水库重力坝优化设计论文（5篇材料）

第一篇：水库重力坝优化设计论文

1碾压混凝土重力坝优化设计

1.1坝体布置

大坝为碾压混凝土重力坝，坝轴线成直线布置，坝轴线方位角为NE53°，坝顶长113.83m。右岸非溢流坝段由桩号坝0+000.00m～坝0+055.10m，左岸非溢流坝段由桩号坝0+063.10m～坝0+113.83m，两岸非溢流坝段坝顶总长105.83m，坝顶宽7.0m，坝顶高程1747.10m。非溢流坝段上游面铅直，下游坝坡m=0.7，起坡点高程1737.10m。坝体中部桩号坝0+055.10m～0+063.10m为溢流坝段，采用开敞式溢流表孔，堰顶高程1744.00m，溢流堰面按WES型剖面设计，下游面采用台阶式及底流联合消能，台阶高1.0m，宽0.7m，下游护坦长6m，护坦高程1711.76m。放空底孔与取水口采用上下重叠式布置，位于右坝段0+052.60m桩号处，冲沙底孔进口高程1712.30m，喇叭型进口，设置2.0m×2.0m(宽×高)事故检修闸门孔及相应的启闭设备;取水口进口高程1716.40m，进口为喇叭型，并设置固定式拦污栅，其后为1.5m×1.5m(宽×高)事故检修闸门孔及相应的启闭设备，取水口后接压力管道，管道中心高程为1716.65m，直径为0.5m，管道外用C20钢筋混凝土包裹。

1.2坝体结构

1.2.1坝顶结构坝顶高程1747.10m，顶宽7.0m，左右岸非溢流坝段分别长50.73、55.10m，上下游侧均设栏杆，溢流坝段设交通桥，右岸坝顶与顺龙公路连接。

1.2.2坝体材料工程区出露地层为峨眉山玄武岩，无可选料场，所选料场距坝址区约10km，由于运距远、人工费高、施工进度慢，故放弃了浆砌石筑坝方案。经对C15常态混凝土和C15碾压混凝土进行比较，前者施工机械较少，后者具有工艺简单、上坝强度高、工期短、适应性强等优点，大坝填筑总量30408m3。经综合比较，优选投资较低的C15碾压混凝土方案。

1.2.3坝基处理设计建基面的选择及坝基开挖要求:根据工程地质条件和大坝高度，大坝建基面置于弱风化中上部。对坝基存在的地质缺陷，如破碎带、夹泥裂隙等采用深挖回填混凝土的措施处理。固结灌浆:大坝基础开挖至弱风化基岩中上部，为了提高基础的整体性，减少基础变位、降低沿基础的渗漏，拟对大坝基础存在地质缺陷的地方进行固结灌浆处理;同时为加强帷幕灌浆的效果，在帷幕灌浆孔上下游范围内增设3排固结灌浆。固结灌浆孔距拟定为3m，梅花型布置。固结灌浆压力根据灌浆试验确定。初步拟定固结灌浆深入基础5m，总进尺725m。坝基防渗帷幕:最大设计坝高41.10m，根据《混凝土重力坝设计规范》(SL319－2005)中的规定，结合工程地质条件，防渗下限深入岩体透水率不大于5Lu以下10m;两岸防渗自建基面进入山体36.7m作为防渗端点，底界伸入地下水位5～10.0m。防渗实施方案:推荐在坝顶实施帷幕灌浆，坝段帷幕线长111.0m，总进尺1724m，有效进尺878m。推荐投资较省的露天灌浆方式对大坝两岸进行防渗，两岸帷幕灌总进尺1267m，有效进尺769m。帷幕线全长约207m，防渗帷幕总进尺2991m，有效进尺1647m，帷幕灌浆布置为单排孔，孔距3.0m。

2大坝应力分析

2.1坝顶高程确定

大坝上游未设防浪墙，按《混凝土重力坝设计规范》(SL319－2005)，坝顶高程等于水库静水位加相应的坝顶超高，按“正常蓄水位+正常运用情况”和“校核洪水位+非常运用情况”两种情况进行计算。大坝超高及坝顶高程成。坝顶高程的控制情况为校核洪水位情况，最终选定的坝顶高程为1747.10m。

2.2大坝稳定及应力分析

2.2.1荷载组合抗滑稳定和应力计算的荷载组合分基本组合和特殊组合两种，3种荷载组合如下:基本组合1:自重+正常蓄水位及相应下游水位+扬压力+泥沙压力+浪压力;基本组合2:自重+设计洪水位及相应下游水位+扬压力+泥沙压力+浪压力+动水压力;特殊组合1:自重+校核洪水位及相应下游水位+扬压力+泥沙压力+浪压力+动水压力。

2.2.2计算参数坝体高度41.10m，建基面高程1706.00m，混凝土容重24kN/m3，泥沙浮容重824kN/m3，混凝土与基岩抗剪摩擦系数0.5，混凝土与基岩抗剪断摩擦系数0.9，抗剪断凝聚力418.77kN，坝基排水折减系数0.5。坝基排水幕到上游面距离3.0m，地震系数0.05，上游地震动水压力折减角90°，下游地震动水压力折减角90°。

2.2.3计算结果分析坝体抗滑稳定按抗剪断强度公式计算。

2.3坝体应力计算

坝体应力计算采用材料力学法计算，根据《混凝土重力坝设计规范》(SL319－2005)的规定，在各种荷载组合下，坝基面垂直正应力小于混凝土容许压应力和地基的容许承载力;坝基面最小垂直正应力为压应力，坝体最大主应力应小于混凝土容许压应力。坝体坝基应力计算成果。，C15混凝土的极限强度为13.3MPa，混凝土抗压安全系数，基本组合为4.0，特殊组合为3.5，则混凝土容许压应力基本组合为3.33MPa，特殊组合为3.8MPa;地基容许承载力2.0～2.5MPa。由表3计算成果可知应力计算成果和地基承载力满足规范要求。

3结语

1)根据坝址地形地质条件，在对坝型及浆砌石筑坝、C15常态混凝土、C15碾压混凝土3种筑坝材料进行综合比较分析后，推荐采用建坝成库条件好、工程量省、距受水区距离近的C15碾压混凝土重力坝最优供水方案。

2)坝身采用C15三级配碾压混凝土，迎水面采用C20二级配变态混凝土(厚0.5m)和C20二级配碾压混凝土防渗，抗渗标号W6。大坝基础设置1.0m厚的C15混凝土垫层。

3)根据建基面实际情况，采取局部深挖回填混凝土、固结灌浆、坝基防渗帷幕等措施，对坝基、两岸坝肩、坝体等进行处理，确保碾压混凝土重力坝具有较高安全可靠性和节能经济性。

4)大坝坝体抗滑稳定性、应力计算和地基承载力均满足规范要求。

第二篇：水库优化调度 结课论文

水库优化调度技术浅谈

摘要：随着我国各方面的迅速发展，大规模的水电站水库群逐渐形成，对其进行的综合调度与运行管理变的越来越复杂，其地位和作用也越来越突出。本论文着重介绍了水库优化调度的研究现状与发展趋势，以及存在的各种优缺点，将实际问题引入到水库调度问题中，探讨了水库综合利用的调度模式。

关键词：水库优化调度 引 言

随着国家各方面的的迅速发展，大规模的水电站水库群逐渐形成，水库调度的地位和作用越来越突出，如何最大限度地发挥水库效益，一直是水库调度研究的主要方向之一。水库调度是根据水库所承担的水利水电任务的主次和规定的运用原则，凭借水库的调蓄能力，在保证大坝安全和防洪安全的前提下，对入库水量过程进行调节，实现多发电、提高综合利用效益的一种水库运用控制技术。水库综合利用涉及到发电、供水、防洪、防凌、航运等多种目标，同时由于参与水库调度的各部门之间存在着多种功能协同和利益协调关系，其功能交联及利益冲突现象严重，因此，如何在参与水库调度各部门的分管协调下，形成统一的、一体化的调度模式，是水库调度的重要议题之一。

水电站水库的运行情况与河川径流密切相关，河川径流的多变性和不重复性给水库运行调度带来很大困难。尤其是年调节水电站的水库，由于缺乏准确可靠的长期水文预报，在水库运用管理上往往容易造成一些不必要的失误。例如，在供水期开始，为了想多发电，水电站以较大出力工作，结果供水期还未结束，水库就可能提前放空，使电站在汛前一段时间里，以天然来水量发电，不能满足电站保证出力的要求，破坏了电力系统的正常工作。反之，在供水期开始，由于担心以后来水少，为避免正常工作遭破坏，水电站在整个供水期均按保证出力工作，结果在下一个汛期到来时水库可能仍未放空，汛期水库又很快蓄满，造成大量弃水，这样就不能充分利用水能。以上情况也可能同样会发生在蓄水期。

因此，水库调度在很大程度上依赖于未来径流情势，遗憾地是目前对未来径流尚无法准确预知。但是客观世界中的任何事物都具有一定的规律，可以认为，未来某个时段的径流情势是一个随机变量，对于某个调度期，可以根据各时段径流的概率分布，综合考虑防洪、蓄水、灌溉、城市供水与发电等各方面的要求，得到该调度期内预估的水库调度计划。这将涉及多个随机变量（每个时段径流均视为随机变量）的复杂运算。

对于梯级水库群来说，在忽略了蒸发、渗漏、区间入流等因素的影响下，下游水库的来水量应等于上游水库考虑流达时间后的泄水量。梯级水库群的调度不仅要考虑各时段径流的配合，还要考虑各水库之间的配合，才能在调度期内使所有水库的综合效益达到最大。梯级水库群的综合调度涉及了众多变量，对其进行调度相当复杂。目前对两级水库调度的研究比较成熟，多级水库的调度只能将其简化为两级水

库的调度情况。直接对多级水库调度进行研究的相对较少，其原因主要是涉及的随机变量数目众多，难以克服“维数灾”问题。

不论是中长期还是实时水库调度都依赖于既定的调度规则，调度规则是指导水库运行的有效工具。随着新方法不断引入到水库调度之中，处理水库调度的多目标、多变量、非线性的能力日益增强，人们期待水库调度能考虑更多的影响因素，利用更大范围的信息量，且能融入决策者的经验与知识，这些都对调度规则的获取提出了更高的要求。国内外研究进展

2.1水库调度分类

水库调度从时间上划分，一般可分为中长期（年、月、旬）调度和短期（周、口、时）调度；从径流描述上划分，一般可分为确定型和随机型两种；从采用的方法上划分，可分为常规调度、优化调度和模拟调度等，其中优化方法一般可分为线性规划、动态规划（增量动态规划、离散微分动态规划、逐次逼近法、逐步优化算法POA）聚合分解法和大系统分解协调法等；从分布状况上划分，一般可分为单库、梯级、并联和混联形式的水库群优化调度。下面按不同方式对水库调度进行分类：

1.按水库目标分。

（1）防洪调度。防洪调度方式是根据河流上、下游防洪及水库的防洪要求、自然条件、洪水特性、工程情况而合理拟定的。

（2）兴利调度。兴利调度一般包括发电调度、灌溉调度以及工业、城市供水与航运对水库调度的要求等。

（3）综合利用调度。如果水库承担有发电、防洪、灌溉、给水、航运等多方面的任务，则应根据综合利用原则，使国民经济各部门的要求得到较好的协调，使水库获得较好的综合利用效益。

2.按水库数目分。

（1）单一水库调度。为了说明水库调度的原则、方法，多从基本的最简单的单一水库入手，进而引申到水库群联合调度。

（2）水库群的联合调度又包括并联水库、梯级水库群（串联水库群）和混联水库群调度。并联水库指位于不同河流上或位于同一河流的不同支流上的水库群，各水库水电站之间有电力联系没有水力联系，但在同一河流不同支流上的水库群还要共同保证下游某些水利部门的任务，例如防洪。梯级水库群（串联水库群）指位于同一河流的上、下游形成串联形式的水库群，各水库水电站之间有直接的径流联系。混联水库群是串联与并联的组合形式。

3.按调度周期分。

水库调度实际是确定水库运用时期的供、蓄水量和调节方式。根据水库运用的周期长短可分中长期调度和短期调度。

（1）中长期调度。对于具有年调节以上性能的水电站水库，首先要安排调节内的运行方式、供水、蓄水的情况。具体内容是以水电厂水库调度为中心，包括电力系统的长期电力电量平衡、设备检修计划的安排、备用方式的确定、水库入流预报及分析、洪水控制和水库群优化调度等。

（2）短期调度与厂内经济运行。短期调度主要研究的是电力系统的日（周）电力电量平衡，水火电厂有功负荷和无功负荷的合理分配，负荷预测，备用容量的确定和合理接入方式等。厂内经济运行主要研究电厂动力设备的动力特性和动力指标，机组间负荷的合理分配，最优的运转机组数和机组的起动、停用计划等。

2.2水库优化调度方法介绍 新与水库调度分为常规调度和优化调度相对应，水库调度方法可以分为常规方法和系统分析方法。其中常规方法包括时历法和统计法。系统分析方法是从全局出发来探索增加整个系统的效益，而不是着眼于系统中某一部分效益的增加。所以必须明确地了解系统的结构，如系统的内在矛盾和因果关系，系统外的边界情况以及因为边界情况的改变对整个系统效益的影响等。系统分析方法一般可分为数学规划及概率模型两大类。数学规划在系统分析中占显要地位，其中包括线性规划、非线性规划、网络系统分析、动态规划等；概率模型考虑事态发生的不可靠性，其中包括排队论、马尔可夫决策过程、系统可靠性分析等。另外还有决策分析、模拟、模糊集理论和大系统分解协调技术等。

一、线性规划

线性规划是静态优化方法，其数学模型的目标函数和约束条件均是线性的，该法于1939年提出。现在线性规划模型已成为应用最为广泛的一种规划方法，有成熟、通用的求解方法及程序，因此在水资源系统规划、设计、施工和管理运行中都已得到广泛应用。

二、非线性规划

非线性规划能有效地处理许多其它数学方法不能处理的不可分目标函数和非线性约束优化问题。但由于其优化过程较慢，需占用大量计算机内存，且比线性规划复杂，无通用求解方法和程序，一般是根据数学模型的具体形式寻求具体的解法，这使得它在水资源系统分析中的应用不如动态规划及线性规划那样广泛。

三、动态规划（DP方法）

动态规划是解决多阶段决策过程最优化的一种数学方法，根据多阶段决策问题的特点，把多阶段决策问题变换为一系列互相联系的单阶段决策问题，然后逐个加以解决。其特点是易于引入水资源系统的非线性和随机性，并可以把高维问题分解为一系列低维递推子问题求解；缺点是用DP法求解时，需要

离散状态变量，占用内存多，计算工作量大，耗费机时，易导致维数灾。在水库（群）优化调度中，DP一般以时段作为阶段，时段单位可以是季、月、旬，也可以是周、口、时;时段长度可以采用均匀的，也可以是不均匀的。状态变量的选取原则是满足无后效性，由于DP法存在“维数灾”（即随着状态变量维数的增加，所需的计算机内存和机时会大大增加，甚至使问题无法求解），因而状态变量的选取必须慎重，一般来说，各库时段初库蓄水量或水位是首选的状态变量。至于决策变量，可取面临时段各库的排放流量、时段末库水位。

（1）随机型动态规划。

随机动态规划模型较好地反映了径流实际，一般以年为周期进行循环计算，可得到稳定的运行策略和调度图。其缺点是计算工作量太大，尤其当水库数目增加时，往往产生无法避免的“维数灾”，所以它常用于单库优化调度中，对水库群目前只限于两个水库。

当入库径流为随机时，不仅本时段或下时段需考虑不同机率的入流量，相应的目标亦为计入不同机率流量的数学期望值，而且当相邻时段径流间具有密切的相关关系需要计入时，增加了一个状态变量，使得问题更为复杂。根据相邻时段径流间是否相关和有无本时段径流预报，可将随机型水库群优化调度分为四类。

在径流独立无预报即第一种情况下，1座水电站水库只有1个状态变量V（水库水位或蓄水量），p座水电站水库共有p个状态变量。若1座水电站水库有m个离散状态数，则p座水电站水库的总状态数为mp个。当水库为两座时，还可用常规的动态规划法联合求解，一旦水库超过3座，则在计算机储存量上已很困难。通常采用聚合分解法或动态规划逐次逼近法求解。这样，一个p库p个状态变量的问题，经过聚合分解可化为（p-1）个两库两状态变量问题。

（2）确定型动态规划

其研究比随机型DP差不多晚十年，优点是计算工作量相对较小，可选用的优化方法多，包括离散微分动态规划（DDDP）、增量动态规划、微分动态规划等；缺点是径流资料太短时，所获得的优化调度代表性差，最优性在理论上没有保证。若用模拟法生成人工径流资料，可弥补其代表性差的缺点，同时也考虑了径流的随机因素。

对于确定型动态规划，虽然入库径流是确定的，计算量小得多，但当考虑的水库数目较多时，仍会遇到维数灾问题。因此各国学者一直致力于寻求有效的降维方法，目前已提出多种有效的改进方法，使求解的库群数可达数十个。

四、逐步优化算法（POA算法）

该法适用于求解多阶段动态优化问题，属于DP算法，但POA不需要离散状态变量，且占有内存少，计算速度快，并可获得较精确解。以水库优化调度为例，先假设调度期为n个时段，其调度期初始

时刻的水库水位

1、终止时刻的水库水位n+1为定值，则两时段滑动寻优算法的步骤如下：

Step l：确定初始状态序列(初始调度线)。根据长系列径流资料，在水库水位允许变幅范围内拟定一条初始调度线1, 2, 3，···n，n+1。

Step 2：从起始时刻起，取最前两个时段△t 1，和△t 2，固定水库水位1和水库水位3，调整水库水位2，使△t 1，和△t 2两时段内的目标函数值达到最优，此时得到水位的新轨迹1, 2，3，„，n，n+1。

Step 3：同理，依次向右滑动，最后固定水库水位n-1和库水位n+1寻求最优水位n，使时段△t n-1，和△t n。两个时段目标函数值总和最大。

Step 4：以刚才所求的优化调度线为初始调度线，用同样的方法寻优，如果求得的优化调度线与初始调度线不满足精度要求，则重复第二步和第三步，否则所得结果即为最优调度线。

五、遗传算法

遗传算法是模拟生物在自然环境中的遗传和进化过程而形成的一种自适应全局优化搜索算法。它具有并行计算的特性与自适应搜索的能力，可以从多个初值点、多路径进行全局最优或准全局最优搜索，尤其适用于求解大规模复杂的多维非线性规划问题。用遗传算法求解水电站水库群优化调度可理解为:水电站运行环境下的h组初始放水流量序列受模型约束条件制约，通过目标函数评价其优劣，评价值低的被抛弃，评价值高的才有机会将其特征遗传至下一轮解，这样最终在群体中将会得到一个优良的个体达到或接近问题的最优解。计算步骤如下：

Step l：确定遗传算法的运行参数；

Step 2：确定决策变量和约束条件并建立优化模型； Step 3：确定编码方法、个体评价方法； Step 4：.随机产生初始种群；

Step 5：遗传操作，包括选择、交叉、变异运算； Step 6：收敛准则判定。

六、大系统分解协调

为了解决多于两库的库群随机优化调度问题，国内主要采用大系统分解技术及其它优化方法，同时对径流的时空相关关系适当简化来克服“维数灾”。由于水资源具有多级谱系结构，使得分解协调技术成为解决大规模复杂模型的有效途径之一。其做法是先将复杂的大系统分解为若干个简单的子系统，以实现子系统局部最优化，再根据大系统的总任务和总目标，使各子系统相互协调配合，实现全局最优化。这种分解一协调一聚合方法与一般优化法相比，具有简化复杂性，减小工作量、避免维数灾的优点，它可直接利用现有不同模型以求解子系统，并可用于静态及动态系统。其缺点是收敛性差，即使收敛，也需要较长的时间，对随机入流的考虑有困难。

“分解一协调”算法是大系统优化中很有效的方法，其中最常用的是两级结构，如图1-1所示。第一级是上级协调器，解决各子系统的相互祸合，实现大系统的优化；第二级是下级子系统，解决各子问题的优化。

用“分解一协调”法求解水库群调度时，首先要将M库之间的联系分解，成为M个独立子问题（单库优化），然后通过二级协调器把各子问题联在一起，并协调各子问题的最优解，使之满足关联约束。一旦满足，则各子问题的最优解即为系统最优解。

七、模糊数学。

以美国控制论专家创建的模糊数学为基础建立的模糊数学模型，将模糊优选模型与经典优化技术融为一体，在有限可行域内寻找满意的调度方式，从而指导水库群运行，该模型不仅具有处理模糊信息的能力，还具有处理复杂系统中定性目标、对立目标等问题的能力。

八、人工神经网络（ANN）

人工神经网络以生物神经网络为模拟模型，具有自学习、自适应、自组织、高度非线性和并行处理等优点。ANN可以用于多元回归分析，得到隐随机优化的确定优化规则。在众多的ANN模型中，多层前馈神经网络模型是应用最多的一个，通常用反向传播学习算法（BP算法）对其学习训练。BP网络设计的任务是根据实际应用的具体要求确定适当的网络结构和参数组合，包括网络层数、每层的神经元数及所有的联接权值、阈值。目前，网络结构参数的确定还缺乏系统化的方法，通常采用反复试验的方法进行;网络权值的确定依靠现存的学习算法，通过对样本实例的学习训练来确定。BP算法存在学习速度缓慢，易陷入局部最小值的缺陷。

其他优化方法也有多种，如采用多年内逆推动态规划和年间逐次逼近法、求解串并混联水库优化调度的多目标多层次法、库群优化调度的余留期效益迭代法、隐随机优化调度函数法、隐随机递阶控制进行水库群的优化调度法等。

3水库调度存在的主要问题及发展趋势

3.1存在的主要问题

结合当前国内外关于水库调度的研究现状，可以总结得到目前水库调度研究中存在且尚待解决的问题是：

一、理论研究方面。

（1）数学模型的局限性。一方面有些模型庞大复杂，操作烦琐，应用极不方便，另一方面有些模型为克服“维数灾”问题又作了太多的假设和简化，使模型不能很好地描述水库群的实际工况，优化结果偏离实际；

（2）研究问题的相对独立性。片面追求最优解，忽视了水资源系统的复杂、多变、动态特性以及生产上许多因素的不确定性，较少考虑决策人员制定方案的主观偏好和维护局部利益的现实思想，使研究结果难以被接受，因此常会导致决策部门的误解，认为所谓的最优往往是在“纸上谈兵”；

（3）研究实际问题的不彻底性。一些研究侧重理论探讨，片面追求高水平、深理论，方法深奥，生产使用者难以理解，导致理论研究者多而实际应用者少；

（4）调度经验的重视不足。难免会得到偏离实际运行情况的结论。

二、管理方面。

（1）客观原因。由于水库调度管理部门对水库调度最关心的是安全、可靠的运行调度，其次才是经济性，这从客观上决定了决策部门对水库优化调度的实施兴趣受到限制；

（2）主观原因。由于我国目前的决策者大都对优化调度的理论及计算机技术了解不够深入，对优化调度方案的采用自我主观把握性不大，加之他们可能对数学模型的抽象结果有诸多不满意之处，以及程序缺乏灵活性，使他们从主观上对新方案的采用不感兴趣，难以付诸实施。3.2发展趋势

一、水库调度中的多目标问题研究

多目标问题是现代决策科学的一个核心内容，随着水库的规模化、流域化以及功能的综合化，水库调度决策中的多目标决策问题己经引起了专家学者的重视。在现代水库调度决策过程中，必须综合考虑发电、航运、生态以及环境等多种目标，既要考虑经济效益又要兼顾社会和环境效益，同时还要考虑决策者的偏好要求。因此传统的单目标优化与决策的方法己经不能适应新时期水库调度的要求，必须寻求多目标之间协调、统一的发展模式。

（二）新的优化方法的应用

基于分布式计算技术、网络技术的优化方法，用来解决确定性优化调度中的“维数灾”问题，是解决优化问题的另一种途径。

（三）水库调度中的不确定性问题研究

水库调度中伴随着大量的不确定性因素，包括研究对象发生与否的不确定性(随机性，这里主要是指天然径流过程的不确定性)、研究对象概念的不确定性（模糊性）、研究对象信息量不充分而出现的不确定性（灰色性）等等。人们对水库调度不确定性问题的研究主要集中在对径流随机性的处理和不确定决策方面。

目前对径流随机性的处理主要有以下几种方法：①将径流过程描述为某种类型的随机过程，然后建立优化调度的随机模型，即显随机优化。其优点是可直接给出水库调度的运行策略，但对多库系统存在“维数灾”；②利用实测或生成的长径流序列，用确定型模型求决策过程最优解，通过回归径流序列、决策序列和状态序列，寻找水库调度函数，即隐随机优化；③将径流描述成马氏过程，目前主要将其描述成不连续的简单马氏过程，这种处理往往可以较好地反映短期效应，而长期效应则难以考虑。

正是由于考虑到水库随机调度时具有的高度复杂性和不确定性，因此研究适合在水库随机调度中应用的理论具有一定的价值。

四、基于规则的优化调度方法研究

基于规则提取的模型主要是利用模糊系统、数据挖掘等对大量确定和非确定性数据进行聚类分析、非线性映射关系分析以及逻辑关联分析等，寻找有用的知识规则，更好地为决策服务。水库调度是实践性、实时性很强的决策过程，从大量的历史信息中提取专家的知识和经验，抽象概化成具有实际意义的指导规则，对实现水库调度决策的智能化具有重要意义。

五、高新技术应用研究

水利学科是一门传统学科，技术手段相对落后，用高新技术改造水利行业势在必行。首先是信息技术的应用。近几年，全国和地方的水资源实时监控系统、防汛抗旱指挥系统、水利政务管理系统的建设有了重大进展。此外，全球定位系统、地理信息系统、遥感技术、计算机决策支持系统以及虚拟现实技术等高新技术，在水利行业也具有广阔的应用前景。在水库调度方面大规模、高强度地应用高新技术，可以更好地实现调度决策的科学化、智能化、敏捷化，进一步提升调度决策的技术水平，使水库调度朝着可视、交互、智能、集成化的方向发展。总结

随着我国经济建设的迅速发展，水电站水库群的综合调度与运行管理变的越来越复杂，其地位和作用也越来越突出。本论文较为系统地介绍了水库调度的研究现状与发展趋势，引入宏观系统方法论探讨了水库综合利用的多种目标之间如何形成统一的、一体化的调度模式，研究了确定型水库优化调度以及随机型水库优化调度的新方法，并采用了数据挖掘算法提取水库的调度规则。

如前所述，水库调度在水资源系统运行管理中具有很重要的地位，国内外很多水利工作者致力于水库调度的研究。本论文仅就水库调度的一些方法、理论和调度规则的提取进行了有益地研究，还有大量工作需要今后不断地去完善。通过本文的研究，还存在一些不足和下一步研究中需要注意的地方，希望在以后的时间里进行更多的研究和探索。

参考文献

[1] 刘涵.水库优化调度新方法研究 [D].西安：西安理工大学, 2006: 1-14.

第三篇：水库泥沙论文

摘要：由于我国有许多河流是含沙量高、输沙量大的多泥沙河流, 水库泥沙淤积问题异常严重，所以水库泥沙淤积的研究具有重要的现实意义。前人对水库泥沙淤积问题做了大量研究探讨，本文对我国水库泥沙淤积研究的状况和成果进行了全面的综述。内容包括：水库泥沙淤积的形态、入库水沙条件变化引起的问题、水库变动回水区泥沙问题研究等方面，并举例国内著名的小浪底水利枢纽工程作为案例分析。

关键词：水库；泥沙；淤积问题；处理方法；小浪底工程

一．引言

水库泥沙淤积主要是河水挟带的泥沙在水库回水末端至拦河建筑物之间库区的堆积。拦河筑坝后抬高了水位, 形成了在建筑物前近似水平、而在上游末端与天然河流原水面线相切的水面曲线。水流进入库区后, 由于水深沿流程增加, 水面坡度和流速沿流程减小, 因而水流挟沙能力沿流程降低, 出现泥沙淤积。水库淤积是水库设计和管理中的一个难题。在河道上兴建水库会改变河流的水流条件和泥沙运动状态, 使泥沙在水库库区内淤积, 从而降低水库的使用效益, 甚至导致水库失效报废。所以, 对水库泥沙淤积问题的研究就显得尤为重要。

二．水库泥沙淤积的形态

水库泥沙淤积形态可分为纵剖面形态和横断面形态。

2.1 纵剖面形态

纵剖面形态包括三角洲、锥体和带状淤积三种形态。在库水位变化幅度不大, 淤积处于自由发展情况下, 水库淤积一般呈三角洲形态；在回水曲线较短, 入库水流在通过库段时紊动强度较大, 或含沙量较高, 含沙水流在达到拦河建筑物前泥沙来不及完全沉积情况下, 水库淤积将形成锥体形态。

2.2 横断面形态

横断面形态在多沙河流与少沙河流的水库中有所不同。多沙河流上的水库普遍有淤积一大片, 冲刷一条带的特点。淤积一大片指泥沙在横断面上基本呈均匀分布, 库区横断面上不存在明显的滩槽。冲刷一条带指水库在有足够大的泄流能力, 并采取经常泄空的运用方式时, 库底被冲出一条深槽, 形成有滩有槽的复式横断面。

在水库淤积形态方面, 我国对三角洲形态的淤积研究较早。这方面的成果有对官厅水库的三角洲的淤积形态及计算的初步研究, 三角洲的计算方法, 及根据非均匀悬移质不平衡输沙的规律首次从理论上详细论证了水库三角洲淤积的趋向性、形成特点、三角洲和前坡淤积比降、洲面线与水面线方程以及前坡长度等, 并得到了官厅水库资料的验证。此外水槽试验亦证实了沙质推移质在壅水区也是以三角洲形式向前推进的。除三角洲淤积形态外, 还有对锥体淤积形态, 从理论上给出淤积剖面近似于直线, 坝前淤积厚度与总淤积体积的近似线性关系, 带状淤积的条件, 对滞洪期锥体淤积水库的冲淤变化特征分析研究、三角洲、锥体及带状等三种淤积形态的判别方法研究等成果。

三．水库泥沙淤积的几种防治措施

为了尽量减少水库的淤积，在规划设计和应用管理中，应布设必要的工程设施，制定合理的水库运用方式，一般采用“拦、排、用”处理泥沙的办法，减少泥沙淤积量，有效地发挥水库综合经济效益。

3.1水库泥沙的拦截

在水库上游采取拦沙措施，减少入库泥沙，是防止和减少水库淤积的最根本办法。水库泥沙主要来自上游流域内的地表侵蚀。黄河的泥沙主要来源于黄土高原的千沟万壑。修建于沟道中的淤地坝，从源头上拦截、封堵了泥沙向下游输送的通道，不但能够抬高侵蚀基准面，稳定沟床，制止沟岸扩张、沟底下切和沟头前进，减轻沟道侵蚀，而且能够拦蓄坡面汇入沟道的泥沙。据统计，黄土高原地区已建成大、中、小型淤地坝11万余座，淤地坝地30多万h㎡，累计拦泥210多亿t，减少黄河年输沙量3亿t。淤地坝工程在拦截河流泥沙方面起到了很大作用。“引洪淤灌，用洪用沙“在我国流行甚久，是一种行之有效的拦截入库泥沙的方法。它把拦沙与用沙结合起来，可以变沙害为沙利。在水库上游选择有利地形，汛期把挟带大量泥沙的洪水引入低洼地区引洪放淤；清水退回河道进入水库调蓄。这样即利用汛期水沙改良土壤，扩大耕地面积，提高土地肥力，又可以大大减轻水库的淤积。

3.2水库排沙减淤

利用水沙运动的特性采用各种方法进行排沙，是减少水库淤积的有效方法。水库排沙的方式主要有：滞洪排沙，异重流排沙，泄空排沙，基流排沙和机械清淤排沙等。3.2.1滞洪排沙

当入库洪水流量大于泄水流量时，会产生滞洪臃水。滞洪期内整个库区仍保持一定的行近流速，部分粗颗粒泥沙淤积在库中，细颗粒泥沙可被水流带至坝前排出库外，这就是滞洪排沙。滞洪排沙的效率受排沙时机、滞洪、历时、开闸时间泄量大小和洪水漫滩程度等因素的影响。一般来说，开闸及时，滞洪历时短、下泄量大、洪水不漫滩或少漫滩，则排沙效率高汛期沙量、集中，这时利用滞洪排沙往往能得到较好的排沙效果。如洗马林水库，在某次洪水来临时，利用滞洪排沙，进库含沙量为147kg/m³，但出库含沙量达365 kg/m³，排沙效果显著。

3.2.2异重流排沙

在水库蓄水期间，当入库洪水形成潜入库底向坝前运动的异重流，若能适时打开排沙孔闸门泄放，就可将一部分泥沙排走，减少水库的淤积。黑松林水库利用异重流排沙的7次观测结果显示，平均排沙效率为61.20％，最高达91.40％，排沙比是较高的。异重流排沙的效果与洪水流量、含沙量、泥沙粒径、泄量、库区地形、开闸时间及底孔尺寸和高程有关。入库洪水含沙量大，粒径细，泥沙就不易沉降，容易运移到坝前排出；另外库区地形平顺、比降大、回水短、泄量大、底孔高程低都能提高异重流排沙效率。3.2.3泄空排沙

将水库放空，在泄空过程中回水末端逐渐向坝前移动，库区原来淤积的泥沙会因回水下移而发生冲刷；特别在水库泄空的最后阶段突然加大泄量，冲刷效果便更加显著。这种排沙方式称为泄空排沙。泄水排沙实际是沿程冲刷和溯源冲刷共同作用的结果。沿程冲刷消除回水末端的淤积，把泥沙带到坝前；溯源冲刷又将沿程冲刷带来的泥沙冲走排出库区，并逐渐向上游发展，逐步改变上游水力条件使冲刷能继续进行。实际上，泄空排沙是通过消耗一定的水量换取部分兴利库容的恢复。采用这种方式排沙要因地制宜，进行技术经济效益分析后

再确定。

3.2.4基流排沙

水库泄空后继续开闸，让含沙量不饱和的常流量畅泄冲刷主槽，减少库区泥沙淤积，这种排沙方式称为基流排沙。基流排沙的特点是：冲沙量和水流含沙量自冲刷开始至终结由大到小，最终趋于相对稳定。基流排沙的效果取决于常流量及其含沙量的大小，流量大、含沙量小，则排沙效果好。3.2.5机械清淤

在不能采取水力排沙的缺水地区和没有设置底孔的水库，可采用机械清淤的方式进行排沙。通常采用挖泥船、吸泥泵等清淤装置，清除库区淤积泥沙。这种方法适用于中小型水库和大型枢纽航道的清淤，其成本及管理费用较高。以上几种方式的排沙方法，在运用时，必须因地制宜、因时制宜，根据水库的任务、来水来沙特性、冲淤规律和库区形态特征进行合理的应用。只有这样，才能正确处理排沙与蓄水的矛盾，充分发挥水库综合的效益。3.2.6“蓄清排浑”运用方式的水库减淤

水库拦蓄含沙量低的水流，对汛期含沙量较高的洪水则不予拦蓄，尽量排除库外。一般对于具有一定发电、灌溉和调沙要求的水库，汛期要保持一定的低水位控制运用但不泄空，就可利用异重流和浑水排沙。由于汛期为排沙期，既调水又调沙，可以减轻水库的淤积，在一定时段内保持冲淤平衡和长期存在一定的可用库容。目前多沙河流水库普遍采用这种运用方式，如三门峡、恒山水库等。

水库泥沙淤积是一项需长期进行研究解决的水库技术问题，关系到水库运行安全及综合经济效益的发挥。因此，在水库的规划设计和应用管理中，要根据水沙运动的基本规律，布设必要的工程设施，制定合理的水库运用方式，减少水库淤积，延长水库的使用寿命。

四．小浪底水库泥沙淤积 现状与措施（案例分析）

4.1概述

小浪底水利枢纽建成蓄水后，受库水位抬高的影响，入库含沙水流受水库回水的顶托，流速下降，挟沙能力降低，部分粗颗粒泥沙先行落淤，细颗粒泥沙则潜入库底，以异重流的形式向前演进，在库底形成浑水水库。浑水水库中的细颗粒泥沙随着时间的推移，大部分也 会逐渐沉积下来。泥沙堆积到水库后，会对水库运用方式和效益发挥产生重要影响。

小浪底水库的运用划分为3个阶段，即拦沙初期、拦沙后期和正常运用期。拦沙初期是指水库泥沙淤积量达到22亿m³之前的运用时期；拦沙后期，库区淤积形态将形成高滩深槽，坝前滩面高程为254m，水库泥沙淤积量约为75.5亿m³；以后水库将转入正常运用期，利用254m高程以下10.5亿m³的槽库容进行调水调沙运用，长期保持254m高程 以上40.5亿m³的防洪库容。小浪底水库泥沙淤积实测资料显示，2000——2009年各年末实测泥沙累计淤积量分别 为4.19亿、7.16亿、9.88亿、13.91亿14.83亿16.86亿18.86亿21.29亿22.25亿m³和24.12亿m³。从数据看，2008年年末水库淤积的泥沙已达到拦沙初期预期的淤积量，如何延缓泥沙淤积速度、延长水库有效库容的使用寿命，长期发挥枢纽的综合效益，是摆在枢纽管理单位面前的重要课题。

通过对小浪底水库干流泥沙淤积形态的测验分析可以看出，每年汛后库区泥沙淤积部 位变化较大，总体来讲泥沙淤积形态由蓄水初期的带状淤积已演变为三角洲淤积，且三角洲的洲顶在动态变化的同时不断向坝前推进。2003——2009年实测资料显示，干流淤积三角洲的顶点平均每年向坝前推进3.69km。2010年5月测验结果表明，目前小浪底水库干流三

角洲的顶点位于黄河干流13断面，距坝21.41km，已达库区最窄河段——八里胡同进口附近。

对于小浪底水库干流横断面而言，实测资料显示的干流断面横向泥沙淤积形态一般表 现为平淤，即淤积面接近水平；水库各支流断面横向淤积形式与干流类似。

同时，从小浪底水库历年干流纵向淤积剖面图也可以看出，干流泥沙淤积形态在2003年汛后出现距坝70km以上淤积抬高现象，即典型的“翘尾巴”现象，这是一种不利的泥沙淤积形态。对支流而言，支流河口形成拦门沙坎则是另一种不利的泥沙淤积形态。在水库运行中，无论出现那一种不利的泥沙淤积形态，严重时都会出现水库水量被分开，难以统一、有效地进行调度的被动局面。

另外，在小浪底水库运行过程中形成异重流后，在水库库底一定范围内会形成一个庞大的浑水区域，浑水中悬浮着大量细颗粒泥沙，这些泥沙颗粒在经过一段时间后会逐渐沉积到库底，从而增加水库泥沙淤积量。如2007——2008年坝前浑水水库观测资料显示2007年汛期异重流形成的浑水水库在2008年5月塔前01断面处（距进水塔60m）仍有近7m厚的浑水层，浑水层中泥沙落淤时间是比较漫长的。

4.2泥沙淤积对水库运行的影响

随着库内泥沙的淤积，小浪底水库进水塔塔前泥沙淤积高程逐渐提高并形成塔前漏斗 区。将来漏斗区滩顶高程可达254m，而进水塔大多数闸门的高程为180m，与泥沙淤积滩顶存在70余m的高差，落淤泥沙存在滑塌的风险，特别是有水流淘刷甚至发生地震时，一旦出现滑塌，将对闸门的正常启闭带来不利或严重影响。

小浪底水利枢纽《拦沙初期运用调度规程》规定：“当实测塔前01断面泥沙淤积面高程达到183.5m时，运行管理单位应报请水库调度单位批准，小开度短历时开启排沙洞工作 闸门，以检查其进口流道是否畅通。以后可按0.5m为一级逐步提高塔前允许淤积面高程，但最终许可值不得大于187m。”因此，进口段防淤堵是排沙洞运用中一项重要的调度任务。

高含沙水流对运行的水轮发电机组会产生泥沙磨损。2003年8月实测过机含沙量最大值为85kg/m³，面对这种情况，是停机避沙还是正常发电，需要分析研判。小浪底建管局通过论证分析，认为虽然过机含沙量较高，但其泥沙D50为0.004～0.006mm，属极细的粉沙类，此类泥沙对水轮机的叶片损害较小，机组可以正常运行，该结论在随后10月份的机组检查中得到了验证。因此，浑水发电应从水流含沙量和泥沙粒径两个方面进行把握，以达到在保证机组不受泥沙损害的前提下多发电的目的。

对小浪底水利枢纽而言，泥沙淤积也有积极的一面。在枢纽防渗体系设计中，将大坝黏 土心墙和上游围堰斜墙及坝前泥沙淤积层连接起来，形成坝基的辅助防渗体系，坝前落淤的 泥沙在小浪底工程防渗体系中也发挥着重要的作用。水库蓄水以来的观测数据证明，在同等条件下，随着坝前泥沙铺盖的形成和抬升，坝基渗水量、左右岸渗水量均有不同程度的减小，大坝上游基础渗压计在相同库水位下，其渗压水头值逐年降低。如2000年10月下旬至11月上旬三门峡水库集中拉沙运用时，小浪底水库淤积泥沙2.62亿m³。在这期间，小浪底坝 前泥沙淤积高程从150m升至165m，呈平面状，近15m厚的沿坝泥沙淤积层降低了坝前渗透 系数，大坝上游基础渗压计测值最大降低近15m。由此可见，落淤泥沙发挥的防渗作用是显 著的。

小浪底水利枢纽近几年的调水调沙运行还揭示，适当的含沙量有助于提高水流的挟沙能力，冲刷河道的效果更明显。利用其冲刷下游河道，可提高单位水量的冲刷效果，节省清 水资源。

4.3 科学控制与利用水库淤积的泥沙

水库库容被淤积的泥沙占据后，一般情况下很难恢复，淤积泥沙所占的库容通常情况下会变成死库容，且泥沙淤积速度加快时，还将缩短水库发挥综合效益的寿命。因此，科学控 制水库泥沙的淤积对枢纽发挥长期作用意义重大。

由于黄河来水来沙具有季节性，因此小浪底水库泥沙淤积主要发生在汛期，如2006年 汛期泥沙淤积量约占全年淤积量的90％。另一方面，异重流在水库库底会形成浑水区域。因此，要把控制汛期泥沙淤积和浑水落淤有机结合起来，充分利用水库异重流进行排沙，以减缓水库泥沙的淤积速度。

塑造合理的库区泥沙淤积形态非常重。2003年汛后，小浪底水库出现了库尾泥沙的“翘尾巴”现象，对水库调度运用不利。针对这种不利的泥沙淤积形态，根据黄河流域2004年各水库的蓄水情况和预测降水情况，2004年6——7月，小浪底水库实施了首次人工扰动塑造异重流冲沙试验，库尾淤积三角洲形态得到了有效的调整和改善。考虑到2004年汛期小 浪底水库仅出现了2次异重流过程，且第1次为人工扰动所形成并有4d的浑水出库过程，因此人工扰动塑造异重流对改善库尾泥沙淤积形态起到了积极作用。由此可见，通过采取合适的工程技术措施控制和调整水库泥沙淤积形态是可能的。

4.4 加强观测与泥沙信息管理

对于泥沙淤积带来的不利影响，如漏斗区泥沙淤积威胁闸门启闭安全、进口段泥沙淤堵影响排沙洞正常运用等情况，要通过加强观测与泥沙信息管理，及时掌握塔前漏斗区泥沙淤积形态和泥沙淤积边坡的稳定工况，及时掌握排沙洞进口段泥沙淤积高程变化情况以及进 口段淤积泥沙的固结情况等，适时开启排沙洞进行拉沙运用，以保证枢纽建筑物的稳定、安 全运行。为此，除常规监测设备与管理手段外，小浪底建管局还为泥沙测验部门配备了先进 的观测装备，如英国GeoSwath条带测深系统，为枢纽调度部门开发建立小浪底水文泥沙信 息管理系统，这些设备和信息系统的使用，为及时、准确、全面地捕获第一手资料提供了技术保障，也为水库泥沙淤积观测与泥沙信息数字化管理奠定了基础。

进水塔前01断面是小浪底泥沙测验的控制断面，该断面泥沙淤积高程直接关系到泄水孔洞闸门的启闭安全。从2010年3月观测结果看，塔前平均淤积高程为178.1m，且塔前漏斗区河底纵向泥沙淤积高程为178.1～180.3m，较为平缓，尚无明显的漏斗形态出现。目前，小浪底进水塔前淤积的泥沙处于187m以下，泄水排沙洞闸门的安全启闭是有保证的。

4.5小结

泥沙淤积是小浪底水库不可回避的现实问题，通过科学调度、合理控制，调整水库泥沙淤积形态，消除干流泥沙淤积“翘尾巴”现象，使干流淤积三角洲顶点顺利通过八里胡同狭窄河段，往坝前迁移；限制支流河口拦门沙坎的形成与发展；加强观测与泥沙信息管理，确保进水塔前闸门启闭安全以及排沙洞进口段不淤堵，是枢纽调度运用的关键。

小浪底水库10a多的调度运行实践表明，目前所采用的调水调沙、进水塔前泥沙控制等手段对控制库区泥沙淤积是科学有效的，小浪底水库必将长期发挥巨大的综合效益。

五．结语

60年来,我国河流研究工作取得了重大进展,研究者进一步认识了河流水沙变化和河道演变规律,通过对丹江口等水库泥沙淤积及其坝下游冲刷的系统观测研究，为解决葛洲坝、三峡水利枢纽的泥沙问题,提供了重要依据。葛洲坝水利枢纽20多年来运行良好。三峡水利枢纽2003年6月初期运行以来的实测资料分析表明,水库泥沙淤积、枢纽运行和坝下游河道冲

刷状况总体上尚在预计同期值范围内。在水利枢纽工程泥沙问题研究实践过程中,研究水平得到较大提高,研究方法也有较大改进。

在泥沙测验和河道演变观测方面,新的观测技术逐步得到应用。河工模型和泥沙数学模型的模拟技术取得重大进展,并能相互结合解决长时段、长距离的河道演变预报问题。随着流域经济和水利水电事业的持续发展,水沙资源的综合利用和梯级水库泥沙输移与调控等问题,有待进一步研究。

六．参考文献

[1] 章厚玉，胡家庆，郎理民，张洪霞.丹江口水库泥沙淤积特点与问题[J].人民长江，2005（1）.[2] 韩其为,杨小庆.我国水库泥沙淤积研究综述[J].中国水利水电科学研究院学报,2003(3).[3] 丁金凤.水库泥沙淤积问题研究[J].吉林水利，2009（9）.[4] 张瑞瑾,谢鉴衡,王明甫,等.河流泥沙动力学[M].北京:水利电力出版社,1989.[5] 窦国仁.泥沙运动理论[M].南京水利科学研究所,1963.[6] 侯晖昌.河流动力学基本问题[M].北京:水利出版社，1982.[7] 韩其为,何明民.泥沙运动统计理论[M].北京:科学出版社,1984.[8] 林一山.葛洲坝工程的决策[M].武汉:湖北科学技术出版社,1995.[9] 林一山.毛主席重视水库寿命问题[M].武汉:新华出版社,1992.[10] 长江水利委员会.小浪底工程泥沙研究[M].武汉:湖北科学技术出版社,1997.[11] 梁栖蓉,黄煜龄,姜军.小浪底工程水库泥沙数学模型计算成果分析[G].水利电力部科学技术司.小浪底工程泥沙问题研究成果汇编.武汉:1988.[12] 黄悦.三峡水库下游宜昌至大通河段冲淤一维数模计算分析[G].长江三峡工程泥沙问题研究(第七卷).北京:知识产权出版社,2002.

第四篇：优化课堂教学论文

现代教学论——关于优化课堂教学

摘要:课堂教学设计在课堂教学中的地位日益突出,受到了越来越多教学工作者的关注。知识的巩固贯穿于教学过程的始终，学生对学习内容的感知、理解和实际应用，都对知识的巩固起着重要作用。在课堂教学中教师要根据课程特点、教学内容以及学生的知识储备，整合各种教学资源，灵活应用多种教学手段和方法，为学生学习知识、巩固知识创造条件。应结合实际,以教学设计的基础理论为指导,从而对现代化教学条件下的课堂教学设计的实践进行分析,并深入讨论优化课堂教学设计应遵循的原则。

关键词:现代化教学;课堂教学设计

不可否认,现代化教学工程的实施,突破了传统课堂教学设计的思维定势,为课堂教学设计提供了诸多有利的条件,使课堂教学设计充满了新的生机与活力,但同时也使其在课堂教学的执行过程中出现了松散性、盲目性和不确定性。课堂教学设计应遵循其应有的原则,才能达到课堂效果的最大化与合理化，进而克服课堂教学存在的一系列问题。

1.现代化教学条件下课堂教学设计的实践分析

1.1现代化教学条件下课堂教学设计的优势

①课堂教学设计充分体现了“学为主体、教为主导”等现代教育思想。由于教学设计以“为学生提供最好的教学服务”为宗旨,无论是教学信息的选用与组织,还是教师教学策略的选择都是在了解学生的学习需要、分析学生的学习特点的基础上进行的。因此,在这种课堂教学设计指导下所进行的教学活动,学生具有浓厚的学习兴趣、高度的自主权,能够主动参与,并且按照自己的认知水平进行学习和提高,这样,学生真正获得了智慧而不仅仅是知识本身。这种教学真正达到了因材施教、发展个性的目的,这也恰恰符合建构主义课堂教学设计理论的要求。②课堂教学设计为课堂教学的实施提供了可靠的依据。简单地说,课堂教学设计相当于为课堂教学活动提供一个可执行的“处方”,它高于一般意义上的备课活动,是一种更为系统的教学设计技术。课堂教学设计注重对与课堂教学内容相关的、有价值的所有教学资源进行合理地分析,使教学能够整合各个学科内在的知识体系,并将这些学习资源提供给每一位学生,从而使学生开阔了眼界,扩大了知识面,调动了学生纵向与横向学科学习的兴趣,使学生形成了长久的自主学习的习惯,这对于开发人力资源大有益处。另外,由于课前充分的设计准备,即使在课堂上出现突发的事件,教师也会在第一时间做出反应,并启动备用的教学策略,做到对教学计划的合理调整。因此,无论是在提高课堂知识传授效益方面,还是在增强学生能力生成效益方面,课堂教学设计对课堂教学活动的指导作用都不可小视。

③课堂教学设计使课堂教学过程中形成性评价更加科学合理。我们大部分教师都习惯于讲课与考试测评的分离,认为只有课终的考试评价才是学生是否学好的依据,忽视了教学过程中的形成性评价,甚至走进了“我教我的,你学你的,他考他的”的“教、学、考”相分离的误区,这与现代化教学的要求相去甚远。而课堂教学设计则为我们的教学提供了进行这种形成性评价的时机,以及如何进行评价,如何将评价的结果反馈到课堂教学活动中,并对课堂教学设计进行修改完善,从而使课堂教学思路更顺畅,使课堂气氛更活跃、更融洽,也迎合了现代化教学对课堂“教、学、评”有机结合的要求。因此,课堂教学设计无论对教师进行教学、指导教学,还是对学生学习、建构知识都是非常有效的一项教育技术。1.2现代化教学条件下课堂教学设计在实践中存在的问题

现代化教学工程的实施为课堂教学设计提供了诸多有利的条件,使课堂教学设计技术更具优势,对课堂教学的指导作用越来越突出。但是,由于课堂教学设计的实践仍处于起步尝试阶段,教师对这一教育技术的掌握并不很到位,在设计过程中必然会遇到这样或那样的困难。认真地分析这些在课堂教学设计的实践过程中遇到的问题,对提高教学设计技术的应用有着积极的促进作用。

①课堂教学设计与课堂教学活动相脱节的问题。即课堂教学设计在应用过程中出现了教学活动没有按教学设计程序进行的现象,教学设计是一回事,教学活动又是另外一回事,两者是并行关系,而不是指导、反馈、执行相统一、相协调的关系。产生这一问题主要有两方面的原因:一方面,教师对课堂设计过于理想化,片面地追求现代化教学的形式外显而忽略了教学的实际内容,对教学情况把握不准,没有客观地分析影响课堂教学设计的各种客观因素,比如对教学资源的开发、选择,对学生的认知发展水平、认知风格的分析,对教学任务的分析等等。另一方面,受传统教学形式的影响,教学设计主要依赖的是教学大纲的要求和课程具体的内容,而不是以学生的实际需求为主要因素进行。所以即便是把学生作为课堂教学的主体,但由于与教学设计的指导思想相左而出现课堂教学无法继续的尴尬,从而使教师放弃教学设计的指导,又回到传统的课堂教学活动中去。这样,课堂教学设计的工作就变成了“吃力不讨好”的无用功。

②教师对在教学设计指导下的课堂教学活动中自身角色认识不足,影响了正常的教学次序。即教师在教学实践中摆脱不了传统教学的束缚,既想按照教学设计的课堂教学过程结构进行,又感觉心有余而力不足,产生一种无从下手的无奈,致使课堂教学中教与学的过程出现比较混乱的现象。为解决这一问题,需要教师对自身的角色进行重新的认定,现代化教学的实施强调教师的主导地位,要求教师从“台前”转到“幕后”,教师既要做教学信息资源的设计者,又要做教学设计的组织者、执行者,还要做学生学习的促进者,在课堂中主要对学生的学习起引导、指导的作用。认识了教师的作用,还要有敢于尝试、不怕失败的精神,不断的更新知识、扩大知识面,在实践中增长经验,不断提高教学设计和课堂教学的质量。

③部分学生对这种新的课堂教学方式的排斥,导致教学效果不理想。其主要原因就是学生的学习状态和从属技能不能满足课堂教学设计的要求,使学生失去学的信心,并产生排斥心理。

④还存在课前教学准备活动不充分造成教学设计执行中断等问题。其原因主要是现代化教学资源的开放,现代教学手段的丰富,现代教学方法的千变万化,使教师在进行课堂教学设计时,往往会有一些盲目性的选择。而教师在课前的准备确不充分,比如,没有对所选的媒体播放工具的功能进行熟悉,没有事先检查教具是否完备,没有对学生上课前的情绪状态进行了解,没有对学生的前期知识学习掌握的情况进行摸底等等,这会对教学活动的实施带来一定程度的阻力,甚至会使课程被迫中断。

因此。优化课堂教学应该遵循一定的原则：

1优化课堂教学设计应遵循系统性原则，教学的各个要素与各个环节是相互关联、相互作用、缺一不可的。因此,课堂教学设计必须对一切有利于学生学习的学习资源进行整体协调、统筹规划、合理配置、科学安排,这也是课堂教学设计的特点所决定的。系统性原则要求课堂教学设计,一是做到各个教学要素内部的有机结合,二是实现教学系统各组成要素之间的融合。这样,教学活动程序运行的才能更加有序、更加稳定

2优化课堂教学设计应遵循客观性原则.课堂教学设计包含了大量具有客观属性的因素,比如,真实的教材内容及相关的知识信息,教师的教学设计、组织、实施的能力,学生的认知发展水平及其从属技能的掌握,现有的教具、教学条件等等。因此,客观性原则是课堂教学设计的重要的特征之一,它要求做到对教学过程中的各因素进行客观性的评价,从而为课堂教学设计提供客观性的教学资料,使教学设计的目的更具针对性,并在应用过程中做到有的放矢。

3优化课堂教学设计应遵循建构性原则.为建构良好的认识结构而教”是现代教学论的一个基本结论,是指教师在教学中不是灌输知识,而是启发学生自主建构认知结构。这就要求教师按照学生建构认知结构的过程与规律设计课堂教学,以促进学生建构良好的认知结构,使学生形成自主学习、主动获取知识的良好习惯。

4优化课堂教学设计应遵循主体性原则.主体性是指教学中必须充分发挥学生的主体作用,有效地使学生主动地参与到教学中来,积极主动地探索和发现知识,成为学习的主人,主体性的发挥与发展是与学生的学习动机有内在联系的。因此,教学没计要注意创设激发学生学习的内在动机的教学情境,使学生处于一种主动、活跃的能动状态,唤起学习需要,激发学习动机,进而达到自主学习的目的。5优化课堂教学设计应遵循可行性原则

6优化课堂教学设计应遵循开放性原则和和谐性原则

通过以上的分析，我们看到现代教学中存在的问题，并进一步找到在教学中应该遵循的原则，在教学的设计过程中，我们要遵循这些原则，从而达到教学模式的优化与进步，从而促进教学的发展。优化课堂教学，达到课堂教学的优质。

学院：教育科学学院

班级：2009级1班

姓名：方勇华

学号：20091244002

第五篇：高中数学 教学论文——优化课堂教学设计,提高课堂教学...

【中学数学教案】

用心

爱心 专心-12345678

你知道小高斯是如何求1+2+„+100的吗？

这一方法的思想实质是什么（为什么要“首尾相加”）？

类似的，你能求1+2+„+n吗？

对于公差为d的等差数列{an}，如何利用上述思想方法求Sn=a1+a2+„+an？

还有其他方法吗？

一个核心：概括——引导学生自己概括出典型实例的共同本质特征

强调学生实质的、高水平的思维参与度，使学生在教学过程中保持高水平的数学思维活动

在教学方式的改进中，最重要的是要让学生有自己积极地、独立地进行数学思考的空间。不管是传授式还是活动式（相应的，学生学习方式是接受式或发现式），只要学生有思维的自主，就是学生的自主地位得到体现。

根据数学知识的认知需要，为学生设置恰当的教学情景，通过恰时恰点的问题引导学生的学习活动，充分使用“先行组织者”，在思想方法上多做引导，在具体细节上让学生自己多动手做、多阅读、多思考、多交流，让学生多发表意见，教师自己参与到学生的活动中去，多听少讲，在关键点上让学生有机会提出自己的见解。

课堂教学的“六字经”： 问题引导学习教学重心前移 典型丰富例证 提供概括时机 保证思考力度 加强思想联系 使用变式训练 强调反思迁移

用心

爱心

专心