《海岸动力学》课程教学大纲

《海岸动力学》课程教学大纲、课程基本信息英文名称Coastal Hydrodynamics343100160课程类型专业必修课课程编号课程学分2课程学时36适用专业港口航道与海岸工程先修课程《高等数学》、《水利工程概论》、《水力学》、《海岸工程水文》后修课程《港口水工建筑物》、《港海工程施工》课程负责人课程团队、

二、课程性质与定位海岸动力学是港口航道与海岸工程专业的一门重要的专业必修课本课程是在掌握水力学和水文学等基本知识的基础上，运用数学手段诠释海岸动力基本规律其主要任务是要使学生认识和掌握海岸动力因子基本理论及其运动变化规律、海岸动力引起的泥沙运动；泥沙运动引起的相应的岩滩演变规律使学生在港口选址，港口及航道的淤积及海岸变形方面有一定的基础认识，为研究港口及航道等的工程施工及港口水工建筑物的设计计算打下一定的基础

三、课程目标

1.知识目标通过学习，应掌握以下主要内容1）海岸动力环境的基础知识，微幅波理论、有限振幅波理论以及各种波浪理论的适用范围；2）波浪短期统计特性以及波浪谱概念；3）波浪传播变形、辐射应力以及波生流物理产生机理；4）推移质输沙率、悬移质输沙率、波流共同作用下的输沙率；5）海滩平衡剖面概念；6）海滩上的泥沙运动与岸线变形；7）淤泥质海岸上港口及航道回淤量的估算方法

2.能力目标1）能够利用海岸动力学基本知识，认识自然界海岸的演变规律，并能指导海岸工程设计和施工活动；2）能够利用泥沙运动规律指导港口及航道回淤量的设计计算；3）掌握本领域相关课题的基本研究方法

3.素质目标通过对海岸动力学理论知识的加深，培养对海洋工程的兴趣和为国家海洋事业做贡献的信心，并能增强创新意识和环保意识

四、主要内容和要求第一章概论【目的要求】

4、掌握海岸动力学相关的基本概念；

5、熟悉海岸动力学的研究内容；

6、了解海岸动力学的研究方法、发展简史和专业的关系【教学设计建议】多媒体教学方式，展示与该课程相关的自然现象和丁.程实例【讲授内容】

1、海岸类型和基本概念；

2、海岸与河口地貌特征；

3、海岸侵蚀和淤积

4、海岸动力因素；

5、海岸工程【自学内容】

1、本课程研究内容和方法第二章波浪理论第一节概述【目的要求】

1、掌握波浪分分类；

2、熟悉波浪运动的描述方法和控制方程；

3、了解波浪控制方程的定解条件【教学设计建议】板书课堂讲授，对波浪运动的控制方程和定解条件进行推导【讲授内容】

1、波浪分类；

2、波浪运动的描述方法和控制方程第二节微幅波理论【目的要求】

1、掌握微幅波的势函数、色散方程、质点运动轨迹、压力场、波能流；

2、熟悉微幅波控制方程和定解条件、微幅波的速度场和加速度场；

3、了解波群和波群速度、驻波【教学设计建议】板书传统讲授微幅波基本理论公式；多媒体展示微幅波质点运动轨迹、波群和驻波等【讲授内容】

1、微幅波控制方程和定解条件；

2、微幅波理论解一一微幅波势函数和色散方程；

3、微幅波的速度场和加速度场；

4、微幅波的质点运动轨迹；

5、微幅波的波能和波能流【自学内容】

1、波群和波群速度；

2、驻波第三节斯托克斯波理论【目的要求】

1、掌握斯托克斯波与微幅波的区别与联系；

2、熟悉二阶斯托克斯波的流体质点速度、质点轨迹和质量输移；

3、了解斯托克斯波的二阶解【教学设计建议】板书讲述斯托克斯波的二阶阶；多媒体展示斯托克斯波的质点运动轨迹以及与微幅波的区别【讲授内容】

1、斯托克斯波的二阶解；

2、二阶斯托克斯波的流体质点速度、质点轨迹和质量输移第四节浅水非线性波理论【目的要求】

1、掌握椭圆余弦波和孤立波的波面形式和适用条件；

2、熟悉椭圆余弦波和孤立波的基本理论；

3、了解椭圆余弦波和孤立波的解【教学设计建议】多媒体展示椭圆余弦波和孤立波的波面形式和使用条件；板书展示基本理论和解【讲授内容】

1、椭圆余弦波理论简介；

2、孤立波理论简介第五节随机波浪理论简介（自学）【目的要求】

1、掌握波浪谱的基本定义;

2、熟悉随机波统计理论基本原理；

3、了解Newman谱、P-M谱等多种风浪频谱【教学设计建议】多媒体展示自学要点；采用翻转课堂验证学习效果【讲授内容】

1、随机波统计理论基础

2、海浪谱理论概述第三章波浪传播和破碎第一节波浪边界层和底摩擦力【目的要求】

1、掌握波浪近底边界层最大底面剪切应力计算方法；

2、熟悉边界层的流速分布和摩阻损失；

3、了解底摩阻力引起的波高衰减公式【教学设计建议】板书传统推导边界层内流速和摩阻损失基本公式【讲授内容】

1、造成波浪能量损失的原因；

2、边界层基本定义；

3、层流边界层内流速和摩阻损失；

4、紊流边界层内的流速和摩阻损失；

5、底摩阻引起的波高衰减第二节波浪浅水变形、折射和绕射【目的要求】

1、掌握波浪守恒定律；波浪浅水变形规律；波浪折射和绕射的现象；

2、熟悉波浪浅水变形、折射、绕射后的波高计算方法；

3、了解波浪浅水变形、波浪折射和绕射的基本理论推导【教学设计建议】板书传统讲授波浪浅水变形、绕射和折射的基本原理；多媒体展示波浪浅水变形、绕射和折射的现象，以及波要素变化规律等【讲授内容】

1、波浪守恒定律；

2、波浪浅水变形；

3、波浪的折射；

4、波浪折射引起的波向线和波高的变化；

5、波浪的绕射第三节水流对波浪运动的影响（自学）【目的要求】

1、掌握波浪在河口附近的折射现象；

2、熟悉水流对波浪运动的影响

3、了解水流中波浪运动的解【教学设计建议】多媒体展示自学要点；组织分组讨论或翻转课堂【讲授内容】

1、波浪在河口附近的折射现象；

2、水流中波浪运动的解；

3、水流对波浪运动的影响第四节波浪破碎【目的要求】

1、掌握破碎波类型和波浪破碎判别指标；

2、熟悉破波带的概念；

3、了解波浪破碎的原因【教学设计建议】板书传统讲述波浪破碎的判别方法，算例教学；多媒体课堂展示破碎波的类型以及破波带的分区【讲授内容】

1、波浪破碎的原因；

2、破碎波的类型；

3、极限波陡和破碎指标；

4、破波带第四章近岸水流运动特性【目的要求】

1、掌握潮汐和潮流的概念水流速度垂向分布规律；

2、熟悉波浪对水流速度垂向分布的影响；波浪和水流共同作用的底摩擦力的计算；

3、了解公式的推导过程【教学设计建议】板书传统讲授和多媒体展示相结合；组织分组讨论学习或翻转课堂【讲授内容】

1、潮汐和潮流的概念；

2、平衡潮理论；

3、紊流边界层内的流速和摩阻损失；

4、波浪对水流垂向分布的影响；

5、波浪和水流共同作用的底摩擦力【白学内容】

1、潮汐调和分析；

2、天然河口潮波运动基本特征；【教学设计建议】板书传统讲授和多媒体展示相结合；组织分组讨论学习或翻转课堂【讲授内容】第五章海岸波生流【目的要求】

1、掌握辐射应力、波浪增减水、沿岸流、裂流和近岸环流的基本概念；以及辐射应力分量分量与波浪增减水、沿岸流、裂流和近岸环流的关系；

2、熟悉辐射应力的表达式；波浪增减水计算；

3、了解公式的推导过程

1、波浪破碎引起的动量转移；

2、辐射应力的概念及其张量表达式；

3、辐射应力表达式；

4、波浪增水和减水；

5、平直海岸沿岸流；

6、裂流和近岸环流的产生机理【自学内容】

1、海岸垂向环流；

2、海岸低频波浪；第六章泥沙基本特性第一节沙质泥沙特性【目的要求】

1、掌握单颗粒泥沙沉速的计算；

2、熟悉单颗粒泥沙的特性以及波浪对沙粒的分选作用；

3、了解泥沙的群体特性【教学设计建议】多媒体教学，分组讨论或翻转课堂【讲授内容】

1、单颗粒泥沙特性泥沙粒径、泥沙颗粒的形状、泥沙颗粒密度；

2、单颗粒泥沙沉速及其计算方法；

3、泥沙的群体特性泥沙粒径分布、孔隙率、容重和水下休止角

4、波浪对沙粒的分选作用；

5、算例第二节粘性泥沙特性【目的要求】

1、掌握泥沙的电化学性质和絮凝现象；

2、熟悉粘性泥沙的沉降过程；

3、了解【教学设计建议】多媒体教学，分组讨论或翻转课堂【讲授内容】

1、泥沙电化学性质；

2、粘性细颗粒泥沙的絮凝

3、粘性泥沙的沉降和固结絮凝沉降、制约沉降、群体沉降和密实过程;第三节粉沙特性（自学）【目的要求】

1、掌握粉沙的基本特性；

2、熟悉粉沙海岸开挖航槽遇到的困难；

3、了解粉沙的界定【教学设计建议】分组讨论或翻转课堂【讲授内容】

1、粉沙的粒径区间

2、粉沙的共性特征；

3、粉沙海岸的工程问题第四节泥沙运动方式【目的要求】

1、掌握泥沙运动方式的分类

2、熟悉推移质运动与悬移质运动的定义；

3、了解推移质与悬移质的区别【教学设计建议】多媒体教学，分组讨论或翻转课堂【讲授内容】

1、海岸地区泥沙运动方式的分类；

2、推移质运动；

3、悬移质运动；

4、推移质与悬移质的区别第七章沙质海岸泥沙运动第一节泥沙起动【目的要求】

1、掌握泥沙起动判别方法；

2、熟悉临界希尔兹数的确定方法；

3、了解泥沙运动界限水深【教学设计建议】板书传统讲授，多媒体案例展示，分组讨论或翻转课堂【讲授内容】

1、泥沙起动判数

2、临界希尔兹数；

3、泥沙起动判别算例

4、泥沙运动界限水深第二节沙纹和沙纹上的泥沙运动

1、掌握沙纹对泥沙运动的影响；

2、熟悉沙纹类型；

3、了解沙纹的成因【教学设计建议】板书传统讲授，多媒体案例展示，分组讨论或翻转课堂【讲授内容】

1、沙纹的形成和类型；

2、沙纹对推移质运动的影响；

3、沙纹引起的悬移质运动；第三节推移质输沙率【目的要求】

1、掌握输沙率基本概念；

2、熟悉两种方法建立的推移质输沙率的计算方法；波浪平衡输沙率公式；

3、了解利用基本公式计算航道淤积厚度【教学设计建议】板书传统讲授，多媒体案例展示，分组讨论或翻转课堂【讲授内容】

1、推移质输沙率概念及几种表达方式；

2、基于受力分析的推移质输沙率；

3、基于能量原理的推移质输沙率；

4、两种原理的适用条件；

5、波浪平衡输沙公式第四节悬移质含沙量和输沙率【目的要求】

1、掌握悬移质含沙量和输沙率的基本概念；

2、熟悉悬移质输沙率的计算；

3、了解悬移质含沙量沿水深的分布规律【教学设计建议】板书传统讲授，多媒体案例展示，分组讨论或翻转课堂【讲授内容】

1、悬移质含沙量分布；

2、含沙量分布算例；

3、悬移质输沙率；

4、悬移质输沙率算例第五节全沙输沙率、平衡输沙和不平衡输沙、沿岸输沙（自学）【目的要求】

1、掌握全沙输沙率、平衡输沙和不平衡输沙、沿岸输沙的基本概念；

2、熟悉全沙输沙率的计算方法；

3、了解公式推导过程【教学设计建议】多媒体展示自学要点，分组讨论或翻转课堂【讲授内容】

1、全沙输沙率；

2、平衡输沙和挟沙力；

3、不平衡输沙；

4、沿岸输沙率；

5、沿岸输沙率在海滩横断面上的分布第八章沙质海岸形态和变形第一节海岸剖面形态【目的要求】

1、掌握沙坝坡面和滩肩剖面对的转化条件；

2、熟悉建筑物钱的海岸剖面变形；

3、了解海岸坡度和平衡剖面【教学设计建议】板书传统讲授，多媒体案例展示，分组讨论或翻转课堂【讲授内容】

1、沙坝剖面和滩肩剖面；

2、海滩剖面的转化条件；

3、平衡剖面；

4、海岸坡度；

5、建筑物前的海岸剖面变形第二节海岸平面形态【目的要求】

1、掌握海岸形态分类；

2、熟悉海岸平衡岸线的概念；

3、了解海岸工程建筑物引起的岸线长期变形【教学设计建议】板书传统讲授，多媒体案例展示，分组讨论或翻转课堂【讲授内容】

1、海岸形态分类堆积性海岸、侵蚀性海岸及平衡海岸；

2、海岸平衡岸线的概念；

3、沿岸输沙率处处为零的平衡岸线；

4、岸线形状不变但可以平行前进或后退的平衡岸线；

5、离岸岛屿区的平衡岸线

3、海岸工程建筑物引起的岸线长期变形【自学内容】

1、沿岸输沙的现场调查和实测方法；

2、凸堤、岛堤引起的海岸线变形案例；第三节海岸变形的计算（自学）【目的要求】

1、掌握海岸变形的计算方法的选用；

2、熟悉一线模型计算岸线变形；

3、了解海岸变形的数值计算方法【教学设计建议】多媒体展示自学要点，分组讨论或翻转课堂【讲授内容】

1、海岸剖面变形计算；

2、计算岸线变形的一线模型；

3、数值计算方法；第九章淤泥质海岸泥沙运动和岸滩演变【目的要求】

1、掌握淤泥的流变特性；

2、熟悉粘性细颗粒泥沙运动规律；淤泥质海岸地形变化；

3、了解港池和航道回淤计算【教学设计建议】板书传统讲授，多媒体案例展示，分组讨论或翻转课堂【讲授内容】

1、淤泥流变特性流体型淤泥流变特性、浮泥流变特性、粘性土流变特性；

2、水流作用下粘性泥沙运动规律泥沙起动、粘性泥沙冲刷率和淤积率、粘性泥沙的输移；

3、波浪作用下粘性泥沙的运动规律淤泥引起的波浪衰减、波浪作用下淤泥输移、波浪作用下泥床泥沙变化；

3、淤泥质海岸地形变化控制方程；

4、淤泥质海岸剖面变化；

5、淤泥质海岸工程建筑物附近的岸滩演变；

6、淤泥质海岸平均含沙量估算；

7、淤泥质浅滩上航道淤积计算；

8、港池淤积计算第十章海岸防护【目的要求】

1、掌握海岸防护的类型；

2、熟悉各种海岸防护的作用；

3、了解海岸防护措施的选用【教学设计建议】多媒体案例展示，分组讨论或翻转课堂【讲授内容】

1、海岸硬防护护岸、丁坝、离岸堤、潜堤和人工岬角；

2、海岸软防护人工养滩、人工输沙和生物防护措施；

3、海岸包含措施的组合应用【自学内容】

1、海岸变形的估算方法

五、教学条件多媒体教室

六、学时分配建议表理论教学内容学时第一章概论2第二章波浪理论4第三章波浪传播和破碎4第四章近岸水流运动特性4第五章海岸波生流4第六章泥沙基本特性4第七章沙质海岸泥沙运动4第八章沙质海岸形态和变形44第九章淤泥质海岸泥沙运动和岸滩演变第十章海岸防护2合计36

七、实施建议

1、教学组织教学方式传统教学与现代信息技术结合；教学方法和手段讲授法为主，讨论法与直观演示法为辅；教学具体内容以上述主要内容和要求为指导，可结合学科研究前沿选择教学内容；教学重点以上述划定的需掌握的内容为教学重点；教学要求对需掌握的内容建议采用传统讲授法进行板书推导，并结合讨论和直观演示进行加深；对要求熟悉和了解的内容可采用多媒体教学或课外自学方式进行教学；另外，可采用翻转课堂方式，对部分需重点掌握的内容进行教学；建议建立课程网站，丰富课程教学资源

2、教材选编教材应包含本标准包含的所有内容，同时要结合最新的研究成果具有前沿性；另外，教材要以基本知识为重点，思路清晰，公式推导符合逻辑，主次分明教材内容丰富，图文并茂，有与内容相关的例题和课后题目前可推荐《海岸动力学》（第四版），邹志利主编，人民交通出版社

3、教学团队主讲教师为港口海岸及近海工程专业的硕士或博士研究生毕业，从事海岸工程、近海工程相关领域的研究和教学工作，具有较强的教学能力和科研能力教师队伍人员配置合理，至少包含副教授一名，讲师3名,平均年龄不高于40岁

4、教学评价教学评价采用期末考试与平时考核相结合的方式期末考试（占总成绩的70%）为闭卷考试，内容以基本概念为主平时考核（占总成绩的30%）包括课堂提问、学生作业、考勤等

5、教学资源1）海洋工程波浪力学，王树青、梁丙辰编著，中国海洋大学出版社，2013年；2）海浪理论及计算原理，文圣常，余宙文，科学出版社，1984年；3）泥沙运动力学，钱宁、万兆惠著，科学出版社，1983年；4）波流实验水槽（水池）等撰写:审核:。