第二章

中國(guó)的自然環(huán)境跨學(xué)科主題學(xué)習(xí)

探究河流流量與水位、流速的關(guān)系目錄任務(wù)一：計(jì)算河流的橫截面面積任務(wù)二：探索水位變化引起的河流橫截面面積變化任務(wù)三：探尋河流水位與流量的關(guān)系任務(wù)四：探究黃河“束水攻沙”的原理河流流量是描述河流水文特征的重要指標(biāo)，與河道橫截面、水位、流速等因素有關(guān)。讓我們一起計(jì)算河流流量，探究各因素對(duì)流量的影響及“束水攻沙”治河方略的原理。計(jì)算河流橫截面面積探尋河流橫截面面積的變化探索河流水位與流量的關(guān)系探究流速與河流橫截面之間的關(guān)系任務(wù)一：計(jì)算河流的橫截面面積河流的過(guò)水橫截面近似倒梯形。假設(shè)一條河流某處的河底寬度為60米，河水深度為3米時(shí)，河面寬度為100米（圖2.34）。運(yùn)用梯形面積公式，計(jì)算河流在該處的過(guò)水橫截面面積，寫出計(jì)算過(guò)程。過(guò)水橫截面是指某一時(shí)刻河流水面線與河底線包圍的區(qū)域，也稱過(guò)水?dāng)嗝妗Ｌ菪蚊娣e公式:（其中

S

表示梯形面積，a

表示梯形的上底，b

表示梯形的下底，h

表示梯形的高）S

過(guò)水橫截面面積：已知河底寬度b=60米（即梯形下底），河面寬度a=100米（即梯形上底），河水深度h=3米（即梯形的高）。

所以，河流在該處的過(guò)水橫截面面積是240平方米。任務(wù)二：探索水位變化引起的河流橫截面面積變化受降水等因素的影響，河流的水位是不斷變化的。水位的變化會(huì)導(dǎo)致河流水深和河面寬度發(fā)生變化。通常用枯水期水位、平水期水位、汛期水位和最大洪峰水位等刻畫河流水位的季節(jié)變化。假設(shè)橫截面形態(tài)不變，我們可以計(jì)算不同水位下的過(guò)水橫截面面積（圖2.35）。假設(shè)河底寬度為60米不變，當(dāng)河流水深為3米時(shí)，河面寬度為100米，列出方程，計(jì)算不同水深的河面寬度和河流過(guò)水橫截面面積，并填入表2.4。

任務(wù)三：探尋河流水位與流量的關(guān)系流量是河流過(guò)水橫截面面積與流速的乘積?？梢越栌孟旅娴睦永斫夂恿髁髁康挠?jì)算方法。如圖2.36在A-B位置垂直河流作一個(gè)橫截面，假設(shè)河水通過(guò)A-B位置橫截面的流速為2米/秒，可以從A-B位置向下游2米處的C-D位置再截取一個(gè)橫截面。假設(shè)河流兩岸平行，A-B至C-D間的水量數(shù)值上等于以A-B過(guò)水橫截面為底，高為2米的棱柱體積。該體積就是通過(guò)A-B橫截面的流量值。（1）根據(jù)以上描述，列出流量的計(jì)算公式。

（2）假設(shè)河底寬度不變，當(dāng)河流水深為3米時(shí)，河流平均流速為2米/秒，結(jié)合任務(wù)一的計(jì)算結(jié)果，估算此時(shí)橫截面的流量為____________米3/秒。由任務(wù)一可知，當(dāng)河流水深為3米時(shí)，過(guò)水橫截面面積S=240平方米，已知流速v=2米/秒。根據(jù)流量公式Q=S×v，可得Q=240×2=480米3/秒。480（3）如果河流在枯水期、平水期、汛期和特大洪水期的流速分別為1.5米/秒、2.5米/秒、5米/秒、9米/秒，結(jié)合任務(wù)二的結(jié)果，計(jì)算不同特征時(shí)期的流量，并繪制水深—流量關(guān)系曲線（圖2.37）。

（3）如果河流在枯水期、平水期、汛期和特大洪水期的流速分別為1.5米/秒、2.5米/秒、5米/秒、9米/秒，結(jié)合任務(wù)二的結(jié)果，計(jì)算不同特征時(shí)期的流量，并繪制水深—流量關(guān)系曲線（圖2.37）。

（3）如果河流在枯水期、平水期、汛期和特大洪水期的流速分別為1.5米/秒、2.5米/秒、5米/秒、9米/秒，結(jié)合任務(wù)二的結(jié)果，計(jì)算不同特征時(shí)期的流量，并繪制水深—流量關(guān)系曲線（圖2.37）。

（3）如果河流在枯水期、平水期、汛期和特大洪水期的流速分別為1.5米/秒、2.5米/秒、5米/秒、9米/秒，結(jié)合任務(wù)二的結(jié)果，計(jì)算不同特征時(shí)期的流量，并繪制水深—流量關(guān)系曲線（圖2.37）。

（3）如果河流在枯水期、平水期、汛期和特大洪水期的流速分別為1.5米/秒、2.5米/秒、5米/秒、9米/秒，結(jié)合任務(wù)二的結(jié)果，計(jì)算不同特征時(shí)期的流量，并繪制水深—流量關(guān)系曲線（圖2.37）。00.51.512.523.5340080012001600200022002600（1,100）枯水期（1.7,302.825）平水期（2.5,958.35）汛期（3.2,2337.57）特大洪水期任務(wù)四：探究黃河“束水攻沙”的原理河流的流速越大，輸沙能力越強(qiáng)。明代治河專家潘季馴提出用“束水攻沙”的治河方略治理“水少沙多”的黃河，其核心思想是：“水分則勢(shì)緩，勢(shì)緩則沙停，沙停則河飽，尺寸之水皆由沙面，止見其高。水合則勢(shì)猛，勢(shì)猛則沙刷，沙刷則河深，尋丈之水皆由河底，止見其卑。筑堤束水，以水攻沙，水不奔溢于兩旁，則必直刷乎河底。一定之理，必然之勢(shì)，此合之所以愈于分也?！保?）請(qǐng)用現(xiàn)代漢語(yǔ)描述潘季馴的“束水攻沙”方略。當(dāng)河水分散時(shí)，水流的力量就會(huì)變緩，流速緩慢則泥沙容易沉積，泥沙沉積會(huì)使河床抬高。而當(dāng)河水匯聚時(shí)，水流的力量就會(huì)變得強(qiáng)勁，強(qiáng)勁的水流會(huì)沖刷河床的泥沙，使河床變深。通過(guò)修筑堤壩約束河水，讓河水不再向兩邊漫溢，而是集中流動(dòng)，這樣就能依靠水流的力量沖刷河底的泥沙，達(dá)到治理河道的目的。（2）在河流流量一定的情況下，流速與河流橫截面有關(guān)，試從流速與河流橫截面關(guān)系說(shuō)明“束水攻沙”原理。

課堂小結(jié)探究河流流量與水位、流速的關(guān)系