litceysel.ru
добавить свой файл
1


Рабочая программа учебной дисциплины





Ф ТПУ 7.1-21/01

УТВЕРЖДАЮ

Директор ИГНД


____________ А.К. Мазуров

«___»____________2010 г.


РЕЧНАЯ ГИДРАВЛИКА И ДИНАМИКА РУСЛОВЫХ ПРОЦЕССОВ


Рабочая программа учебной дисциплины для направления 280400 «Природообустройство» по магистерской программе 280400.10 «Гидравлика и инженерная гидрология»



Институт геологии и нефтегазового дела (ИГНД)

Обеспечивающая кафедра: Гидрогеологии, инженерной геологии и гидрогеоэкологии (ГИГЭ)


Курс

5




Семестр

10




Учебный план набора

2005 г.






Распределение учебного времени

Лекции


18

час.

Лабораторные занятия

18

час.

Всего аудиторных занятий

36

час.

Самостоятельная (внеаудиторная) работа

36

час.

Общая трудоемкость

72

час.

Зачет в 10-м семестре









2010

Рабочая программа учебной дисциплины




Ф ТПУ 7.1-21/01

Предисловие

1. Рабочая программа составлена на основе ГОС ВПО направления 280400 «Природообустройство», магистерская программа 280400.10 «Гидравлика и инженерная гидрология» рег. № 158 тех/маг, утвержденного 17 марта 2000г.

РАССМОТРЕНА и ОДОБРЕНА на заседании обеспечивающей кафедры гидрогеологии, инженерной геологии и гидрогеоэкологии «15» января 2010 г., протокол № 6


2. Разработчики:

профессор кафедры ГИГЭ, д.г.н. ________________ О.Г. Савичев

доцент кафедры ГИГЭ, к.г.н. ________________ М.В. Решетько

доцент кафедры ГИГЭ, к.г.-м.н. ________________ В.В Крамаренко.

3. Зав. обеспечивающей и выпускающей кафедрой ГИГЭ

профессор, д.г.-м.н. ______________ С.Л. Шварцев

4. Рабочая программа СООТВЕТСТВУЕТ действующему плану.


АННОТАЦИЯ

Рабочая программа учебной дисциплины «Речная гидравлика и русловые процессы» разработана для направления 280400 «Природообустройство» магистерская программа 280400.10 «Гидравлика и инженерная гидрология». Дисциплина представляет один из важных разделов гидравлики и гидрологии. Знание этих методов является неотъемлемой чертой квалифицированного специалиста по водным проблемам. Приведены цели и задачи изучения дисциплины и краткое описание основных разделов теоретического курса и способов контроля результатов обучения, перечень рекомендуемой литературы. При изучении дисциплины магистрант приобретает знания о целях и методах гидравлических расчетов водотоков, типах русловых процессов и подходах к их идентификации, способах оценки русловых деформаций для проектирования объектов строительства и разработки водохозяйственных мероприятий.

1. ЦЕЛИ И ЗАДАЧИ УЧЕБНОЙ ДИСЦИПЛИНЫ


Цели преподавания дисциплины

Дисциплина «Речная гидравлика и динамика русловых процессов» должна дать студентам необходимые знания и навыки в области гидравлических расчётов водотоков, характеристики русловых процессов и оценки русловых деформаций. Эти знания и навыки являются необходимой составляющей процесса инженерных изысканий и проектирования объектов водохозяйственного, гражданского и дорожного строительства, обустройства месторождений полезных ископаемых и ведения мониторинга водных объектов. Гидравлические расчёты нацелены на получение необходимых сведений о расходах и уровнях воды, глубине и ширине потока, гидравлическом радиусе, коэффициентах шероховатости, распределении скоростей течения по ширине и глубине потока, условиях размыва русла и аккумуляции наносов, устойчивости русла, коэффициентах диффузии, коэффициентах смешения водных масс. Необходимо сформировать у студентов понятие о типе руслового процесса, познакомить с методами расчета вертикальных и плановых деформаций русла, распространения примеси в водотоке, а также методами построения кривой свободной поверхности. Изучение дисциплины базируется на положениях гидравлики, общей гидрологии и гидрологических расчётов. В теоретическом разделе выделяются федеральная и региональная компоненты.


Федеральная компонента. Основные понятия и определения в области гидравлики и особенностей речной гидравлики. Уравнение Бернуллли, система уравнений Сен-Венана. Методы построения кривой свободной поверхности водотока и водоёма. Методы расчёта распространения примесей в водотоках. Типы русловых процессов. Методы расчёта твердого стока и оценки русловых деформаций.

Региональная компонента. Особенности гидравлических расчётов в Сибири. Преобладающие типы русловых процессов в Сибири. Взаимосвязи русловых и болотных процессов.

Требования к уровню подготовки студента

Магистрант, изучивший дисциплину «Речная гидравлика и дина-

мика русловых процессов», должен:

знать:


  • основные термины и определения в области гидравлики и русловых процессов;

  • цели и задачи гидравлических расчетов и русловых процессов;

  • типы русловых процессов.

владеть методами

  • определения гидравлических параметров водотока;

  • построения кривой свободной поверхности;

  • расчёта твёрдого стока;

  • оценки русловых деформаций;

  • расчёта распространения примеси в водотоке.

приобрести навыки

  • построения зависимости расхода воды от уровня и уровня от расхода на основе уравнения Шези;

  • расчёта кривой свободной поверхности водотока и водохранилища;

  • расчёта стока взвешенных наносов по методу Караушева;

  • расчёта стока влекомых наносов по методам Шамова, Леви, Гончарова и др.;

  • расчёта вертикальных деформаций русла;

  • определения плановых деформаций русла при использовании картографического материала и расчётными методами;

  • расчёта деформаций русла за счёт размыва или аккумуляции взвешенных наносов по методу Караушева;


  • расчёта кратности начального разбавления сточных вод по методу Лапшева;

  • расчёта кратности основного разбавления сточных вод по методу Фролова-Родзиллера.

иметь представление об основных видах устьевых гидрологических процессов и антропогенных факторах, влияющих на динамику речного потока и русловой процесс.

Задачи изложения и изучения дисциплины

Реализация целевых задач обучения достигается за счет выполнения комплекса учебно-методических работ, включающих следующее:

  • освещение в лекциях основных теоретических положений;

  • выполнение самостоятельных тематических заданий;

  • анализ методов речной гидравлики и русловых процессов;

  • использование в лекциях и лабораторных занятиях реального фактического материала;

  • изучение материалов инженерно-гидрометеорологических изысканий и мониторинга водных объектов;

  • изучение картографического материала, применяемого для решения задач по оценке и прогнозу русловых деформаций;

  • анализ типов русловых процессов, характера соответствующих русловых деформаций и характеристик твёрдого стока на примере рек Российской Федерации и мира.

Для успешного изучения дисциплины “Речная гидравлика и динамика русловых процессов” магистранты должны усвоить основы гидравлики, гидрологии и гидрологических расчётов.

1. СОДЕРЖАНИЕ ТЕОРЕТИЧЕСКОГО РАЗДЕЛА ДИСЦИПЛИНЫ

1.1. Основные понятия и определения в области речной гидравлики

Предмет гидравлики. Гидравлика и гидрология. Свойства жидкостей. Силы и напряжения, действующие в жидкости. Уравнение неразрывности. Гидростатическое давление и его свойства. Уравнения равновесия покоящейся жидкости. Напорное и безнапорное движение жидкости. Уравнение равномерного движения открытого потока. Построение кривых расходов речных потоков. Применение уравнения равномерного движения к отдельным вертикалям речного потока. Расчет распределения скоростей по ширине потока. Турбулентная пульсация. Уравнение неравномерного движения открытого потока. Основные зависимости, используемые при изучении неравномерного течения в реках. Основные уравнения неустановившегося движения воды в водотоках.


1.2. Методы расчёта свободной поверхности и плана течений

Методы построения кривых свободной поверхности речных потоков (А.Н.Рахманова, Н.Н. Павловского, Н.М. Бернадского. Поперечные циркуляции. План течений и его построение по данным измерений и расчётным способом.

1.3. Распространение растворов и тепла в потоках

Уравнения турбулентной диффузии и турбулентной теплопроводности. Уравнение установившейся турбулентной диффузии в форме конечных разностей. Учёт начальных и граничных условий при расчёте диффузии. Расчёт кратности разбавления методами Фролова-Родзиллера и Лапшева.

1.4. Взвешенные и влекомые наносы

Общие сведения о речных наносах. Гидравлическая крупность. Начальная скорость донного влечения. Взвешивание наносов. Распределение мутности по вертикали. Транспортирующая способность потока. Баланс наносов участка реки. Методы расчёта стока взвешенных и влекомых наносов.

1.5. Русловые процессы и деформации речных русел

Типы русловых процессов. Устойчивость речных русел. Морфометрические соотношения. Критерии устойчивости речных русел. Расчёт деформаций русла при наличии данных о мутности потока. Оценка вертикальных деформаций речных русел. Оценка плановых деформаций речных русел.

2. СОДЕРЖАНИЕ ПРАКТИЧЕСКОГО РАЗДЕЛА ДИСЦИПЛИНЫ

Целью практического раздела дисциплины (цикла лабораторных работ) является:


  • закрепление и углубление теоретических знаний;

  • приобретение навыков ведения необходимых гидрологических расчетов.

2.1. Тематика лабораторных работ

1.

Построение кривых расходов воды

2 часа


2.

Построение кривой свободной поверхности водотока и водоёма

4 часа

3.

Методы расчёта распространения примесей в водотоках.

2 часа

4.

Методы расчёта твердого стока

2 часа

5.

Определение типа руслового процесса

2 часа

6.

Расчет вертикальных и плановых деформаций русла

6 часов

3. ПРОГРАММА САМОСТОЯТЕЛЬНОЙ ПОЗНАВАТЕЛЬНОЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ

Целью самостоятельной работы магистрантов является расширение и закрепление знаний, полученных магистрантом на лекциях и при выполнении лабораторных работ; приобретение умения самостоятельно и целенаправленно работать со специальной литературой; производить поиск необходимой информации в Internet, уметь критически оценивать полученную информацию, проводить анализ и обобщение материала, составлять краткий обзор прочитанного в виде реферата.

Для углубления знаний в области гидрологических расчётов магистрантам выделено 36 часов на самостоятельную проработку следующих вопросов из предложенных тем дисциплины:

Ниже приведенные темы должны быть проработаны с использованием рекомендованной литературы к данной дисциплине. Вопросы по самостоятельной работе студентов включаются в текущий, рубежный и итоговый контрольные.



Тема самостоятельной работы

Вид занятия

Технология организации самостоятельной работы

Контроль результа-тов СРС

Бюджет време-ни, час

Методы решения системы Сен-Венана

Внеауд.

работа с учебной литературой

РК - 1

8

Критерии динамического подобия

Внеауд.

работа с учебной литературой

РК - 1

4

Моделирование гидравлических явлений

Внеауд.

работа с учебной литературой

РК - 1

6

Принципы классификаций речных русел

Внеауд.

работа с учебной литер. и картограф. материалом

РК - 2

4

Морфодинами-ческая класси-фикация речных русел

Внеауд.

работа с учебной литер. и картограф. материалом


РК - 2

5

Основные виды устьевых гидрологических процессов

Внеауд.

работа с учебной литер. и картограф. материалом

РК - 2

5

Антропогенные факторы, влияющие на динамику речного потока и русловой процесс

Внеауд.

работа с учебной литер., изучение материалов инженерно-гидрометеорол. изысканий и мониторинга водных объектов

РК - 2

4

4. ТЕКУЩИЙ И ИТОГОВЫЙ КОНТРОЛЬ РЕЗУЛЬТАТОВ ИЗУЧЕНИЯ ДИСЦИПЛИНЫ

Текущий и итоговый контроль осуществляется на основе рейтинговой системы оценки знаний ТПУ. Основной целью которой является систематическая работа студентов над освоением теоретического и практического материала.

При изучении дисциплины «Речная гидравлика и динамика русловых процессов» предусматриваются следующие виды контроля: входной; текущий; рубежный; итоговый.

Входной контроль проводится в начале лекционного занятия путем проведения письменной работы (3-4 вопроса) на предмет знания базовых понятий из курсов гидравлики, гидрологии, комплексного использования водных ресурсов и математической статистики.

Текущий контроль проводится в течение лекционного занятия путем опроса 1-4-х магистрантов и письменных работ (1-2 вопроса) по материалам предыдущей лекции и теме самостоятельной работы магистрантов. Текущий контроль преследует цель выработать у магистрантов необходимость к систематической работе по освоению материала дисциплины.


Рубежный контроль проводится в конце каждого месяца путем выполнения письменной работы, включающей 2-3 вопроса по теоретической части. Рубежный контроль преследует цель проверки усвоения магистрантами знаний, усвоенных в результате самостоятельной работы, на лекционных и лабораторных занятиях.

Итоговым контролем является зачет, который проводится после завершения обучения магистрантов дисциплины «Речная гидравлика и динамика русловых процессов (10-й семестр). Итоговый контроль преследует цель проверки знаний магистранта по всему изученному курсу, понимания взаимосвязей различных его разделов друг с другом и связей с иными естественнонаучными, общепрофессиональ-ными и специальными дисциплинами. В процессе экзамена проводится проверка достижения результатов, предусмотренных разделом «Цели преподавания дисциплины» данной рабочей программы и ГОС по направлению 280400 «Природообустройство» магистерская программа 280400.10 «Гидравлика и инженерная гидрология. Итоговый контроль предусматривает ответы на вопросы теоретического курса, решение индивидуальных заданий с использованием средств вычислительной техники и литературных источников. Зачет сдают студенты, выполнившие все лабораторные работы, предусмотренные программой.

Примеры заданий входного контроля:


  1. Дайте определение понятий «гидравлика».

  2. Дайте определение понятий «равномерное и неравномерное движение жидкости, установившееся и неустановившееся движение жидкости».

  3. Дайте определение понятий «гидравлический радиус, смоченный периметр».

  4. Напишите формулу Шези.

Примеры заданий рубежного контроля:

  1. Напишите систему уравнений Сен-Венана, укажите единицы размерности параметров уравнения.
  2. Опишите алгоритм построения кривой расхода воды по данным инженерных изысканий.


  3. Напишите трёхмерное уравнение турбулентной диффузии в декартовых координатах.

  4. Напишите двумерное уравнение установившейся турбулентной диффузии в форме конечных разностей.

  5. Напишите формулу Шамова для определения расхода влекомых наносов, укажите единицы размерности параметров уравнения.

Примеры заданий итогового контроля:

  1. Перечислите основные документы, регламентирующие построение кривых расходов воды и оценку русловых деформаций.

  2. Опишите алгоритм построения кривой свободной поверхности речного потока методом Бернадского.

  3. Постройте график связи H=H(Q) (H и Q – уровень и расход воды) по данным: коэффициент шероховатости 0.02; уклон водной поверхности 0.2 промилле; опорные точки поперечного профиля долины (X, Y, м): (0; 75.1); (15; 74.3); (6.5; 71.2); (1; 69.5); (1.5; 68.7); (1.2; 69.2); (0.5; 69.5); (5; 71.9); (17; 74.8); (23; 76.2).

  4. Определить расход воды для уровня 69.5 м. Исходные данные: коэффициент шероховатости 0.04; уклон водной поверхности 0.05 промилле; опорные точки поперечного профиля долины (X, Y, м): (0; 75.1); (15; 74.3); (6.5; 71.2); (1; 69.5); (1.5; 68.7); (1.2; 69.2); (0.5; 69.5); (5; 71.9); (17; 74.8); (23; 76.2).

  5. Перечислите типы русловых процессов. Напишите критерии выбора типа руслового процесса.

  6. Напишите уравнение баланса наносов участка реки.

5. ВОПРОСЫ ДЛЯ САМОПРОВЕРКИ

  1. Дайте определение понятиям расхода и уровня воды, глубины и ширины потока, гидравлического радиуса, коэффициента шероховатости.

  2. Как могут распределяться скорости течения по ширине и глубине потока.
  3. Что необходимо для построения кривой расхода воды.


  4. Методы построения кривой свободной поверхности.

  5. Каковы условия размыва русла и аккумуляции наносов.

  6. Критерии устойчивости речных русел.

  7. Что Вы знаете о коэффициентах диффузии, коэффициентах смешения водных масс.

  8. Какие данные необходимы для расчета расхода наносов.

  9. Методы расчета вертикальных и плановых деформаций русла.

  10. Методы расчета распространения примеси в водотоке.

  11. Основные измерители типов руслового процесса.

  12. Типы руслового процесса согласно гидроморфологической теории ГГИ.

6. УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ

Практические и самостоятельные занятия проводятся в компьютерном классе с использованием ПЭВМ, в частности табличного процессора Microsoft Excel для проведения рутинных вычислений и Microsoft Word для оформления лабораторных работ.

Контроль за выполнением лабораторных работ и степенью освоения теоретического материала проводится непосредственно на занятиях и консультациях. При изложении лекционного материала также используется электронное пособие «Гидравлика» (составители Крамаренко В.В., Савичев О.Г.), нормативные документы в области инженерных изысканий и гидрометеорологии, материалы инженерных изысканий и мониторинга водных объектов на территории Сибирского федерального округа.

ПЕРЕЧЕНЬ РЕКОМЕНДУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

Основная:

  1. Савичев О.Г., Паромов В.В., Решетько М.В. Гидрология и геоэкология рек Томской области. Уч. пособие. – Томск: Изд-во ТПУ, 2005. – 106 с.
  2. Михайлов В.Н., Добровольский А.Д., Добролюбов С.А. Гидрология. Учебник. – М.: МГУ, 2005. – 463с.


  3. Земцов В.А., Вершинин Д.А., Крутовский А.О., Каменсков Ю.И. Русловые и пойменные процессы рек Сибири. Уч. пособие. – Томск: ТГУ, 2007. – 182 с.

  4. ВСН 163-83. Учет деформаций речных русел и берегов водоемов в зоне подводных переходов магистральных трубопроводов. – Л.: Гидрометеоиздат, 1985. – 139 с.

  5. СП 33-101-2003. Определение основных гидрологических характеристик. – М.: Госстрой России, 2004. – 72 с.

  6. Лучшева А.А. Практическая гидрология. Уч. пособие. – Л.: Гидрометеоиздат, 1976. – 440 с.

  7. Алексеевский Н.И. Гидрофизика. Учебник. – М.: Академия, 2006. – 170 с.

  8. Караушев А.В. Речная гидравлика. – Л.: Гидрометеоиздат, 1969. – 416 с.

  9. Крамаренко В.В., Савичев О.Г. Гидравлика. Метод. матер. по курсу «Гидравлика» для студ. II курса по напр. 280302 «Комплексное использование и охрана водных ресурсов». –Томск: ТПУ, 2009. – Ч. I. – 112 с.

  10. Крамаренко В.В., Савичев О.Г. Гидравлика. Метод. матер. по курсу «Гидравлика» для студ. II курса по напр. 280302 «Комплексное использование и охрана водных ресурсов».–Томск: ТПУ, 2009.– Ч. II. – 124 с.

Дополнительная:

  1. Крицкий С.Н., Менкель М.Ф. Гидрологические основы управления водохозяйственными системами. – М.: Наука, 1982. – 271 с.

  2. Ботвинников В.М., Дегтярев В.В. Седых В.А. Гидроэкология на внутренних водных путях. Уч. – Новосибирск: Сиб.сог., 2002. – 356 с.

  3. Гидравлика, гидрология, гидрометрия. Ч. 1, Общие законы: уч. пос.: в 2 частях / Н.М. Константинов, Н.А. Петров, Л.И. Высоцкий. — М.: Высшая школа, 1987. — 304 с.

  4. Гидравлика, гидрология, гидрометрия. Ч. 2, Специальные вопросы: уч. пос.: в 2 частях / Н.М. Константинов, Н.А. Петров, Л.И. Высоцкий. — М.: Высшая школа, 1987. - 431 с.

  5. Справочник по гидравлическим расчетам / Под ред. П.Г. Киселева. – М., Энергия, 1974. – 312 с.


  6. Состояние поверхностных водных объектов, водохозяйственных систем и сооружений на территории Томской области в 2000-2005 гг. / В.А. Льготин, О.Г. Савичев, В.Я. Нигороженко. – Томск: Томскгеомониторинг, 2006. – 88 с.

  7. Каменсков Ю.И. Русловые и пойменные процессы. – Томск: Изд-во ТГУ, 1987. – 171 с.

  8. Речная гидравлика и русловые процессы: [лекции]: в 2 ч. / МГУ, Международные высшие гидрологические курсы ЮНЕСКО, 6 сессия. – М.: Изд-во МГУ, 1976. – Ч. 1. – 149 с.,

  9. Речная гидравлика и русловые процессы: [лекции]: в 2 ч. / МГУ, Международные высшие гидрологические курсы ЮНЕСКО, 6 сессия. – М.: Изд-во МГУ, 1976. – Ч. 2. – 122 с.

  10. Проблемы насосов и качества поверхностных вод: сборник статей / Труды ГГИ; Вып. 349; под ред. А. В. Караушева. – СПб.: Гидрометеоиздат, 1991. – 142 с.

  11. Р.С. Чалов Русловедение. Теория, география, практика. Том 1. Русловые процессы. Факторы, механизмы, формы прояв-ления и условия формирования речных русел. – Изд-во: ЛКИ, 2008. – 610 с.

  12. Боровков В. С. Русловые процессы и динамика речных потоков на урбанизированных территориях. – Л.: Гидрометеоиздат, 1989. – 286 с.

  13. Михайлов В.Н. Гидрологические процессы в устьях рек. – М.: ГЕОС, 1997. – 176 с.

  14. Морфодинамика русел равнинных рек / Под ред. Р.С. Чалова – М.: Изд-во МГУ, 1998. – 288 с.

  15. Беркович К.М., Чалов Р.С., Чернов А.В. Экологическое русловедение – М.: ГЕОС, 2000. – 332 с.

  16. Барышников Н.Б. Динамика русловых потоков. – СПб.: РГГМУ, 2007. – 314 с

  17. Барышников Н.Б., Попов И.В. Динамика русловых потоков и русловые процессы. – Л., Гидрометеоиздат, 1988 – 456 с.
  18. Барышников Н.Б. Руководство к лабораторным работам по динамике русловых потоков и русловым процесам СПб.: РГГМУ, 1991. – 224 с.


  19. Гидравлика (техническая механика жидкости): учебник / Р.Р. Чугаев. – 5-е изд. – М.: Бастет, 2008. – 672 с.

  20. Гидрологические исследования / Под ред. В. Н. Глубокова. – СПб.: Гидрометеоиздат, 1992. – 228 с.http://urss.ru/cgi-bin/db.pl?lang=ru&blang=ru&page=Book&list=612&id=66694 - AB

  21. Барышников Н.Б. Пойменные процессы при интенсивном антропогенном воздействии / Тезисы докладов VI Всероссийского гидрологического съезда. Секция 6. Проблемы русловых процессов, эрозии и наносов. СПб.: Гидрометеоиздат, 2004. – с. 19-21.

  22. Беркович К.М. О прямых антропогенных нарушениях русел рек бассейна Волги / Тезисы докладов VI Всероссийского гидрол. съезда. Секция 6. Проблемы русловых процессов, эрозии и наносов. СПб., Гидрометеоиздат, 2004. – с. 51-53.

Учебное издание


РЕЧНАЯ ГИДРАВЛИКА И ДИНАМИКА РУСЛОВЫХ ПРОЦЕССОВ


Рабочая программа для направления

280400 «Природообустройство»

по магистерской программе 280400.10
«Гидравлика и инженерная гидрология»


Разработчики:

САВИЧЕВ Олег Геннадьевич

РЕШЕТЬКО Маргарита Викторовна

КРАМАРЕНКО Виолетта Валентиновна



Подписано к печати 00. 00.2010. Формат 60х84/16. Бумага «Снегурочка».

Печать Xerox. Усл. печ. л. 000. Уч.-изд. л. 000.

Заказ . Тираж ххх экз.



Томский политехнический университет

Система менеджмента качества


Томского политехнического университета сертифицирована

NATIONAL QUALITY ASSURANCE по стандарту ISO 9001:2008




634050, г. Томск, пр. Ленина, 30.

Тел/факс: 8(3822)56-35-35, www.tpu.ru