西北农林《水利水能规划》教学大纲.docx

水利水能规划教学大纲一、课程说明：（一）学时：32学时（二）学分：2.0（）先修课程工程水文学、水力学、灌溉排水工程学（四）内容简介本课程是农业水利工程专业、水利水电工程专业和热能与动力工程专业学科 基础课。水利水能规划是为防治水旱灾害、合理开发利用水土资源而制定的总体安排。 通过本课程学习，使学生掌握水利水电规划的基本理论、基本知识，初步掌握兴 利调节计算、洪水调节计算及水能计算的基本分析方法，为从事水利水电工程规 划、管理奠定理论基础。水利水能规划是根据国民经济发展对开发利用水资源提出的实际要求以及 水资源本身的特点和客观情况，并根据中华人民共和国水法的规定，研究如 何经济合理地综合治理河流、综合开发水资源，确定水利水电工程的合理开发方 式、开发规模和可以获得的效益，以及拟订水利水电工程的合适运用方式等。其主要内容包括水资源综合利用、兴利调节、洪水调节、水能计算及水电站 在电力系统中的运行方式、水电站及水库的主要参数选择和水库调度等。（五）推荐教材/参考书目1 .张芮,王双银主编.水利水能规划一一水资源规划及利用.中国水利水电出 版社.2007年2 .畅建霞,王双银副主编.水资源规划及利用.黄河水利出版社,20103 .周之豪等编.水利水能规划（第二版）.中国水利水电出版社.2007年4 .任树梅、李靖主编.工程水文与水利计算.中国农业出版社.2005年5 .王维第主编.水电站工程水文.河海大学出版社.1995年二、历史沿革：伴随着我国水利事业的发展和水利高等教育的不断改革，水利水能规划课程 经历了由建国初期的径流调节到上世纪水利计算和水利水能规划的更名 和相关知识结构的调整。为了适应新时期水利水电建设及整个国民经济和社会发 展形势对水利水电工程专业人才培养的需求，高等学校水利教学指导委员会于本 世纪初期将水利水电工程专业的水利水能规划课程调整为水资源规划及利用 ，并将其列为该专业的核心课程,相应的教学内容也进行了适当的调整和拓展。（1）课程发展历史悠久，80多年的发展形成了鲜明的教学特色西北农林科技大学是我国最早开展水利水能规划教学的高等院校之一。 建校之初，李仪祉、沙玉清等老一代专家教授在吸收苏、美等国的先进技术的基 础上，编写了我国最早的农田水利学教材，开展了农业水文学及径流调节的 教学内容。1980年，华东水利学院、西北农学院（现西北农林科技大学）和武 汉水利电力学院合编水文及水利水电规划上册。1999年后，我校农业水利 工程专业、水文与水资源专业、水利水电工程专业和热能与动力工程专业将工 程水文学与水利计算合并为一门课程开设，使用我校参编的中国农业出版 社国家农林院校十五规划教材工程水文与水利计算；水土保持专业开设的水 文与水资源学课程，使用我校主编的中国林业出版社高等院校面向21世纪课 程教材水文与水资源学。从2009年开始，我校农业水利工程专业、水利水 电工程专业和热能与动力工程专业又将工程水文学与水利水能规划分为 两门课程开设，其中水利水能规划主要使用我校参编的黄河水利出版社全国 高等院校水利水电类精品规划教材水资源规划及利用；并根据水文水资源工 程专业培养方案，开设了水文水利计算课程。经过近八十年的教学实践与建设，我校水利水能规划课程的教学已从径流调 节和水能计算体系发展到目前的水资源规划及利用的教学体系；从以灌溉工程水 利计算到目前水利水电工程相关的水利水能规划和水资源规划阶段，在水库调度、 水资源评价等方面形成了鲜明的教学特色。本课程于2012年被批准为学校首批 网路课程建设项目并于2014年建设完成。(2)教学改革不断深化，教学内容和教学方法日趋合理与完善水利水能规划课程具有内容丰富、知识面宽、概念抽象和计算繁琐等特 点。课程团队秉承老一辈专家教授严谨的治学态度，以提高课程教学效果为目标， 积极开展教学内容、教学方法和教学手段的改革与研究，总结教学经验。结合我 校农业水利工程专业陕西省名牌专业建设、教育部二类特色专业建设、工程教育 专业认证和水文水资源工程专业陕西省特色专业建设、工程教育专业认证以及相 关专业硕士点和博士点建设计划支撑，在理论教学方面，根据学科发展，更新课 程内容，结合课程团队成员承担的科研和生产项目，为本科生学生开设了教授专 家讲座，采用启发式教学、精讲多练、实例教学等多种教学方法；在实践教学方 面，重视辅导、自学和实训相结合的教学方法；在教学手段上，利用现代多媒 体教学手段，探索水利水能规划多元辅助教学法；在考核方式方面，形成了 作业、平时考核、课程论文/设计和试卷相结合的综合评定法。另外，课程团 队总结启发式和引导式教学法，激励学生自主学习的积极性；通过引进重点大学 优秀博士，实现了教学队伍的新老交替及教学内容、教学方法和教学水平的不断 改进和提高。(3)重视教学环境和教学资源建设，不断强化实践教学八十年来，经过几代教师的辛勤工作，课程团队在课程教材编写、实习基地 建设、多媒体课件、网络资源开发、教学模式探索等方面，均取得了丰硕的成果。近年来，课程团队在学院和学校的大力支持下，陆续和宝鸡峡水利水电设计 院、三门峡水利枢纽库管理局、三峡大学生实习基地、宝鸡市水资源管理处、石 头河水库管理局等单位联系，建立了西北农林科技大学水利水能规划一一水资 源规划及利用课程实习基地。学院拥有水利部西北水利实验中心、陕西省水利 工程质量检测中心站、咸阳西北水利工程咨询有限公司（甲级）、西北水利水电 建设监理中心（甲级）和西北水利水电建筑勘察设计院（乙级）等机构，这些机 构成为本校本科生和研究生进行水利计算、水能分析、水库调度、水资源评价和 规划等于本课程有关内容的实践依托。同时，主编和参编的普通高等教育十二五规划教材水利水能规划一一水 资源规划及利用、普通高等学校十二五省部级重点规划教材水资源评价（第 二版）、全国高等院校水利水电类精品规划教材水资源规划及利用、国家 农林院校十五规划教材工程水文与水利计算和面向21世纪课程教材水文 与水资源学等均可作为教学用书，体现了我校课程的教学特点；课程团队结合工程实践编写的水文水利计算课程设计指导书、水利水能规划课程设计 指导书等以及课程团队参与编写的各类水利水电工程的设计说明书、各类研究 报告均为实训提供了丰富的资料。（4）积极开展国际交流与师资队伍建设，培养了一支以年轻博士为主体的 师资队伍我校实施以提高师资队伍整体素质和创新能力为中心，以建设创新团队和 支持高层次创造性人才为重点，加强师资队伍建设的人才强校战略。课程团队 与美国德州农工大学、衣阿华州大学和美国犹他州大学具有良好的合作基础，博 士学位人数达100%,教学力量强，是一支以年轻博士为主体的师资队伍。2014年4-6月邀请美国内布拉斯加林肯大学流域模型专家Michael W. Van Liew博士为我校水利类本科生讲授工程水文学和地面径流与水质模型 两门课程，为水利类专业研究生讲授流域水文模型，本课程团队的全体老师 全程观摩教学过程，吸收了国外先进的工程水文方面的最新研究成果及教学理念 和方法。三、教学内容:绪论水资源的含义；我国水资源的特点；本课程的性质、主要内容和任务。 第一章水资源的综合利用第一节概述第二节水力发电水资源开发利用原则；河流水能资源分析与估算；水能计算基本公式； 水能资源的基本开发方式第三节防洪防洪工程措施和非工程措施第四节灌溉水源的工程体系；灌溉制度；灌溉方法第五节 其他水利部门给水；航运；旅游等第六节 各水利部门间的矛盾及其协调流域（区域）水资源开发利用中各用水部门、地区、防洪与兴利的矛盾 与协调第二章兴利调节第一节概述第二节水库特性径流调节的概念及分类；兴利调节计算的基本资料；水库特性曲线；水 库特征水位及特征库容；水库蒸发渗漏损失。第三节兴利调节分类按调节周期、作用对兴利调节分类；第四节设计保证率设计保证率的涵义及衡量方法；不同用水部门设计保证率的选择。第五节设计代表期设计代表年；设计枯水系列；设计中水系歹第六节兴利调节计算原理和方法兴利调节计算原理；兴利调节计算的研究课题；兴利调节计算的时历法、 数理统计法第七节年调节水库兴利调节计算时历法已知用水求兴利库容：长系列法，代表年法，考虑损失水库正常蓄水位 的确定；根据兴利库容确定水库实际供水能力；设计保证率、调节流量与调 节库容的关系；图解法第八节多年调节水库的兴利调节计算时历列表法；差积曲线法；试算法多年调节水库水量损失的计算；对时 历法的评价；数理统计法的基本原理；固定用水下多年调节计算的数理统计 法；变动用水多年调节计算的数理统计法；年库容计算；总库容的计算第三章水库洪水调节第一节水库的调洪方式及防洪标准水库的调洪方式；水库的调洪作用；水库调洪计算的任务；防洪标准第二节水库调洪的计算原理水库水量平衡方程；水库蓄泄方程；水库调洪计算方法第三节水库调洪计算的列表试算法计算步臊；例题第四节水库调洪计算的图解法半图解法（单辅助线法，双辅助线法）；图解法；考虑动库容的调洪计 算第五节水库防洪计算水库防洪计算的任务和步骤；溢洪道不设闸门时水库的防洪计算；溢洪 道有闸门时水库的防洪计算第四章水能计算及水电站在电力系统中的运行方式第一节水能计算的目的、任务和方法水能计算的目的和任务；按等流量调节的水能计算列表法；按已知出力 调节的列表试算法第二节水电站保证出力和多年平均年发电量的计算无调节、日调节、年调节、多年调节水电站保证出力计算；无调节、日 调节、年调节、多年调节水电站多年平均发电量的计算第三节电力系统的负荷及容量组成电力用户及其用电特性；电力负荷图；电力系统的容量组成第四节电力系统中各类电站的工作特性水电站的工作特性；火电站的工作特性；风力发电站的工作特性；电力 系统中各类电站运行遵循的原则第五节 水电站在电力系统中的运行方式无调节、日调节、年调节、多年调节水电站的运行方式第五章水库电站主要参数的选择第一节水电站装机容量的选择无调节、日调节、年调节、多年调节水电站最大工作容量的确定；电力 系统负荷备用容量、事故备用容量、检修备用容量的确定；水电站重复容量 的确定；水电站装机容量选择第二节水电站水库正常蓄水位的选择正常蓄水位与经济指标的关系；正常蓄水位比较方案的拟定；正常蓄水 位选择的方法步骤；第三节水电站水库死水位的选择死水位与动能指标的关系；对水库死水位的其他要求；选择死水位的方 法和步骤第六章水库调度第一节水库调度的意义及调度图第二节水库兴利调度年调节水电站水库基本调度线绘制；多年调节水电站水库基本调度线;加大出力调度线；降低出力调度线；有综合利用任务的水库调度第三节水库防洪调度防洪库容和兴利库容有可能结合的情况、防洪库容与兴利库容完全不结 合第四节水库优化调度简介四、课程结构和知识点：1 .水资源开发利用方式及特点(1)结构(见图1)图1水资源开发利用方式及特点结构图(2)知识点水力发电：水能计算基本公式、水能资源的开发方式防洪与治涝：洪涝成因、治理的工程措施和非工程措施灌溉：灌溉的主要任务、水源的工程体系、灌溉制度、灌溉方法用水矛盾的协调2 .水库兴利调节（1）结构（见图2）图2水库兴利调节结构图（2）知识点水库特性：水库面积特性和容积特性、水库的特征水位和特征库容、水库 水量损失、水库淤积兴利调节分类：按调节周期、水库任务、水库供水方式分类设计保证率：工作保证率和设计保证率的含义、设计保证率的选择设计代表期：设计代表年、设计多年径流系列兴利调节计算：任务、计算原理、调节计算的课题、时历列表法、数理统 计法3 .水库洪水调节（1）结构（见图3）水5E词:洪计真妁基士理军保证水库和下需安全水W调洪计算的方法溢洪道无里门拉割溢洪道有军门控制水岸枢纽及下滥防洪标准列表试算法 至离W法列表试算法图3水库洪水调节结构图(2)知识点水库的调洪作用与任务水库调洪计算原理：水量平衡、蓄泄曲线水库调洪计算的方法：列表试算法、图解法有闸门控制情况下的水库调洪计算水库防洪计算4 .水能计算及水电站在电力系统中的运行方式(1)结构(见图4)图4水能计算及水电站在电力系统中的运行方式结构图（2）知识点水能计算的目的与内容：水能计算的列表法、水电站保证出力计算、水电 站多年平均年发电量估算电力系统的负荷图：电力系统及其用户特性、电力负荷图、设计水平年电力系统的容量组成及各类电站的工作特性：电力系统的容量组成、各类 电站的技术特性水电站在电力系统中的运行方式：无调节、日调节、年调节、多年调节水 电站的运行方式5 .水电站及水库的主要参数选择（1）结构（见图5）TFM姜工二卡篷适WR 学XB至R:*二暧断褪宓!桶辇麻也Sfi相图5水电站及水库的主要参数选择结构图（2）知识点水电站装机容量选择：电力电量平衡原理、水电站最大工作容量确定、电 力系统各种备用容量的确定、水电站重复容量的选定、水电站装机容量选择步骤以发电为主的水库特征水位的选择：水库正常蓄水位的选择、设计死水 位的选择、防洪水位选择£.水库调度（1）结构（见图6）I期睇运用和注调蒯曲施水患g I图6水库调度结构图（2）知识点水库调度的意义及调度图水库的兴利调度：年调节水电站水库基本调度线、多年调节水电站水库基 本调度线、加大降低出力调度线、有综合利用任务的水库调度水库的防洪调度：防洪库容和兴利库容有可能结合的情况、防洪库容与兴 利库容完全不结合水库优化调度简介五、教学设计:水利水能规划是根据国民经济发展对开发利用水资源提出的实际要求以 及水资源本身的特点和客观情况，并根据中华人民共和国水法的规定，研究 如何经济合理地综合治理河流、综合开发水资源，确定水利水电工程的合理开发 方式、开发规模和可以获得的效益，以及拟订水利水电工程的合适运用方式的一 门实水利类专业基础课，该课程体系不仅涵盖丰富的理论知识，还具有很强的实 践经验性。课程团队在总结、吸收我校该课程近八十年教学经验的基础上，结合 近年水利科技的发展、信息技术的创新和工程实践的需求，在授课中一直将工程 实例贯穿于理论知识的讲授中，促进同学对理论知识的理解，同时增加工程实践 锻炼，使同学能够将理论知识应用于工程实践中，形成了单项实例促进理论知 识吸收，综合工程实例锻炼理论知识应用的理论联系实践的教学理念。在此教 学理念的指导下，以掌握基本原理和方法、锻炼学生能力和拓宽专业视野为目的， 针对不同的教学内容的特点，课程团队对教学过程进行了全面设计。(1)基本原理：以课堂授课和室内实验为主，以网络授课、相关专题教学 片和野外实习为辅，并用适量的习题和思考题促进学生的理解。(2)计算方法：以工程实例中相应问题为素材，以手工为主，辅以通用计 算机软件(EXCEL)讲解计算步骤，并要求学生用编写相关习题的计算机程序， 一方面加深学生对方法的理解，另一方面提高学生的编程能力。(3)知识拓展：对工程水文学涉及到的工程专题，教师提炼问题，布置任 务，学生以组为单位查阅相关学术期刊、工程设计报告、相关专题总结等，撰写 学科进展报告，开展学生课堂，老师参与讨论。同时对学科前沿问题，通过聘请 国内外知名专家学者以学术报告形式，扩展课程内容，开拓学生视野。(4)能力培养：以课程设计为主，配以习题和思考题，在加深学生对基本 原理和基本方法的理解的同时，结合实际水库工程兴利调节和防洪调节以及水电 站水能规划问题，促进学生理解课程各知识模块之间的关联性，形成一个有机的 水利水能规划知识体系，并培养学生分析和解决实际工程的能力。(5)课程考核：以平时作业、课程报告、课程设计、测验、考试等多种 形式对该课程进行考核。六、教学方法:水利水能规划是一门集原理、方法、技术与实践为一体的水利类专业基础 课，课程团队在单项实例促进理论知识吸收，综合工程实例锻炼理论知识应用 的理论联系实践的教学理念指导下，形成了以课堂多媒体授课为主，辅以习题、 工程实训、学生课堂和网络答疑等多种形式的综合性教学手段。（1）多媒体授课。课程团队成员在收集了校内水利水能规划课程历代教师 教学素材（挂图、幻灯、教学录像等）的基础上，从2000年开始就陆续制作课 堂多媒体课件，并逐步用于实际教学，近年来经过集体讨论、多次修改，己形成 了课组集体编制的水利水能规划课程多媒体课件，通过动画、录像、软件等讲 授基本原理和方法。（2）习题练习。课程组成员已完成了本课程的习题库建设，包括名词解释 题、填空题、判断题、选择题、问答题、计算题，促进同学对基本原理、计算方 法的掌握。（3）网络答疑。课程团队结合我校千门课程上网工程已初步完成了水利 水能规划课程的网络平台建设和网络课程建设，并投入运行，设置了辅导答疑 和课程邮箱两个模块用于解答学生再课程学习中的疑难问题，并及时总结归纳， 对普遍问题，通过加强课堂讲授或开设辅导课进行解决。（4）专家课堂。课程团队聘请国内外知名专家教授对水资源规划及利用研 究的热点和前沿做学术报告，以扩展学生的视野，提升学生学习的积极性，了解 学科的发展动态。（3）工程实训。以实际水利工程设计运行中的水利水能规划问题为素材， 教师归类凝练课程大作业或课程设计题目，通过这种综合性实训，增强理论知识 体系的应用性，了解各相关课程之间的联系，锻炼学生处理实际工程问题的能力。（4）学生课堂。学生针对习题、大作业（或课程设计）、水资源专题、学 术报告等中的一些具体水资源规划及利用问题，开设学生课堂，以小组汇报、全 体讨论、老师点评等多种形式解决课程中的难点和重点问题，并了解课程及水利 学科的前沿动态。通过近几年教学实践证明，这些教学手段的灵活运用，使学生能够掌握扎实 宽厚的水利水能规划基础知识和理论，激发和强化学生自主学习的积极性，取得 了良好的学习效果。七、教学手段：课程团队在总结、吸收我校水利水能规划近八十年教学经验的基础上， 结合近年水利科技的发展、信息技术的创新和工程实践的需求，在单项实例促 进理论知识吸收，综合工程实例锻炼理论知识应用的理论联系实践的教学理念 的指导下，总结出了以课堂授课与网络教学平台结合、课后习题与综合性工程（课 程设计）结合、手工计算与程序设计结合、课堂讨论与自主学习结合、主讲教师 与校外专家教授结合的五结合教学方法。（1）课堂授课与网络教学平台结合:在课堂讲授水利水能规划的基本知识、 原理和方法的基础上,通过课程网络平台和网络课程提供多媒体课件、课程录像、 课程测验、规范规定和工程设计报告等辅助材料，以延伸学生学习的时间和空间。（2）课后习题与综合性工程（课程设计）结合：在每个知识模块授课的过 程中，布置适量的习题和思考题，促进学生对基本原理和方法的理解。课程全部 知识讲授结束后，结合教师的工程实践项目，布置一个综合性较强的大作业或课 程设计，使学生对整个课程知识模块之间的联系得以了解，并锻炼学生分析解决 实际工程的水资源规划及利用问题。（3）手工计算与程序设计结合：本课程中的计算方法多，计算工作量大， 授课过程中对各种计算方法的原理和步骤以手工计算为主进行讲解，以通用计算 机软件（如EXCEL）和程序设计语言（VB、Matlab等）结合例题加深学生对原 理和方法的理解，以培养学生利用软件和程序进行水利水能规划的能力。（4）课堂讨论与自主学习结合：督促和鼓励学生查阅专业规范规程、工程 设计报告、水资源专题报告、辅助教材和相关学术期刊等辅助教学材料，归纳总 结学习中存在问题，开设学生课堂，以小组汇报、全体讨论、老师点评等多种形 式解决课程中的难点和重点问题。（5）主讲教师与校外专家教授结合：本课程以主讲教师讲授为主，同时还 聘请国内外知名专家教授开设课程或对水资源规划及利用的研究热点和前沿做 学术报告，以扩展学生的视野，提升学生学习的积极性，了解学科的发展动态。通过近年来的教学实践，以上教学方法使学生掌握了本课程的基本知识结构, 锻炼了学生分析解决实际问题的能力，扩宽了学生的专业视野，激发了学生学习 的积极性，取得了良好的效果。