“寒区水力计算”课程内容的选择与分析

戴长雷 王羽 张凯文

摘  要：“寒区水力计算”是水利类寒区特色课程，目前国内尚没有相关教材，其内容组织问题亟待解决。文章依据黑龙江大学“寒区水力计算”课程的实际情况和内容组织目的，选取《调水工程冰期输水数值模拟及冰情预报关键技术》《冰情监测与预报》《河冰管控工程设计手册》作为参考材料，确定课程内容的编排顺序、知识要点以及要求学生掌握的程度，内容难易程度适中，授课效率高，此内容组织方法具有一定可行性。

关键词：寒区水力计算;内容;组织

作者简介：戴长雷，黑龙江大学水利电力学院教授，博士，研究方向为寒区地下水及国际河流方向的教学与科研工作;王羽，黑龙江大学;张凯文，黑龙江大学。（黑龙江 哈尔滨 150080）

基金项目：本文系黑龙江省高等教育教学改革一般研究项目（编号：SJGY20180405）、黑龙江省教育科学规划专项课题（编号：G546）的研究成果。

中图分类号：G642     文献标识码：A    文章编号：1671-0568（2019）24-0069-03

寒区是指温度低且固体降水在总降水中所占比重较大的地区，其面积可达到国土面积的一半以上，在我国的地理分区中占有非常重要的位置，因此针对寒区（寒区现象）的水科学研究具有重要意义。冰情是一种寒区常见的问题，但在本科教学中对于冰情方面的教学没有系统的理论，也没有合适的教材可以使用。黑龙江大学位于黑龙江省哈尔滨市，处于典型的寒区地带，是一所地域特色非常明显的高校，尤其在水利领域。“寒区水力计算”作为一门寒区特色课程，其内容的组织至关重要。

“寒区水力计算”是针对水利类专业本科三年级学生开设的一门专业选修课程，共30个学时。课程内容组织的目的是：①培养本科生正确分析和解决寒区冰情及水力计算问题能力，培养和提高综合运用所学课程及其他先修课程的基本理论和基础知识，结合生产实际去分析和解决复杂工程问题的能力;②形成一套相对科学系统的教学内容体系，提高授课效率;③吸收国内外最新的研究成果，相互补充综合利用特色材料教学，使内容与时俱进。

一、“寒区水力计算”课程参考材料的选择

参考材料选择的原则包括：选择的教材内容难易要适中，学生能理解;所选的内容应当与时代发展、水利学科发展合拍，应当注意吐故纳新;所选材料要能促使内容组织目的的实现。

从参考材料选择的原则出发，本研究主要针对寒区冰情中的河冰问题，在国内外河冰研究相关的著作中选择公认度和知名度高且适合本科生学习的3-4本著作作为“寒区水力计算”课程的参考材料，结果如表1所示。

二、“寒区水力计算”课程内容的选择

在课程内容的选择上，分别选取了《调水工程冰期输水数值模拟及冰情预报关键技术》的第1章、《冰情监测与预报》的第1章、第2章、第3章、第6章以及《河冰管控工程设计手册》的第5章、第6章、第7章、第9章、第10章、第11章。另外，课程内容还加入了寒区水文地理方面的知识，以增加学生对寒区基本情况的了解，拓宽学生知识面。具体内容及顺序编排如表2所示。

第一部分第1章“冰的形成发展过程及特点”要求学生掌握冰的物理性质和热力学性质、悬冰坝的成因及危害，理解雪冰的成因，了解冰的热增长、动态冰盖的形成以及开河现象。第2章“寒区冰情”要求学生掌握河冰的类型及其物理性质，了解冰凇、冰花、棉冰、泥冰、岸冰、流冰、水内冰、冰礁、冰桥、清沟、解冻、连底冻这些河冰生成时的现象和冰上有水、冰上流水、冰上结冰、岸边融冰、冰层浮起、冰层滑动、流冰、流冰堆积这些融冰期常伴随的现象。第3章“冰坝和冰塞”要求学生掌握冰坝和冰塞的概念，理解冰坝的形成的三类因素——河道特征、动力因素和热力因素和冰塞的成因，并理解冰坝凌汛洪水和冰塞凌汛洪水的异同。第4章“河冰监测”要求学生掌握河冰监测主要项目内容和河冰固定点监测选点原则以及凿孔工具和量冰尺两类冰厚测量工具及它们的分类。了解河冰监测时的水温监测要求和河段冰塞和冰塞观测的主要项目。第5章为“冰凌输沙”要求学生掌握冰凌输沙的类型和形成机制，理解水内冰输沙、冰底挟沙、冰层挟沙和冰凌推沙的过程，并掌握河道結冰断面湿周的估算公式、冻结含沙量的估算公式以及河冰输沙量的估算公式。

第二部分第6章“冰力对工程结构的作用”要求学生掌握估算风和水对冰拖曳力的计算公式以及冰挤压的三种模式，了解当一定厚度的冰层破碎在一定宽度的建筑物上时产生作用力的估算步骤和冰的弯曲破坏。第7章“冰作用下的泥沙输移”要求学生掌握冰挟带和输移泥沙的机理、冰塞下的局部冲刷、河冰对河岸的影响以及纤路的概念及其形成的原因，理解冰盖对河流流速分布和河床局部高程的影响，了解河道因变量及相关参数的处理。第8章“河道浮冰层承载力”要求学生掌握在理想条件下一个浮冰块临界承载力的计算公式及应用和浮冰层的荷载的3种类型——“短期荷载”“移动荷载”和“长期荷载”的特点。第9章“河道冰塞防治措施”要求学生掌握河道冰塞防治的永久性措施、预防性措施以及应急措施。

第三部分要求学生掌握松辽流域片流域分区图、松辽流域片流域政区图、亚洲14条主要大型河流流域分布图、俄罗斯远东联邦管区陆缘海、岛（群）位置分布图、黑龙江地表水区划图以及黑龙江流域行政区划图，了解中国水系分区图和松花江流域水系分布图。

三、结论

综上所述，本研究所选三本著作具有权威性、先进性，可作为“寒区水利计算”课程的内容组织参考材料。1-9章的内容组织涵盖了大部分河冰方面的知识，又加入了目前国内外河流冰情研究的最新成果;10-12章寒区水文地理方面的内容即是对本科生知识面的拓展，又是黑龙江大学地域特色的体现。内容整体难易适中，学生容易接受;关于本科对冰情方面的教学没有系统的理论，也没有合适的教材，通过一个学期的教学实践，授课效率高，期末考试通过率高，本文所述课程内容的组织方法是可行的。

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责任编辑  郝  婵

实习编辑  高  欣