水力學論文

水力學論文1

　　水力學是一門實踐性很強的專業課程，在工程中有廣泛的應用，如在修筑水壩，開通運河和輸水渠道等許多土建工程中，都需要解決一系列水力學問題。如道路橋涵孔徑的設計、鐵路戰場與路基的排水設計中均要進行大量的水力計算。在給水排水工程及建筑設備工程中也要解決一系列水力學問題。如在室內消防給水系統的設計中，便要計算消防給水管路中的流量、流速、水壓和水頭損失等一系列水力計算問題。我校的水力學課程學時有限，主要講授連續性方程、伯努利方程和動量方程等重要方程，覆蓋的知識面廣、理論性和實用性強，教師講得費勁，學生不好理解，常出現"聽著懂了，做題時就出問題"的情況。針對此現象，筆者從多方面分析了導致水力學教學效果不佳的原因。

　　一、當前水力學教學存在的問題

　　（一）學習目標不明確

　　大學的教育是培養出能夠主動學習、具有實踐能力和創造能力的人，目前情況下，教師把完整系統的知識體系講授給學生，學生掌握的好壞程度有一部分決定于學生的積極性和主動性，然而對新入學者來說缺乏專人或專門的機構對他們進行專業指導，他們進入大學的學習目標和任務不夠明確，還依然習慣有高中的"填鴨式"、"老師后面催著"教育模式，學生的學習很被動，甚至有的學生到大四還不知道自己的專業到底是干啥的，更何況一門兩門專業課的重要性。沒有明確的學習目標，就不會有主動的學習勁頭，教學效果很難提高。

　　（二）統編教材的模式化

　　國外的大學課堂氣氛很活躍，學生們沒有統編教材，只有聽課筆記和自學搜集的材料，教師講授的內容不系統，但講課的過程中教師會提出一些問題，需要學生尋找答案，尋找思路，這個過程也是教與學的完美結合，教師既教給了學生知識也教給了學生學習方法。而我們課堂教學就是模式和機械化的過程，學生在學的過程中知識體系就是以教材為框架，以教材為綱，課下學生很少積極主動地去學，課堂上教師也是照本宣科，學生很少做筆記，教師很賣力地講，而臺下的學生甚至聽得很痛苦，學生沒有真正地參與到課堂中來，整個學習的過程很被動，缺少學習的激情。

　　（三）課堂教學的系統化

　　在長期的課堂教學中，師生往往習慣于"我要你學"的教學方式，教師在備課的過程中不斷進行教學積累、教學反思和教學總結，爭取教學內容系統起來，在近年來的考試中發現部分同學連最基本的公式都寫不正確，更談不上靈活應用了。在這種教學活動中學生是教學的客體，作為好學生，也只能把教師講課的知識點誦記于心。所學的知識都是教師整理好的模式和套路，"學會這部分內容，在今后的工作中對你會有幫助",整個學習過程中學生成了被動者，沒有明確目標的學習過程，在很大的程度上限制了學生學習的興趣和積極性，很難使教學質量達到一個好的效果。

　　（四）實驗教學缺乏創新

　　實驗教學是理論教學的補充。它能加深學生的感性認識以及對基本概念和基礎理論的理解掌握。目前，我校實驗室開設的水力學實驗項目有：液體靜力學實驗、不可壓縮液體恒定流能量方程實驗、不可壓縮液體動量方程實驗、雷諾實驗、沿程水頭損失實驗、局部水頭損失實驗、孔口和管嘴出流實驗，以及流譜、水擊、虹吸、堰流等演示實驗。然而傳統的實驗教學存在諸多與現代教學不適應之處，主要表現在：（1）多為驗證性的實驗，實驗結果根據課堂教學已經知道實驗結果缺乏新意，不利于激發學生學習的積極性和主動性；（2） 實驗教學中，實驗由任課教師與實驗教師準備，學生的任務是照著實習指導書上的操作步驟進行，學生缺乏主動思考以及對所學知識的消化和重組。就這樣重復性的實驗過程也沒有考核指標監督和評價，實驗報告的書寫和評閱也是各個任課教師自己決定，沒有統一的規范標準，最終實驗課教學質量沒有保證，浪費了人力和物力。

　　（五）水力學課程考核存在問題

　　教師對水力學課程的考試目標不夠明確，采用任課教師出試卷閉卷考試，甚至有的教師考前給學生劃重點，內容枯燥呆板，缺乏實用性，考試內容不全面，往往局限于課本和教科書，考試內容比較重視對基本概念、基本理論的理解記憶及簡單的計算問題，導致試題的覆蓋面過窄，不能全面反映課程的學習內容，忽視考察學生解決實際問題的能力，失去了考試的實際意義。通常這種考試往往是名詞解釋、問答題、填空題，客觀性題居多，而與實際結合的綜合分析的主觀題試題較少，學生可能花幾個小時強化記憶就能取得優良的成績，而對知識的理解和運用知識的能力方面卻不能進行全面考查，不利于真正地考查學生對該課程主要內容的掌握。

　　二、水力學教學模式的改革

　　（一）明確大學生學習的目標

　　培養能夠自主獲取知識、挑戰知識、創造知識的人是大學教育的最終目標。在招生簡章、入學教育階段以及基礎課學習階段就要有專職教師引導，講解本專業的就業去向以及所學課程之間的聯系以及各門功課的重要性，只要學生有很明確的學習目標和任務，就會積極主動地去學，有了興趣，教學效果自然會好。

　　（二）充分利用圖書館和網絡資源，發揮學生學習的積極性

　　在今后的教學中也要提供一些自主的時間讓學生自己去找答案，例如，學完水力學的前五章內容后，給學生布置一個噴灌或滴管的管路設計，讓學生通過圖書館以及網絡發揮作用，分析完成一項工程應該考慮哪些方面，讓學生能將理論與實際相結合，達到學以致用的目的。

　　（三）以人為本的教育理念在課堂教學中的應用

　　水力學的課堂教學的主要目的除了學生必須掌握課程的基本理論之外，還要掌握學習該類知識的方法和技巧。在平時的教學環節中，可以通過課前知識點的回顧、課堂上相關知識點的回憶以及實驗中對所學知識點的討論等多方面深入了解學生對知識的掌握程度與學習方法上存在的誤區。由于本校水力學理論學時只有38學時，所以討論課僅能占總學時的一少部分，講完對應章節之后對本章課后重要的習題，通過布置作業的方式進行本章知識點的開卷測試，下次課收上來評閱并記平時成績，為最終的考核提供了參考，目前已經給20xx級學生進行了初步的嘗試，學生每次對課后題都進行認真的思考而且必須明白，因為交作業以后要抽查一部分同學對該題的理解和講題的思考，對里面涉及的知識點進行討論，加深印象理解對知識點的理解。本次課堂討論主要是講完第五章有壓管道恒定流的計算以后，針對管灌工程問題進行討論，要掌握管路的布置、水泵的選擇等問題，教師結合所學的知識提出問題，讓學生通過查閱圖書、網絡以及圖書館等方式準備材料，留給學生足夠的時間去思考和準備，然后下一次課針對上述問題進行了討論。由于每個學生都準備了，對這個問題都從自己的角度進行了思考和整理，學生會集中精力參與到討論中來，不會輕易地走神。在討論課上，教師引導學生圍繞重點內容展開討論，例如講到管嘴和孔口出流問題時，提問：在相同的水頭情況下，哪種出水流量大？為什么？首先根據沿程水頭損失的知識產生疑問，然后按照問題的出現去分析尋找答案，在自學基礎上由教師引導的課堂討論式教學，經過教學實踐和不斷完善，應該可以取得理想的教學效果。力學掌握的好壞有一部分決定于多練，每次課后都要布置幾道作業題和思考題，通過對已講授知識的復習加以鞏固，也讓學生駕馭整個課堂，有助于學習積極性的提高。

　　（四）調整實驗內容和授課模式

　　由于以前的實驗教學內容基本上都是驗證性的，不利于培養學生動手能力、創造性思維能力，為達到高等教育的目標，在實驗內容的安排上，逐步優化實驗內容和實驗的方式。驗證性實驗緊緊圍繞水力學理論，以培養學生獨立思考能力和自主設計能力為目標進行設計性實驗；綜合性實驗在于培養學生的創造思維能力和開拓進取精神。

　　（五）構建評價考核體系

　　1.加強試題庫建設。可以提高教師的教學質量和培養應用型創新型人才。為此必須注意以下幾個方面：第一，對命題教師的要求：命題教師必須是本學科的專業人員或者是本行當的專家，對本學科的教學方法和教學內容有較高的研究水平，掌握理論考試的方式和方法。第二，考試的目標要明確：依據教學大綱制定考試大綱。第三，考試題型及結構要合理：試卷要注意考查對"三基"的掌握情況，試題中的主、客觀試題的比例應合理、恰當。第四，試卷編制要新穎合理：編制試題試卷要注意闡述的準確性、嚴密性，各知識點布局要合理，難易度要適中。第五，題庫完成后，必須綜合分析是否符合考試大綱。

　　2.考核體系的構建。目前考核方式就是最后的期末考試，部分同學可以通過突擊的方式造成成績表面上合格。為避免此情況，我們可以采用課堂開卷測試、課堂討論、課堂回答問題、工程案例分析等形式多樣的綜合評價考核方式。例如對要求學生必須掌握的水力學的連續性方程、伯努利方程、動量方程中的基本概念、及理論等知識點，可以采取期末閉卷考試的形式；對一些考核知識點設計的多，而且考慮角度多計算復雜的問題，比如明渠渠道的設計，可以采取課堂討論、工程案例分析等形式考核。

　　課程教學改革是個長期的、永動的課題，而非是一蹴而就的事情，需要不斷探究和嘗試，只要師生共同努力，腳踏實地地堅持下去，我們的改革總會有成效的。最終會達到"轉識成智，知行合一"的目標，真正促進教學質量的提高。

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水力學論文2

　　一、工程概況。

　　功果橋水電站位于云南省云龍縣大栗樹西側的瀾滄江上，壩址控制流域面積xx萬 km2，多年平均流量xxm3/s，年均徑流量xx億 m3。樞紐工程主要由擋水建筑物、泄洪建筑物、引水及發電建筑物等組成，其中，攔河大壩為碾壓混凝土重力壩；壩身泄洪，布置在主河床略靠右側；引水發電系統布置在右岸地下。壩頂高程xxm，壩頂長xxm，最大壩高xxm。

　　上游圍堰防滲墻xxm2，軸線長xxm，最大墻深xxm，距壩軸線xxm，堰頂高程xxm。自上而下主要為人工回填層、河床原始覆蓋層和基巖層。人工回填層主要由石渣及風化料組成，在拋填過程中部分細料被水流帶走，雖然經過了碾壓，但基本上還是處于松散狀態，特別是底部更是這樣。河床覆蓋層厚度xxm，主要由漂石、塊石、卵石、礫石以及含少量泥質的中粗砂組成，級配不良，存在架空現象。施工平臺僅比江水高xx左右。

　　采用C20W6混凝土防滲墻，墻厚xxcm，設計要求滲透系數不大于 5×10—7cm/s。

　　為了綜合了解瀾滄江功果橋水電站工程過水圍堰的工作狀態，評價圍堰的各項性能指標，保證度汛與施工安全，結合上下游圍堰結構型式和規模特點，中國水利水電第四工程局有限公司勘測設計研究院功果橋監測室，根據《大壩土建及金屬結構安裝工程招標文件（合同編號：GGQ/C3）》的要求進行監測。功果橋水電站上游過水圍堰于 20xx 年 6 月竣工，同年8 月開始實施水力學原型觀測，監測內容主要包括：堰面流速監測、滲透壓力監測和消能平臺中部脈動壓力監測等。

　　二、監測目的。

　　本次監測的目的主要有三點：一是通過水力學原型監測和滲透壓力監測，為控制和顯示各種不利情況下的工程性能進行評估，以及在施工期、運行初期和正常運行期對工程安全進行連續評估提供所需要的資料；二是提高人們關于各種水力學參數對工程性能影響的認識；三是為以后的水力學原型監測積累組織及技術經驗。

　　三、監測內容及測點布置。

　　為了取得過水圍堰過流時較為理想的水力學原型監測成果，了解圍堰安全運行狀態，確保安全度汛與施工安全，脈動壓力、流速的觀測布置在2個監測斷面，1—1斷面位于圍堰中部，2—2斷面靠近右岸。共安裝了 支流速儀和2支脈動壓力計，用于測定相應位置的流速及脈動壓力。電纜用鍍鋅鋼管保護，沿護坡底部統一引至進水口道路處集線箱內。本次功果橋上游過水圍堰水力學監測具體布置如表 1。

　　四、監測方法。

　　功果橋上游圍堰過水期間，水尺、流態采用人工讀數及攝像，滲透壓力采用WV—102A弦式讀數儀，流速和脈動壓力采用中國水電科學研究院研制開發并經多次水力學原型觀測檢驗的DJ800多功能水工數據采集分析系統。

　　DJ800型多功能監測系統是由計算機、多功能監測儀器和各種傳感器組成的數據采集和處理系統，能對多種物理量進行準同步采集，例如水位、波高、脈動壓力、拉力、流速、溫度、應變以及模擬電壓等。系統的軟件大約占6M內存空間，在 MS—DOS環境下運行，數據采集是巡回式的。取得一個測點的數據，大約需要40μm 的時間，包括選中通道號、模擬轉換和數據傳送等時間。采集頻率隨著測點數量的增加而降低，系統設定的最小采集時間間隔為1ms。

　　五、監測工況與監測成果。

　　1、監測工況及內容。

　　功果橋上游圍堰過水的水力學監測存在兩大特點：一是各項監測內容及數據相互關聯，可實施同步監測；二是監測數據多，技術要求高，采集儀器及采樣頻率必須滿足不同監測參數的需要。基于此，對監測組織工作提出了很高的要求。首先，在過水期間為了獲得完整、連續、同步的觀測數據，分別設立了4個監測小組在4個觀測點（上下游圍堰左、右岸各設1 個監測點）實施24h 監測，從而保證了各參數監測及數據的同步性，確保了各項數據間的相關性；其次，考慮到過水期間監測組次及測點多，監測數據量大，后處理及分析工作任務十分繁重，故以4個監測小組為主體，在后方組建了資料整編組，以便及時進行數據分析與處理。具體監測于20xx年xx月xx日實施，實時上游流量最大xxm3/s，水位為xxm。

　　2、監測成果。

　　（1）脈動壓力。

　　可以看出運行工況 I、II 情況下上游圍堰堰面的壓強監測成果，其特點：一是作用在消力平臺上的脈動壓力隨流量變化而變化；二是在同一工況下，最大壓強與最小壓強相差不大，表明作用在消力平臺上的水流相當平穩。

　　（2）底流速。

　　各測點流速監測成果見表 3。從流速的分布可以看出：

　　一是堰面上流速隨上游水的流量增長而增長；

　　二是第一測點的流速大于第三測點流速，表明進過消力平臺對水流的消能，流速明顯降低；

　　三是在基坑蓄水之后，第三測點流速趨于穩定。

　　（3）滲透壓力。

　　可以看出：

　　一是堰體內各測點滲透壓力隨上游水位變化而變化；

　　二是堰體內不同深度測點的滲透壓力不同；

　　三是各測點滲透壓力遠小于各測點所處位置的實際水壓，表明堰體工作狀態良好。

　　六、監測結果。

　　圍堰過水期間，通過對過水水位、滲透壓力、溫度、流速、脈動壓力等項目實地監測，取得了大量的第一手觀測資料，從資料整理分析結果，可得出以下結論：

　　（1）溫度—時間過程線基本上呈一水平線，沒有突出變化，表明堰體內混凝土不會因溫度變化產生應力而導致堰體變形。

　　（2）從水位—時間過程線可以看出，從過水開始至結束，曲線呈拋物線狀，符合自然規律。

　　（3）從滲透壓力—時間過程線可以看出，滲透壓力曲線與水位曲線具有相似性，表明滲透壓力處于正常情況。

　　（4）導流洞進口處水流比較穩定，在小流量下泄時由于橫向流速較大，左岸分流墩上會有局部的繞流現象發生；上游圍堰堰前水流穩定，堰面水流平穩；過堰水流在流量增大后，流速明顯增大。

　　（5）從流速—時間過程線可以看出，流速曲線與水位曲線也具有相似性，表明流速符合設計要求。

　　（6）脈動壓力隨著水位的穩定趨于穩定且值不大，表明在消能平臺中未形成大的渦旋，對堰體發生空蝕的可能性較小。

　　七、監測評價。

　　（1）對瀾滄江功果橋水電站上游圍堰雙重消力平臺堰面壓力、流速和堰體滲透壓力的綜合監測成果表明，在上游圍堰設置消力平臺，可有效地緩解高水頭對堰體的沖刷，臺階上的壓力及流速明顯降低，說明在堰面上設置消力平臺是經濟合理的。

　　（2）通過對堰體內的滲透壓力觀測結果表明，采用沙礫石或石渣填充、用塊石做護坡、用混凝土面板保護，能有效防止滲流，并起到截流作用，具有重要的技術創新性。

　　（3）監測成果證明，功果橋水電站采用膠凝砂礫石護坡和混凝土楔型護面板施工，即可加快工程進度，又可節省工程投資，有著極為重要的技術價值。

　　（4）DJ800 系統操作簡單，并有很強的數據處理功能，能繪制波形圖、玫瑰圖、頻譜圖、斷面圖及等值線圖等，還能打印波高、峰谷值、平均值、最大值、最小值和瞬間值，也能對原始數據進行修改和濾波，宜于推廣應用。

　　參考文獻：

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　　[3]袁希光。傳感器技術手冊[M].北京：國防工業出版社，1999。

水力學論文3

　　摘要：水力學是水利類工科專業重要的專業基礎課。近年來隨水利類專業培養模式不斷調整變化，水力學課程教學各環節也相應做出調整。目前面對工程教育專業認證欲接軌世界同類課程教育，結合課程特點及專業要求，分析水力學課程教學過程中存在問題，提出了進行水力學課程教學改革的思路與理念。

　　關鍵詞：工程教育專業認證；水力學；課程改革；水利類專業

　　一、前言

　　工程教育專業認證體系是遵從《華盛頓協議》多邊互認工程教育本科專業學位，認可工程教育資格，推動工程學位互認和工程技術人員的國際范圍流動[1]。工程教育專業認證體系通用標準對要通過其認證專業的課程體系進行了規范。水力學為技術基礎課，注重于工程實際水流現象的分析和計算，有很強的專業技術性[2]。為適應工程教育專業認證，水力學課程應做出改革調整。水利類專業專門培養在地表水和地下水資源的勘探、評價、開發、管理及其工程設計、施工等方面的工程技術人才。目前我國在水利類專業學科體系齊全，教育水平在世界范圍內名列前茅，為國家培養了大批的人才。但是隨著經濟社會的進步，各種新興媒體技術的沖擊，以及綜合素質人才培養要求等的需求，原有的學科培養系統不能滿足要求，所以近年來對課程體系進行了改革，現正處于改革調整期后的適應階段。筆者有幸從事水力學教學多年，為水文與水資源工程、水力工程、水力電力設備、給水與排水等工程類專業講授水力學課程，同時又留學美國亞利桑那大學做博士后參與水文與水資源工程學院、土木工程學院水力學課程的實驗實踐環節，審視近年來水力學課程的教學改革，分析面臨水利類專業進行工程教育專業認證時水力學課程存在問題，并為以后的改革提出發展思路。

　　二、存在問題

　　工程教育專業認證要求符合本專業培養目標的工程基礎類課程、專業基礎類課程與專業類課程的課時量至少占總學分的30%，專業基礎類課程應能體現數學和自然科學在本專業應用能力培養，并實現創新能力的培養[3]。對比這些要求目前水利類專業的《水力學》課程教學存在以下問題：1.學時一再壓縮。目前高校在課程設置時，為提高學生基礎課的能力培養，側重基礎課程學習，壓縮專業基礎課的教學時間。目前許多院校水力學學時由原來的100多個學時，減到80多個學時，有部分學校甚至壓縮為40多個學時，學時的大量壓縮，使學生對水力學知識的運用能力、實驗動手能力都有所下降[4]。2.學生興趣的轉移。學生在水力學課程學習中多對工程應用方面的知識有較大興趣，而對水流本身的問題探究即純水力學理論問題較少關注，因而在學習中對水流現象的學習僅局限于膚淺的表層，而未涉及水流現象的理論實質探索與學習，這對以后的更深層次的學習十分不利。3.傳統教學手段受到挑戰。1998年學科專業目錄調整后，要求強化基礎、深化專業、提高素質，各門課程學時大幅減少，方向課增多。教學質量要求提高，要求學生對基本概念的理解、理論方法的應用、實驗技能的提高均比過去嚴格許多。傳統的教學手段難以達到上述要求。4.公式及推導冗繁。水力學有許多理論及公式，在工程實際中又衍生出大量的半經驗、半理論公式、系數公式或經驗常數等等[5]。而目前各種版本的水力學教材盡管做了一些修改，但由于其強調學科的系統性、整體性，都按部就班詳細推導，強調技術基礎為專業服務等特點，所以水力學課程與其他專業課程相比公式多、概念多、系數多[6]。因而水力計算的內容很多，而且計算復雜，很多問題無解析算，只能用試算法，所有這些都使學生感到不習慣，從而導致學習困難。5.實驗條件有待改善。工程教育專業認證要求工程實踐與設計至少占到總學分的20%，同時應設置完善的實踐教學體系，并應該與企業合作，開展實驗實訓，進一步培養學生的動手能力和創新能力[7]。部分水利類專業建設中還有一些實驗設備沒有到位，不能進行正常的教學實驗，因此實驗教學條件還有待于進一步完善。

　　三、課程教學改革思路

　　基于以上面臨工程教育專業認證時存在的問題，欲實現水利類專業多邊互認、技術人員的國際范圍流動，筆者認為應從以下方面著手進行水力學課程改革：1.明確主線重組教學內容。由于水力學課程學時的壓縮，且需要保證教學質量不下降，同時教學內容不能縮水的情況下，應采取的改革措施是：對專業基礎內容進行重新整合，使重點更加突出，且使課程精練，更符合工程教育專業認證要求。2.選用適當的教材。教材建設是課程的核心，是教師實現教學之本，為實現工程教育專業認證，應結合和參考國外優秀教材內容適當選取。由于水利類專業都開設水力學或流體力學課程，不同專業對水力學知識深度、廣度要求也不一樣。而目前流行的水力學教材版本不同、難易程度不同、內容側重不同，因此各有所長，在綜合考慮對比情況下，結合專業培養與實現工程教育專業認證目標認證選擇。3.改革課堂教學方法。積極實施啟發式教學。堅持采用教師主講與課堂討論相結合的方法，或者有講有問，每節課的最后幾分鐘留作討論，使學生增強了敢想、敢問的信心和勇氣，以期達到雙向交流，保證教學相長，為將來的工程技術人員的力學問題有效溝通解決進行能力培養[8]。傳統的水力學教學學生的能動性、個性發揮不夠，影響教學效果，被稱為一塊黑板、一支筆的呆板教學方式[9]。因此制作多媒體課件，演示水力軟件于授課過程中，以有利于學生對水利工程中的水力學現象和基本理論的認識與理解，以提高教學效果。4.加強學生計算能力培養。計算機技術的應用為水力計算提供了條件，學生對計算機學習一般興趣濃厚，這為水力學課程結合計算機教學創造了良好條件。學生計算能力不僅是指一般常規非線性方程的解算及其程序編制能力，而且還應該包括偏微方程的某些部分及其算法，強調計算機及算法應用[10]。因此，在水力學需要試算內容講授時應啟發學生動手編程的熱情，這樣既加深了學生對解題過程的理解，又提高了程序設計水平，同時滿足了工程教育專業認證中有關學生綜合應用所學知識解決實際問題能力培養的要求[11]，使學生計算能力實現質的飛躍，以適合水利類專業工程教育專業認證的需要，為以后參加工作打下了堅實的基礎。

　　四、結語

　　面對工程教育專業認證，水力學課程教學質量的提高，需要有一套不斷適應新形勢的課程體系改革和課程內容更新為之保障，而課程體系改革和課程內容更新是一個復雜的系統工程，也是一個不斷優化的過程，需要從業者不斷地進行探索、改革、實踐與提高。

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