輸砂動力學移地教學報告
作者：丁遠期 系級：水利系水保組碩士一年級 學號：M9606331 開課老師：許盈松 老師 課程名稱：輸砂動力學 開課系所：水利工程與資源保育學系 開課學年：96 學年度 第一學期中文摘要
這次前往逢甲大學的姊妹校「中國武漢大學」進行輸砂動力學移 地教學參觀，進而學習對岸的水利工程知識和見識到長江三峽大壩的 雄偉。這趟旅程主要藉由課堂授課和實地的工程參觀了解大陸現對水 利工程努力和未來的展望，主要的授課教授邀請了武漢大學水電學院 的資深教授進行一個星期的教學，從中得知目前中國大陸對水利工程 的努大和發展也是不遺餘力；水利工程的發展史早在幾千年前大禹治 水的年代就開始被重視，『水』的治理經過幾千年努力還是沒有辦法 完全把它控制住，這說明了水利工程在當代的重要性。經過了這次的 移地教學的過程中學習到了許多的關念和知識，中國大陸在近幾年經 濟快速的發展，以不在是我們想像中的落後的中國大陸，在發展的過 程中最重要的工程就是「長江三峽大壩」，這是一個新的創舉，它領 導著中國大陸邁入另一個新的階段。目 次
ㄧ、行程概述 4 二、課程介紹 7 1.7 月 2 日 張小峰教授 課程名稱：河流動力學基礎 7 2. 7 月 3 日 談廣嗚教授 課程名稱：大陸江河治理開發現狀 9 3. 7 月 3 日 曹志先教授 課程名稱：河流泥砂研究進展 11 4. 7 月 4 日 陳立教授 課程名稱：河工模型實驗理論 13 5. 7 月 5 日 李可可教授 課程名稱：大陸江河水利史 14 6. 7 月 6 日 李義天教授 課程名稱：河流健康 17 7. 7 月 7 日 熊治平教授 課程名稱：江河防洪概論 18 三、工程考察與參觀 19 1.7 月 1 日(日) 武漢漢口江灘 20 2.7 月 4 日(三) 武漢大學水工、流力試驗室參觀 21 3.7 月 4 日(三)農田水利實驗場、水電站實驗室參觀 22 4.7 月 8 日(日) 宜昌-翁家酒館、三遊洞、中華鱘博物館參觀 23 5.7 月 9 日(一) 宜昌─三峽大壩工程教學及參觀 24 6.7 月 10 日(二) 宜昌─西陵峽之水上人家 26 7. 7 月 12 日(四) 黃河河務局水調中心教學與參訪模型大廳和 花園口 27 8.7 月 13 日(五) 少林寺、小浪底工程及龍門石窟 28 9. 7 月 14 日(六) 參觀三門峽工程、虢國兵馬坑 30 四、心得 31 五、參考文獻 32表目錄
表 1.1 行程表 6圖目錄
圖１.都江堰工程示意圖 17 圖２.都江堰工程 17照目錄
照 1 漢口江灘 20 照 2 泥沙模型試驗、水力學實驗室 21 照 3 農田水利試驗場、水電站實驗室 22 照 4 三遊洞、中華鱘館 24 照 5 長江三峽大壩 25 照 6 西凌峽 26 照 7 參觀水調中心、模型大廳、花園口 27 照 8 參觀少林寺、龍門石窟、小浪底工程 29 照 9 參觀三門峽工程、虢國兵馬坑 30行程概述: 凌晨三點多拖著重重的行李箱，邁著大大的腳步，即將前往中國 大陸進行維期 14 天的移地教學之旅。早在幾個星期前就開始策劃要 準備的行李。這是我人生當中的第一次踏出國門，雖然是我人生的一 小步，但卻是我邁向國際化的一大步。 隨著集合的時間的到來大家各自拖著行李，睡眼惺鬆搖搖晃晃到 達到集合的地點。坐上了小巴士前往中正國際機場，路上大家睡死了 一遍，太陽也慢慢的升起。 經過了二個多小時終於到達了中正國際機場，雖然時間是早上六 點多鐘，但機場裡面老早就擠滿了準備出國的民眾。辦好了手續後， 陸陸續續登上了飛機，在飛行的途中飛機因為遇到亂流而有所搖晃， 就好像在坐雲宵飛車一樣，真是虛驚了一場。 抵達香港後，因為政治的原因所以必需在此轉機，搭乘中國南方 澳的飛機前往武漢，正如其名飛機真的很「澳」，好像快解體一樣， 坐上去後心驚膽跳，可能是因為國內線的關係。 咻的一聲～飛機降落在武漢機場，來迎接我們的事武漢大學的李 建雄老師和王放老師，帶領我們參觀江灘、龍王廟和漢陽南岸嘴大 堤。這的防洪工程真是歷史的見證，記錄著不同年代洪水留下的足 跡。早在大禹治水的時代，洪水所造成問題關係著整個經濟的發展和
人民的生命財安全，直到今日治水依舊是一個重要的課題。水是捉摸 不定，我們只能減少它帶來的災害卻不能完全的解決它。所以水利工 程是一門很深澳的學問。
表 1.1 行程表 授課日期 授課時間 課程名稱 授課老師 8：30—11：30 7 月 2 日 （一） 14：30—17：30 河流動力學基礎 張小峰教授 8：30—11：30 大陸江河治理開發現狀 談廣嗚教授 14：30—17：30 河流泥沙研究進展 曹志先教授 7 月 3 日 （二） 19：00—21：00 與研究生座談交流 楊曉嵐 8：30—11：30 河工模型實驗技術理論 陳立教授 7 月 4 日 （四） 14：30—17： 30 模型實驗實習:泥沙模 型試驗廳、水力學實驗 室 陳立教授 詹才華教授 8：30—11：30 7 月 5 日 （四） 14：30—17：30 大陸江河水利史 （都江堰、大運河） 李可可教授 8：30—11：30 河流健康 李義天教授 7 月 6 日 （五） 14：30—17：30 參觀武漢大學、農田水利實場、水電站實驗室 等 張申澤 王富慶 李進平 7 月 7 日 （六） 8：30—11：30 14：30—17：30 江河防洪概論 熊治平副教授 7:30—12:00 武漢—宜昌 7 月 8 日 (日) 14:30—18:00 三遊洞、白鰭豚館 三峽大學 8:00－11:30 三峽工程報告 7 月 9 日 (一) 14:30－17:30 參觀三峽大壩 大 壩 培 訓 中 心 7 月 10 日 (二) 8:30－15:30 大壩－西陵峽 武漢大學
15:30－20:30 宜昌－武漢 7 月 11 日 (三) 7:10－11:05 漢口－鄭州（D124） 宿海天大酒店 7 月 12 日 (四) 上午:講課 下午:參觀水調中 心、模型大廳、花園 口 住鄭州 7 月 13 日 (五) 參觀少林寺、龍門石 窟、小浪底工程、 住洛陽 7 月 14 日 (六) 參觀三門峽工程、虢國 兵馬坑 住鄭州 7 月 15 日 (日) 中國南方航空 CZ3073 鄭州/香港 8:50－11:40 長榮BR870 香港/台北 15:30－17:10 鄭州-香港-臺灣
課程介紹： 7 張小峰教授 課程名稱：河流動力學基礎月 2 日 (一)與普通水力學關係 a.以天然河道為主要研究物件 b.河床是可變的 (二)學科內容 河道水流運動規律 水流與河床相互作用的紐帶-泥沙運動規律 泥沙顆粒特性 泥沙沉降特性 泥沙起動、推移質、懸移質 河床演變學 工程泥沙 模擬技術 (三)推移質和懸移質的定義 1、推移質：沿河床床面滾動、滑動或跳躍前進的泥沙 運動學特點：（1）時走時停 （2）在床面附近運動 （3）主要表現形式為連續的沙波運動
2、懸移質：懸浮在水中與水流相近的速度前進的泥沙。 3、兩者關係：（1）遵循的力學規律不同 （2）不能截然劃分，可以相互轉化。 (四)推移質分類 1、沙質推移質:沖積河流，中細沙，河床床面層，全部可動 2、卵石推移質:山區河流，卵石、礫石、粗沙，河床床面層部分可動 部分不可動。 (五)懸移質、床沙質及沖瀉質概念 1、推移質 2、懸移質：懸浮在水中，與水流同樣速度前進的泥沙。 3、床沙質：組成河床表層的泥沙 4、相互關係：（1）懸移質和推移質之間 a.遵循的力學規律不同 b.不能截然劃分，可相互轉化 （2）懸移質、推移質和床沙之間 a.懸移質、推移質是運動著的，床沙不動 b.懸移質、推移質與床沙作不斷交換
7 月 3 日 談廣嗚教授 課程名稱：大陸江河治理開發現狀 報告內容： ◆ 河流與人類文明 ◆ 大陸主要河流介紹 ◆ 大陸主要河流開發與治理現狀 ◆ 大陸主要河流開發存在的問題 古代四大文明皆发源于大河流域 中國—黃河 古埃及—尼羅河 印度—恒河 古巴比倫—兩河流域 （一）大陸河流主要特點 1、河流眾多，地區分佈不均勻 2、豐富多彩的水系類型 3、國際河流遍佈邊境地區 4、水利資源豐富，經濟價值高 （二）大陸主要河流介紹 長江—長 6300 多千米，僅次於南美洲的亞馬遜河和非洲的尼羅河， 為世界第三大長河；入海水量近 1 億立方米，占全國河流徑流量的 37%，水能資源極為豐富，相當於美國、加拿大和日本三國水能資源 的總和，也列為世界第三位。
黃河——河道全長 5484 km，流域面積 79.5 萬 km2，年平均徑流 量 580 億 m3，是我國的第二大河也是世界上著名的多沙河流。 黃河發源于青藏高原巴顏喀拉山北麓海拔 4500 m 的約古宗列盆地， 流經青海、四川、甘肅、寧夏、內蒙古、陝西、山西、河南、山東等 九省區，在山東墾利縣注入渤海。 珠江——我國南方的一條大河，橫貫華南大地，是我國七大江河 之一。珠江包括珠江流域、韓江流域、海南省，廣東、廣西沿海諸河 及雲南、廣西國際河流，跨越雲南、貴州、廣西、廣東、湖南、江西、 福建、海南等 8 省區，總面積為 79.63 萬平方公里，其中珠江流域我 國境內面積 44.21 萬平方公里，另有 1.1 萬余平方公里在越南境內。 海河 ——海河流域包括海河、灤河、徒駭馬頰河三大水系。由 薊運河、潮白河、北運河、永定河、大清河、子牙河、漳衛南運河、 黑龍港水系和海河幹流組成，各水系呈扇形分佈。
7 月 3 日 曹志先教授 課程名稱：河流泥砂研究進展 河流動力學研究物件與方法 河流動力學基本原理 (A)河流動力學基礎研究進展 a.水沙兩相流 b.河床附近泥沙交換機理與定量化模式 c.沖積河流耦合數學模擬理論 d.非恒定水沙動力學 e.複合明渠水沙動力學 f.異重流 (B)研究物件 a.河道水流、泥沙運動、河道演變 b.環境與生態學過程 (C)應用領域 a.水庫泥沙淤積與大壩下游沖刷、洩洪排沙、多庫聯合優化調度、調 水調沙 b.江河洪水、泥沙災害（如極值洪水、大壩、堤岸或大型滑坡體潰決） c.河流系統重歸自然化（如大壩拆除） d.河流泥沙管理（如河道采沙、喂沙）
e.河流建築工程（如取、排水口及橋墩附近局部沖刷、港口淤積） f.航道工程
7 月 4 日 陳立教授 課程名稱：河工模型實驗理論 主要內容 一、河工模型的用途 1.河道演變發展趨勢的預測 2.河道水流運動、河床沖刷淤積過程的複演 二、河工模型的分類 1.定床河工模型（水流模型） (1)正態定床模型 (2)變態定床模型 2.動床河工模型 (1)正態動床模型 (2)變態動床模型 a.幾何變態 b.比降變態 c.時間變態 三、河工模型與數學模型的互補性 1.數學模型的特點及適用範圍 2.河工模型的特點 3.預測河道演變的方法包括：實測資料的分析、河工模型、數學模型
7 月 5 日 李可可教授 課程名稱：大陸江河水利史 １、先秦時期： ¾ 興建了一批效益延續至今的大型農田水利工程； ¾ 開鑿了幾條成為後來人工運河幹線的運河段； ¾ 初步形成了黃河下游的堤防體系。 ２、 秦漢時期： ¾ 農田水利中心位於黃河流域； ¾ 人工運河以關中漕渠為代表，連接黃河下游與關中地區； ¾ 開展了數次大規模的治河，其中以王景治河為代表。 ３、 魏晉南北朝時期： ¾ 農田水利的成就主要集中在軍事屯田方面； ¾ 人工運河的成就主要體現于曹魏時的軍事運河。 ４、隋唐時期： ¾ 農田水利格局發生了重大的變化； ¾ 形成了歷史上著名的隋唐大運河，呈倒人字形佈局； ¾ 黃河處於歷史上著名的“八百年安流”的狀態。
¾ 以“汴京四渠”為代表的人工運河； ¾ 歷史上著名的“三次回河之役”，均以失敗而告終。 ６、元明清時期 ¾ 全國形成了農田水利遍佈的情形，規模不一，門類多樣； ¾ 開鑿和形成了世界上著名的京杭大運河； ¾ 治河取得了空前的成就： 元末賈魯堵口治河－歷史上唯一的汛期堵口； 明後期至清前期以潘季馴和靳輔為代表的治河家大 力推行“築堤束水”、“束水攻沙”的治河方略； 我國傳統治河技術日臻成熟與完善。 ¾ 近代西方水利科技開始引入。 都江堰 都江堰位於成都以西 60 公里的岷江中游幹流上，是一座大型的 無壩引水工程，以其歷史悠久、規模宏大、設計巧妙、效益久 遠而享譽中外。 都江堰是西元前 256 年由秦國蜀守李冰創建的長江流域水利開 發的第一項巨大工程。
7 月 6 日 李義天教授 課程名稱：河流健康 水能載舟，亦能覆舟 河流及水資源是獨特的、流動的、不可替代的寶貴資源，它需要 流域資源需求各方的共同維護和精心保養。 不適當或過度的開發利用，導致河流系統某項或者多項功能的受損或 衰竭，制約了河流的可持續利用，危及流域整體利益。 過度強調河流服務功能，無節制地開發利用水資源 河流生態環境惡化，人類無法生存 放棄河流服務功能，對河流不加治理 災害氾濫，生態環境惡劣，人類無法生存 水流、泥沙是河流系統最基本的物理要素，構成了河流系統的動 力因數。水沙調控是世界各大河流水資源開發利用的經驗和教訓總 結，更重要的是對水資源優化配置的認識突破。
7 月 7 日 熊治平教授 課程名稱：江河防洪概論 一、河道水流的基本特性 (1)兩相性 (2)三維性 (3)不恒定性 (4)非均勻性 (5)不平衡性 (6)紊動性 (7)阻力復染性 (8)流速分佈不均勻性 (9)流態特異性 二、河流泥砂的分類 (1)按粒徑大小分類 (2)按運動屬性分類 三、河流泥砂的基本特性 (1)幾何特性 (2)重力特性
工程考查與參觀
7 月 1 日(日) 武漢漢口江灘 漢口江灘公園上起武漢客運港，下至丹水池後湖船廠，以大面積 綠化和濱江公共休閒活動空間為主，展示城市景觀。公園分三期進行 規劃建設，全部工程于 2006 年初完工，如今，整個漢口江灘已成為 一個長達 6.2 公里、總面積達 150 萬平方米的休閒廣場，是目前中國 大陸全國最大的休閒廣場。 照1 漢口江灘7 月 4 日(三) 武漢大學水工、流力試驗室參觀
武漢大學裡設置的泥沙模型試驗場和水力學實驗室對河道進行 河道沖積淤砂的模擬試驗，其試驗的結果可供實際的水利工程建設時 的參考資料依據。
7 月 4 日(三)農田水利實驗場、水電站實驗室參觀 照3 農田水利試驗場、水電站實驗室
7 月 8 日(日) 宜昌-翁家酒館、三遊洞、中華鱘博物館參觀 三遊洞距宜昌市 10 公里，於山崖絕壁之上，它是一處開發已久 的天然溶洞，風光明媚宜人。唐元和十四年(西元 819 年)白居易、元 微之、白行簡三人曾來此尋幽訪勝，賦詩抒懷，並由白居易撰「三遊 洞序」以紀其事，此洞始名「三遊」。宋代的嘉祐元年(1056 年)蘇 洵、蘇軾、蘇轍父子三人也曾遊此，人們稱為「後三遊」。三遊洞形 成於峭壁的中部，背倚西陵峽，面臨下牢溪，高嵐深谷，山水秀麗。 洞室面積約 700 平方米，洞石褶皺起伏，形態富於變幻，或如獸奔蛇 舞，或若驚濤流雲，奇麗多姿。洞的中部有鐘乳石二根並列下垂，宛 如門楹，將洞隔成兩室，前室明曠，後室幽深，其旁復有一小洞頗狹 窄，扶壁需佝僂前行，可至洞外俯瞰大江。洞室內外石壁上，存有歐 陽修、黃庭堅、葉衡等宋人題刻十餘處和明代重刻「三遊洞序」石碑 及其它詩文題刻四十餘處，另有近人柯逢時、張難先、馮玉祥等的題 詞。三遊洞外山頂及其附近，還有傳為三國蜀漢封所築的城壘和張飛 擂鼓台等遺跡。 興建三峽大壩，雖然可改善長江河道，減少翻船意外，用以水力 發電，造福人民，但對長江原有生態卻有一定影響，中華鱘魚便是其 中受影響的生物。中華鱘魚主要分布在長江幹流和沿海水域，成年的 中華鱘魚可長達四米，體重超過千斤，壽命長達百歲，為二十七種鱘 魚之冠，是淡水魚類中最大最長壽。
照4 三遊洞、中華鱘館 7 月 9 日(一) 宜昌─三峽大壩工程教學及參觀 長江三峽自古以來，不僅是自然美景的象徵，也代表了中國自古 以來的諸多航運、文化、商業等各種活動的綜合體。長江三峽，也因 此成為自古兵家必爭之地。自從約二十年前，中共政府開始釋出興建 長江三峽大壩的消息開始，全世界的水利界、環境界、生態界，無不 對於此一人類有史以來的最大建壩工程，投諸特殊的眼光。。1997 年，長江截流完成；2003 年，三峽大壩開始蓄水至 135 公尺水位線， 諸多城鎮古蹟正式成為歷史，三峽大壩的所有功能，也正式開始運 作。三峽大壩工程，似乎已成為長江的代名詞，也是大陸人民的希望 工程。中國大陸目前持續凸顯長江三峽大壩在經濟發展方面佔有的角
色，但在大陸境內與全世界，有更多的人在感嘆其工程之浩大的同 時，也對於該工程計畫所衍生的環境生態、歷史文化，甚至人權等議 題，提出許多質疑。
7 月 10 日(二) 宜昌─西陵峽之水上人家 照 6 西凌峽
7 月 12 日(四) 黃河河務局水調中心教學與參訪模型大廳和花園口 欲了解中國，必須了解黃河；欲了解黃河，一定要知道花園口。 花園口是黃河的縮影，也是黃河的一個窗口。名臣、河神、鐵犀、傳 說……黃河文化在花園口打下了深深的烙印，黃河歷史在花園口寫下 了不朽的篇章。黃河專家說，花園口特殊的地理位置注定了其非凡的 歷史。在鄭州市北郊 18km 的黃河岸邊，有一個聞名遐邇的地方花園 口。花園口西距邙山 12km，北邊緊靠黃河，清代，這裏曾是黃河渡 口，且因舊有花園一處，遂名花園口。 花園口地處黃河下游沖積扇的上端，歷史上黃河曾多次在此附近 決口。近 40 年來，隨著國家經濟建設和治黃建設的發展，花園口發 生了巨大的變化。通過多次大規模地堤防培修和險工改建，花園口的 堤防，平均加高了 2.2m，原有的險工全部改建成爲砌石壩岸，堤防 和險工的抗洪能力大爲提高。 照 7 參觀水調中心、模型大廳、花園口
7 月 13 日(五) 少林寺、小浪底工程及龍門石窟 中國嵩山少林寺 「禪宗祖庭」少林寺是天下第一名剎，因坐落 在少室山下的茂密叢林中，故名「少林寺」。少林寺位於嵩洛文明之 腹地，經過千餘年的歷史沉澱，具有豐富的文化底蘊，時至今日，這 座千年古剎仍盡顯芳華。 龍門石窟位於洛陽市區南面 12 公里處，是與大同雲崗石窟、敦 煌千佛洞石窟齊名的我國三大石窟之一。 龍門是一個風景秀麗的地 方，這裡有東、西兩座青山對峙，伊水緩緩北流。遠遠望去，猶如一 座天然門闕，所以古稱“伊闕＂。現“伊闕＂，自古以來，已成為遊 龍門的第一景觀。唐詩人白居易曾說過：“洛陽四郊山水之勝，龍門 首焉＂。 小浪底工程的建成將有效地控制黃河洪水，使黃河下游花園口的 防洪標準從現在的約 60 年一遇，提高到千年一遇，基本解除黃河下 游淩訊的威脅，減緩下游河道的淤積。工程以防洪（防淩）、減淤爲 主，兼顧供水、灌溉和發電，蓄清排渾，除害興利，綜合利用。小浪 底水庫還可以利用其長期有效庫容調節非汛期徑流，增加水量用於城 市及工農業用水、灌溉和發電。
7 月 14 日(六) 參觀三門峽工程、虢國兵馬坑 由三門峽工程採用“蓄清排渾＂的運用方式，非汛期下泄清水， 黃河下游由淤變沖；汛期集中排沙，在一定程度上適應了黃河下游對 泥沙“多來多排＂的特性，使黃河下游河道的泥沙淤積量有所減少， 估計平均每年少淤約 6000 萬 t。三門峽水利樞紐調水調沙的運用實 踐，爲在多泥沙河流上修建大型水庫開創了先例，提供了極爲寶貴的 經驗。 照 9 參觀三門峽工程、虢國兵馬坑
心得與建議 參與這次交流的學生每個人都有不一樣的新體驗，對中國大陸的 看法也改變了許多，從中學習到不少的知識，見識到中國大陸的工程 技術的偉大和大壩的雄偉，這一切的一切真是令大家嘆為觀止。在這 之中參觀了不少的工程案例，也吸收到不同的經驗。透過這次的移地 交流讓每個人都有所成長，不僅是在知識上的增長，在心靈上更是有 所成長。往往只有在書本上能看到的知識和風景，這次的教學之旅中 一一呈獻在大家的面前，激發了大家對未來的學習和求知的慾望。「讀 萬卷書，不如行萬里路」這句千古名言，映證了這次的交流之旅。從 一開始的不熟悉，到後來大家都成為了好朋友，也認識了不少的大陸 同胞們，真是一趟收豐滿滿的旅行。 由於這次參與武漢大學移地教學的對象大部分都是水利方 面相關的在學學生，在旅費方面對部分的學生而言算是一筆不小的負 擔，希望學校方面能有所補助。在課程方面大致上沒什麼太大的問 題，只是在口音方面有所障礙。在最後幾天的行程安排上蠻精緻的， 但是有少許的急促。大致上是一次蠻不錯的移地教學之旅。
參考文獻 1. 武漢大學 ─ 河流動力學基礎 PPT ─ 張小峰 2. 武漢大學 ─ 大陸江河治理開發現狀 PPT ─ 談廣鳴 3. 武漢大學 ─ 河流泥沙研究進展 PPT ─ 曹志先 4. 武漢大學 ─ 河工模型試驗技術理論 PPT ─ 陳立 5. 武漢大學 ─ 大陸江河水利史 PPT ─ 李可可 6. 武漢大學 ─ 水沙過程與河流健康 PPT ─ 李義天 7. 黃河科學研究院 ─ 黄河泥沙研究 8. 黃河委員會網站及簡介 9. 武漢大學 ─ 河流泥沙動力學 張瑞錦主編 10. 張小峰等《水利學報》90 年第 10 期
11. Cao et al. (2004). Journal of Hydraulic Engineering, ASCE, 130(7), 689-703.
12. 3.Cao et al. (2007). Proc. 32nd IAHR Congress, July 1-6, Venice, Italy.
13. 鄭州旅遊網站 14. 武漢旅遊網站
