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SPOC学校专有课程
工程水文学
第5次开课
开课时间: 2025年03月09日 ~ 2025年06月28日
学时安排: 每周90分钟
进行至第8周,共16周 已有 66 人参加
立即参加
spContent=随着我国社会经济发展进入高质量、常态化阶段,工程建设和防护方式都有了新的要求。工程水文学课程的学习分为河川水文和海洋水文两大部分,旨在推求安全可靠、经济合理的设计参数,为我国的水利工程与海洋海岸工程的建设服务。与此同时,本课程结合河海大学世界一流水利特色的办学定位,围绕“港航并重、河海兼顾”的专业导向,设置了创新课程实践、虚拟仿真实验等教学环节,履践新工科创新实践复合型人才的培养需求。热烈欢迎广大同学、同仁参加本课程。
随着我国社会经济发展进入高质量、常态化阶段,工程建设和防护方式都有了新的要求。工程水文学课程的学习分为河川水文和海洋水文两大部分,旨在推求安全可靠、经济合理的设计参数,为我国的水利工程与海洋海岸工程的建设服务。与此同时,本课程结合河海大学世界一流水利特色的办学定位,围绕“港航并重、河海兼顾”的专业导向,设置了创新课程实践、虚拟仿真实验等教学环节,履践新工科创新实践复合型人才的培养需求。热烈欢迎广大同学、同仁参加本课程。
—— 课程团队
课程概述

    工程水文学作为港口航道与海岸工程专业的“专业基础课”,前置课程为《海岸动力学》和《水文统计学》等基础课程,涉及到河川水文和海洋水文两大部分。河川水文部分主要包括河川水文基础知识、河川水文测验、水文统计基础知识、河道工程设计水位及流量推求,该部分又涵盖设计洪水和通航水位等内容;海洋(海岸)水文部分主要包括波浪、潮汐、近岸海流等海洋三大动力因素,其中波浪部分的内容相对较多,涉及到海浪要素与分类、风况和海况的基础知识、海浪要素的统计规律、海浪谱的基础知识、设计波浪要素的推求、风成浪的计算、近岸波浪浅水变形计算以及港内波高分布计算等。这些知识一方面是后续的专业课程学习中必须具备的知识,同时也是学生毕业后在港口、航道及海岸工程的规划、设计、施工工作中经常涉及到的知识内容。


    本课程与大学一二年级学习的数学、物理等基础课程比较,其系统性较弱,而且涉及的知识面相对较宽,既有陆地的气象、降雨、河流等基本概念,又有海洋中的波浪、潮汐、潮流等基本概念。同时,课程对于数理基础知识要求较高,一方面要学习海浪的不规则性,必须从统计含义上定义“特征波高”,探讨其分布规律,着重掌握各种特征波高的定义及其差异性,理解各种特征波高在工程上的实际用途。另一方面,由于台风等恶劣天气的随机性,波浪存在长期的分布规律,需要结合波高定义及其分布规律,理解一个“波列”(一个波浪过程)的波高分布(短期分布)与不同“波列”之间的长期分布规律的差异,这在概念上较为抽象,理解起来有一定的难度。近岸波浪的传播变形问题中的潮汐、潮流方面,既涉及到天体运动等天文学方面的基础知识,又涉及到地形地貌与潮波相互作用等方面的知识,对学生来说也是一个比较大的挑战。


    本课程跨多门学科,交叉融合,知识面广,数理知识要求高。只有认真学习,细心琢磨,才能掌握精髓、灵活应用。

授课目标

结合河海大学世界一流水利特色的办学定位,围绕“港航并重、河海兼顾”专业导向,履践新工科创新实践复合型人才的培养需求,融合国内外先进教学理念和方法,坚持立德树人、知识育人、实践成人,实现科教协同、数智赋能、思政入心的人才培养。


知识目标:让学生充分理解港口航道与海岸工程建设中的水文情势,熟练掌握设计参数的推求方法、规范要求和应用场景;

能力目标:使学生综合运用数理方法和工程原理,灵活解决实际工程问题,具备自主创新、科学探索的研究能力;

素质目标:价值引领知识传授,将思政育人与新工科课程教学目标相融合,发扬上善若水、笃学敦行的河海文化,传承治水报国的大禹精神。

成绩 要求

大禹(直硕)班:线上评测×30%+课堂表现×30%+线下考试×30%+课程实践×10%

港航(平行)班:线上评测×35%+课堂表现×35%+线下考试×30%

【线上评测】慕课观看+随堂测试+单元测验+线上期末考试,完成对应知识目标。

【课堂表现】思考题讨论+课堂反馈+单元作业,考察学生课前自学、课后知识巩固及课中高阶性思维,对应知识、能力及素质目标。

【线下考试】简答题+计算题,侧重对工程水文学知识内容的掌握和理解,能够运用所学理论解决实际问题的能力,对应知识、能力目标。

【课程实践】以团队合作形式开展课题研究,评分环节包括结题报告、小组互评等,意在考察学生科学探索、创新研究能力,对应能力、素质目标。

课程大纲
第一章 绪论
课时目标:教学目标:让学生了解什么是水文学,什么是工程水文学,给予工程水文学的定义、所涵盖知识面、主要研究内容、研究层次和研究方法,以及这门课的章节安排。
第一讲 绪论
主要教学内容:我国的河川和海洋资源;水文学的定义和水文学的研究方法。
第二讲 水文循环
主要教学内容:水文循环。
第二章 河川水文基础知识
课时目标:教学目标:河川水文基础知识为解决内陆地区的港口航道工程问题铺垫必要的地理、物理知识面。要求学生重点掌握河川水文中的河流与流域的水文定义与分类;径流的形成过程和影响要素;以及河川水文情势。
第一讲 河流和流域
主要教学内容:河流的形成和分段;河流的基本特征;山区与平原河流的一般特性;流域的基本概念;流域特征。
第二讲 径流形成过程及其主要影响因素
主要教学内容:径流的形成过程及主要步骤;影响径流的主要因素。
第三讲 河川水文情势
主要教学内容:四大水文情势:不重复性、地区性、周期性和模糊性。
第三章 河川水文测验
课时目标:教学目标:掌握从传统到现代的河川水文测量技术;掌握河道中水位与流量之间的关系。
第一讲 水文观测
主要教学内容:水文测站的分类与布设;水位测量的设备、方法、内容、要求以及观测资料的处理;流量测验以及流速测量的方法、常用仪器设备以及计算方法。
第二讲 水位与流量的关系
主要教学内容:断面测量的内容与计算方法;水位~流量关系分类;水位与流量关系曲线的延长,包括延长的意义与延长的方法。
第四章 水文统计基础知识
课时目标:教学目标:掌握工程水文中涉及的概率与统计基础知识;了解如何通过概率分布曲线进行统计参数的估算;重点掌握重现期的概念;求矩适线法以及相关分析和样本误差等。
第一讲 随机变量及其概率分布
主要教学内容:随机变量和随机变量的概率分布;随机变量的分布参数;几种常用的概率分布曲线;重现期的概念。
第二讲 统计参数的估计
主要教学内容:总体与样本;统计参数估计;抽样误差。
第三讲 水文频率计算求矩适线法
主要教学内容:绘制累积频率曲线的求矩适线法;频率计算中的几个特殊问题。
第四讲 水文频率计算求矩适线法中的几个特殊问题
主要教学内容:基准面变化对参数的影响;负偏态线型的频率计算;重点掌握特大值处理问题。
第五讲 相关分析
主要教学内容:三类相关关系和相关分析法;回归线的误差以及相关系数显著水平。
第五章 河道工程设计水位及流量推求
课时目标:教学目标:了解河道工程中设计流量或设计水位的概念和推求方法。
第一讲 概述
主要教学内容:什么是设计标准,什么是重现期等基本概念;设计流量或设计水位的分类;通过累积频率求解相关的水文要素的逻辑思维。
第二讲 设计洪水
主要教学内容:什么是洪水,洪水三要素;设计洪水和设计标准;由流量资料推求设计洪水;推求设计洪水过程(同倍比放大法;同频率放大法);施工设计洪水的方法。
第三讲 设计通航水位与设计流量推求
主要教学内容:“保证率”和“重现期”等设计标准的概念;水位过程线和通航历时曲线;设计最低通航水位的推求方法。
第六章 海浪
课时目标:教学目标:掌握海浪要素的定义和分类;了解海浪和风况观测及资料处理;重点掌握上跨零点法和均值波高、部分大波波高和超值累积频率波高的概念和计算方法;掌握海浪谱的定义及其物理意义;掌握波浪浅水变形的影响因素,重点掌握波浪折射和绕射的计算方法。
第一讲 海浪要素和分类
主要教学内容:波浪要素的定义和波浪的各种分类及其依据。
第二讲 风况基础知识
主要教学内容:风的基础概念以及我国近海风况的特点;风玫瑰图的绘制方法;风速的换算方法。
第三讲 海浪观测
主要教学内容:测波仪的分类、基本工作原理和优缺点;波浪玫瑰图的绘制方法。
第四讲 海浪要素的统计规律
主要教学内容:不规则波波浪要素的定义和采用上跨零点法统计波浪的方法;部分大波波高和超值累积频率波高的概念和计算方法。
第五讲 海浪谱基础知识
主要教学内容:海浪谱的定义及其物理意义;常见的海浪谱、谱与海浪要素的关系。
第六讲 波浪的浅水变形:水深变浅引起的波浪变形
主要教学内容:波长、波速和波高随水深变浅的变化趋势
第七讲 波浪的浅水变形:波浪的折射
主要教学内容:波浪折射的定义; Snell定律的推导过程及其在波浪折射计算中的应用。
第八讲 波浪的浅水变形:波浪的破碎
主要教学内容:波浪破碎的机制;波浪破碎形态的分类。
第九讲 波浪的浅水变形:波浪的绕射和反射
主要教学内容:波浪绕射和反射的定义;单突堤绕射和双突堤绕射的计算。
第七章 潮汐
课时目标:教学目标:掌握潮汐现象及成因(平衡潮理论);掌握潮汐预报方法;了解设计潮位的定义和推求方法。
第一讲 潮汐现象及其成因
主要教学内容:潮汐的基本概念,潮汐分类方法。
第二讲 引潮力
主要教学内容:引潮力的基本概念与公式推导。
第三讲 潮汐静力学理论
主要教学内容:潮汐静力学理论。
第四讲 潮汐静力学理论应用
主要教学内容:实际潮汐现象中的静力学理论解释。
第五讲 潮汐调和分析
主要教学内容:潮汐调和分析方法。
第六讲 潮位观测与设计潮位推算
主要教学内容:潮位各种基准面的定义,设计潮位的推算方法。
第八章 近岸海流
课时目标:教学目标:掌握近岸海流定义与分类;掌握潮流、余流的定义;掌握海流资料分析以及余流的计算方法。
第一讲 近岸海流系统及其资料分析
主要教学内容:近岸海流定义与分类、海流资料分析以及余流的计算方法。
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预备知识

1、系统学习过高等数学、概率论与数理统计、河流动力学、海岸动力学、港口工程导论等前置课程;

2、具备较好的分析计算能力和一定的数学模型基础知识。

参考资料

中文教材:

1.邱大洪.《工程水文学》(第四版),人民交通出版社,2011.

2.冯卫兵,冯曦,曹海锦.《海洋工程水文学》,河海大学,2023.


行业规范:

1.中华人民共和国交通运输部,《港口与航道水文规范》(JTS145-2015),2015.

2.中华人民共和国住房和城乡建设部、中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局,《内河通航标准》(GB50139-2014),2014.

3.中华人民共和国住房和城乡建设部、中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局,《堤防工程设计规范》(GB50286-2013),2013.

4.中华人民共和国交通运输部,《水运工程水工建筑物原型观测技术规范》(JTS235-2016),2016.

5.中华人民共和国交通运输部,《波浪模型试验规程》(JTJ/T234-2001),2001.

6.中华人民共和国水利部,《河工模型试验规程》(SL 99-2012),2012.

7.中华人民共和国交通运输部,《海港总体设计规范》(JTS165-2013),2013.

8.中华人民共和国交通运输部,《河港工程总体设计规范》(JTJ212-2006),2006.


其它参考资料:

1.黄祖珂, 黄磊,《潮汐计算与原理》,中国海洋大学出版社,2005.

2.朱建荣,《海洋数值计算方法和数值模式》, 海洋出版社,2003.

3.Mei, C. C., Stiassnie, M. & Yue, D. K. P. Theory and applications of ocean surface waves. Advanced Series on Ocean Engineering 23. World Scientific. 2005.

4.Svendsen, I. A. Introduction to nearshore hydrodynamics. Advanced Series on Ocean Engineering 24. World Scientific. 2006.

5.权威期刊,详参河海大学A类期刊目录.

源课程

该SPOC课程部分内容来自以上源课程,在源基础上老师进一步增加了新的课程内容

河海大学
6 位授课老师
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倪兴也

倪兴也

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