水文實驗室建設實踐與教學應用改革探索

李繼清+吳月秋

摘要：水文實驗室作為華北電力大學水電實驗中心的重要組成部分，既是教學基地也是科研場所，對提高教學質量，增強學生的動手實踐能力都是非常必要的。本文闡述了水文學實驗室的建設規劃與指導思想，回顧和總結了我校水文學實驗室的建設歷程，并對水文實驗室的教學應用進行剖析，提出了未來改革思路。

關鍵詞：水文實驗室；建設實踐；教學應用；改革

中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2015）15-0216-02

隨著高等教育管理體制改革不斷推進和社會對培養高素質創新型人才不斷提出新要求，教學實驗室建設實踐與教學應用改革對培養創新人才至關重要[1-2]。水文是所有涉水事務的基礎，水文信息是防治洪旱災害、水資源優化調度和其他涉水事物管理等影響國計民生的重要基礎信息。水文信息的采集從古代都江堰石魚觀測，到近代出現專門的水文人工觀測記錄，再到新中國成立以后水文站網規劃和專門的水文站數據收集，一直到改革開放以后的水文自動化建設探索，水文信息的采集逐漸專業，與之相輔相成的是人類對水文信息的要求也越來越高。水文專業實驗室作為華北電力大學水電學科教學實驗中心的一部分，既是教學基地也是科研場所，是培養高質量的本科生及碩士生、博士生的必要條件，有利于華北電力大學的水文水資源工程及水利水電工程兩個專業在本學科領域的發展，促進華北電力大學水電學科在國內學術先進行列占有一席之地。[3-4]筆者結合實驗室建設和十年來教學的經驗，就水文實驗室建設與改革略述己見，以與同行探討。

一、水文實驗室建設規劃及指導思想

水電學科是華北電力大學的新建學科，目前有水利水電工程專業和水文水資源專業。針對水電學科目前軟硬件環境較為薄弱的實際情況，學校近幾年投入大量資金建設水電學科實驗室。按照學科規劃和“十一五”規劃，水電學科實驗室一直本著“高起點、高水平、高利用率”的原則進行建設。根據學校規劃、可再生能源學院“十一五”發展規劃、水電發展規劃及實驗室建設規劃，進一步完善教學實驗室（12個）、科學研究實驗室（中心）的建設，實現水電學科的建設目標，建成有華電自身特點與優勢的水電專業特色，整體達到國內先進水平。建成后，不僅大大提高我校水電學科的辦學條件，鮮明的專業特色也必將大大提高本專業在國內的影響。

依照水電學科規劃原則，水文實驗室的建設對于加強實踐環節、促進理論教學、提高教學質量，增強學生的動手實踐能力都是非常必要的。其建設過程中的指導思想是：考慮現代實際教學的需要，既要讓學生了解傳統的水文觀測原理、方法和技術，又要讓學生學習和熟悉現代先進的測流、測深以及水文氣象自動測報系統等新理論、新技術、新方法。

二、水文實驗室建設歷程及實踐

20世紀80年代初我校曾開設水工結構工程和農田水利工程兩個本科專業，并擁有農田水利工程專業碩士學位授予權。后由于歷史原因和學校變遷，水利工程學科各專業停辦。2004年，我校恢復水利學科，開始招收水利水電工程專業本科生，2007年開始招收水文與水資源工程專業本科生；2005年和2010年，經國務院學位委員會批準，先后獲得水文學及水資源二級學科和水利工程一級學科碩士學位授予權。2007年成立了可再生能源學院。實驗室建設方面，已新建了“河流與水工模擬實驗中心”、“水力學實驗室”、“土力學實驗室”、“水電站實驗室”，這些實驗室的建立在我校的水文水資源工程和水利水電工程的教學工作中正發揮著巨大的作用。但由于水利學科是新建學科，上述實驗室還不能完全滿足我校水電學科兩個專業的實驗教學要求，特別是水文水資源工程專業的實驗教學，還不能正常開展，無法保證學生的實驗示教。另外，為了反映水文水資源學科的新發展及新技術在實驗教學過程中的應用，也為了遵循“新模式、高起點、高標準、高速度”的學科發展目標與戰略，2013版的水文水資源工程專業本科生教育教學培養方案顯著加強了實踐和創新能力的培養，課程實驗環節的設置上更注重設計性和綜合性實踐環節。

基于此，我校先后從“211”學科建設三期項目、學科建設項目和中央財政“修購專款”項目劃撥經費，結合水文與水資源工程本科專業的6門核心專業基礎課和專業課程（包括“水文學原理”、“水文水利計算”、“水力學”、“水能資源開發利用”、“水電站水庫調度及其自動化系統”）的課程實驗需求，購置了部分水文儀器設備，建設水文實驗室，初步構建了水文水資源實驗教學的示范平臺。

水文實驗室下設4個實驗室和室外觀測場，即水文儀器實驗室、水文觀測實驗室、水文水資源沙盤實驗室和水情自動測報與水安全實驗室。水文儀器實驗室中備有各類雨量計、蒸發皿、土壤入滲儀、流速儀、水位計、數字求積儀、便攜式超聲波測深儀、手持激光測距儀、鉛魚、鋼卷尺、鋼絲繩及數據傳輸設備等。水文水資源教學沙盤物理模型，由人工降雨區、山體、水壩、河道、溢洪區、水庫、坡面、堤防、蓄滯洪區、水流循環控制設備等相應的綠化及燈光配套裝飾，配備門、降雨動力、過濾系統、儲水系統及控制系統，能夠模擬和演示降雨、坡面產匯流、河道匯流、河道洪水演進等常規水文水資源過程，有利于學生建立工程的總體概念，已經成為相關實踐教學的重要場所，見圖1。室外觀測場共有四個組成部分：蒸發觀測、水位觀測、降雨觀測和氣象觀測，都配有RTU數據采集傳輸系統或無線數據傳輸系統，將觀測到的數據傳回室內相應的接收設備和顯示系統，布置示意圖見圖2。

三、水文實驗室教學應用及改革

水文實驗室主要承擔水文水資源工程本科專業的教學實驗，目前可以開設《水文測驗學》、《水文信息采集與處理》、《水文學原理》、《水文預報》、《水文水利計算》、《水能資源開發利用》、《水庫調度及其自動化系統》等課程的相關實驗，如降雨觀測、蒸發觀測、下滲觀測、流速觀測、水位觀測、流量觀測、斷面測量及水文氣象觀測。先后開設了“流速儀、水位觀測儀器的使用”、“斷面、流量的測定”、“溫度、濕度測定”、“風速、氣壓的測定”、“水文資料處理實驗”、“降雨、蒸發儀器的使用”、“水庫的興利作用”、“不同防洪措施的防洪作用”等相關實驗。

摘要：水文實驗室作為華北電力大學水電實驗中心的重要組成部分，既是教學基地也是科研場所，對提高教學質量，增強學生的動手實踐能力都是非常必要的。本文闡述了水文學實驗室的建設規劃與指導思想，回顧和總結了我校水文學實驗室的建設歷程，并對水文實驗室的教學應用進行剖析，提出了未來改革思路。

關鍵詞：水文實驗室；建設實踐；教學應用；改革

中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2015）15-0216-02

隨著高等教育管理體制改革不斷推進和社會對培養高素質創新型人才不斷提出新要求，教學實驗室建設實踐與教學應用改革對培養創新人才至關重要[1-2]。水文是所有涉水事務的基礎，水文信息是防治洪旱災害、水資源優化調度和其他涉水事物管理等影響國計民生的重要基礎信息。水文信息的采集從古代都江堰石魚觀測，到近代出現專門的水文人工觀測記錄，再到新中國成立以后水文站網規劃和專門的水文站數據收集，一直到改革開放以后的水文自動化建設探索，水文信息的采集逐漸專業，與之相輔相成的是人類對水文信息的要求也越來越高。水文專業實驗室作為華北電力大學水電學科教學實驗中心的一部分，既是教學基地也是科研場所，是培養高質量的本科生及碩士生、博士生的必要條件，有利于華北電力大學的水文水資源工程及水利水電工程兩個專業在本學科領域的發展，促進華北電力大學水電學科在國內學術先進行列占有一席之地。[3-4]筆者結合實驗室建設和十年來教學的經驗，就水文實驗室建設與改革略述己見，以與同行探討。

一、水文實驗室建設規劃及指導思想

水電學科是華北電力大學的新建學科，目前有水利水電工程專業和水文水資源專業。針對水電學科目前軟硬件環境較為薄弱的實際情況，學校近幾年投入大量資金建設水電學科實驗室。按照學科規劃和“十一五”規劃，水電學科實驗室一直本著“高起點、高水平、高利用率”的原則進行建設。根據學校規劃、可再生能源學院“十一五”發展規劃、水電發展規劃及實驗室建設規劃，進一步完善教學實驗室（12個）、科學研究實驗室（中心）的建設，實現水電學科的建設目標，建成有華電自身特點與優勢的水電專業特色，整體達到國內先進水平。建成后，不僅大大提高我校水電學科的辦學條件，鮮明的專業特色也必將大大提高本專業在國內的影響。

依照水電學科規劃原則，水文實驗室的建設對于加強實踐環節、促進理論教學、提高教學質量，增強學生的動手實踐能力都是非常必要的。其建設過程中的指導思想是：考慮現代實際教學的需要，既要讓學生了解傳統的水文觀測原理、方法和技術，又要讓學生學習和熟悉現代先進的測流、測深以及水文氣象自動測報系統等新理論、新技術、新方法。

二、水文實驗室建設歷程及實踐

20世紀80年代初我校曾開設水工結構工程和農田水利工程兩個本科專業，并擁有農田水利工程專業碩士學位授予權。后由于歷史原因和學校變遷，水利工程學科各專業停辦。2004年，我校恢復水利學科，開始招收水利水電工程專業本科生，2007年開始招收水文與水資源工程專業本科生；2005年和2010年，經國務院學位委員會批準，先后獲得水文學及水資源二級學科和水利工程一級學科碩士學位授予權。2007年成立了可再生能源學院。實驗室建設方面，已新建了“河流與水工模擬實驗中心”、“水力學實驗室”、“土力學實驗室”、“水電站實驗室”，這些實驗室的建立在我校的水文水資源工程和水利水電工程的教學工作中正發揮著巨大的作用。但由于水利學科是新建學科，上述實驗室還不能完全滿足我校水電學科兩個專業的實驗教學要求，特別是水文水資源工程專業的實驗教學，還不能正常開展，無法保證學生的實驗示教。另外，為了反映水文水資源學科的新發展及新技術在實驗教學過程中的應用，也為了遵循“新模式、高起點、高標準、高速度”的學科發展目標與戰略，2013版的水文水資源工程專業本科生教育教學培養方案顯著加強了實踐和創新能力的培養，課程實驗環節的設置上更注重設計性和綜合性實踐環節。

基于此，我校先后從“211”學科建設三期項目、學科建設項目和中央財政“修購專款”項目劃撥經費，結合水文與水資源工程本科專業的6門核心專業基礎課和專業課程（包括“水文學原理”、“水文水利計算”、“水力學”、“水能資源開發利用”、“水電站水庫調度及其自動化系統”）的課程實驗需求，購置了部分水文儀器設備，建設水文實驗室，初步構建了水文水資源實驗教學的示范平臺。

水文實驗室下設4個實驗室和室外觀測場，即水文儀器實驗室、水文觀測實驗室、水文水資源沙盤實驗室和水情自動測報與水安全實驗室。水文儀器實驗室中備有各類雨量計、蒸發皿、土壤入滲儀、流速儀、水位計、數字求積儀、便攜式超聲波測深儀、手持激光測距儀、鉛魚、鋼卷尺、鋼絲繩及數據傳輸設備等。水文水資源教學沙盤物理模型，由人工降雨區、山體、水壩、河道、溢洪區、水庫、坡面、堤防、蓄滯洪區、水流循環控制設備等相應的綠化及燈光配套裝飾，配備門、降雨動力、過濾系統、儲水系統及控制系統，能夠模擬和演示降雨、坡面產匯流、河道匯流、河道洪水演進等常規水文水資源過程，有利于學生建立工程的總體概念，已經成為相關實踐教學的重要場所，見圖1。室外觀測場共有四個組成部分：蒸發觀測、水位觀測、降雨觀測和氣象觀測，都配有RTU數據采集傳輸系統或無線數據傳輸系統，將觀測到的數據傳回室內相應的接收設備和顯示系統，布置示意圖見圖2。

三、水文實驗室教學應用及改革

水文實驗室主要承擔水文水資源工程本科專業的教學實驗，目前可以開設《水文測驗學》、《水文信息采集與處理》、《水文學原理》、《水文預報》、《水文水利計算》、《水能資源開發利用》、《水庫調度及其自動化系統》等課程的相關實驗，如降雨觀測、蒸發觀測、下滲觀測、流速觀測、水位觀測、流量觀測、斷面測量及水文氣象觀測。先后開設了“流速儀、水位觀測儀器的使用”、“斷面、流量的測定”、“溫度、濕度測定”、“風速、氣壓的測定”、“水文資料處理實驗”、“降雨、蒸發儀器的使用”、“水庫的興利作用”、“不同防洪措施的防洪作用”等相關實驗。