“寒區(qū)水力計(jì)算”課程內(nèi)容的選擇與分析

戴長(zhǎng)雷 王羽 張凱文

摘 ?要：“寒區(qū)水力計(jì)算”是水利類寒區(qū)特色課程，目前國內(nèi)尚沒有相關(guān)教材，其內(nèi)容組織問題亟待解決。文章依據(jù)黑龍江大學(xué)“寒區(qū)水力計(jì)算”課程的實(shí)際情況和內(nèi)容組織目的，選取《調(diào)水工程冰期輸水?dāng)?shù)值模擬及冰情預(yù)報(bào)關(guān)鍵技術(shù)》《冰情監(jiān)測(cè)與預(yù)報(bào)》《河冰管控工程設(shè)計(jì)手冊(cè)》作為參考材料，確定課程內(nèi)容的編排順序、知識(shí)要點(diǎn)以及要求學(xué)生掌握的程度，內(nèi)容難易程度適中，授課效率高，此內(nèi)容組織方法具有一定可行性。

關(guān)鍵詞：寒區(qū)水力計(jì)算;內(nèi)容;組織

作者簡(jiǎn)介：戴長(zhǎng)雷，黑龍江大學(xué)水利電力學(xué)院教授，博士，研究方向?yàn)楹畢^(qū)地下水及國際河流方向的教學(xué)與科研工作;王羽，黑龍江大學(xué);張凱文，黑龍江大學(xué)。（黑龍江 哈爾濱 150080）

基金項(xiàng)目：本文系黑龍江省高等教育教學(xué)改革一般研究項(xiàng)目（編號(hào)：SJGY20180405）、黑龍江省教育科學(xué)規(guī)劃專項(xiàng)課題（編號(hào)：G546）的研究成果。

中圖分類號(hào)：G642 ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A ? ?文章編號(hào)：1671-0568（2019）24-0069-03

寒區(qū)是指溫度低且固體降水在總降水中所占比重較大的地區(qū)，其面積可達(dá)到國土面積的一半以上，在我國的地理分區(qū)中占有非常重要的位置，因此針對(duì)寒區(qū)（寒區(qū)現(xiàn)象）的水科學(xué)研究具有重要意義。冰情是一種寒區(qū)常見的問題，但在本科教學(xué)中對(duì)于冰情方面的教學(xué)沒有系統(tǒng)的理論，也沒有合適的教材可以使用。黑龍江大學(xué)位于黑龍江省哈爾濱市，處于典型的寒區(qū)地帶，是一所地域特色非常明顯的高校，尤其在水利領(lǐng)域?！昂畢^(qū)水力計(jì)算”作為一門寒區(qū)特色課程，其內(nèi)容的組織至關(guān)重要。

“寒區(qū)水力計(jì)算”是針對(duì)水利類專業(yè)本科三年級(jí)學(xué)生開設(shè)的一門專業(yè)選修課程，共30個(gè)學(xué)時(shí)。課程內(nèi)容組織的目的是：①培養(yǎng)本科生正確分析和解決寒區(qū)冰情及水力計(jì)算問題能力，培養(yǎng)和提高綜合運(yùn)用所學(xué)課程及其他先修課程的基本理論和基礎(chǔ)知識(shí)，結(jié)合生產(chǎn)實(shí)際去分析和解決復(fù)雜工程問題的能力;②形成一套相對(duì)科學(xué)系統(tǒng)的教學(xué)內(nèi)容體系，提高授課效率;③吸收國內(nèi)外最新的研究成果，相互補(bǔ)充綜合利用特色材料教學(xué)，使內(nèi)容與時(shí)俱進(jìn)。

一、“寒區(qū)水力計(jì)算”課程參考材料的選擇

參考材料選擇的原則包括：選擇的教材內(nèi)容難易要適中，學(xué)生能理解;所選的內(nèi)容應(yīng)當(dāng)與時(shí)代發(fā)展、水利學(xué)科發(fā)展合拍，應(yīng)當(dāng)注意吐故納新;所選材料要能促使內(nèi)容組織目的的實(shí)現(xiàn)。

從參考材料選擇的原則出發(fā)，本研究主要針對(duì)寒區(qū)冰情中的河冰問題，在國內(nèi)外河冰研究相關(guān)的著作中選擇公認(rèn)度和知名度高且適合本科生學(xué)習(xí)的3-4本著作作為“寒區(qū)水力計(jì)算”課程的參考材料，結(jié)果如表1所示。

二、“寒區(qū)水力計(jì)算”課程內(nèi)容的選擇

在課程內(nèi)容的選擇上，分別選取了《調(diào)水工程冰期輸水?dāng)?shù)值模擬及冰情預(yù)報(bào)關(guān)鍵技術(shù)》的第1章、《冰情監(jiān)測(cè)與預(yù)報(bào)》的第1章、第2章、第3章、第6章以及《河冰管控工程設(shè)計(jì)手冊(cè)》的第5章、第6章、第7章、第9章、第10章、第11章。另外，課程內(nèi)容還加入了寒區(qū)水文地理方面的知識(shí)，以增加學(xué)生對(duì)寒區(qū)基本情況的了解，拓寬學(xué)生知識(shí)面。具體內(nèi)容及順序編排如表2所示。

第一部分第1章“冰的形成發(fā)展過程及特點(diǎn)”要求學(xué)生掌握冰的物理性質(zhì)和熱力學(xué)性質(zhì)、懸冰壩的成因及危害，理解雪冰的成因，了解冰的熱增長(zhǎng)、動(dòng)態(tài)冰蓋的形成以及開河現(xiàn)象。第2章“寒區(qū)冰情”要求學(xué)生掌握河冰的類型及其物理性質(zhì)，了解冰凇、冰花、棉冰、泥冰、岸冰、流冰、水內(nèi)冰、冰礁、冰橋、清溝、解凍、連底凍這些河冰生成時(shí)的現(xiàn)象和冰上有水、冰上流水、冰上結(jié)冰、岸邊融冰、冰層浮起、冰層滑動(dòng)、流冰、流冰堆積這些融冰期常伴隨的現(xiàn)象。第3章“冰壩和冰塞”要求學(xué)生掌握冰壩和冰塞的概念，理解冰壩的形成的三類因素——河道特征、動(dòng)力因素和熱力因素和冰塞的成因，并理解冰壩凌汛洪水和冰塞凌汛洪水的異同。第4章“河冰監(jiān)測(cè)”要求學(xué)生掌握河冰監(jiān)測(cè)主要項(xiàng)目?jī)?nèi)容和河冰固定點(diǎn)監(jiān)測(cè)選點(diǎn)原則以及鑿孔工具和量冰尺兩類冰厚測(cè)量工具及它們的分類。了解河冰監(jiān)測(cè)時(shí)的水溫監(jiān)測(cè)要求和河段冰塞和冰塞觀測(cè)的主要項(xiàng)目。第5章為“冰凌輸沙”要求學(xué)生掌握冰凌輸沙的類型和形成機(jī)制，理解水內(nèi)冰輸沙、冰底挾沙、冰層挾沙和冰凌推沙的過程，并掌握河道結(jié)冰斷面濕周的估算公式、凍結(jié)含沙量的估算公式以及河冰輸沙量的估算公式。

第二部分第6章“冰力對(duì)工程結(jié)構(gòu)的作用”要求學(xué)生掌握估算風(fēng)和水對(duì)冰拖曳力的計(jì)算公式以及冰擠壓的三種模式，了解當(dāng)一定厚度的冰層破碎在一定寬度的建筑物上時(shí)產(chǎn)生作用力的估算步驟和冰的彎曲破壞。第7章“冰作用下的泥沙輸移”要求學(xué)生掌握冰挾帶和輸移泥沙的機(jī)理、冰塞下的局部沖刷、河冰對(duì)河岸的影響以及纖路的概念及其形成的原因，理解冰蓋對(duì)河流流速分布和河床局部高程的影響，了解河道因變量及相關(guān)參數(shù)的處理。第8章“河道浮冰層承載力”要求學(xué)生掌握在理想條件下一個(gè)浮冰塊臨界承載力的計(jì)算公式及應(yīng)用和浮冰層的荷載的3種類型——“短期荷載”“移動(dòng)荷載”和“長(zhǎng)期荷載”的特點(diǎn)。第9章“河道冰塞防治措施”要求學(xué)生掌握河道冰塞防治的永久性措施、預(yù)防性措施以及應(yīng)急措施。

第三部分要求學(xué)生掌握松遼流域片流域分區(qū)圖、松遼流域片流域政區(qū)圖、亞洲14條主要大型河流流域分布圖、俄羅斯遠(yuǎn)東聯(lián)邦管區(qū)陸緣海、島（群）位置分布圖、黑龍江地表水區(qū)劃圖以及黑龍江流域行政區(qū)劃圖，了解中國水系分區(qū)圖和松花江流域水系分布圖。

三、結(jié)論

綜上所述，本研究所選三本著作具有權(quán)威性、先進(jìn)性，可作為“寒區(qū)水利計(jì)算”課程的內(nèi)容組織參考材料。1-9章的內(nèi)容組織涵蓋了大部分河冰方面的知識(shí)，又加入了目前國內(nèi)外河流冰情研究的最新成果;10-12章寒區(qū)水文地理方面的內(nèi)容即是對(duì)本科生知識(shí)面的拓展，又是黑龍江大學(xué)地域特色的體現(xiàn)。內(nèi)容整體難易適中，學(xué)生容易接受;關(guān)于本科對(duì)冰情方面的教學(xué)沒有系統(tǒng)的理論，也沒有合適的教材，通過一個(gè)學(xué)期的教學(xué)實(shí)踐，授課效率高，期末考試通過率高，本文所述課程內(nèi)容的組織方法是可行的。

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責(zé)任編輯 ?郝 ?嬋

實(shí)習(xí)編輯 ?高 ?欣