Рабочая программа дисциплины основы гидравлики, гидрологии и гидрометрии

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования

«Национальный исследовательский Томский политехнический университет»

УТВЕРЖДАЮ

Проректор-директор ИПР

___________

«___»_____________2010 г.

РАБОЧАЯ ПРОГРАММА ДИСЦИПЛИНЫ

ОСНОВЫ ГИДРАВЛИКИ, ГИДРОЛОГИИ И ГИДРОМЕТРИИ

СПЕЦИАЛЬНОСТЬ Прикладная геология

КВАЛИФИКАЦИЯ (СТЕПЕНЬ) горный инженер-геолог

БАЗОВЫЙ УЧЕБНЫЙ План ПРИЕМА 2011 г.

КУРС 3 СЕМЕСТР 5

КОЛИЧЕСТВО КРЕДИТОВ 2

ПРЕРЕКВИЗИТЫ Математика, Информатика, Физика, Общая геология

КОРЕКВИЗИТЫ Динамика подземных вод, Общая гидрогеология

ВИДЫ УЧЕБНОЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ И ВРЕМЕННОЙ РЕСУРС:

Лекции	28	часов (ауд.)
Лабораторные занятия	7	часа (ауд.)
АУДИТОРНЫЕ ЗАНЯТИЯ	35	часов
САМОСТОЯТЕЛЬНАЯ РАБОТА	42	часов
ИТОГО	77	часов
ФОРМА ОБУЧЕНИЯ	очная

ВИД ПРОМЕЖУТОЧНОЙ АТТЕСТАЦИИ: ЭКЗАМЕН В 5 СЕМЕСТРЕ

ОБЕСПЕЧИВАЮЩЕЕ ПОДРАЗДЕЛЕНИЕ кафедра ГИГЭ

ЗАВЕДУЮЩИЙ КАФЕДРОЙ _____________

РУКОВОДИТЕЛЬ ООП _____________

ПРЕПОДАВАТЕЛЬ ______________

2010 г

Цели освоения дисциплины

Дисциплина “Основы гидравлики, гидрологии и гидрометрии” формирует у студентов 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 определения гидрологических характеристик водных объектов).

В области обучения задачей ООП является получение высшего углубленного профессионального, образования, позволяющего выпускнику успешно работать в избранной сфере деятельности, обладать универсальными и предметно-специализированными компетенциями, способствующими его социальной мобильности и устойчивости на рынке труда.

В области воспитания личности задачей ООП ТПУ является формирование социально-личностных качеств студентов: целеустремленности, организованности, трудолюбия, ответственности, гражданственности, коммуникативности, толерантности, повышение их общей культуры.

2. Место дисциплины в структуре ООП

Дисциплина входит в цикл специальных дисциплин Образовательного стандарта Томского политехнического университета, разработанного и утвержденного ректором ТПУ. Дисциплина тесно связана с дисциплинами геологического и физико – математического циклов.

Физико – математический цикл наук, включающий физику, математику, информатику дает возможность привлечения физико – математического аппарата и возможностей компьютерных прикладных программ при расчете гидрологических характеристик, более полному пониманию гидравлических моделей, понятий и законов.

Геологический цикл наук, включающий общую и структурную геологию, даёт основу при построении расчётной модели гидрографа для правильного обоснования и выделения типов питания реки с учётом особенностей геологического строения.

Приобретенные знания в дальнейшем используются при изучении динамики подземных вод, общей гидрогеологии, методов инженерно – геологических исследований, при курсовом и дипломном проектировании.

3. Результаты освоения дисциплины

В процессе освоения данной дисциплины студент формирует и демонстрирует следующие общекультурные и профессиональные компетенции:

1	ОБЩЕКУЛЬТУРНЫЕ (ОК)
	способность:
–	обобщать, анализировать, воспринимать информацию, ставить цели и выбирать пути ее достижения (ОК-1)
–	использовать нормативные правовые документы в своей деятельности (ОК-7)
2	ПРОФЕССИОНАЛЬНЫЕ (ПК)
	общепрофессиональные
	способность:
–	самостоятельно приобретать новые знания, используя современные образовательные и информационные технологии (ПК-2)
–	применять основные методы, способы и средства получения, хранения и обработки информации, навыки работы с компьютером как средством управления информацией (ПК-8)
	производственно-технологическая деятельность
	способность:
–	использовать теоретические знания при выполнении производственных, технологических и инженерных исследований в соответствии со специализацией (ПК-10);
–	выбирать технические средства для решения общепрофессиональных задач и осуществлять контроль за их применением (ПК-11);
	проектная деятельность
	способность:
	использовать знания методов проектирования полевых и камеральных геологоразведочных работ, выполнения инженерных расчетов для выбора технических средств при их проведении (ПК-19);
	научно-исследовательская деятельность
	способность:
–	устанавливать взаимосвязи между фактами, явлениями, событиями и формулировать научные задачи по их обобщению (ПК-21);
–	планировать и выполнять аналитические, имитационные и экспериментальные исследования, критически оценивать результаты исследований и делать выводы (ПК-23);
	организационно-управленческая деятельность
	способность:
	организовывать работу исполнителей, находить и принимать управленческие решения в области организации и нормировании труда, готовность быть лидером (ПК-27);

В результате освоения дисциплины студент должен продемонстрировать следующие результаты образования:

	Студент знает:
–	законы движения и равновесия жидкости	(ПК-2)
–	применение основных понятий гидравлики в гидрогеологии	(ПК-10)
–	физическую сущность явлений, изучаемых гидравликой и гидрологией	(ПК-2)
–	закономерности и основные факторы формирования речного стока	(ПК-21)
–	типы питания и фазы водного и ледового режима рек	(ПК-2)
–	об организации и методах гидрологических наблюдений и исследований	(ПК-10) (ПК-19)
	Студент умеет:
–	применять законы гидростатики, гидродинамики	(ПК-2) (ПК-21)
–	рассчитывать гидравлические сопротивления;	(ПК-2) (ПК-8)
–	расчленять гидрограф по типам питания в зависимости от особенностей гидрогеологического строения;	(ПК-21)
–	рассчитывать основные характеристики стока	(ПК-8) (ПК-10))
	Студент владеет:
–	методами расчета потерь напора при движении жидкости	(ПК-2) (ПК-21)
–	методами расчета основных характеристик годового стока и его внутригодового распределения;	(ПК-21)
–	нормативной, справочной и научной литературой и другими директивными документами по расчетам основных гидравлических и гидрологических характеристик;	(ПК-2) (ПК-21) (ПК-27)
–	приемами выбора, назначения и обоснования наиболее подходящих способов получения материалов гидрометрических наблюдений	(ПК-19) (ПК-11) (ПК-23)

4. Структура и содержание дисциплины

В таблице приведена структура дисциплины по разделам и видам учебной деятельности.

Структура дисциплины по разделам и формам организации обучения

Название раздела/темы	Час	Лаб. Занятия	Час.	СРС	Час.
1.  Жидкость и ее физические свойства. Основы гидростатики	2	Изучение физических свойств и структуры потоков жидкости	2	Приборы для измерения плотности и вязкости	6
2.  Основы гидродинамики. Виды движения жидкости.	2			История развития гидравлики	4
3.  Уравнения Бернулли. Гидравлические сопротивления.	2	Иллюстрация уравнения Бернулли на п. «Капелька»	2	Простые гидравлические системы и устройства.	4
4.  Истечение жидкости из отверстий и насадков	2
5.  Истечение жидкости через водосливы	2
6.  Схема и особенности равномерного движения потока жидкости в открытом русле	2
7.  Круговорот воды в природе, распределение воды на земном шаре, составляющие водного баланса	2			Условия формирования режима вод суши.	8
8.  Сток. Физико-географические факторы стока	2			Сезонное и постоянное грунтовое питание рек	6
9.  Речная система, основные характеристики речной системы. Морфометрические характеристики речной долины	2			Классификация рек методом , ,	6
10.  Типы питания и фазы водного режима рек, классификация рек. Характерные уровни.	2	Построение и расчленение гидрографа годового стока	2
11.  Гидрограф. Основные характеристики поверхностного стока. Норма стока.	2	Расчет характеристик стока	2
12.  Классификации гидрологических станций и постов. Промерные работы.	2			Приборы для измерения глубин.	4
13.  Приборы для измерения скорости течения воды. Основные типы устройств для наблюдения за уровнями воды.	2
14.  Методы определения расходов воды, связь между расходами и уровнями воды.	2			Основная обработка наблюдений за уровнями воды. Характерные уровни.	4
Итого	28		8		42

3.1  . СОДЕРЖАНИЕ РАЗДЕЛОВ ДИСЦИПЛИНЫ

Лекция. Введение. Содержание дисциплины. Связь её с другими науками физико – математического и геологического циклов. Краткая история развития.

Раздел 1. Гидравлика

Лекции. 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.

Лекции. Основы гидростатики. Гидростатическое давление и его свойства. Общее дифференциальное уравнение равновесия жидкости Л. Эйлера. Основное уравнение гидростатики. Пьезометрическая высота, пьезометрический напор. Пьезометрический напор в водоносных горизонтах. Графический метод определения гидростатического давления.

Лекции. Основы гидродинамики. Виды движения жидкости. 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. Ламинарное, турбулентное движение жидкости. Критерий Рейнольдса. Критическая скорость. Критерий движения жидкости в пористой среде - критерии и . Скорость при ламинарном и турбулентном движении.

Лабораторная работа 1. Изучение физических свойств и структуры потоков жидкости

Лекции. Уравнения Бернулли. Гидравлические сопротивления. Основные дифференциальные уравнения движения жидкости: уравнение Эйлера и Навье-Стокса; уравнение неразрывности потока; уравнения Бернулли для струек идеальной и реальной жидкости и потока реальной жидкости. Гидравлический и пьезометрический уклоны. Пьезометрическая и напорная линия. Связь основных дифференциальных уравнений движения жидкостей с теорией фильтрации воды в горных породах.

Лабораторная работа 2. Иллюстрация уравнения Бернулли на портативной лаборатории «Капелька»

Лекции. Истечение жидкости из отверстий и насадков. Истечение жидкости через водосливы. Классификация отверстий и насадок. Классификация водосливов. Использование водосливов при гидрогеологических исследованиях. Вычисление расхода воды через водосливы. Схема и особенности равномерного движения потока жидкости в открытом русле. Гидравлический расчет движения в руслах рек и значение его для гидрогеологических задач. Вычисление коэффициента Шези для равнинных и горных рек.

Раздел 2. Гидрология

Лекции. Круговорот воды в природе, распределение воды на земном шаре, составляющие водного баланса. Сток. Физико-географические факторы стока. Речная система, основные характеристики речной системы. Морфометрические характеристики речной долины. Типы питания и фазы водного режима рек, классификация рек. Характерные уровни. Гидрограф. Основные характеристики поверхностного стока. Норма стока.

Лабораторная работа 3. Построение и расчленение гидрографа годового стока.

Лабораторная работа 4. Расчет характеристик стока

Раздел 3. Гидрометрия

Лекции. Классификации гидрологических станций и постов. Промерные работы. Приборы для измерения скорости течения воды. Основные типы устройств для наблюдения за уровнями воды. Методы определения расходов воды, связь между расходами и уровнями воды.

Для достижения поставленных целей преподавания дисциплины реализуются следующие средства, способы и организационные мероприятия:

-  изучение теоретического материала дисциплины на лекциях с использованием компьютерных технологий;

-  самостоятельное изучение теоретического материала дисциплины с использованием Internet-ресурсов, информационных баз, методических разработок, специальной учебной и научной литературы;

-  закрепление теоретического материала при проведении лабораторных работ с использованием учебного и научного оборудования и приборов (Портативная лаборатория «Капелька»).

3. ПРОГРАММА САМОСТОЯТЕЛЬНОЙ ПОЗНАВАТЕЛЬНОЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ

Текущая и опережающая СРС, направленная на углубление и закрепление знаний, а также развитие практических умений заключается в:

-  работе студентов с лекционным материалом, поиске и анализе литературы и электронных источников информации по заданной теме,

-  изучении тем, вынесенных на самостоятельную проработку,

-  изучении теоретического материала к лабораторным занятиям,

-  изучении инструкций к приборам и подготовке к выполнению лабораторных работ,

-  подготовке к экзамену.

Темы, выносимые на самостоятельную проработку

Самостоятельная работа в объеме 42 ч. по освоению теоретических и практических основ дисциплины «Основы гидравлики, гидрологии и гидрометрии» заключается в следующем:

·  работа с конспектом лекций, методической и учебной литературой в соответствии с учебным планом – 2 часа;

·  подготовка к входному контролю, текущему контролю (четыре контрольные работы) и итоговому контролю – 16 часов.

В процессе изучения дисциплины помимо аудиторных занятий студенты самостоятельно прорабатывают отдельные вопросы теоретического раздела.

1.  Приборы для измерения плотности и вязкости

2.  История развития гидравлики

3.  Простые гидравлические системы и устройства. Приборы для измерения давления

4.  Кавитация.

5.  Способы снижения гидравлических сопротивлений

6.  Условия формирования режима вод суши

7.  Сезонное и постоянное грунтовое питание рек

8.  Классификация рек методом , ,

9.  Приборы для измерения глубин

10.  Основная обработка наблюдений за уровнями воды. Характерные уровни

Оценка результатов самостоятельной работы оценивается во время рубежного и итогового контроля путем ответа на вопросы.

Вопросы для самопроверки

Часть 1 – Основы гидравлики

1.  Жидкость. Идеальные и реальные, ньютоновские и неньютоновские жидкости. Физические свойства жидкости.

2.  Гидростатика. Основное уравнение гидростатики. Закон Паскаля.

3.  Гидростатическое давление и его свойства. Гидростатический парадокс.

4.  Понятия пьезометрической высоты и напора. Применение этих понятий в гидрогеологии.

5.  Гидродинамика. Струйчатая модель движения жидкости, основные понятия.

6.  Поток жидкости. Гидравлические элементы потока. Расход и средняя скорость.

7.  Уравнения Бернулли для струйки идеальной и реальной жидкости. Геометрический и энергетический смысл параметров уравнения.

8.  Уравнения Бернулли для потока жидкости. Геометрический и энергетический смысл параметров уравнения.

9.  Уравнение неразрывности потока (в общем виде и для несжимаемой жидкости).

10.  Основные особенности механизма движения при ламинарном режиме движения жидкости (эпюра и значения скорости, модель движения). Примеры ламинарного движения в гидрогеологии.

11.  Основные особенности механизма движения при турбулентном режиме движения жидкости (эпюра и значения скорости, модель движения). Примеры турбулентного движения в гидрогеологии.

12.  Критерий Рейнольдса, его критические значения для различных видов движения. Критическая скорость. Формулы и

13.  Гидравлические сопротивления. Зависимость потерь напора от скорости и режима движения жидкости. Линейные и местные потери напора.

14.  Общая формула потерь напора по длине при равномерном движении. Коэффициент Дарси. Коэффициент Шези.

15.  Шероховатость, ее влияние на потери напора при движении жидкости. Гидравлически гладкие и гидравлически шероховатые трубы.

16.  Истечение жидкости через отверстия и насадки.

17.  Водосливы. Основная формула расчета водосливов. Применение водосливов.

18.  Водосливы. Классификации водосливов по поперечному профилю водосливной стенки, форме отверстия, расположению порога в плане.

19.  Движение жидкости в открытых руслах. Кривые подпора и спада. Схема и особенности равномерного движения жидкости.

20.  Движение жидкости в каналах. Гидравлические характеристики канала. Гидравлически наивыгоднейшее сечение. Допустимые скорости воды в каналах.

Часть 2 – Основы гидрологии

1.  Современные представления о круговороте воды в природе

2.  Климатический (гидрологический) круговорот воды. Важнейшие результаты климатического круговорота

3.  Водный баланс. Уравнения водного баланса для территории и для земного шара

4.  Гидрология. Разделы гидрологии - что эти науки изучают?

5.  Река. Речная система, ее составляющие. Основные характеристики речной системы. Классификации притоков.

6.  Физико-географические и морфометрические характеристики водосбора. Водораздел

7.  Основные факторы формирования поверхностного стока

8.  Подземное питание рек. Чем обеспечивается сезонное и постоянное грунтовое питание рек.

9.  Подземное питание рек. Когда наблюдается и чем вызвано отрицательное подземное питание.

10.  Взаимосвязь поверхностных и подземных вод. Расчленение гидрографа поверхностного стока.

11.  Что такое водный режим реки, питание реки, фазы водного режима реки, чем они характеризуются.

12.  Классификации рек по внутригодовому распределению стока методом , ,

13.  Сток. Основные характеристики стока (поверхностного и подземного).

14.  Норма стока. Основные факторы, влияющие на норму стока.

Часть 3 – Основы гидрометрии

1.  Гидрометрия. Гидрометрический створ.

2.  Гидрологические станции и посты

3.  Промерные работы.

4.  Приборы для измерения глубин.

5.  Основные типы устройств для наблюдения за уровнями воды. Условия их применения

6.  Уровень воды, приводка и нуль графика гидрологического поста.

7.  Какие уровни относят к характерным?

8.  Причины колебаний уровней воды

9.  Приборы для измерения скорости течения воды.

10.  Методы определения расходов воды.

11.  Связь между расходами и уровнями воды

4. ТЕКУЩИЙ И ИТОГОВЫЙ КОНТРОЛЬ ИЗУЧЕНИЯ ДИСЦИПЛИНЫ

Оценка успеваемости студентов осуществляется по результатам:

- самостоятельного выполнения лабораторной работы,

- устного опроса при сдаче выполненных индивидуальных заданий, защите отчетов по лабораторным работам и во время экзамена в пятом семестре (для выявления знания и понимания теоретического материала дисциплины).

Контроль за усвоением разделов дисциплины предусматривает три рубежные контрольные и экзамен.

Таблица 2
Формируемые компетенции в зависимости от вида полученных знаний по дисциплине «Основы гидравлики, гидрологии и гидрометрии»
Коды	Компетенции, совокупный ожидаемый результат по завершении обучения	Совокупность оценочных заданий по дисциплине
Лекции	практ занятия	Самост. работа
1	2	3	4	5
Общекультурные (ОК)
ОК-1	обобщать, анализировать, воспринимать информацию, ставить цели и выбирать пути ее достижения	√	√	√
ОК-7	использовать нормативные правовые документы в своей деятельности	√	√	√
Профессиональные(ПК)
общепрофессиональные
ПК-2	самостоятельно приобретать новые знания, используя современные образовательные и информационные технологии		√	√
ПК-8	применять основные методы, способы и средства получения, хранения и обработки информации, навыки работы с компьютером как средством управления информацией		√
производственно-технологическая деятельность
ПК-10	использовать теоретические знания при выполнении производственных, технологических и инженерных исследований в соответствии со специализацией		√	√
ПК-11	выбирать технические средства для решения общепрофессиональных задач и осуществлять контроль за их применением		√	√
проектная деятельность
ПК-19	использовать знания методов проектирования полевых и камеральных геологоразведочных работ, выполнения инженерных расчетов для выбора технических средств при их проведении		√	√
научно-исследовательская деятельность
ПК-21	устанавливать взаимосвязи между фактами, явлениями, событиями и формулировать научные задачи по их обобщению	√	√	√
ПК-23	планировать и выполнять аналитические, имитационные и экспериментальные исследования, критически оценивать результаты исследований и делать выводы		√	√
организационно-управленческая деятельность
ПК-27	организовывать работу исполнителей, находить и принимать управленческие решения в области организации и нормировании труда, готовность быть лидером		√	√

5. УЧЕБНО – МЕТОДИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ

5.1. Рекомендуемая литература

Основная

1.  Чугаев : Учебник для вузов – 5-е. изд. репринтное. – М.: , 2008. – 672 с.

2.  и др. Гидравлика, гидрология, гидрометрия: Учеб. для вузов в 2-х частях. Общие законы.- М.: Высш. шк., 19ч. 1, ч. 2.

3.  , Захаровская и гидрометрия. – Л.: Гидрометеоиздат, 1986. – 312 с.

4.  Гидрология: учебник для вузов / , , – 2-е, 3-е изд., стер. – М.: Высшая школа, 2007, 2008. – 463 с.

5.  Гидрология и геоэкология рек Томской области: учебное пособие / , , – Томск: Изд-во ТПУ, 2005. – 106 с.

6.  Всеволожский гидрогеологии. – М.: Изд-во МГУ, 1991. – 351с.

7.  , Чаповской задач и руководство к практическим занятиям по основам гидравлики и гидрометрии. – М.: Недра, 1990. – 171 с.

Дополнительная

1.  , Шварцева о гидросфере: Учебное пособие. – Томск, Изд-во ТПУ, 2005г. – 105 с.

2.  Гидрология и геоэкология рек Томской области: учебное пособие / , , ; ТПУ. – Томск: Изд-во ТПУ, 2005. – 106 с.

3.  , , Семенова-Ерофеева задач по общей гидрогеологии: Учеб. пособие для вузов – М.: Недра, 1985. – 412 с.

4.  Савичев Томской области: состояние, использование и охрана. – Томск: Изд-во ТПУ, 2003. – 202 с.

5.  Практикум по гидравлике на портативной лаборатории «Капелька». Методические указания к лабораторным работам / , . -Томск: Изд-во Томск. архит.-строит. ун-та, 2007.-28 с.

5.2. Используемое программное обеспечение

Стандартные средства Microsoft Office

5.3. Интернет-сайты

http://www. msuee. ru - сайт Московского Государственного университета природообустройства

http://www. hydrology. ru - сайт Государственного гидрологического института (Росгидромета)

6. МАТЕРИАЛЬНО-ТЕХНИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ

1.  Рабочая программа дисциплины «Основы гидравлики, гидрологии и гидрометрии»;

2.  Компьютеризированный демонстрационный материал для проведения лекционных занятий, выполненных в программе Power Point.

3.  Методические указания к выполнению лабораторных заданий.

4.  Комплект тестовых материалов и 4-х контрольных работ

5.  Лекционная аудитория с мультимедийным оборудованием, компьютерный класс для проведения практических работ.

* приложение – Рейтинг-план освоения модуля (дисциплины) в течение семестра.

Программа составлена на основе Стандарта ООП ТПУ в соответствии с требованиями ФГОС по специальности «Прикладная геология».

Программа одобрена на заседании кафедры Гидрогеологии, инженерной геологии и гидрогеоэкологии

(протокол № ____ от «___» _______ 20___ г.).

Автор

Рецензент

Учебное издание

«Основы гидравлики, гидрологии и гидрометрии»

Рабочая программа

Разработчик:

Подписано к печати 05.11.2010. Формат 60х84/16. Бумага «Снегурочка». Печать XEROX. Усл. печ. л. 9,01. Уч.-изд. л. 8,16. Заказ. Тираж 100 экз.
	Национальный исследовательский Томский политехнический университет Система менеджмента качества Томского политехнического университета сертифицирована NATIONAL QUALITY ASSURANCE по стандарту ISO 9001:2008
. 634050, г. Томск, пр. Ленина, 30 Тел./, www. tpu. ru