實(shí)驗(yàn)簡(jiǎn)介：

暴雨山洪災(zāi)害是我國(guó)“十三五”及“十四五”計(jì)劃重點(diǎn)要解決的水文氣象災(zāi)害，也是近年來(lái)國(guó)內(nèi)外研究的熱點(diǎn)問(wèn)題，目前水文與氣象部門(mén)都亟需深刻理解山洪災(zāi)害動(dòng)態(tài)過(guò)程及熟悉災(zāi)害防治等方面經(jīng)驗(yàn)的學(xué)生和人才。暴雨山洪災(zāi)害突發(fā)性強(qiáng)，破壞力大，造成損失巨大，預(yù)報(bào)預(yù)警難，且多發(fā)生在偏遠(yuǎn)山區(qū)，交通不便、通訊不暢，是我國(guó)防汛工作的難點(diǎn)和薄弱環(huán)節(jié)，已成為我國(guó)防災(zāi)減災(zāi)工作中的一個(gè)突出問(wèn)題。全國(guó)每年因山洪災(zāi)害死亡幾千人，占洪澇災(zāi)害死亡人數(shù)的70%左右，因此必須把防治山洪災(zāi)害擺在重要位置。但由于山洪災(zāi)害事件具有突發(fā)性、破壞性極強(qiáng)和不可重復(fù)等的特點(diǎn)，實(shí)際教學(xué)中，不可能在真實(shí)環(huán)境事件時(shí)去還原山洪災(zāi)害動(dòng)態(tài)過(guò)程，因此開(kāi)展不同水文氣象條件下暴雨山洪災(zāi)害發(fā)生與防治的虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)項(xiàng)目的建設(shè)是非常重要和必要的。

設(shè)計(jì)原則：

山洪災(zāi)害發(fā)生在的山區(qū)，具有暴漲暴落、預(yù)見(jiàn)期短、極度危險(xiǎn)、預(yù)報(bào)困難等特點(diǎn)。山區(qū)地勢(shì)陡峭，暴雨來(lái)臨后，扣去蒸散發(fā)量、土壤下滲量等，其余的水沿坡面、土壤從高向低匯流，以地表水、壤中流、地下徑流的形式匯入河道，河流水位超過(guò)河流堤壩高度即發(fā)生山洪災(zāi)害。山洪災(zāi)害的發(fā)生不僅與降雨量有關(guān)，還與前期土壤含水量、河道流量、下墊面覆蓋等因素有關(guān)。針對(duì)山洪發(fā)生的過(guò)程，采取不同的山洪災(zāi)害防治措施，具有不同的防治效果。2、知識(shí)點(diǎn)：共7個(gè)（1）降雨量對(duì)山洪災(zāi)害發(fā)生的影響機(jī)理（2）前期土壤含水量對(duì)山洪災(zāi)害發(fā)生的影響機(jī)理（3）前期河道流量對(duì)山洪災(zāi)害發(fā)生的影響機(jī)理（4）山洪災(zāi)害動(dòng)態(tài)過(guò)程的再現(xiàn)（5）不同攔水壩及其高度對(duì)山洪災(zāi)害的防治效果（6）不同泄洪道對(duì)山洪災(zāi)害的防治效果（7）不同植樹(shù)造林措施對(duì)山洪災(zāi)害的防治效果根據(jù)以上知識(shí)點(diǎn)，本實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目主要包括 “實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備”、“山洪認(rèn)知”（知識(shí)點(diǎn)4）、“水文氣象條件設(shè)計(jì)”（知識(shí)點(diǎn)1-3）、“山洪災(zāi)害防治措施設(shè)計(jì)”（知識(shí)點(diǎn)5-7）、“實(shí)驗(yàn)考核”五個(gè)模塊、三個(gè)實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)和 22個(gè)操作步驟。五大模塊與各知識(shí)點(diǎn)關(guān)系的具體如圖1所示。圖1實(shí)驗(yàn)各模塊與實(shí)驗(yàn)知識(shí)點(diǎn)關(guān)系圖3、核心要素的仿真度實(shí)驗(yàn)中的地形、下墊面覆蓋、土壤、降水?dāng)?shù)據(jù)均為實(shí)際觀測(cè)，地形地勢(shì)相關(guān)的參數(shù)均可以據(jù)此觀測(cè)數(shù)據(jù)計(jì)算出來(lái)，具有較高仿真度。根據(jù)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)要求，本項(xiàng)目中的高程、坡度、水系、流向等均可以由實(shí)測(cè)的數(shù)字高程模型數(shù)據(jù)計(jì)算得到，是對(duì)地形地貌的高度仿真，仿真度較高；山區(qū)流域的產(chǎn)匯流模擬均是基于數(shù)據(jù)的數(shù)字化水文模擬，具有很好的仿真度。具體的仿真過(guò)程有：地形、降雨、水系以及洪水發(fā)生過(guò)程中的水體形態(tài)。

實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?/b>

本實(shí)驗(yàn)結(jié)合水文與水資源工程專(zhuān)業(yè)、大氣科學(xué)（水文氣象）培養(yǎng)方案的要求，根據(jù)本專(zhuān)業(yè)特色專(zhuān)業(yè)主干課程《山洪泥石流預(yù)警預(yù)報(bào)》的關(guān)鍵知識(shí)點(diǎn)，梳理出從“典型認(rèn)知”—“綜合訓(xùn)練”—“系統(tǒng)探索”三個(gè)層次的實(shí)驗(yàn)。（1）通過(guò)暴雨山洪災(zāi)害的山洪災(zāi)害認(rèn)知學(xué)習(xí)模塊，幫助學(xué)生了解和掌握暴雨山洪災(zāi)害發(fā)生的過(guò)程和原理。幫助學(xué)生掌握暴雨山洪災(zāi)害發(fā)生的外部環(huán)境、重要過(guò)程、各過(guò)程的原理，采用虛擬現(xiàn)實(shí)的學(xué)習(xí)方式，幫助學(xué)生深入了解山洪發(fā)生的降雨過(guò)程、蒸散發(fā)過(guò)程、下滲過(guò)程、坡面匯流及河網(wǎng)匯流過(guò)程的基本原理，為系統(tǒng)綜合實(shí)驗(yàn)奠定基礎(chǔ)；（2）通過(guò)水文氣象條件設(shè)計(jì)的綜合訓(xùn)練，顯著提高學(xué)生理解不同水文氣象條件對(duì)山洪災(zāi)害發(fā)生的綜合影響程度。學(xué)生根據(jù)自己前期的理解水平，根據(jù)暴雨山洪災(zāi)害發(fā)生的影響因素，采用對(duì)照與參數(shù)控制法，學(xué)生通過(guò)控制降雨歷時(shí)、降雨強(qiáng)度、前期土壤含水量、前期河道流量等關(guān)鍵水文氣象因素，理解不同因素對(duì)暴雨山洪災(zāi)害的影響程度。（3）通過(guò)山洪災(zāi)害防治措施的綜合訓(xùn)練，探索不同暴雨山洪防治措施的異動(dòng)與防治效果，提高學(xué)生實(shí)際山洪防治的能力與水平，培養(yǎng)學(xué)生自主創(chuàng)新設(shè)計(jì)的能力。在山洪災(zāi)害防治措施設(shè)計(jì)模塊，系統(tǒng)隨機(jī)給學(xué)生分配一種水文氣象條件，學(xué)生自主設(shè)計(jì)與修改防治措施參數(shù)，探索不同植樹(shù)造林措施、不同攔水壩類(lèi)型、不同泄洪道對(duì)山洪災(zāi)害的防治效果與異同，最后分析歸納出不同防治措施的優(yōu)缺點(diǎn)，并將這些實(shí)驗(yàn)結(jié)果應(yīng)用并下一實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)-山洪災(zāi)害綜合防治設(shè)計(jì)-中去，自主設(shè)計(jì)一套防洪效果最佳的山洪防治措施。

實(shí)驗(yàn)要求：

（1）專(zhuān)業(yè)與年級(jí)要求水文與水資源工程、大氣科學(xué)（水文氣象方向）、應(yīng)用氣象學(xué)本科專(zhuān)業(yè)三年級(jí)學(xué)生（2）基本知識(shí)和能力要求具有水文學(xué)、水利工程概論、山洪泥石流預(yù)警預(yù)報(bào)等基礎(chǔ)與常識(shí)，具備統(tǒng)計(jì)分析和儀器操作能力。本實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，既適用于在校專(zhuān)業(yè)學(xué)生，也可適用于相關(guān)專(zhuān)業(yè)學(xué)生、水利、氣象、地質(zhì)等研究與管理部門(mén)的技術(shù)人員，或從事與水文氣象災(zāi)害相關(guān)的人員。從已使用過(guò)的學(xué)生反饋的情況來(lái)看，均能達(dá)到預(yù)期目標(biāo)，具有比較好的學(xué)習(xí)效果。