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跨学科主题学习
第二章 中国的自然环境
探究“束水攻沙”原理
1、了解河流过水横截面面积、流量、流速等基本概念。
2、探寻不同河段的河流过水横截面面积与河宽、水深的关系
3、通过计算和数据分析河流流量、过水横截面、流速的动态关系，分析”束水攻沙“的基本原理。
4、运用图文资料，了解黄河”束水攻沙“的治理策略，树立正确的人地协调观。
学习目标
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。
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。
① 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。
梯形面积公式： 过水横截面面积：
（上底a＋下底b) 高h 2
（60＋100) 3 2＝240（平方米）
任务一：计算河流的过水横截面面积
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
1、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。
表1 河流四地的河面宽度、河底宽度、水深与过水横裁面面积
图2 河流四地过水横截面示意
河段 河面宽度/米 河底宽度/米 水深/米 过水横截面面积/米
甲 600 1
乙 200 300
丙 100 150
丁 60 2
300
450
400
1
50
2
120
180
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
2、分析表中数据，四个河段中，河流过水横截面面积最大的是____河段，河宽（河面宽度与河底宽度）最窄的是_____河段。
甲
丙
3.分析表中数据，说出河宽（河面宽度与河底宽度）、水深与河流过水横截面面积的关系。
当河宽（河面宽度与河底宽度）一致时，河流水越深，河流过水横截面面积越大；当河流水深一致时，河流越宽，河流过水横截面面积越大。
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）
② 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
任务三:探寻河流过水横截面面积与流速的关系
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何流流量的计算方法。如图3在AB位置垂直河流做一个裁面，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。
图3 河流某河段流量计算原理示意
(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。
Q=S*V
240*2=480m/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 900 米’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一流速关系图(图4)。
任务三:探寻河流过水横截面面积与流速的关系
图4 河流过水横截面面积一流速关系曲线
甲：900 450=2米/秒
乙：900 300=3米/秒
丙：900 150=6米/秒
丁：900 180=5米/秒
(3)根拟图4绘制的曲线,描述河流流速与河流过水横截面而积之间的关系。
任务三:探寻河流过水横截面面积与流速的关系
当河流流量保持相对稳定时，河流过水横截面面积越小，流速越_____（快/慢），河流过水横截面面积越大，流速越_____（快/慢），河流过水横截面面积与流速成________（正比例/反比例）关系。
快
反比例
慢
任务四:探究黄河“束水攻沙”的原理
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，沙则河饱、尺寸之水皆由沙而，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。
(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。
任务四:探究黄河“束水攻沙”的原理
(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。
过水横截面面积越小，流速越大
"束水攻沙"通过收窄河道(减小过水横截面面积)来增大流速，其携带泥沙的能力也会提高，能够更有效地将河床的泥沙带走。从而输送泥沙入海，达到刷深河床、避免决溢、消弭水患的目的。
其核心是利用"断面缩小→流速提升一输沙能力增强"的原理治理淤积。
在现代，随着水利工程技术的不断进步，“束水攻沙”原理得到了更为广泛的应用和发展。请列举“束水攻沙”在现代黄河治理中的应用。
在黄河小浪底水利枢纽工程中，首次进行了大规模调水调沙试验，这是迄今为止世界水利史上最大规模的一次人工原型试验。通过精确调控水库放水，形成人工洪峰，冲刷下游河道，有效减少了河床淤积，提高了河道的泄洪能力。此外，在黄河海勃湾水利枢纽等工程中，也采用了类似的调水调沙策略，联合其他水库共同启动排沙调度，对改善黄河中下游淤积形态、延缓泥沙淤积速度和提升黄河下游河道过洪能力起到了积极作用。
原理运用
束水攻沙
提出者：
束水攻沙原理与应用
基本概念与计算
本节小结
潘季驯
过水横截面
河宽、水深
流量、流速
1、河流某一断面的过水横截面面积主要取决于该河段的 (　 )
A.河宽与水深的乘积　　　　　 B.河宽与水深的和
C.河宽与水深的平均值　　　　　D.河宽
A
2、某河流甲处的河底宽度为2米，河面宽度为4米，河水深度为4米，其过水横截面面积为 (　 )
A.8 m2　　　　B.12 m2　　　　C.16 m2　　　　D.24 m2
B
3、某河流甲、乙两处流量相同，甲处横截面面积为12 m2，乙处横截面面积为15 m2。两处流速关系为 (　 )
A.甲流速>乙流速　　　　　B.甲流速<乙流速
C.甲流速=乙流速　　　　　D.无法判断
A
课堂检测
(1)分析黄河下游“多淤、易决、善徙”的自然原因。
4、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。
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。
课堂检测
(2)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。
4、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。
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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