工程水文学
工程水文学
1万+ 人选课
更新日期:2025/05/30
开课时间2025/03/10 - 2025/06/29
课程周期16 周
开课状态开课中
每周学时-
课程简介

    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。

课程大纲
第一章 绪论
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
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
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
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
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
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
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
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。