理、均匀沙的起动条件、非均匀沙的起动条件、斜坡上泥沙的起动流速、止动和扬动流速。
熟练掌握泥沙的起动形式与条件
4
掌握
5
第五章沙坡运动及动
床阻力
沙坡形态和运动状态、沙坡的发展过程和形成机理；床面形态的判别标准、沙坡尺度及其运行速度；动床阻力。
能熟练掌握沙坡运动与动床阻力
3
熟悉
6
第六章推移质输沙率
推移质简介；均匀推移质输沙率公式与非均匀推移质输沙率公式；估算推移质输沙率的其他方法；用统计理论处理推移质输沙率问题的新进展。
掌握推移质的概念，并能估算
推移质输沙率
3
掌握
7
第七章悬移质运动基本状态及含沙量沿垂线分布
悬移质及其运动基本状态；悬移质运动的质量平衡及含沙量沿垂线分布。
掌握悬移质运动基本状态和
2
掌握
8
第八章悬移质运动的能量平衡及水流挟沙力
重力理论述评、制紊假说、水流挟沙力。
掌握悬移质运动的能量平衡，
能计算水流挟沙力
3
掌握
9
第九章高含沙水流问题
高含沙水流的基本特性与泥沙运动及河床演变特点。
能解决高含沙水流问题
2
掌握
10
第十章异重流
异重流的现象、一般特性、基本力学规律；水库异重流和河渠异重流。
掌握异重流的现象、特性以及基本力学规律。
了解一般常见的异重流
3
掌握
“要求”指学生对知识、能力掌握的熟练程度，填写：
了解、熟悉、掌握
三、教学内容及基本要求
理论教学部分（按章节顺序填写）学时：
2
早
第1早河流动力学基本概念间介
教学目的和要求
通过学习后，要求学生能够：
1、掌握河道水流的基本特性；2、了解河道水流的水流结构；3、了解河道水流的紊动及阻力损失；
重点和难点
重点：
河道水流的基本特性。
难点：
河道水流的基本特性。
“三基”分析
基本知识：
河流动力学基本概念、河道水流的水流结构、河道水流的紊动及阻力损失。
基本理论：
河流的基本特性
基本方法：
弯道环流、水流紊动
教学内容与学时分配
教学内容（2学时）
1.1河道水流的基本特性（1.0学时）
1.2河道水流的水流结构（0.5学时）
1.3河道水流的紊动及阻力损失（0.5学时）
教学方法与教学手段
教学方法：
1.米用“以多媒体教学为主、板书为辅”的方式，多种教学手段相互补充，使课堂教学与实验教学相结合。
2.启发引导为主，从重知识目标转向重智能目标上转变。
3.线上教学与线下教学相结合，借助网络等方式搭建师生交流和互动的平台。
教学手段：
1.理论讲授和实例讲解相结合。
2.通过课堂现场互动，达到“以学生为本、师生互动”的目的，充分调动学生的学习积极性和主动性。
本早思考题
河道水流有哪些基本特性？
主要参考资料
[1]王昌杰.《河流动力学》[M].人民交通出版社，2004.
[2]邵学军，等.《河流动力学概论》[M].清华大学出版社，2005.
备注
早
第2章泥沙的特性
教学目的和要求
通过学习后，要求学生能够：
1、了解河流泥沙来源；2、熟悉泥沙的矿物特性与分类；3、掌握泥沙的几何特性；4、掌握泥沙的重力特性。
重点和难点
重点：
泥沙的矿物特性与分类、泥沙的几何特性、泥沙的重力特性。
难点：
泥沙的几何特性、重力特性。
“三基”分析
基本知识：
河流泥沙来源、泥沙的矿物特性与分类、泥沙的特性。
基本理论：
泥沙淤积理论
基本方法：
筛选分析
教学内容与学时分配
教学内容（3学时）
2.1河流泥沙来源（0.5学时）
2.2泥沙的矿物特性与分类（0.5学时）
2.3泥沙的几何特性（1.0学时）
2.4泥沙的重力特性（1.0学时）
教学方法与教学手段
教学方法：
1.米用“以多媒体教学为主、板书为辅”的方式，多种教学手段相互补充，使课堂教学与实验教学相结合。
2.启发引导为主，从重知识目标转向重智能目标上转变。
3.线上教学与线下教学相结合，借助网络等方式搭建师生交流和互动的平台。
教学手段：
1.理论讲授和实例讲解相结合。
2.通过课堂现场互动，达到“以学生为本、师生互动”的目的，充分调动学生的学习积极性和主动性。
本早思考题
影响干容重的因素有哪些？
主要参考资料
[1]王昌杰.《河流动力学》[M].人民交通出版社，2004.
[2]邵学军，等.《河流动力学概论》[M].清华大学出版社，2005.
备注
早
第3章泥沙的沉速
教学目的和要求
通过学习后，要求学生能够：
1、熟悉泥沙沉降的不同形式；2、掌握沉速公式；3、熟悉影响沉速的几个主要因素。
重点和难点
重点：
沉速公式。
难点：
沉速公式。
“三基”分析
基本知识：
泥沙沉降的不同形式、沉速公式。
影响沉降的几个主要因素。
基本理论：
泥沙沉速推导
基本方法：
斯托克斯法、张瑞谨法、冈恰洛夫法、沙玉清法
教学内容与学时分配
教学内容（2学时）
3.1泥沙沉降的不同形式（0.5学时）
3.2沉速公式（1.0学时）
3.3影响沉速的几个主要因素（0.5学时）
教学方法与教学手段
教学方法：
1.米用“以多媒体教学为主、板书为辅”的方式，多种教学手段相互补充，使课堂教学与实验教学相结合。
2.启发引导为主，从重知识目标转向重智能目标上转变。
3.线上教学与线下教学相结合，借助网络等方式搭建师生交流和互动的平台。
教学手段：
1.理论讲授和实例讲解相结合。
2.通过课堂现场互动，达到“以学生为本、师生互动”的目的，充分调动学生的学习积极性和主动性。
本早思考题
试推导球体沉速公式
主要参考资料
[1]王昌杰.《河流动力学》[M].人民交通出版社，2004.
[2]邵学军，等.《河流动力学概论》[M].清华大学出版社，2005.
备注
早
第4章泥沙的起动
教学目的和要求
通过学习后，要求学生能够运用：
1）掌握泥沙起动的物理机理；
2）掌握均匀沙的起动条件；3）了解非均匀沙的起动条件；4）了解斜坡上泥沙的起动流速；5）掌握止动和扬动流速。
重点和难点
重点：
泥沙起动的物理机理、均匀沙的起动条件、止动和扬动流速。
难点：
泥沙起动的物理机理、均匀沙的起动条件。
“三基”分析
基本知识：
泥沙的起动的物理机理、均匀沙与非均匀沙的起动条件、止动和扬动流速。
基本理论：
泥沙起动的临界条件
基本方法：
张瑞谨法、唐存本法、窦国仁法、希尔兹法
教学内容与学时分配
教学内容（4学时）
4.1泥沙起动的物理机理（1.0学时）
4.2均匀沙的起动条件（1.0学时）
4.3非均匀沙的起动条件（0.5学时）
4.4斜坡上泥沙的起动流速（0.5学时）
4.5止动和扬动流速（1.0学时）
教学方法与教学手段
教学方法：
1.米用“以多媒体教学为主、板书为辅”的方式，多种教学手段相互补充，使课堂教学与实验教学相结合。
2.启发引导为主，从重知识目标转向重智能目标上转变。
3.线上教学与线下教学相结合，借助网络等方式搭建师生交流和互动的平台。
教学手段：
1.理论讲授和实例讲解相结合。
2.通过课堂现场互动，达到“以学生为本、师生互动”的目的，充分调动学生的学习积极性和主动性。
本早思考题
什么是希尔兹数？
主要参考资料
[1]王昌杰.《河流动力学》[M].人民交通出版社，2004.
[2]邵学军，等.《河流动力学概论》[M].清华大学出版社，2005.
备注
早
第5章沙坡运动及动床阻力
教学目的和要求
通过学习后，要求学生能够运用：
1、熟悉沙坡形态和运动状态；
2、掌握沙坡的发展过程和形成机理；3、熟悉床面形态的判别标准；
4、熟悉沙坡尺度及其运行速度；5、了解动床阻力。
重点和难点
重点：
沙坡形态和运动状态、沙坡的发展过程和形成机理、床面形态的判别标准、沙坡尺度及其运行速度。
难点：
沙坡的发展过程和形成机理。
“三基”分析
基本知识：
沙坡运动
基本理论：
沙波运动规律基本方法：
推导法、扌田述法
教学内容与学时分配
教学内容（3学时）
5.1沙坡形态和运动状态（0.5学时）
5.2沙坡的发展过程和形成机理（1.0学时）
5.3床面形态的判别标准（0.5学时）
5.4沙坡尺度及其运行速度（0.5学时）
5.5动床阻力（0.5学时）
教学方法与教学手段
教学方法：
1.米用“以多媒体教学为主、板书为辅”的方式，多种教学手段相互补充，使课堂教学与实验教学相结合。
2.启发引导为主，从重知识目标转向重智能目标上转变。
3.线上教学与线下教学相结合，借助网络等方式搭建师生交流和互动的平台。
教学手段：
1.理论讲授和实例讲解相结合。
2.通过课堂现场互动，达到“以学生为本、师生互动”的目的，充分调动学生的学习积极性和主动性。
本早思考题
沙波的床面形态有哪些？
主要参考资料
[1]王昌杰.《河流动力学》[M].人民交通出版社，2004.
[2]邵学军，等.《河流动力学概论》[M].清华大学出版社，2005.
备注
早
第6章推移质输沙率
教学目的和要求
通过学习后，要求学生能够：
1掌握推移质基本概念；2、掌握均匀推移质输沙率公式；3、掌握非均匀推移质输沙率公式；4、了解估算推移质输沙率的其他方法；5、了解用统计理论处理推移质输沙率问题的新进展。
重点和难点
重点：
均匀推移质输沙率公式、非均匀推移质输沙率公式。
难点：
均匀推移质输沙率公式、非均匀推移质输沙率公式。
“三基”分析
基本知识：
均匀与非均匀推移质输沙率公式、估算推移质输沙率的其他方法。
基本理论：
公式推导
基本方法：
梅耶彼得公式
教学内容与学时分配
教学内容（3学时）
6.1概述（0.5学时）
6.2均匀推移质输沙率公式（1.0学时）
6.3非均匀推移质输沙率公式（1.0学时）
6.4估算推移质输沙率的其他方法（0.3学时）
6.5用统计理论处理推移质输沙率问题的新进展（0.2学时）
教学方法与教学手段
教学方法：
1.米用“以多媒体教学为主、板书为辅”的方式，多种教学手段相互补充，使课堂教学与实验教学相结合。
2.启发引导为主，从重知识目标转向重智能目标上转变。
3.线上教学与线下教学相结合，借助网络等方式搭建师生交流和互动的平台。
教学手段：
1.理论讲授和实例讲解相结合。
2.通过课堂现场互动，达到“以学生为本、师生互动”的目的，充分调动学生的学习积极性和主动性。
本早思考题
如何理解梅耶彼得公式的物理意义？
主要参考资料
[1]王昌杰.《河流动力学》[M].人民交通出版社，2004.
[2]邵学军，等.《河流动力学概论》[M].清华大学出版社，2005.
备注
理论教学部分（按章节顺序填写）学时:
2
早
第7章悬移质运动基本状态及含沙量沿垂线分布
教学目的和要求
通过学习后，要求学生能够：
1、掌握悬移质及其运动基本状态；
2、掌握悬移质运动的质量平衡及含沙量沿垂线分布。
重点和难点
重点：
悬移质及其运动基本状态、悬移质运动的质量平衡及含沙量沿垂线分布。
难点：
悬移质运动的质量平衡及含沙量沿垂线分布。
“三基”分析
基本知识：
悬移质运动基本状态及含沙量沿垂线分布
基本理论：
水流紊动、泥沙分布
基本方法：
奥布莱恩--劳斯公式
教学内容与学时分配
教学内容（2学时）
7.1悬移质及其运动基本状态（1.0学时）
7.2悬移质运动的质量平衡及含沙量沿垂线分布（1.0学时）
教学方法与教学手段
教学方法：
1.米用“以多媒体教学为主、板书为辅”的方式，多种教学手段相互补充，使课堂教学与实验教学相结合。
2.启发引导为主，从重知识目标转向重智能目标上转变。
3.线上教学与线下教学相结合，借助网络等方式搭建师生交流和互动的平台。
教学手段：
1.理论讲授和实例讲解相结合。
2.通过课堂现场互动，达到“以学生为本、师生互动”的目的，充分调动学生的学习积极性和主动性。
本早思考题
悬移质沿铅锤水深方向的分布规律？
主要参考资料
[1]王昌杰.《河流动力学》[M].人民交通出版社，2004.
[2]邵学军，等.《河流动力学概论》[M].清华大学出版社，2005.
备注
早
第8章悬移质运动的能量平衡及水流挟沙力
教学目的和要求
通过学习后，要求学生能够：
1、了解重力理论述评；2、掌握制紊假说；3、掌握水流挟沙力。
重点和难点
重点：
制紊假说、水流挟沙力。
难点：
制紊假说。
“三基”分析
基本知识：
悬移质运动的能量平衡、制紊假说及水流挟沙力
基本理论：
制紊假说
基本方法：
讨论水流挟沙力
教学内容与学时分配
教学内容（3学时）
8.1重力理论述评（0.5学时）
8.2制紊假说（1.0学时）
8.3水流挟沙力（1.5学时）
教学方法与教学手段
教学方法：
1.米用“以多媒体教学为主、板书为辅”的方式，多种教学手段相互补充，使课堂教学与实验教学相结合。
2.启发引导为主，从重知识目标转向重智能目标上转变。
3.线上教学与线下教学相结合，借助网络等方式搭建师生交流和互动的平台。
教学手段：
1.理论讲授和实例讲解相结合。
2.通过课堂现场互动，达到“以学生为本、师生互动”的目的，充分调动学生的学习积极性和主动性。
本早思考题
制紊假说的内容有哪些？
主要参考资料
[1]王昌杰.《河流动力学》[M].人民交通出版社，2004.
[2]邵学军，等.《河流动力学概论》[M].清华大学出版社，2005.
备注
早
第9章高含沙水流问题
教学目的和要求
通过学习后，要求学生能够：
1、掌握高含沙水流的基本特性；
2、掌握咼含沙水流的泥沙运动及河床演变特点。
重点和难点
重点：
高含沙水流的基本特性、高含沙水流的泥沙运动及河床演变特点。
难点：
咼含沙水流的泥沙运动及河床演变特点。
“三基”分析
基本知识：
咼含沙水流的基本特性、泥沙运动及河床演变特点。
基本理论：
牛顿流体、宾汉流体、高含沙水流
基本方法：
理论推导、河床演变
教学内容与学时分配
教学内容（2学时）
9.1高含沙水流的基本特性（1.0学时）
9.2咼含沙水流的泥沙运动及河床演变特点（1.0学时）
教学方法与教学手段
教学方法：
1.米用“以多媒体教学为主、板书为辅”的方式，多种教学手段相互补充，使课堂教学与实验教学相结合。
2.启发引导为主，从重知识目标转向重智能目标上转变。
3.线上教学与线下教学相结合，借助网络等方式搭建师生交流和互动的平台。
教学手段：
1.理论讲授和实例讲解相结合。
2.通过课堂现场互动，达到“以学生为本、师生互动”的目的，充分调动学生的学习积极性和主动性。
本早思考题
高含沙水流有哪些特点？
主要参考资料
[1]王昌杰.《河流动力学》[M].人民交通出版社，2004.
[2]邵学军，等.《河流动力学概论》[M].清华大学出版社，2005.
备注
早
第10章异重流
教学目的和要求
通过学习后，要求学生能够：
1、掌握异重流的现象及一般特性；
2、掌握异重流的基本力学规律；3、熟悉水库异重流；4、了解河渠异重流。
重点和难点
重点：
异重流的现象及一般特性、异重流的基本力学规律。
难点：
异重流的基本力学规律。
“三基”分析
基本知识：
异重流的现象与一般特性以及基本力学规律。
基本理论：
异重流基本力学规律
基本方法：
潜入法、重度差异
教学内容与学时分配
教学内容（3学时）
10.1异重流的现象及一般特性（1.0学时）
10.2异重流的基本力学规律（1.0学时）
10.3水库异重流（0.5学时）
10.4河渠异重流（0.5学时）
教学方法与教学手段
教学方法：
1.米用“以多媒体教学为主、板书为辅”的方式，多种教学手段相互补充，使课堂教学与实验教学相结合。
2.启发引导为主，从重知识目标转向重智能目标上转变。
3.线上教学与线下教学相结合，借助网络等方式搭建师生交流和互动的平台。
教学手段：
1.理论讲授和实例讲解相结合。
2.通过课堂现场互动，达到“以学生为本、师生互动”的目的，充分调动学生的学习积极性和主动性。
本早思考题
异重流形成的根本原因？
主要参考资料
[1]王昌杰.《河流动力学》[M].人民交通出版社，2004.
[2]邵学军，等.《河流动力学概论》[M].清华大学出版社，2005.
备注
四、实验教学部分
学时：
2
实验项目名称
实验一起动流速实验
实验类型
验证性
实验教学目标与技能要求
起动流速是泥沙运动的一个重要的物理指标，实际工程中经常应用，它是判定河道冲淤变化的一个重要的判据。
但是，由于泥沙运动的复杂性，目前已有的公式都采取了一系列的假定。
因此，泥沙起动的理论是泥沙运动学、河流动力学、河道演变学等学科重点研究的课题之一，也是港口航道、水利水电、资源环境、给排水、管道输送等专业重点研究的课题之一。
实验主要的目的意义在于使同学们认识泥沙起动流速公式的几何意义和物理意义，掌握泥沙起动的判定、实验方法以及起动流速在生产中的应用并初步认识泥沙运动的基本概念，建立泥沙运动与水力参数的基本关系。
重点和难点
重点：
泥沙起动流速公式的几何意义和物理意义
难点：
泥沙起动的判定、实验方法以及起动流速在生产中的应用
实验内容与学时分配
观察并判定泥沙起动的临界状态；（0.5学时）
测量横断面流速分布、垂线流速分布；（1.0学时）
测量沿程水位变化（水面坡降）。
（0.5学时）
分组情况
5人一小组，共6小组
主要仪器设备
流速仪，自动水位测量系统、已知重率的泥沙、钢尺等。
主要实验材料及低值易耗品
泥沙、水。
备注
学时：
2
实验项目名称
实验二推移质输沙实验
实验类型
验证性
实验教学目标与技能要求
无论是航道整治还是水利水电工程，推移质对于河道变形起着主导作用。
是河流动力学研究的主要对象之一，而研究河流动力学的最终目的就是要解决河道的泥沙输移问题，这是河流动力学研究的关键。
通过实验使同学们认识并建立推移质输沙率与水流运动的关系，加强对泥沙输移与河道冲、淤变化的理解。
重点和难点
重点：
推移质输沙率与水流运动的关系。
难点：
泥沙输移与河道冲、淤变化的理解。
实验内容与学时分配
总输沙量、单位时间的输沙量（输沙率）、横断面流速分布、沿
程水位变化。
（2.0学时）
分组情况
5人一小组，共6小组
主要仪器设备
流速仪，水位测量系统、推移质取样设备、烘干、称重等设备；已知粒径、级配、重率的砂样。
主要实验材料及低值易耗品
砂样、水。
备注
升级会员 