环境流体力学  080103M05003H

学期:2020—2021学年(春)第二学期 | 课程属性:专业普及课 | 任课教师:周济福
授课时间: 星期三,第5、6、7 节
授课地点: 教一楼411
授课周次: 1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14
课程编号: 080103M05003H 课时: 40 学分: 2.00
课程属性: 专业普及课 主讲教师:周济福 助教:
英文名称: Environmental fluid mechanics 召集人:

教学目的、要求

本课程旨在用流体力学的基本原理,描述自然界中大气、水体、岩土体中的流体运动和物质输运过程,深化对自然界中各种环境问题发生和演化的内在规律的认识。通过若干应用实例,阐明环境力学建模、理论分析、数值计算的基本理论和方法,学习和掌握解决环境科学中实际问题的能力。可以作为环境科学和工程,大气、海洋、水利、力学专业研究生的专业基础课程。

预修课程

普通物理学、高等数学、数学物理方程、流体力学

教 材

自编讲义

主要内容

第一章  绪言 (2学时)
1.1 人类环境问题认识史
1.2 环境和环境问题
1.3 环境流体力学的科学问题
1.4 环境流体力学现状和研究方向
第二章  自然环境中的流动与输运(4学时)
2.1 流体介质及连续介质假定
2.2 流体力学基本方程与基本现象
2.3 (教学重点)流体力学典型模型
2.4 (教学重点)典型自然环境流动
第三章  环境流体力学的研究方法(8学时)
3.1 (教学重点)理论模型:扩散方程、波动方程、平衡方程 (2学时)
3.2 现场观测:野外观测的内容与手段(0.5学时)。
3.3 (教学重点)实验研究:实验观测手段和方法;物理模型试验、相似理论及相似参数(2.5学时)。
3.4 (教学难点)数值模拟:环境流动数学模型及其分类与适用性、数值离散方法、高效计算的途径、商业软件(3学时)。
第四章  河流/湖泊水动力与水质环境(6学时)
4.1 引言(0.5学时)
4.2 湖泊水动力环境:湖泊水流特征与模型(0.5学时)。
4.3 河流水动力环境:河道水流特征与模型、洪水传播特性与模型(2学时)。
4.4(教学重点)河流泥沙运动及其输运过程:泥沙的性质、起动与沉降、对流与扩散、推移质与悬移质运动、水沙耦合动力学(2学时)。
4.5 水质/生态环境:重金属迁移与转化、水质/生态动力学模型(1学时)。
第五章 地下水环境(4学时)
5.1 (教学重点)基本概念:地下水及其垂直分布、多孔介质及其性质、渗流与渗透、相对渗透率、土水特征曲线(0.5学时)。
5.2 (教学重点)达西定律:实验总结与推广、理论推导、使用条件(0.5学时)。
5.3 饱和渗流:基本方程、潜水层渗流控制方程、定解条件(1学时)
5.4 (教学重点)非饱和渗流:基本方程、垂直入渗(1学时)
5.5 (教学重点)溶质输运:水动力弥散、含水层的弥散方程与参数、弥散方程的求解(1学时)。
第六章 河口海岸带/海洋水动力环境(10学时)
6.1 (教学重点与难点)水波理论:线性水波、弱非线性水波、强非线性水波理论;波浪变形;海浪的描述:海浪谱、有意义波高(4学时)。
6.2 (教学重点)河口海岸带水沙运动:河口径流、潮汐运动及其特征、河口边界层及其模拟、波浪掀沙、絮凝沉降、水沙模型、工程与环境问题(3学时)。
6.4 (教学重点)海洋内波:产生条件、生成与演化、流场特性(3学时)。
第七章 河口海岸带水环境灾害(6学时)
7.1 (教学重点)风暴潮及其输沙:热带气旋和风暴潮生成和发展机制;风暴潮动力学模型;风暴潮输沙(4学时)。
7.2 咸潮:河口混合机制、盐水入侵动力学(1学时)。
7.3 海啸:海啸成因、传播特征与模型(1学时)。

参考文献

[1]	余常昭,《环境流体力学导论》,清华大学出版社,北京,1996.
[2]	董志勇,《环境水力学》,科学出版社,2006.
[3]	雅贝尔(许涓铭等译),《地下水水力学》,地质出版社,1985.
[4]	周志芳,王锦国,《地下水动力学》,科学出版社,2013.
[5]	钱宁,万兆惠,《泥沙运动力学》,科学出版社,1986.
[6]	Robert G. Dean,Robert A. Dalrymple,《Water Wave Mechanics for Engineers and Scientists》,World Scientific Publishing Co. Pte. Ltd., 1991.