水利水能规划教案.docx
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水利水能规划教案
西北农林科技大学
水利与建筑工程学院
教案
2011~2012学年第二学期
学院名称水利与建筑工程学院
课程名称水利水能规划
课程性质专业基础指选课
授课对象水工09级1、2班
授课教师巨娟丽
职称讲师
使用教材水利水能规划
周之豪等,1997.5第二版
授课时数32学时
2011年9月22日
教案
授课时间：
2011.10~2011.10教案编写时间：
2011.10
课程
名称
水利水能规划
课程
编号
07198
总学时：
32
讲课：
32学时
学分数
2.0
课型
必修课（）选修课（√）
理论课（）实验课（）
任棵课
教师
巨娟丽
职称
工程师
授课对象
2009级水工专业1、2班
基本教材和主要参考资料
推荐教材:
周之豪、沈曾源、施熙灿等．水利水能规划．北京：
中国水利水电出版社，1997.5
参考书目：
[1]吴持恭主编，水力学，高等教育出版社，1982
[2]王维第主编，水电站工程水文河海大学出版社,1995
[3]任树梅、李靖主编，工程水文与水利计算，中国农业出版社，2005
教学目的和要求
课程的目的和主要任务：
是让学生在掌握工程水文内容的基础上，学习水利水电规划的基本理论、基本知识，初步掌握这方面的分析计算方法，为继续学习专业课打下基础。
课程要求：
1.通过对本课程的学习，要求学生能熟练掌握水利水能规划的基本理论和基本概念；
2.根据给定的水文资料，初步掌握水利水能规划分析以及解决问题的方法；
3.能够根据根据实际要求以及水资源本身的特点和客观情况，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。
教学重点、难点
重点：
第二章：
兴利调节，第三章：
洪水调节，第五章：
水能计算及水电站在电力系统中的运行方式
难点：
第二章：
兴利调节，第五章：
水能计算及水电站在电力系统中的运行方式
教学进程
授课时数
授课章节
授课时数
授课章节
2
绪论
6
第五章水能计算及水电站在电力系统中的运行方式
2
第一章水资源的综合利用
6
第六章水电站及水库的主要参数选择
8
第二章兴利调节
0
※第七章水库群的水利水能计算
6
第三章洪水调节
2
第八章水库调度
0
※第四章水利水电经济计算与评价
《水利水能规划》教案
讲次
第一讲（2学时）
章节
名称
绪论（introduction）
教学目的及要求
了解水资源的含义、特点及我国在水资源利用方面存在的主要问题，理解我国水资源的特点及本课程的性质，主要内容和任务。
教学重点难点
水资源的含义、特点及本课程的性质。
教学方法
讲授法、练习法、启发式、注入式、发现教学法、问题教学法、案例教学法、程序教学法、暗示教学法、自学辅导法、调查访问法、研究性教学法等
教学内容提要
一、水资源的含义（waterresources）
1.联合国教科文组织UNESCO和世界气象组织WMO定义
2.我国水法定义
二、水资源的特点
1.水资源的分类
2.水资源的特点
三、我国的水资源及其特点
1.我国的水资源（大气水、土壤水、地下水）
2.水能资源（hydraulicenergyresources）
3.我国水资源的特点
4.我国在水资源利用方面存在的主要问题有那些？
四、我国水资源开发利用的成就与展望
1.成就2.重要性3.展望
五、本课程的任务和内容
1.课程性质
2.课程任务
3.课程内容
讨论、练习、作业
作业题：
1.水资源的含义及特点。
2.我国在水资源利用方面存在的主要问题有那些？
3.本课程的任务及主要内容？
课后分析
重点：
水资源的含义及特点。
难点：
我国在水资源利用方面存在的主要问题。
备注
《水利水能规划》教案
讲次
第二讲（2学时）
章节
名称
第一章水资源综合利用（multipurposeutilization）
第一节概述第二节水力发电（hydroelectricitygeneration）
第三节防洪与治涝
教学目的及要求
了解水资源综合利用的重要性、各用水部门的特点、综合利用水资源的重要原则及水利水电工程的环境影响。
掌握水力发电的基本原理及河川水能资源的三种基本开发方式。
教学重点难点
水力发电的基本原理及河川水能资源的三种基本开发方式
教学方法
讲授法、练习法、启发式、注入式、发现教学法、问题教学法、案例教学法、程序教学法、暗示教学法、自学辅导法、调查访问法、研究性教学法等
教学内容提要
第一节概述
一、水资源综合利用的重要性（兴水利、除水害）
二、主要用水部门的用水特点
1.水力发电；2.灌溉；3.航运；4.给水；5.防洪。
三、综合利用水资源的重要原则
“一水多用，一库多用”
四、水利水电工程的环境影响
第二节水力发电
一、水力发电的基本原理
二、河川水能资源蕴藏量的估算和我国水资源概况
三、河川水能资源的基本开发方式
1.坝式（或称抬水式）（damhydropowerstation）（分类、特点、适用条件）
2.引水式（diversionhydropowerstation）（分类、特点、适用条件）
3.混合式（mixedhydropowerstation）（特点、适用条件）
4.潮汐水电站和抽水蓄能电站的发电原理
四、水能计算的任务和所需资料
第三节防洪与治涝
1.防洪的工程措施2.形成涝灾的因素3.治涝的工程措施
讨论、练习、作业
讨论：
水力发电的基本原理。
作业题1.简述水能资源三种基本开发方式的分类、特点及适用条件。
2.水能计算的任务和所需资料。
3.潮汐发电和抽水蓄能发电的基本原理.
课后分析
重点：
水力发电的基本原理、三种基本开发方式的分类、特点及适用条件。
怎样和学生沟通？
备注
《水利水能规划》教案
讲次
第三讲（2学时）
章节
名称
第二章兴利调节
第一节水库特性
教学目的及要求
理解水库面积特性和容积特性曲线的含义，掌握水库的各种特征水位和特征库容，了解水库的水量损失、水库淤积及水库的淹没和浸没。
教学重点难点
重点：
水库面积特性和容积特性曲线的绘制，各种特征水位和特征库容的含义。
难点：
水库的淹没和浸没
教学方法
讲授法、练习法、启发式、注入式、发现教学法、问题教学法、案例教学法、程序教学法、暗示教学法、自学辅导法、调查访问法、研究性教学法等
教学内容提要
第一节水库特性
一、水库面积特性和容积特性
1.水库面积特性
2.水库容积特性
二、水库的特征水位和特征库容
1.死水位（Z死）和死库容（V死）
2.正常蓄水位（Z蓄）和兴利库容（V兴）
3.防洪限制水位（Z限）
4.防洪高水位（Z防）和防洪库容（V防）
5.设计洪水位（Z洪）和拦洪库容（V拦）
6.校核洪水位（Z洪）和调洪库容（V调洪）
7.总库容（V总）和有效库容（V效）
三、水库水量损失
1.蒸发损失（水面蒸发和陆面蒸发）
2.渗漏损失
3.结冰损失
四、水库淤积
1.三种常见的淤积形态
2.防止或减轻水库淤积的措施
五、水库的淹没和浸没
讨论、练习、作业
讨论：
防洪库容和兴利库容的结合形式。
作业题：
1.画图说明水库的特征水位和特征库容的含义。
2.何谓水库的面积特性和容积特性。
3.水库淤积的形态及特点。
课后分析
重点：
水库的各种特征水位和特征库容。
备注
怎样启发学生学习？
《水利水能规划》教案
讲次
第四讲（2学时）
章节
名称
第二章兴利调节
第二节兴利调节分类第三节设计保证率
教学目的及要求
理解各类兴利调节的含义，培养学生的自学能力。
教学重点难点
重点：
年调节、设计保证率的计算公式。
难点：
怎样选择设计保证率？
教学方法
讲授法、练习法、启发式、注入式、发现教学法、问题教学法、案例教学法、程序教学法、暗示教学法、自学辅导法、调查访问法、研究性教学法等
教学内容提要
第二节兴利调节分类
一、按调节周期分类
1.日调节2.周调节3.年调节4.多年调节
二、按水库任务分类
1.单一任务径流调节 2.综合利用径流调节
三、按水库供水方式分类
1.固定供水2.变动供水
四、其他分类
1.反调节 2.单一水库补偿调节3.水库群补偿调节
五、按径流的利用程度分类
1.完全年调节2.不完全年调节
第三节设计保证率
一、工作保证率和设计保证率的含义
1.保证率2.年保证率3.历时保证率
二、设计保证率的选择
1.水电站设计保证率2.灌溉设计保证率
3.供水设计保证率4.通航设计保证率
讨论、练习、作业
练习：
年保证率与历时保证率的相互转换。
作业题：
1.日调节、周调节、年调节的含义？
2.怎样选择设计保证率？
3.灌溉设计标准有那两种表示形式？
课后分析
重点：
怎样选择设计保证率？
备注
《水利水能规划》教案
讲次
第五讲（2学时）
章节
名称
第二章兴利调节
第四节 设计代表期第五节兴利调节计算
教学目的及要求
了解各种设计代表年的含义，掌握兴利调节计算的基本原理、基本方法及所研究的基本课题。
教学重点难点
重点：
兴利调节计算的基本原理
难点：
怎样选择设计代表年？
教学方法
讲授法、练习法、启发式、注入式、发现教学法、问题教学法、案例教学法、程序教学法、暗示教学法、自学辅导法、调查访问法、研究性教学法等
教学内容提要
第四节 设计代表期
一、设计代表年
1.设计枯水年（对工程最不利的情况）
2.设计中水年
3.设计丰水年
二、设计多年径流系列
1.设计枯水系列（T破=n-P设（n+1））
2.设计中水系列
第五节兴利调节计算
一、兴利调节的基本原理（水量平衡原理）
二、兴利调节的基本方法
1.时历法
2.概率法
三、兴利调节所研究的基本课题
1.根据用水要求，确定兴利库容；
2.根据兴利库容，确定设计保证率条件下的供水水平（调节流量）；
3.根据兴利库容和水库操作方案，求水库运用过程。
四、水库的运用过程
1.一回运用
2.两回运用
3.多回运用
讨论、练习、作业
作业题：
1.简要说明兴利调节的基本原理
2.兴利调节所研究的基本课题有那些？
课后分析
重点：
兴利调节的基本原理
备注
《水利水能规划》教案
讲次
第六讲（2学时）
章节
名称
第二章兴利调节
第六节 兴利调节计算的时历列表法
教学目的及要求
掌握兴利调节计算的时历列表法
教学重点难点
重点：
通过兴利调节计算怎样确定兴利库容？
难点：
计入水量损失的兴利调节计算
教学方法
讲授法、练习法、启发式、注入式、发现教学法、问题教学法、案例教学法、程序教学法、暗示教学法、自学辅导法、调查访问法、研究性教学法等
教学内容提要
第六节 兴利调节计算的时历列表法
一、兴利调节计算的概念
二、根据用水过程确定水库兴利库容
1.不计水量损失的年调节计算
a.计算步骤b.例题：
P41表2-5
2.考虑水量损失的年调节计算
a.逐次逼近法b.试算法
c.简算法d.例题：
（P43表2-7）
三、根据兴利库容确定调节流量
1.调节流量的计算公式及应用此公式应注意的两个问题。
a.水库的调节性能问题；
b.划定蓄、供水期的问题。
2.例2-1
讨论、练习、作业
作业题：
1.兴利调节计算的概念。
2.《工程水文与水利计算》P241习题
课后分析
重点：
考虑水量损失的年调节计算
提问旧课，导出新课；多做练习。
备注
《水利水能规划》教案
讲次
第七讲（2学时）
章节
名称
第二章兴利调节
第七节 兴利调节计算的时历图解法第八节 多年调节计算的概率法
教学目的及要求
了解水量累积曲线和水量差积曲线的含义及绘制方法，掌握普列什科夫线解图
教学重点难点
重点：
怎样应用普列什科夫线解图？
难点：
水量差积曲线及流量比尺
教学方法
讲授法、练习法、启发式、注入式、发现教学法、问题教学法、案例教学法、程序教学法、暗示教学法、自学辅导法、调查访问法、研究性教学法等
教学内容提要
第七节 兴利调节计算的时历图解法
一、水量累积曲线和水量差积曲线
1.水量累积曲线的绘制
2.水量累积曲线的主要特性
3.水量差积曲线的绘制
4.水量差积曲线的主要特性
5.比较水量累积曲线和水量差积曲线
二、根据用水要求确定兴利库容的图解法
1.确定年调节水库兴利库容的图解法（不计水量损失）
2.确定多年调节水库兴利库容的图解法（不计水量损失）
第八节 多年调节计算的概率法
一、确定多年库容
1.绘制天然年水量模数频率曲线
2.推求第一年末水库蓄水频率曲线
3.四个基本参数（模比系数、调节系数、库容系数及设计保证率）
二、普列什科夫线解图的应用
P66例题2-2
三、总结第二章
讨论、练习、作业
作业题：
1.水量累积曲线和水量差积曲线的含义及主要特征。
2.已知Cs=3Cv，Cv=0.4，P=90%，求α。
3.已知Cs=3Cv，Cv=0.3，α=0.8，β多年=0.25，求P。
课后分析
重点：
考虑水量损失的年调节计算
提问旧课，导出新课
备注
《水利水能规划》教案
讲次
第八讲（2学时）
章节
名称
第三章洪水调节
第一节水库调洪的任务与防洪标准第二节水库调洪计算的原理
教学目的及要求
了解水库的调洪任务与防洪标准，掌握水库调洪计算的原理。
教学重点难点
重点：
水库调洪计算的原理
教学方法
讲授法、练习法、启发式、注入式、发现教学法、问题教学法、案例教学法、程序教学法、暗示教学法、自学辅导法、调查访问法、研究性教学法等
教学内容提要
第一节水库调洪的任务与防洪标准
一、水库的调洪作用与任务
1.水库有下游防洪任务时，它的主要任务是削减下泄洪水流量，使其不超过下游河床的安全泄量。
2.水库不需承担下游防洪任务，则洪水期下泄流量可不受限制。
二、防洪标淮
1.若水库不需承担下游防洪任务，则应按水工建筑物设计标准的规定（规定设计洪水和校核洪水的频率），选定合适的设计洪水和校核洪水的流量过程线，作为调洪计算的原始资料。
2.若水库要承担下游防洪任务，则除了要选定水工建筑物的设计标准外，还要选定下游防洪对象的防洪标准即防洪对象所应抗御的设计洪水频率。
第二节水库调洪计算的原理
一、水库调洪计算的基本方程
1.水库的水量平衡方程
2.水库的蓄泄曲线（方程）
二、水库调洪计算的基本方法
1.列表试算法
2.半图解法
讨论、练习、作业
作业题：
1.滞洪、蓄洪的基本概念。
2.怎样选择防洪标准？
3.简述水库调洪计算的基本步骤。
课后分析
重点：
调洪计算的基本原理；
最好能结合工程实例讲解防洪标准
备注
《水利水能规划》教案
讲次
第九讲（2学时）
章节
名称
第三章洪水调节
第三节水库调洪计算的列表试算法
教学目的及要求
掌握列表试算法的基本计算步骤，并能根据已知条件进行调洪计算（不考虑动库容）。
教学重点难点
重点：
不考虑动库容时的调洪计算；难点：
考虑动库容时的调洪计算。
教学方法
讲授法、练习法、启发式、注入式、发现教学法、问题教学法、案例教学法、程序教学法、暗示教学法、自学辅导法、调查访问法、研究性教学法等
教学内容提要
第三节水库调洪计算的列表试算法
一、回顾上节所学内容，提出今天所讲的新课题
二、列表试算法的基本解题步骤
1.根据库区地形资料，绘制水库水位容积关系曲线Z～V，并根据既定的泄洪建筑物的型式和尺寸，由相应的水力学出流计算公式求得q～V曲线。
2.分析确定调洪开始时的起始条件，即起调水位和与之相应的库容及下泄流量。
例如无闸溢洪道，为安全计，设计条件下，均取起调水位与溢洪道堰顶齐平。
3.从第一时段开始调洪，由起调水位（即汛前水位）查Z～V及q～V关系曲线得到水量平衡方程中的V1和q1；由入库洪水过程线Q（t）查得Q1、Q2；然后假设一个q2值，根据水量平衡方程算得相应的V2值，由V2在q～V曲线上查得q2，若二者相等，即为所求。
否则，应重设q2，重复上述计算过程，直到二者相等为止。
4.将上时段末的q2、V2值作为下一时段的起始条件，重复上述试算过程，最后即可得出水库下泄流量过程线q（t）。
5.将入库洪水Q（t）和计算的q（t）两条曲线点绘在一张图上，若计算的最大下泄流量正好是二线的交点，说明计算的是正确的。
否则，计算的有误差，应改变时段重新进行试算，直至计算的正好是二线的交点为止。
6.由qm查q～V曲线，得最高洪水位时的总库容Vm，从中减去堰顶以下的库容，得到调洪库容V调。
由Vm查Z～V曲线，得最高洪水位Z洪。
三、P73例3-1
讨论、练习、作业
作业题：
1.列表试算法的基本解题步骤。
2.《工程水文与水利计算》P73习题
课后分析
重点：
理解列表试算法的解题步骤
难点：
利用已知条件进行调洪计算
备注
《水利水能规划》教案
讲次
第十讲（2学时）
章节
名称
第三章洪水调节
第四节水库调洪计算的半图解法第五节其他情况下的水库调洪计算
教学目的及要求
掌握半图解法的基本计算步骤，并能根据已知条件进行调洪计算（图解法）。
教学重点难点
重点：
半图解法的基本解题步骤；难点：
其他情况下的水库调洪计算。
教学方法
讲授法、练习法、启发式、注入式、发现教学法、问题教学法、案例教学法、程序教学法、暗示教学法、自学辅导法、调查访问法、研究性教学法等
教学内容提要
第四节水库调洪计算的半图解法
一、半图解法的基本解题步骤
二、半图解法与列表试算法进行比较
1.列表试算法
优点：
精度高，适用于计算时段不同以及泄流规律不同（闸门开度不同）的调洪计算。
缺点：
工作量大。
2.半图解法
优点：
计算简便、迅速。
缺点：
不适用于计算时段不同以及泄流规律不同的情况，不能求出qmax。
四、P77例3-2
第五节其他情况下的水库调洪计算
一、下游有防洪要求，下游防洪设计洪水的调洪计算
二、下游有防护要求，但防洪标准小于水工建筑物的设计标准且无洪水预报
三、有洪水预报，水库的预泄运用情况（洪水不超过下游的防洪设计标准）
讨论、练习、作业
作业题：
1.简述半图解法的基本解题步骤。
2.半图解法与列表试算法的优缺点有那些？
讨论：
其他情况下的水库调洪计算
课后分析
重点：
半图解法的基本解题步骤
难点：
其他情况下的水库调洪计算
备注
《水利水能规划》教案
讲次
第十一讲（2学时）
章节
名称
第五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与内容
教学目的及要求
掌握水电站保证出力的计算以及水电站多年平均发电量的估算问题。
教学重点难点
重点：
年调节水电站保证出力的计算及用设计中水年法估算多年平均发电量。
教学方法
讲授法、练习法、启发式、注入式、发现教学法、问题教学法、案例教学法、程序教学法、暗示教学法、自学辅导法、调查访问法、研究性教学法等
教学内容提要
第一节水能计算的目的与内容
一、水能计算的目的及主要内容
二、复习前面所讲的水电站的出力计算公式
N=9.81AQH
三、分析P107例5-1
四、水电站保证出力计算
1.年调节水电站保证出力计算
2.无调节及日调节水电站保证出力计算
3.多年调节水电站保证出力计算
五、水电站多年平均发电量估算
1.设计中水年法
①选择设计中水年，要求该年的年径流量及其年内分配均接近于多年平均情况；
②列出所选设计中水年各月（或旬、日）的净来水量；
③根据国民经济各部门的用水要求，列出各月（或旬、日）的用水流量；
④对于年调节水电站，可按月进行径流调节计算，对于季调节或日调节、无调节水电站，可按旬（日）进行径流调节计算，求出相应各时段的平均水头H及其平均出力N。
⑤将各时段的平均出力乘以时段的小时数，即得各时段的发电量E。
2.三个代表年法
3.设计平水系列法
4.全部水文系列法
讨论、练习、作业
作业题：
1.水电站的出力为何？
怎样计算？
2.怎样利用设计中水年法估算多年平均发电量？
课后分析
重点：
年调节水电站保证出力的计算
备注
《水利水能规划》教案
讲次
第十二讲（2学时）
章节
名称
第五章水能计算及水电站在电力系统中的运行方式
第二节电力系统的负荷图
教学目的及要求
了解电力系统及其用户特性；掌握日负荷图及日电能累积曲线的绘制。
教学重点难点
重点：
日电能累积曲线的绘制
教学方法
讲授法、练习法、启发式、注入式、发现教学法、问题教学法、案例教学法、程序教学法、暗示教学法、自学辅导法、调查访问法、研究性教学法等
教学内容提要
第二节电力系统的负荷图
一、电力系统及其用户特性
1.工业用电
2.农业用电
3.市政用电
4.交通运输用电
二、电力负荷图
1.日负荷图
a.日最小负荷率、日平均负荷率；
b.日电能累积曲线的绘制。
2.年负荷图
a.日最大负荷年变化曲线；
b.日平均负荷年变化曲线。
三、设计水平年
1.设计负荷水平年的基本概念
2.怎样选择设计水平年？
讨论、练习、作业
作业题：
1.简述日最小负荷率、日平均负荷率的含义。
2.绘制日电能累积曲线。
3.怎样选择设计水平年？
课后分析
重点：
日电能累积曲线的绘制
备注
《水利水能规划》教案
讲次
第十三讲（1学时）
章节
名称
第五章水能计算及水电站在电力系统中的运行方式
第三节电力系统的容量组成及各类电站的工作特性
教学目的及要求
掌握电力系统的容量组成以及水电站的技术特性，了解其他电站的工作特点。
教学重点难点
重点：
电力系统的容量组成、水电站的技术特性。
教学方法
讲授法、练习法、启发式、注入式、发现教学法、问题教学法、案例教学法、程序教学法、暗示教学法、自学辅导法、调查访问法、研究性教学法等
教学内容提要
第三节电力系统的容量组成及各类电站的工作特性
一、电力系统的容量组成
1.最大工作容量
2.备用容量：
（1）负荷备用容量
（2）事故备用容量（3）检修备用容量
3.重复容量
二、各类电站的技术特性
1.水电站的技术特性
2.火电站的特点
（1）凝汽式火电站
（2）供热式火电站
3.其他电站的特点
（1）核电站
（2）抽水蓄能电站
（3）燃气轮机电站
讨论、练
升级会员 