第二章中国的自然环境 跨学科主题学习 探究“束水攻沙”原理 课件-2025-2026学年八年级地理上册人教版（2024）

跨学科主题学习 探究“束水攻沙”原理 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。 可以参照以下流程，开展本主题的跨学科学习。 任务一：计算河流的过水横截面面积 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)。 图1 河流过水横截面示意 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：S = (a + b)h ÷ 2，其中S表 示梯形面积，a表示梯形的上底，b表示梯形 的下底，h表示梯形的高。 过水横截面面积：S = (a + b)h ÷ 2 = (60 + 100) × 3 ÷ 2 = 240 m2 S = (a + b)h ÷ 2，其中S表 示梯形面积，a表示梯形的上底，b表示梯形 的下底，h表示梯形的高。 S = (a + b)h ÷ 2 = (60 + 100) × 3 ÷ 2 = 240 m2 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 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、水深与过水横截面面积 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 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 m³/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 m³/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 m³/s不变。则： 甲处：S甲 = 450 m²，v甲 = 900 ÷ 450 = 2 m/s 乙处：S乙 = 300 m²，v乙 = 900 ÷ 300 = 3 m/s 丙处：S丙 = 150 m²，v乙 = 900 ÷ 150 = 6 m/s 丁处：S丁 = 180 m²，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。 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。” (1)请用现代汉语描述潘季驯的“束水攻沙”方略。 潘季驯“束水攻沙”方略的核心思想是水流分散则流速缓慢，容易导 致泥沙沉积，使河床抬高；而水流集中则流速迅猛，能够有效冲刷泥 沙，使河道加深。他认为通过修筑堤坝约束水流，使水流集中，增强水 的流速和冲刷能力，以达到冲刷河床泥沙、防止泥沙淤积、加深河道的 目的。 (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。 $$