单位文秘网 2021-07-27 08:13:51 点击: 次
作者简介:代俊峰:男,河南襄城人,博士,副教授,硕士生导师,从事水文水资源研究。
摘 要:分析了国内出版发行的河流动力学教材,对其编写体系、侧重点、知识内容进行剖析。针对地方经济建设对地方高校专业建设和学生培养的要求,在吸纳现有河流动力学教材优点的基础上,增加岩溶地下河系水流运动和河床演变规律,构建体现岩溶地下河特色的河流动力学教学内容。
关键词:河流动力学岩溶地下河教学内容
中图分类号:G642.3文献标识码:A文章编号:1673-9795(2011)08(a)-0096-02
河流两岸是人类文明发源和繁衍生息之所,在长期的水资源利用过程中,人们逐渐加深了对河流的了解,积累了关于河流运动规律的认识[1],20世纪40年代末至50年代初河流动力学逐渐发展成为一门独立的学科。河流动力学广泛应用水力学、水文学等学科的原理和方法处理问题,主要研究水流与河床的相互作用规律,包括水流内部运动特征及运动要素的空间分布,泥沙冲刷、搬运和堆积的机理,河流的河床形态、演变规律以及人为干扰引起的再造床过程,预测水流、泥沙运动及河床冲淤演变的方法等。按研究的角度和特点,河流动力学又可分为泥沙学和河流学两个子领域[2]。目前,开设河流动力学课程的专业主要有港口航道与海岸工程专业和水文与水资源工程专业。
1 现有教材主要内容及特色分析
近年来,国内已出版发行若干版本的河流动力学教材,对本科教育产生积极的促进作用。由于编写体系不同和侧重点的差异,每本教材都有自身的特点。目前可用于本科生教育的河流动力学教材主要有以下几本。
(1)河流泥沙动力学(水利水电出版社,1998)系统地阐述了河流水力学基本原理,泥沙的特性、沉速、起动、沙波运动,推移质和悬移质运动及计算方法,高含沙水流和异重流等[3]。本书重视基本概念和理论与实际结合,深入浅出,便于自学,注意推陈纳新。
(2)河流动力学(武汉大学出版社,2001)是非治河专业的其他水电类专业本科生适用教材,将泥沙问题、河床演变及工程泥沙等内容合为一体。系统讲述了水库、水利枢纽上下游、水电站、航道、桥渡等工程泥沙问题。主要介绍了河道水流运动特点及河流泥沙的基本知识、泥沙运动基本规律、河道演变基本规律、工程泥沙问题[4]。
(3)河流动力学(人民交通出版社,2004)全书包括两大部分:第一部分为泥沙运动,包括泥沙性质、推移质运动、悬移质运动以及异重流;第二部分为河床演变,包括平原河流河床演变、潮汐河口河床演变以及河床演变分析与河床变形计算[5]。本书着重基本概念的阐述,并顾及前后课程的衔接。
(4)河流动力学概论(清华大学出版社,2005)系统地阐述了泥沙运动力学和河道演变的基本原理,内容包括:河流系统与人类活动、泥沙颗粒基本特性、床面形态及水流阻力、推移质运动、悬移质运动、河道演变的基本原理、冲积河流的河型、数字河流、河流动力学研究展望[6]。本书可以帮助学生掌握泥沙运动和河道演变方面最基本的知识。
(5)河流动力学(武汉大学出版社,2007)是作为高等学校治河防洪工程专业及航道开发与整治专业的教学用书而编写,具体包括:河流动力学的研究对象、学习河流动力学的方法、推移质运动、悬移质运动、悬移质含沙量沿水深的分布、蓄水库中因挟沙水流而形成的异重流、水库淤积和坝下游一般冲刷的计算等方面的内容[7]。本书着重基本概念的阐释,对若干问题提出了作者的论点和分析的方法。
(6)河流动力学(中国水利水电出版社,2010),水利学科教学指导委员会推荐教材,系统介绍了河流动力学的理论,分别阐述河流泥沙来源、泥沙运动、流域侵蚀、河床演变、河道观测和河床冲淤变形模拟方法等内容[8]。
现有的河流动力学教材中,讲述有关基本概念、理论与应用时,多以黄河和长江为例,关于岩溶地下河运动及其河床形态变化的介绍则几乎没有。
2 地方经济发展对河流动力学相关内容的需求
西南地区水资源占全国总量的40%,水能资源占全国总量的70%,水利、水能资源开发成为西部大开发的重点之一[9]。河流动力学是治河工程、灌溉排水工程、水力发电、航道及港口工程等学科的理论基础之一,在水库建设、大江大河治理、工程泥沙、水资源开发利用、水环境保护及农业节水灌溉等方面具有十分重要的作用。
以贵州为中心,包括广西西部、云南东部、重庆市东南部、川南、湘鄂西的连片分布的岩溶区,称为西南岩溶地区,总面积约100万平方千米,其中裸露岩溶区面积约62万平方千米。该地区地下水很丰富,特别是地下河分布甚广。岩溶地下河系规模因地而异,长度从n×100m~n×101km,汇水面积从n×100km2~n×101km2以上,出口流量为n×101m3/s~n×102m3/s[10]。中国西南岩溶地区共有地下河2836条,总长度达13919km,总枯水流量1482m3/s,相当于一条黄河。
以广西为例,广西为全国水资源丰富的省区,多年平均水资源总量为1880亿m3,居全国第5位。广西岩溶面积96789km2,占总面积40.96%。岩溶地下河系是广西岩溶地区最重要的岩溶现象之一,已探明的岩溶地下河条数433条。地下河水是主要的地下水资源,占岩溶水天然资源量的61%。广西岩溶区地下河,是岩溶地区主要的水资源载体,也是城乡供水的重要水源。
河流动力学在经济建设中发挥着重要的作用。例如,防止洪水灾害需要构筑堤防、保护河岸和整治河道,为此必须了解河流的特性。发展航运事业需要整治航道和修建港口,必须掌握浅滩及港区河道演变规律。水库(包括地下水库)修建后,改变了河流来水、来沙条件和边界条件,从而引起河床剧烈的冲淤变化,不仅影响水库寿命和枢纽的工作条件,而且对上、下游一定范围内的河段都将产生深刻影响。由于地下河水量分布不均,地下河系统的岩溶发育规律复杂,给地下河水的开发利用带来了困难。而且地下河水的改变和开发利用也引起了洪涝、塌陷、水污染等一系列环境问题,进一步加大了地下河水资源开发利用的难度。
因此,考虑广西乃至西南地区的岩溶地下河特色,构建体现岩溶地下河特色的教学内容,对于服务地方经济发展具有十分重要的作用。
3 毕业生工作对河流动力学相关内容的需求
2000年,桂林理工大学(原桂林工学院)在广西的高等院校中率先设置了水文与水资源工程本科专业,开设了“河流动力学”课程,以适应水资源开发、河流生态保护事业对人才的需求。对历年毕业生的就业分析显示,到西南地区工作的占60%左右,从事与地表河流、岩溶地下河开发利用工作有关的占35%左右。随着广西、西南地区经济的发展,涉及岩溶地下河水资源开发利用的人才需求将日趋增加。
因此,进行河流动力学教学内容研究,体现岩溶地下河特色,合理安排教学内容,让学生掌握好“河流动力学”的理论知识和应用实践能力,对于丰富河流动力学教学内容,提高学生服务水资源开发和经济建设的能力具有十分重要的意义。
4 体现岩溶地下河特色的河流动力学教学内容构建
在2004年、2006年和2009年几次教学大纲修订中,“河流动力学”作为桂林理工大学水文与水资源工程专业核心课程的地位始终没有发生变化。河流动力学课程建设取得了一定的成果,但如何面向广西乃至西南水资源开发,合理安排教学内容,提高课程的教学质量,是一项长期的、艰巨的任务。
目前编著的“河流动力学”教材内容,都关注非岩溶区地表水系水流运动和泥沙运动特点,较少涉及占国土面积1/3的岩溶地区的地下河系水流运动。为了使学生培养更加利于地方经济发展,以现有教材为基础,将岩溶地下河系的相关内容融入,构建具有岩溶地区特色的“河流动力学”教学内容,拓宽“河流动力学”课程教学内涵,显得十分必要。
体现岩溶地下河系水流运动特点,将河道水流、泥沙运动与西南岩溶地区独特的岩溶地质地貌和典型的岩溶地下河系融为一体,深化河流动力学教材内容。构建的河流动力学教学内容主要包括:(1)河道水流;(2)河流系统与人类活动;(3)泥沙颗粒基本特性;(4)床面形态与水流阻力;(5)泥沙的起动与推移运动;(6)悬移质运动和水流挟沙力;(7)河道演变的基本原理;(8)冲积河流的河型;(9)中国岩溶地下河系发育特征及其分类;(10)河流动力学研究的展望。
理论教学环节中,适当介绍广西地表河流和岩溶地下河系的运动和河床演变规律,丰富教学内容。实践教学环节中,以漓江和岩溶地下河系为实例,结合现有的实验模拟装置,增加综合性和设计性实验项目,提供学生的动手能力。
5 结语
在综合现有河流动力学教材主要内容的基础上,考虑广西乃至西南地区的岩溶发育特色,增加岩溶地下河系水流运动和河床演变规律,丰富河流动力学教学内容。发挥地方高校服务地方经济建设的作用,针对区域特色设置专业课程的授课内容。使学生掌握河流泥沙特性及其运动规律、岩溶地下河运动、河床演变方面的有关基本知识、基本原理和分析方法,为从事水流泥沙运动、河床演变等方面的科学研究及生产打下基础,为广西乃至西南地区水资源开发利用培养高级人才,对于促进水利事业和经济发展发展意义重大。
参考文献
[1]尹则高.多媒体课件在河流动力学课程实验教学中的应用[J].潍坊教育学院学报,2008,21(4):35~36.
[2]曹叔尤,方铎.河流动力学进展[J].水科学进展,1992,3(4):319~325.
[3]张瑞瑾.河流泥沙动力学[M].水利水电出版社,1998.
[4]陈立,明宗富.河流动力学[M].武汉大学出版社,2001.
[5]王昌杰.河流动力学[M].人民交通出版社,2004.
[6]邵学军,王兴奎.河流动力学概论[M].清华大学出版社,2005.
[7]陈文彪,谢鉴衡,张瑞瑾.河流动力学[M].武汉大学出版社,2007.
[8] 张小峰,刘兴年.河流动力学[M].中国水利水电出版社,2010.
[9]曹叔尤.水力学及河流动力学基本问题研究的现状与任务[J].四川大学学报(工程科学版),2002,34(1):1~5.
[10]郭纯青.中国岩溶地下河系及其水资源[M].广西师范大学出版社,2004.
基金项目:广西教育科学“十一五”规划2010年度立项课题(2010C092);新世纪广西高等教育教学改革工程“十一五”第五批立项项目(2009B043)。
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