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第二章 跨学科主题学习
探究河流流量与水位、流速的关系
【1课时】
（2024人教版）八年级
上
核心素养目标
运用实际数据，计算河流的过水横截面面积，培养地理实践力素养。
结合实例，探寻不同河段的河流过水横截面面积与河宽、水深的关系，培养综合思维素养。
运用相关数据，探寻河流过水横截面面积与流速的关系，培养地理实践力素养。
结合黄河实例，探究黄河“束水攻沙”的原理，培养地理实践力和人地协调观素养。
【视频导入】黄河
小浪底水库调水调沙
【学习导航1】
想一想，每年6月黄河定期调水调沙的目的是什么？
（1）黄河以含沙量高著称，大量泥沙淤积在河道内，会抬高河床，降低行洪能力，增加洪水泛滥的风险。通过调水调沙，利用人造洪峰将大量泥沙冲入大海，能够有效降低下游的泥沙淤积量，维持河道的行洪能力。
（2）黄河河口地区生态环境独特且脆弱，调水调沙可以为河口地区带来适宜的水量和泥沙，有助于塑造和维持河口湿地等生态系统，为众多生物提供栖息地。同时，调水调沙带来的淡水可以改善河口地区的水质，防止海水倒灌，有助于维持河口生态平衡。
调水调沙
冲沙入海
维持行洪能力
保护生态平衡
河流流量是描述河流水文特征的重要指标，与河道横截面、水位、流速等因素有关。让我们一起计算河流流量，探究各因素对流量的影响及“束水攻沙”治河方略的原理。
【学习导航2】
计算河流
横截面积
1
探寻河流横截面面积的变化
2
探索河流水位与流量的关系
3
探究流速与河流横截面之间的关系
4
任务一：计算河流的横截面面积
PART 01
河流的过水横截面①近似倒梯形。假设一条河流某处的河底宽度为60米，河水深度为3米时，河面宽度为100米（图2.34）。
①
运用梯形面积公式，计算河流在该处的过水横截面面积，写出计算过程。
b
a
h
从图2.34可以知道，已知河面宽度a=100米，河底宽度b=60米，河水深度h=3米，计算河流在该处的过水横截面面积。
梯形面积公式为:S＝(上底+下底)×高÷2
如图，S＝(a+b)×h÷2
＝(100+60)×3÷2
＝480÷2
＝240（平方米）
240（平方米）
S＝(上底+下底)×高÷2
任务二：探寻河流横截面面积的变化
PART 02
受降水等因素的影响，河流的水位是不断变化的。水位的变化会导致河流水深和河面宽度发生变化。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画河流水位的季节变化。假设横截面形态不变，我们可以计算不同水位下的过水横截面面积（图2.35）。
假设河底宽度为60米不变，当河流水深为3米时，河面宽度为100米，列出方程，计算不同水深的河面宽度和河流过水横截面面积，并填入表2.4。
梯形面积公式为:S＝(上底+60)×高÷2
60米
？米
水深3米
河宽100米
通过已知条件建立比例关系式，即可求解不同水深的河面宽度，再利用梯形面积公式计算过水横截面积。
b 60米
？米
B 河宽100米
水
深
3
米
k
（1）建立河面宽度与水深关系式。
①已知条件：当水深h=3米时，河面宽度B=100米，河底宽度b=60米。
②已知模型：横截面为梯形，两侧坡度相同。设每侧坡度为k,则河面宽度B=b+2k×h。
③代入已知数据：100=60+2k×3
6k=40 → k=20/3
④得到关系式：河面宽度B=60+——×h
40
3
（2）计算不同水深的河面宽度。
①最大洪峰（h=3.2米） ×3.2=
②汛期（h=2.5米） ×2.5=
③平水期（h=1.7米） ×1.7=
梯形面积公式为:S＝(B+b)×h÷2
B=60+——
40
3
B=60+——
40
3
B=60+——
40
3
（3）计算过水横截面面积/米?。
①最大洪峰（h=3.2米）
S＝(102.67+60)×3.2÷2=260.27
②汛期（h=2.5米）
S＝(93.33+60)×2.5÷2=191.66
③平水期（h=1.7米）
S＝(82.67+60)×1.7÷2=121.27
102.67
260.67
93.33
191.66
82.67
121.27
73.33
66.67
102.67米
93.33米
82.67米
任务三：探寻河流水位与流量的关系
PART 03
流量是河流过水横截面面积与流速的乘积。可以借用下面的例子理解河流流量的计算方法。
如图2.36在A-B位置垂直河流作一个横截面，假设河水通过A-B位置横截面的流速为2米/秒，可以从 A-B 位置向下游2米处的C-D位置再截取一个横截面。
假设河流两岸平行，A-B至C-D间的水量数值上等于以 A-B 过水横截面为底，高为 2米的棱柱体积。该体积就是通过A-B横截面的流量值。
（1）根据以上描述，列出流量的计算公式。
流量（Q）是河流过水横截面面积（S）与流速（V）的乘积。
计算公式如下：
Q=S?V
（2）假设河底宽度不变，当河流水深为3米时，河流平均流速为2米/秒，结合任务一的计算结果，估算此时横截面的流量为_______米?/秒。
Q=S?V=240×2=480（米?/秒）
（3）如果河流在枯水期、平水期、汛期和特大洪水期的流速分别为1.5米/秒、2.5米/秒、5米/秒、9米/秒，结合任务二的结果，计算不同特征时期的流量，并绘制水深—流量关系曲线（图2.37）。
Q=S?V=240×1.5=360（米?/秒）
Q=S?V=240×2.5=600（米?/秒）
Q=S?V=240×5=1200（米?/秒）
Q=S?V=240×9=2160（米?/秒）
0
200
600
1000
1400
1800
2200
2600
1
7
3
5
9
11
任务四：探究黄河“束水攻沙”的原理
PART 04
河流的流速越大，输沙能力越强。
明代治河专家潘季驯提出用“束水攻沙”的治河方略治理“水少沙多”的黄河，其核心思想是：“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。”
缕
堤
遥
堤
视频导入
【潘季驯】
蓄清刷黄，以水攻沙
（1）请用现代汉语描述潘季驯的“束水攻沙”方略。
潘季驯的“束水攻沙”方略主要包含以下要点：
通过修筑和完善堤防体系，将水流约束在相对狭窄的河道内。利用水流集中后所形成的较大流速，增强河水对河床泥沙的冲刷能力，从而达到冲走河底泥沙、防止河道淤积的目的。
具体而言，一方面是加固和修筑诸如缕堤、遥堤等各类堤防，缕堤靠近河道，直接约束水流，使水流集中；遥堤则距河较远，起防洪及辅助束水作用。另一方面，合理利用水闸等水利设施，在适当的时候调节水流，保证束水攻沙效果的持续性和稳定性，以此维持河道的相对通畅，保障漕运及周边地区的安全与发展。
缕
堤
缕
堤
遥
堤
遥
堤
（2）在河流流量一定的情况下，流速与河流横截面有关，试从流速与河流横截面关系说明“束水攻沙”原理。
在河流流量一定的情况下，根据流量公式（(Q)为流量，(v)为流速，(S)为河流横截面面积），流量(Q)固定时，流速(v)与河流横截面面积(S)成反比关系。
“束水攻沙”原理是通过缩窄河道等方式减小河流横截面面积。由上述反比关系可知，当河流横截面面积(S)减小时，在流量(Q)不变的情况下，流速(v)会增大。流速增大后，河水的动能增加，对河床泥沙的冲刷能力增强，能够携带更多的泥沙向下游输送，从而达到减少河道泥沙淤积、保持河道通畅的目的。
“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
D
D
如图所示，古人“筑堤束水、以水攻沙”“蓄清刷黄”来治理黄河。读图据此完成下面小题。
3．“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
4．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
C
D
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。
5．“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
6．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
C
D
三江源
黄河三角洲
7．[跨学科?历史]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。
【思考】分析黄河下游“多淤、易决、善徙”的自然原因。
（1）多淤——黄河流经中游黄土高原后含沙量大增；
（2）易决——黄河下游径流量较大，且季节变化大；
（3）善徙——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。
https://www.21cnjy.com/recruitment/home/fine

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