Рабочая программа учебной дисциплины Ф ТПУ 7.1 –21/01

Рабочая программа
учебной дисциплины
Ф ТПУ 7.1 –21/01
УТВЕРЖДАЮ
Директор ИГНД:
___________А.К. Мазуров
«___» ___________ 2010 г.
ОСНОВЫ ГИДРАВЛИКИ, ГИДРОЛОГИИ И
ГИДРОМЕТРИИ
Рабочая программа для студентов очной формы обучения
по направлению 130100
“Геология и разведка полезных ископаемых”
Институт геологии и нефтегазового дела (ИГНД)
Обеспечивающая и выпускающая кафедра: Гидрогеологии,
инженерной геологии и гидрогеоэкологии (ГИГЭ)
Курс
3
Семестр
5
Учебный план набора
2008 г.
Распределение учебного времени
Лекции
Лабораторные занятия
Всего аудиторных занятий
Самостоятельная работа
Общая трудоемкость
Экзамен
30 час.
8 час.
38 час.
54 час.
92 час.
5 семестр
2010
Рабочая программа
учебной дисциплины
Ф ТПУ 7.1 –21/01
Предисловие
1. Рабочая программа составлена на основе ГОС по направлению
130100 “Геология и разведка полезных ископаемых”
РАССМОТРЕНА и ОДОБРЕНА на заседании обеспечивающей и
выпускающей кафедры Гидрогеологии инженерной геологии и
гидрогеоэкологии от «_9_» сентября 2009 г., протокол № _1_ .
2. Разработчик
доцент кафедры ГИГЭ_
Н.М. Шварцева________________
3. Зав. обеспечивающей и выпускающей кафедрой ГИГЭ
профессор, д.г.-м.н. ___________С.Л. Шварцев
4. Рабочая программа СООТВЕТСТВУЕТ действующему плану.
АННОТАЦИЯ
Рабочая программа, методические указания и контрольная работа по курсу “Основы гидравлики, гидрологии и гидрометрии” для направления 130100 “Геология и разведка полезных
ископаемых” раскрывает содержание, структуру и последовательность изложения и изучения предмета. Цели и задачи дисциплины сформированы, исходя из федеральных, региональных и
университетских требований к уровню подготовки будущих специалистов. В программе приводится содержание лекционного
курса и перечень лабораторных работ. Рекомендуется основная и
дополнительная литература.
2
Цель преподавания дисциплины
Цель - дать студентам необходимые знания основ взаимосвязанных наук: гидравлики (физические свойства жидкости, законы гидростатики, гидродинамики, гидравлические сопротивления и др.; гидрологии (изучение свойств гидросферы и ее составляющих, и взаимодействие гидросферы с окружающей средой) и гидрометрии (методы и
средства определения величин элементов водных объектов).
Задачи изучения дисциплины
Задачи - заложить навыки оценки взаимосвязи лабораторных и
полевых исследований, теоретических обобщений с элементами научных исследований и решение вопросов взаимодействия поверхностных
и подземных вод.
Федеральная компонента
Жидкость и ее свойства. Дифференциальные уравнения жидкости Л.Эйлера и Д.Бернулли. Условия формирования режима вод суши. Речной сток. Основные методы определения гидрометрических
характеристик рек и водосборных бассейнов.
Региональная компонента
Основное назначение этих наук для Гидрогеологии и инженерной геологии. Значение физических свойств жидкости при гидрологических расчетах. Пьезометрическая высота и напор в водоносных горизонтах. Взаимосвязь водного баланса поверхностных и подземных
вод. Гидрологические прогнозы.
Университетская компонента
Оценка степени взаимосвязи режима поверхностных и подземных вод Томской области, который обусловлен как физикогеографическими условиями, так и влиянием инженерной и хозяйственной деятельности человека. Оценка гидрологического режима
поверхностных вод Томской области, увязанного с гидрогеологическим режимом подземных вод, которые используются для реализации
водохозяйственных мероприятий, направленных на рациональное использование водных объектов и их охрану от истощения и загрязнения.
3
Требования к уровню подготовки студента
Студент должен:
 знать законы движения и равновесие жидкости, физическую сущность явлений, изучаемых гидравликой и гидрологией;
 владеть методами расчета гидравлических сопротивлений при
движении жидкости по трубам, расчетами расходов через водосливы;
 приобрести навыки полевых работ;
 иметь представление о развитии знаний в области Гидравлики и
Гидрологии, законах движения воды по степени взаимодействия природных вод.
1. СОДЕРЖАНИЕ ТЕОРЕТИЧЕСКОГО РАЗДЕЛА
ДИСЦИПЛИНЫ
Введение
Определение гидравлики, гидрологии и гидрометрии. Основное назначение этих наук. Методы применяемые при изучении этих
наук. Краткая история развития наук. Роль гидравлики, гидрологии и
гидрометрии в народном хозяйстве. Современное состояние вопросов
об охране водных ресурсов. Сведения о водном законодательстве и
общегосударственной системе учета всех видов природных вод.
1.1. Основы Гидравлики
Жидкость и ее физические свойства.
Капельные и газообразные жидкости. Физические свойства жидкости: плотность, удельный вес и связь между ними, сжимаемость,
температурное расширение. Влияние давления, температуры и минерализации на физические свойства жидкости. Значение физических
свойств жидкости при гидрогеологических расчетах. Силы, действующие в жидкости.
Основы гидростатики
Гидростатическое давление и его свойства. Общее дифференциальное уравнение равновесия жидкости Л.Эйлера. Основное уравнение гидростатического давления. Уравнение гидростатического давления жидкости, находящейся в покое под действием силы тяжести. Пьезометрическая высота давления, пьезометрический напор. Пьезометрический напор в водоносных горизонтах. Центр давления. Эпюра дав4
ления и ее применение для определения силы и центра давления на
плоскую прямоугольную поверхность.
Основы гидродинамики
Основные понятия в гидродинамике: траектория движения, линия
тока, поверхность тока, линии равных напоров, гидродинамическая
сетка, элементарная струйка, поток жидкости, живое сечение потока,
смоченный периметр, гидравлический радиус, расход потока. Виды
движения жидкости: безнапорное, напорное, установившееся, равномерное, неравномерное.
Основные дифференциальные уравнения движения жидкости:
уравнение Эйлера о движении идеальной жидкости; уравнение неразрывности потока; уравнения Бернулли для струек идеальной и реальной жидкости и потока реальной жидкости. Гидравлический и пьезометрический уклоны при движении жидкости в открытых потоках.
Пьезометрическая и напорная линия. Связь основных дифференциальных уравнений движения жидкостей с теорией фильтрации воды в
горных породах.
Гидравлические сопротивления
Ламинарное, турбулентное движение жидкости. Критерий Рейнольдса. Критическая скорость. Критерий движения жидкости в пористой среде - критерии Н.Н.Павловского и В.Н.Щелкачева. Скорость
при ламинарном и турбулентном движении.
Насадки и водосливы
Классификация отверстий и насадок. Классификация водосливов.
Использование водосливов при гидрогеологических исследованиях.
Вычисление расхода воды через водосливы.
Движение жидкости в открытых каналах и руслах
Гидравлический расчет движения в руслах рек и значение его для
гидрогеологических задач. Вычисление коэффициента Шези для равнинных и горных рек.
5
1.2. Основы Гидрологии
Общие сведения
Гидрология и ее связь с гидрогеологией. Распространение воды на
земном шаре.
Условия формирования режима вод суши
Круговорот воды в природе. Баланс земных вод. Взаимосвязь атмосферных явлений с режимом поверхностных и подземных вод. Физико-географические факторы стока. Метеорологические условия, определяющие питание и режим подземных вод. Климат и его значение в
распространении вод.
Речной сток
Речная система и ее характеристики. Речной бассейн. Речные долины. Режим речного стока. Фазы режима рек. Питание рек. Гидрограф.
Классификация рек по видам питания и водному режиму
(А.И.Войкова, Б.Д.Зайкова, П.С.Кузина, М.И.Львовича).
1.3. Основы речной гидрометрии
Задачи гидрометрии
Гидрометеорологическая сеть
Размещение и классификация гидрологических станций и постов.
Уровень воды
Гидрологический уровенный пост. Устройство и приборы для
наблюдения за уровнем воды. Система отметок уровня поверхностных
вод и их связь с уровнем подземных вод. Уклон водной поверхности.
Графики колебания уровня воды за год. Уровенный режим рек. Типы
уровенного режима.
Глубина рек
Приборы для измерения глубины. Промерные работы по створу рек
и на участках реки. Построение профиля водного сечения реки и вычисление его основных характеристик.
6
Измерение скорости течения воды
Распределение скорости течения в русле реки, приборы для измерения скорости течения воды. Методика измерения скорости течения
воды в реке.
Измерение расходов воды
Модель расхода. Способы определения расходов воды. Поверхностные поплавки. Гидрометрическая вертушка. Метод смешения.
Объемный способ. Водосливы. Классификация водосливов. Вычисления расхода воды через водосливы. Связь расходов воды и уровней.
Специальные вопросы
Химический состав поверхностных вод. Показатель ионного стока.
Взаимосвязь минерализации поверхностных вод с расходом воды и
связь с химическим составом грунтовых вод. Сведения о гидрогеологических прогнозах. Краткие сведения о регулировании стока.
2. ПЕРЕЧЕНЬ ЛАБОРАТОРНЫХ РАБОТ
Целью занятий является: 1 - закрепление и углубление теоретических знаний, приобретенных студентом на лекциях; 2 - выработка умения и навыков поставить и провести лабораторные работы с элементами научных исследований с привлечением математических методов
обработки данных на ЭВМ; 3 - умение строить и пояснять продольные
и поперечные профили рек, графики колебания уровней воды в реках;
4 - выработка умения обоснования расчленения гидрографа по типам
питания; 5 - умение пользоваться справочной, учебной и монографической литературой.
На занятиях проводится обсуждение наиболее важных тем лекций,
результатов текущих, рубежных контрольных и результатов выполненных лабораторных и домашних работ, рефератов.
Перечень тем лабораторных и расчетно-графических работ
1. Построение схемы напорных вод. Определение пьезометрической высоты давления и величины пьезометрического напора.
2. Построение и анализ графика колебания уровня воды в реке за год.
3. Построение и расчленение гидрографа по генетическим типам
питания.
4. Расчет характеристик поверхностного стока.
5. Вычисление расхода воды водосливами.
7
3. ЗАДАНИЕ ДЛЯ САМОКОНТРОЛЯ
Основы гидравлики
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
10.
11.
12.
13.
14.
15.
16.
17.
18.
19.
20.
21.
22.
23.
24.
25.
26.
27.
28.
29.
Что изучает Гидравлика?
Что изучает Гидростатика?
Что изучает Гидродинамика?
Какие системы единиц Вы знаете?
Назовите техническую систему единиц.
Что такое система Си? Когда и для чего ее используют?
Назовите физическую систему единиц.
Сформулируйте закон Паскаля.
Что называется жидкостью?
Какие различают жидкости?
Перечислите свойства жидкости.
Что называют гидростатическим давлением?
Какими свойствами обладает гидростатическое давление?
Перечислите коэффициенты вязкости жидкости.
Напишите основное уравнение Гидростатики.
Как определить пьезометрическую высоту давления в безнапорном
и напорном водоносных горизонтах при вскрытии их гидрогеологической скважиной?
Что называют пьезометрическим напором?
Как определить пьезометрический напор на гидрогеологическом
разрезе?
Перечислите основные понятия в гидродинамике.
Что называют гидродинамической сеткой?
Перечислите виды движения жидкости.
Что называют установившееся и неустановившееся движение
жидкости, так же – равномерное и неравномерное движение жидкости?
Что описывает уравнение Эйлера?
Уравнения Бернулли для струек идеальной и реальной жидкости.
Уравнение Бернулли для потока реальной жидкости.
Охарактеризуйте критерий Рейнольдса.
Что называется Водосливом?
Классификация водосливов.
Где и как используются водосливы при гидрогеологических исследованиях?
8
30. Как вычислить расход воды через водосливы (основные формулы)?
31. Приведите гидравлический расчет движения воды в руслах рек.
Основы гидрологии
32.
33.
34.
35.
36.
37.
38.
39.
40.
41.
42.
43.
44.
45.
46.
47.
48.
49.
50.
51.
52.
53.
Что изучает наука Гидрология?
Сколько воды в гидросфере?
Климатический круговорот воды на земле.
В чем проявляется взаимосвязь между поверхностными и подземными водами?
Перечислите физико-географические факторы стока.
Что называется рекой?
Что называется речной системой?
Что называется речным бассейном и речной долиной?
Перечислите фазы режима рек.
Перечислите основные источники питания рек.
Что называется гидрографом?
Для чего используется расчленение гидрографа?
Перечислите основные характеристики поверхностного стока.
Что характеризует модульный коэффициент?
Что называют нормой стока, как ее определить и где она используется?
Классификация рек М.И. Львовича.
Перечислите элементы речной долины.
Перечислите элементы водного сечения реки.
Что входит в гидрографическую сеть?
Что называется водоразделом?
Как определяется водосборная площадь реки?
Озера, болота, ледники. Назвать их гидрологические особенности и
влияние каждого на речной сток.
Основы речной гидрометрии
54. Что изучает наука гидрометрия?
55. Из чего состоит гидрометеорологическая сетка?
56. Классификация гидрологических станций и постов.
9
57.
58.
59.
60.
61.
62.
63.
64.
65.
Что называется уровнем воды?
Как измеряется уровень воды в реках?
Назовите типы уровенного режима рек.
Как измерить глубину реки?
На основании каких данных проводят построение профиля водного сечения реки?
Как измерить скорость течения воды в реке ?
Назовите способы определения расхода воды в реке.
Как установить взаимосвязь грунтовых вод с поверхностными водами и влияние последних на химический состав подземных вод.
Что такое гидрологический прогноз?
4. ЛИТЕРАТУРА
Основная
1. Лучшева А.А. Основы гидравлики и гидрометрии. – М.: Недра,
1989. – 174 с., 1 экз. НА (1980 г.).
2. Михайлов В.Н., Добровольская А.Д. Общая гидрология. – М.:
Высш.шк., 1991. – 367 с.
3. Лучшева А.А., Чаповский А.Е. Сборник задач и руководство к
практическим занятиям по основам гидравлики и гидрометрии. –
М.: Недра, 1990. – 171 с., 1 экз. НА.
4. Общая гидрология/Под ред. Богословского А.А. и др. – Л.: Гидрометеоиздат, 1984, 30 экз., УА (I и II Гидрология рек).
5. Овчаров Е.Е., Захаровская Н.Н. Гидрология и гидрометрия. – Л.:
Гидрометеоиздат, 1986. – 312 с., 20 экз. УА.
6. Гидрология и гидрометрия. Методические указания. Построение и
расчет ГИДРОГРАФА реки, Томск., 2000 г. - № 82.
7. Специальная гидрометрия. Методические указания. Томск, 1993
г., № 50
8. Шварцева Н.М. Основы гидрометрии. Методические материалы
по курсу “Основы гидравлики, гидрологии и гидрометрии”.
Томск, 2004 г., 34 с., № 50.
10
Дополнительная
1. Константинов Н.М. и др. Гидравлика, гидрология, гидрометрия. –
М.: Высшая школа, 1987. – ч. 1, ч. 2.
2. Лучшева А.А. Практическая гидрометрия. – Л.: Гидрометеоиздат,
1972, 1983.
3. Лучшева А.А., Чаповский А.Е. Гидравлика с основами гидрологии и гидрометрии. – М.: Недра, 1979.
4. Охрана водных ресурсов. – М.: Колос, 1979.
11
Учебное издание
ОСНОВЫ ГИДРАВЛИКИ, ГИДРОЛОГИИ И ГИДРОМЕТРИИ
Рабочая программа для студентов очной формы обучения
по направлению 130100
“Геология и разведка полезных ископаемых”
Разработчик ШВАРЦЕВА Нина Михайловна
Подписано к печати _______2010. Формат 60х84/16.
Бумага «Снегурочка».
Печать Xerox. Усл. печ. л. 000. Уч.-изд. л.
Заказ____ . Тираж ______ экз.
Томский политехнический университет
Система менеджмента качества
Томского политехнического университета
сертифицирована
NATIONAL QUALITY ASSURANCE по
стандарту ISO 9001:2000
. 634050, г. Томск, пр. Ленина, 30.
12