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探究“束水攻沙”原理
跨学科主题学习
明代的潘季驯是我国历史上著名的黄河治理专家，他提出的以“束水攻沙”为核心的治河方略，在治理黄河泥沙淤积、河道决口、洪水泛滥等方面发挥了重大作用。“束水攻沙”对后世的黄河治理措施影响巨大，我国现代黄河治理仍以其为重要借鉴。
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地理
活动流程
计算河流的横截面面积
探寻河流过水横截面面积与流速的关系
探究黄河“束水攻沙”的原理
探寻不同河段的河流过水横截面面积与河宽、水深的关系
任务一：计算河流的横截面面积
过水横截面是指某一时刻河流水面线与河底线包围的区域，也称为过水断面。
河流的过水横截面近似倒梯形。假设一条河流某处的河底宽度(a)为60米，河水深度(h)为3米时，河面宽度(b)为100米(图1)。
运用梯形面积公式，计算河流在该处的过水
横截面面积(S)，写出计算过程。
梯形面积公式： 示梯形面积的高。 过水横截面面积：
S = (a + b)h ÷ 2
S = (a + b)h ÷ 2 = (60 + 100) ×3 ÷ 2 = 240 m2
假设图2中甲、乙、丙、丁各河段河底宽度均为河面宽度的1/2，利用河流过水横截面面积计算公式，完成表1。
任务二：探寻不同河段的河流过水横截面面积与河宽、水深的关系
河段 河面宽度/m 河底宽度/m 水深/m 过水横截面面积/m2
甲 600 300 1 450
乙 400 200 1 300
丙 100 50 2 150
丁 120 60 2 180
300
450
400
1
50
2
120
180
S = (a + b)h ÷ 2
任务三：探寻河流过水横截面面积与流速的关系
① 流量(Q)：单位时间内通过河流某一横截面的水量（m /s)。
公式：Q=S×V(注：S为河流过水横截面面积，V为流速）
概念辨析
② 水位（h):河流表面相对于某一基准面的高度（单位：米）。
③ 流速（v):水流的速度（单位：m/s),通常用流速仪测量。
河道雷达测速仪
流量(Q)是河流过水横截面面积(S)与流速(v)的乘积。可以借用下面的例子理解河流流量的计算方法。如图3,在AB位置垂直河流做一个横截面，假设河水通过AB位置横截面的平均流速为2米/秒，可以从AB位置向下游2米处的CD位置再截取一个横截面。假设河流两岸平行、河底宽度不变，AB至CD间的水量在数值上等于以AB过水横截面为底，高为2米的棱柱体积。该体积就是通过AB横截面的流量值。
(1)根据以上描述，列出流量的计算公式。结合任务一的计算结果，计算此时河流经过该横截面的流量。
流量计算公式：Q = S × v。
任务一河流经过该横截面的流量：Q = S × v = 240 × 2 = 480 m /s。
(2)在相同流量下，由于河流在不同河段的过水横截面面积不同，河流的流速也存在差异。假设流量保持在900 m /秒不变，根据表1中计算的甲、乙、丙、丁四地的过水横截面面积，试计算甲、乙、丙、丁四处的河流流速，并绘制河流过水横截面面积—流速关系图(图4)。
根据公式v = Q÷S(Q为流量，S为过水横截面面积)，已知流量Q =
900 m /s不变。则：
甲处：S甲 = 450 m ，v甲 = 900 ÷ 450 = 2 m/s
乙处：S乙 = 300 m ，v乙 = 900 ÷ 300 = 3 m/s
丙处：S丙 = 150 m ，v乙 = 900 ÷ 150 = 6 m/s
丁处：S丁 = 180 m ，v乙 = 900 ÷ 180 = 5 m/s
(3)根据图4绘制的曲线，描述河流流速与河流过水横截面面积之间的关系。
河流流速与河流过水横截面面积之间是反比例关系，即过水横截面面积越小，河流流速越快。
潘季驯“束水攻沙”方略的核心思想是：“水分则势缓，势缓则沙停，沙停则河饱，尺寸之水皆由沙面，止见其高。水合则势猛，势猛则沙刷，沙刷则河深，寻丈之水皆由河底，止见其卑。筑堤束水，以水攻沙，水不奔溢于两旁，则必直刷乎河底。一定之理，必然之势，此合之所以愈于分也。”
任务四：探究黄河“束水攻沙”的原理
(1)请用现代汉语描述潘季驯的“束水攻沙”方略。
当水流分散时流速减缓，泥沙容易沉积导致河床抬高;
而将水流集中后，流速加快冲刷力增强，能带走河底泥沙使河道加深。
具体做法是通过修筑堤坝约束河道宽度，迫使水流集中形成较大冲击力，利用这种水力冲刷作用持续带走河床淤积的泥沙，从而维持河道深度和通航能力。
(2)河流的流速越大，搬运和冲刷泥沙的能力就越强。试从流速与河流过水横截面面积的关系说明“束水攻沙”原理。
根据流量公式 Q = S×v (Q 为流量，S 为过水横截面面积，v 为流
速 )，一定时间内河流流量 Q 相对稳定。束水时，当水流经过堤坝时，
堤坝会限制水流的横向扩展，使得水流被迫在较小的横截面上通过，堤
坝使 S 减小，由 v=Q÷S 可知，v 增大。流速越大，搬运和冲刷泥沙能
力越强，能冲走淤积泥沙，实现攻沙、防淤、加深河道的目的。
“宽河固堤”和“束水攻沙”是我国劳动人民在长期治理黄河中积累的有效经验。近年来，在黄河下游通航改造中运用“束水攻沙”方法：在河道中心挖筑一条二级航道，并利用两边二滩的沙土向河中心推移、堆高、筑成两条套堤，形成河中河（其剖面图如下图所示）。改造后可使航道加深，通航条件改善。据此完成下面小题。
1．在宽阔的河岸加固大堤即“宽河固堤”，其主要作用是（ ）
A．增加航道深度
B．减少淤积空间
C．提供宽阔航道
D．防止洪水漫溢
2．结合小浪底工程调水调沙，利用套堤“束水攻沙”可（ ）
A．约束洪水期水流 B．提供足够的防洪、抗旱能力
C．增加洪水期水深 D．增强枯水期输沙、通航能力
如下图所示，古人用“筑堤束水，以水攻沙”“蓄清刷黄”等方式来治理黄河。读图，完成3—5题。
3．河道修建多重堤防的主要目的是改变河流的(　 )
A．水量　　　　　B．含沙量
C．水质　　　　　D．流速
4．“筑堤束水”设计有可能分布在(　 )
A．有“地上河”的中游 B．水土流失严重的中游
C．有“地上河”的下游 D．水土流失严重的下游
5．图中缕堤、格堤与遥堤围成的方格状区域的主要功能是(　 )
A．滞洪蓄洪，沉积泥沙 B．水产养殖，发展渔业
C．增加居住及耕种面积 D．增加沿河道路，运送物资
黄河是世界上含沙量最大的河流。水流平缓，泥沙容易沉积。古人提出“束水攻沙”的方法，即通过筑堤束水、增强水势、以水冲沙来治理黄河。下图为黄河干流泥沙沿途变化图。读图文资料，完成下面小题。
6．“束水攻沙”的设计有可能分布在（ ）
A．上游河段 B．中游河段
C．下游河段 D．入海口处
7．今后黄河流域生态保护与高质量发展的重点工作在于（ ）
A．大规模开发黄河三角洲湿地资源
B．提高晋陕地区矿产资源开采强度
C．创新黄土高原“地上河”治理模式
D．加强三江源地区的生态环境建设
8．阅读图文资料，完成下列要求。
历史上黄河下游以“多淤、易决、善徙”著称，入海口频繁改道。黄河下游决口泛滥见于20世纪50年代前历史记载的约1500余次，较大的改道有二三十次，洪水遍及范围北至海河，南达淮河，纵横25万平方千米，对黄淮海平原的
地理环境影响巨大。早在明代就有人提出“筑堤束水，以
水攻沙”的黄河下游治理策略。下图示意黄河历次大改道
和海岸线的变迁。
(1)分析黄河下游“多淤、易决、善徙”的自然原因。
黄河流经中游含沙量大增；黄河径流量较大且季节变化大；下游地势平缓，流速减小，泥沙淤积，河床抬高、水位上升，易决口改道。
(2)说明图示渤海海岸线的变迁与黄河改道之间存在的关联性。
黄河改道会导致河口位置发生变化，河口附近堆积的泥沙多，海岸线向海上推进；河口存在的时间越长，输沙量越多，海岸线向海洋推进得越明显。
(3)简述“筑堤束水，以水攻沙”可有效解决黄河下游河段泥沙淤积问题的地理原理。
修筑堤坝控制河流宽度，可以增加河水流速；增强河水的搬运能力，减少泥沙沉积；流速增大，对河床侵蚀作用增强，可以冲刷搬运河床淤积的泥沙，加深河床。

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