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1.1洪澇災害頻繁
20世紀90年代至21世紀初,我國幾大江河流域頻頻發生洪災,1998年發生在長江、嫩江和松花江流域的特大洪水,造成全國29個省(自治區、直轄市)農田受災面積2229萬hm2,死亡4150人,房屋倒塌685萬間,直接經濟損失2551億元,這充分暴露了我國江河堤防薄弱、湖泊調蓄能力較低等問題。近年來,國家加大了對防洪工程的投入,一些重要河流的防洪狀況得到了改善。
1.2水資源短缺
農業方面,現有的0.44億hm2灌溉面積中尚有0.067億hm2灌溉保證率低,不能滿足干旱年份的灌溉要求;工業及城市用水方面,230個被調查城市中,嚴重缺水的有40多個,占17%,一般缺水的140個,占63%。鄱陽湖、洞庭湖、太湖、巢湖、洪澤湖五大淡水湖,面積已縮小1/4甚至1/2,水資源短缺問題越來越嚴重。
1.3水污染嚴重
中國七大水系和內陸河流水質評價的123個重點河段中,符合《地面水環境質量標準》1、2類的占25%,符合3類的占27%,屬4、5類的占48%。具有監測資料的200多條河流中,有850條受到污染,230條受到嚴重污染,有60%的水質達不到飲用水標準,有11%的水質不符合農業灌溉要求,有6%的毒物含量超過污水排放標準。
2生態工程定義
不同的學者對生態工程定義有不同的認識。Teal(1991)認為生態工程是基于自然的生態系統設計而非傳統的工程技術。美國H.T.Odum將生態工程定義為“人類利用自然能源對環境進行控制”,20世紀80年代后,生態工程在歐洲及美國逐漸發展起來,提出了生態工程技術,即“依據對環境生態的了解,以最小的投入達到對環境損害最小的一些技術”。我國生態學家、生態工程建設先驅馬世駿先生給生態工程下的定義為:“生態工程是借助生態系統中物種共生與物質循環再生原理,結構與功能協調原則,結合結構最優化方法,設計的促進分層多級利用物質的生產工藝系統。
3生態工程的應用實例
3.1生態工程在解決水資源污染中的應用
3.1.1濕地生態工程設計
濕地介于陸地生態系統和水生生態系統,水位接近地表,或以淺水形式覆蓋地表。濕地中有周期性的水生植物生長、終年飽和的土壤水分和不透水層。通過物理、化學、生物等過程使濕地中污染物降解。劉鵬指出可以通過自然人工濕地減緩水流的速度,增加水力停留時間,吸收輸入濕地的營養成分,濕地植物如蘆葦和水葫蘆能有效地吸收有毒物質,有利于毒物和雜質的沉淀和排除,截留了68%的氮、43%的鱗;除此之外,還指出人工濕地利用可以吸收氮磷的經濟作物,一方面減少了水體的富營養化,另一方面,增加了一定的經濟收入。朱棣等以山東南四湖為例,進行人工濕地生態工程設計,利用不同植物種類對水生生活的適應性狀不同,吸收水體中的特定污染物質,分別設立了浮水植物區、挺水植物區、沉水植物區三級處理污水工藝,對BOD5處理率為90.8%,COD為80.9%,懸浮物為91.1%,N和P的處理率為80%和75%。
3.1.2緩沖帶截留技術
緩沖帶,全稱保護緩沖帶,最早是由美國農業部國家自然資源保護局。緩沖帶是指利用有一定寬度的植被與受納水體隔開,減少污染源和河流、湖泊之間的直接連接并且能夠控制土壤侵蝕伴隨的養分流失。劉鵬指出水體岸邊的緩沖林帶通過控制侵蝕,減少徑流中氮、磷濃度,防止流失泥沙、養分進入河道水體。毛戰坡等指出氮在緩沖帶內的截留作用主要是隨泥沙沉降、反硝化作用、植物吸收;磷在緩沖帶內的截留主要是磷隨泥沙的沉降及溶解態磷在土壤和植物殘留物之間的交換,以及緩沖帶土壤中植物根孔的形成有利于過濾作用的增強和吸附容量的擴大。
3.1.3水塘系統
天然的或人工的水塘,通過其間歇性的雨與河流進行水、養分的交換,同時降低流速,使懸浮物得到沉降,增加水流與生物膜的接觸時間,水塘對非點源污染物的滯留和凈化能力很強。劉興國等以水塘系統技術為基礎,設計了一種生態工程化循環水池塘養殖系統,通過水質交換,使水體水質變好,同時還起到節水、減排效果。劉鵬利用多水塘系統,以水塘為點、溝渠為線的流域系統,表明多水塘系統能截留來自農業的氮、磷污染負荷94%以上。
3.1.4土地處理系統
土地處理系統是將土地處理技術與多種符合生態、環保要求的技術整合成一個系統,實現區域污水的循環處理和資源化利用。劉明輝等利用土壤、微生物、植物組成的生態系統通過過濾、吸附、沉淀、離子交換、微生物轉化和植物吸收等來凈化污水。劉鵬利用高分子如PAM能與水相互作用增加入滲、減少徑流的特性來改善土壤的結構和增加土壤中團聚體的穩定性。
3.2生態工程在解決水資源不足問題中的應用
當前最主要的就是雨水的資源化,不僅可以減輕區域洪澇,還能夠充分地利用雨水資源。汪毅將生態工程應用到雨水收集利用中,指出利用南方院區普遍存在的水塘和魚塘,配以必要的鋼筋混凝土調節池,利用天然防滲材料,實現了利用自然條件來為工程服務的初步設想。王一鈞等采用了自然回收凈化、部分間接利用的雨水回收利用生態工程,指出利用雨水生態塘調蓄雨水凈化的同時,也提高雨水的利用率上;另外提出水保耕作技術如帶狀間作技術、糧草等高帶狀輪作技術、等高耕作技術等在不同程度上起到攔蓄徑流、減少土壤沖刷、提高糧食產量的作用。
2水利水電建設項目水資源論證實例分析
2.1工程概況
為緩解綏陽縣中心城區近期城市生活用水嚴重缺水問題,擬在綏陽縣洋川鎮團山村的石梁河上游修建團山水庫。水庫壩址距綏陽縣城17km,壩址以上流域面積14.7km2,多年平均徑流量922萬m3;水庫校核(P=0.2%)洪水位918.62m,設計(P=2.0%)洪水位917.41m,正常蓄水位915.00m,死水位886.00m;水庫總庫容721萬m3,正常蓄水位庫容571萬m3,死庫容30萬m3,興利庫容541萬m3,庫容系數58.7%,屬多年調節水庫。
2.2分析范圍及論證范圍
團山水庫分析范圍為石梁河全流域(流域面積239km2)及受水區綏陽縣中心城區退水所涉及的洋川河全流域(流域面積126km2),共計365km2;取水水源論證范圍為石梁河團山水庫壩址以上流域(流域面積14.7km2);取水影響論證河段為團山水庫庫區河段(河長約2.84km,庫區面積約0.42km2)、團山水庫壩址至石梁河河口區間河段(河長25.3km),共計河長28.1km;退水影響范圍主要為洋川河綏陽縣城污水處理廠退水口至下游河口區間長9.7km河段。
2.3區域水資源狀況及其開發利用分析
分析范圍內主要河流有團山水庫所在河流石梁河、工程受水區綏陽縣中心城區退水所涉及的洋川河。石梁河系芙蓉江右岸一級支流,屬長江流域烏江水系,全流域面積239km2,主河道全長32.2km,主河道加權平均坡降為11.9‰,流域形狀系數0.231,多年平均徑流量15000萬m3。洋川河系洛安江左岸一級支流,全流域面積126km2,河長28.9km,主河道平均比降11.8‰,流域形狀系數0.151,多年平均徑流量7900萬m3。分析范圍內已建成灌溉水庫工程2處,小型引水灌溉工程42處,提水灌溉工程30處。灌溉面積22182畝(其中水田20339畝,旱地1843畝)。分析范圍內水資源總量22900萬m3,現狀開發利用水量1786萬m3,水資源開發利用率7.80%;耗水量1079萬m3,占水資源總量的4.7%。分析范圍內水資源開發利用程度一般,水資源具有一定開發利用潛力,為促進區域經濟發展,有條件和必要對石梁河水資源進行進一步的開發利用。
2.4取用水合理性分析
城市生活用水方面:綏陽縣城市生活用水量預測主要根據《室外給水設計規范》(GB50013-2006)采用分類預測法進行預測,遠期規劃水平年(2030年)采用180L/(人•d);供水管網損失10%;未預見水量按10%考慮;水廠自用水量按總用水量的5%計。由于縣城工業用水單獨考慮,故上述所取定額符合一般城市生活用水規律。農田灌溉用水方面:根據當地灌溉習慣結合現狀灌溉渠系實際情況,下游農田灌溉P=80%保證率灌溉用水定額水稻取320m3/畝、玉米56.4m3/畝、辣椒45.9m3/畝、油菜59.3m3/畝基本合理。用水總量控制指標方面:綏陽縣現狀用水量1.787億m3,2015用水指標1.812億m3、2020用水指標1.985億m3、2030用水指標2.041億m3,分別比現狀增加0.025億m3、0.198億m3和0.254億m3,團山水庫供水量僅0.0599億m3,而且主要是用于綏陽縣城生活用水,符合《遵義市實施最嚴格水資源管理制度指標方案》對用水總量控制指標的要求。
2.5取水水源論證
團山水庫壩址以上流域面積14.7km2,多年平均徑流量922萬m3,經長系列調節計算,團山水庫壩址處流域水資源量可滿足團山水庫設計供水量599萬m3/a(P=95%城市供水588萬m3/a、P=80%農田灌溉用水10.8萬m3/a)的要求。至規劃水平年(2030年)上游流域內用水較現狀增加耗水量僅占來水量的0.03%。因此,團山水庫工程取水在水資源量方面是可靠的。根據壩址河段水樣水質檢測結果,現狀水質能滿足集中式供水水源地和農田灌溉水質要求。取水口以上流域內無工礦企業,主要污染源為少量農田灌溉用水退水,農村生活用水基本無退水,今后水質下降的可能性不大。取水口以上流域今后將劃為水源地保護區,農田灌溉用水退水量將進一步削減,同時嚴禁新設排污口等活動,取水水源水質可得到保障并有改善的可能。取水口河段具備成庫建壩的地形地質條件,同時取水口的設置也能夠滿足水庫泥沙淤積需求和取水量的需求,且壩址下游農田灌溉用水今后由團山水庫生態放水管一并下放,管道尺寸滿足放水要求,取水口設置合理可行。
2.6取水和退水影響分析
團山水庫取水對區域水資源量雖有一定影響,但按多年平均徑流量的10%(0.029m3/s)下放生態流量,對區域水資源及下游河道的生態影響較小。水庫下游有農田灌溉工程,灌溉設計流量為0.021m3/s,下游灌溉用水量由生態放水管統一下放,對下游農田灌溉取水影響不大。同時,建議在初蓄期積極引導灌區群眾進行適度水改旱,盡可能減少灌溉用水量,確保水庫盡早正常蓄水,正常發揮效益。團山水庫工程在建設期其污廢水按退水處理方案處理達標后排入石梁河,壩址河段枯季情況下接納排放的污廢水后懸浮物(SS)、五日生化需氧量(BOD5)、化學需氧量(COD)濃度均小于《地表水環境質量標準》(GB3838-2002)Ⅳ類水質要求。施工期對河道水功能區造成一定影響,但該影響將隨著施工的結束逐漸減弱直至消失。運行期影響較大的綏陽縣中心城區城市用水退水。退水影響的洋川河屬“洛安江綏陽遵義縣保留區”,由于納污河流洋川河退水口來水量較大,只要對城市用水產生的污廢水處理達到《城鎮污水處理廠污染物排放標準》(GB18918-2002)“一級標準A標準”后排放,退水對水功能區的影響較小,加之影響河段無其他用水戶取水,故綏陽縣中心城區城市用水退水對水功能區和第三者的影響不大。
2.7水資源保護措施
項目建設過程中,要對生產廢水和生活污水采取有效措施處理后達標排放,嚴禁將污廢水直接排入河道;作好水土保持工作,對棄渣進行妥善處理,對項目施工造成的地表恢復植被。對水庫大壩、泵站及庫尾河段進行水質監測,遇異常情況要查明原因并報告當地水行政主管部門,同時停止供水并采取措施即時解決。水庫蓄水前,必須對淹沒區進行庫底清理,以免蓄水后淹沒區內植物腐爛、農廁中糞便等造成二次污染。水庫管理站修建化糞池處理生活污水,污水經處理后用于澆灌農田和綠地,生活垃圾擬與當地生活垃圾一同處理。加大水土保持工作力度,植樹種草、對庫區25°以上坡耕地實行退耕還林、坡改梯等水保工程,緩解庫內泥沙淤積,逐步恢復庫區庫周生態環境的同時,提高水庫自身運行年限。合理安排水庫蓄水計劃,通過下泄一定流量等措施來減小水庫蓄水和運行對下游河段生態環境和農田灌溉的影響。建立一個自上而下的水資源保護領導小組,主要負責水庫在運行過程中,實施水資源保護的領導、管理和監督實施工作。配合涉及縣、鄉、村對負責范圍內水資源保護措施實施情況進行監督管理,搞好工程水資源保護工作。
1.2分析范圍及論證范圍團山水庫分析范圍為石梁河全流域(流域面積239km2)及受水區綏陽縣中心城區退水所涉及的洋川河全流域(流域面積126km2),共計365km2;取水水源論證范圍為石梁河團山水庫壩址以上流域(流域面積14.7km2);取水影響論證河段為團山水庫庫區河段(河長約2.84km,庫區面積約0.42km2)、團山水庫壩址至石梁河河口區間河段(河長25.3km),共計河長28.1km;退水影響范圍主要為洋川河綏陽縣城污水處理廠退水口至下游河口區間長9.7km河段。
1.3區域水資源狀況及其開發利用分析分析范圍內主要河流有團山水庫所在河流石梁河、工程受水區綏陽縣中心城區退水所涉及的洋川河。石梁河系芙蓉江右岸一級支流,屬長江流域烏江水系,全流域面積239km2,主河道全長32.2km,主河道加權平均坡降為11.9‰,流域形狀系數0.231,多年平均徑流量15000萬m3。洋川河系洛安江左岸一級支流,全流域面積126km2,河長28.9km,主河道平均比降11.8‰,流域形狀系數0.151,多年平均徑流量7900萬m3。分析范圍內已建成灌溉水庫工程2處,小型引水灌溉工程42處,提水灌溉工程30處。灌溉面積22182畝(其中水田20339畝,旱地1843畝)。分析范圍內水資源總量22900萬m3,現狀開發利用水量1786萬m3,水資源開發利用率7.80%;耗水量1079萬m3,占水資源總量的4.7%。分析范圍內水資源開發利用程度一般,水資源具有一定開發利用潛力,為促進區域經濟發展,有條件和必要對石梁河水資源進行進一步的開發利用。
1.4取用水合理性分析城市生活用水方面:綏陽縣城市生活用水量預測主要根據《室外給水設計規范》(GB50013-2006)采用分類預測法進行預測,遠期規劃水平年(2030年)采用180L/(人•d);供水管網損失10%;未預見水量按10%考慮;水廠自用水量按總用水量的5%計。由于縣城工業用水單獨考慮,故上述所取定額符合一般城市生活用水規律。農田灌溉用水方面:根據當地灌溉習慣結合現狀灌溉渠系實際情況,下游農田灌溉P=80%保證率灌溉用水定額水稻取320m3/畝、玉米56.4m3/畝、辣椒45.9m3/畝、油菜59.3m3/畝基本合理。用水總量控制指標方面:綏陽縣現狀用水量1.787億m3,2015用水指標1.812億m3、2020用水指標1.985億m3、2030用水指標2.041億m3,分別比現狀增加0.025億m3、0.198億m3和0.254億m3,團山水庫供水量僅0.0599億m3,而且主要是用于綏陽縣城生活用水,符合《遵義市實施最嚴格水資源管理制度指標方案》對用水總量控制指標的要求。
1.5取水水源論證團山水庫壩址以上流域面積14.7km2,多年平均徑流量922萬m3,經長系列調節計算,團山水庫壩址處流域水資源量可滿足團山水庫設計供水量599萬m3/a(P=95%城市供水588萬m3/a、P=80%農田灌溉用水10.8萬m3/a)的要求。至規劃水平年(2030年)上游流域內用水較現狀增加耗水量僅占來水量的0.03%。因此,團山水庫工程取水在水資源量方面是可靠的。根據壩址河段水樣水質檢測結果,現狀水質能滿足集中式供水水源地和農田灌溉水質要求。取水口以上流域內無工礦企業,主要污染源為少量農田灌溉用水退水,農村生活用水基本無退水,今后水質下降的可能性不大。取水口以上流域今后將劃為水源地保護區,農田灌溉用水退水量將進一步削減,同時嚴禁新設排污口等活動,取水水源水質可得到保障并有改善的可能。取水口河段具備成庫建壩的地形地質條件,同時取水口的設置也能夠滿足水庫泥沙淤積需求和取水量的需求,且壩址下游農田灌溉用水今后由團山水庫生態放水管一并下放,管道尺寸滿足放水要求,取水口設置合理可行。
1.6取水和退水影響分析團山水庫取水對區域水資源量雖有一定影響,但按多年平均徑流量的10%(0.029m3/s)下放生態流量,對區域水資源及下游河道的生態影響較小。水庫下游有農田灌溉工程,灌溉設計流量為0.021m3/s,下游灌溉用水量由生態放水管統一下放,對下游農田灌溉取水影響不大。同時,建議在初蓄期積極引導灌區群眾進行適度水改旱,盡可能減少灌溉用水量,確保水庫盡早正常蓄水,正常發揮效益。團山水庫工程在建設期其污廢水按退水處理方案處理達標后排入石梁河,壩址河段枯季情況下接納排放的污廢水后懸浮物(SS)、五日生化需氧量(BOD5)、化學需氧量(COD)濃度均小于《地表水環境質量標準》(GB3838-2002)Ⅳ類水質要求。施工期對河道水功能區造成一定影響,但該影響將隨著施工的結束逐漸減弱直至消失。運行期影響較大的綏陽縣中心城區城市用水退水。退水影響的洋川河屬“洛安江綏陽遵義縣保留區”,由于納污河流洋川河退水口來水量較大,只要對城市用水產生的污廢水處理達到《城鎮污水處理廠污染物排放標準》(GB18918-2002)“一級標準A標準”后排放,退水對水功能區的影響較小,加之影響河段無其他用水戶取水,故綏陽縣中心城區城市用水退水對水功能區和第三者的影響不大。
1.7水資源保護措施項目建設過程中,要對生產廢水和生活污水采取有效措施處理后達標排放,嚴禁將污廢水直接排入河道;作好水土保持工作,對棄渣進行妥善處理,對項目施工造成的地表恢復植被[6]。對水庫大壩、泵站及庫尾河段進行水質監測,遇異常情況要查明原因并報告當地水行政主管部門,同時停止供水并采取措施即時解決。水庫蓄水前,必須對淹沒區進行庫底清理,以免蓄水后淹沒區內植物腐爛、農廁中糞便等造成二次污染。水庫管理站修建化糞池處理生活污水,污水經處理后用于澆灌農田和綠地,生活垃圾擬與當地生活垃圾一同處理。加大水土保持工作力度,植樹種草、對庫區25°以上坡耕地實行退耕還林、坡改梯等水保工程,緩解庫內泥沙淤積,逐步恢復庫區庫周生態環境的同時,提高水庫自身運行年限。合理安排水庫蓄水計劃,通過下泄一定流量等措施來減小水庫蓄水和運行對下游河段生態環境和農田灌溉的影響。建立一個自上而下的水資源保護領導小組,主要負責水庫在運行過程中,實施水資源保護的領導、管理和監督實施工作。配合涉及縣、鄉、村對負責范圍內水資源保護措施實施情況進行監督管理,搞好工程水資源保護工作。
近些年來水利水電企業將傳統的人事部門改為人力資源部門,在某種角度反應出企業管理層對于人力資源管理是比較重視的。但是,企業知識簡單的將人事部的名字進行更改,沒有認識到人力資源管理與人事管理的不同,其工作思想以及管理模式沒有進行更新,僅僅將員工作為發展的工具,將人力資源管理的重點放在如何安置員工,其管理任務是控制員工,其主要對企業員工薪酬的控制與利用,忽略了對員工工作積極性、創造性以及工作能力的培養,缺乏有效的系統管理。
1.2人力資源管理與企業發展存在差異
人力資源管理貫穿企業發展的方方面面,因此,人力資源管理要結合企業發展戰略,制定有效的管理戰略以及管理制定,才能保障人力資源管理的效益和作用。目前我國水利水電企業中,沒有重視到人力資源管理的作用,人力資源部門僅僅對企業員工的招聘、調度、職位的晉升以及薪資等方面開展工作活動,而不是以企業的發展戰略為工作前提,僅僅將人力資源管理當做一項管理工作,忽略了人力資源管理是以促進企業發展為前提的一項科學活動。企業在工作崗位的設置上也有很大的缺陷,目前的大部分水利水電企業中多以“因人設事,因人設崗”作為工作崗位安排的原則,且人力資源管理方面也僅以當前或短期的利益作為工作出發點進行管理和調度,沒有認識到人力資源管理需要立足于企業長久的發展,導致了人力資源管理與企業發展相分離。
1.3缺乏有效的激勵機制
激勵制度是至當員工在出色的完成任務目標、為企業創造了巨大的價值時,企業通過薪酬、獎金、福利或是股份分成等形式獎勵員工,從而提高員工對工作的積極性。實現企業經濟效益的提高。激勵機制的建立能夠鼓勵員工完成富有挑戰性的任務或困難的工作,并且對員工的個人能力也起到了鍛煉的效果。隨著我國企業的不斷發展,激勵制度已經成為目前企業管理中的重要內容,也是公司吸引人才的前提。企業員工對工作的不滿意最直接的是企業缺乏相應的激勵制度。雖然在長久的發展中,我國水利水電企業也重視到這一問題,并提出了一定的物質獎勵,但該問題依舊存在于人力資源管理中,這主要是由于物質獎勵與約束機制存在缺陷,導致企業員工對工作的積極性下降。
2提高水利水電工程項目人力資源管理的措施
(1)不斷更新人力資源管理觀念,貫徹落實“以人為本”的原則,合理優化人力資源。
傳統的人力資源管理觀念束縛著水利水電企業的發展,導致人力資源管理的效率無法得到有效的提升。因此,不斷更新人力資源管理觀念,是有效提高人力資源管理效益,實現企業綜合實力提高的重要前提。企業管理層要重視企業人力資源管理部門與現代人力資源管理理論思想相結合,并以此作為人力資源管理工作的指向標,進一步實現思想觀念的轉變。重視企業人才資源管理,并重視優秀人才對企業發展的作用,將人才培養作為企業的一項重要任務,最大程度的對人才進行吸收、培養以及使用,立足于企業未來的發展,建立正確的發展戰略,正確認識人才使用對企業發展的積極作用,并建立完善的人才培養機制,促進企業內部競爭,并做好人力資源優化,將優秀人才調度到適合的崗位,提高人才使用的效率。
(2)結合企業發展戰略進行人力資源管理。
企業管理層要將企業戰略與人力資源管理相統籌,將人力資源合理利用,并且實現各項人力資源管理工作的中心是要以服務企業開展的,實現人力資源管理與企業發展戰略的相適應,有助于促進企業的平穩運營。水利水電企業規模不同,對人力資源管理的工作開展的要求也不同。但是,人力資源管理的實質是結合企業發展戰略進行人力資源的合理規劃,通過各種人力資源管理措施來提高企業員工的工作效率,以此實現企業發展戰略。
(3)建立有效的激勵制度。
人才的流失主要是由于企業缺乏有效的激勵制度。因此,如何建立有效的激勵制度是實現水利水電企業人力資源管理效率提高的重要前提。首先,需要規范企業內部競爭制度,在員工崗位確定后,落實雙向選擇制度,促進企業內部的合理競爭,通過面試與筆試相結合的方法,打破企業職工“鐵飯碗”的現象,讓人人都能參與職位的競爭。然后,建立健全的激勵制度。以員工的崗位、對企業的貢獻作為獎金的參考依據,所以,有效的績效考核與個人薪資的結合是提高人力資源管理的重要措施。最后,建立目標激勵制度,為每個員工制定科學的目標,并實現以目標為工作核心、以員工待遇與任務完成情況的企業管理,以此調動企業的積極性。
1. 引言
(1)地源熱泵誕生于20世紀80年代中期。據美國10年來的統計資料,地源熱泵的運行費用(采暖)比耗電空調節約22%~25%,比燃油、燃煤鍋爐運行費用節約40%~60%。
(2)地源熱泵系統(groud-source heat pump system)以巖土體、地下水或地表水為低溫熱源,由水源熱泵機組、地熱能交換系統、建筑物內系統組成的供熱空調系統。地源熱泵技術是一項值得大面積推廣的建筑供能技術。地源熱泵是一種利用淺層和深層的大地能量,包括土壤、地下水、地表水等天然能源作為冬季熱源和夏季冷源,然后再由熱泵機組向建筑物供冷供熱的系統,是一種利用可再生能源的既可供暖又可制冷的新型中央空調系統,除具有中央空調合理利用能源,設備能效系數高,運行成本低和安全、可靠等優點,又具有分散空調調節靈活、方便,便于管理和收費等優點,最重要的是其屬可再生能源利用技術,不會消耗地下及地表水量,高效節能,同時環境效益顯著,機組的運行沒有任何污染,且不用遠距離輸送熱量等,被稱之為二十一世紀的“綠色空調技術”,是經濟合理的建筑供熱用能選擇。
(3)雖然其優點頗多,但適用范圍受區域自然和社會條件的制約,地源熱泵是以水為介質,有關取水的問題就會涉及到取水區域水資源環境條件的影響,須經過建設項目水資源論證和取水許可審批。水資源論證是按照國家對建設項目水資源利用的有關政策和規定,針對區域水文地質條件、地下水資源和系統擬取用水情況,對建設項目取用水方案、擬采用水源的水量、水質,取用水的合理性、可靠性,取水、回灌對其周圍環境的影響等方面進行分析論證,提出切合實際的結論意見,作為水行政主管部門審批取水許可的技術依據。實行水資源論證,可以在建設項目立項時充分分析水資源的可承載能力,論證項目立項的可行性,保證項目投資的安全性,也有利于科學選擇項目,調整產業結構,發展低耗水高效益產業,來促進水資源的優化配置。
2. 地源熱泵工程水資源論證報告的主要內容
2.1 地源熱泵系統原理。地源熱泵是一種利用淺層和深層的大地能量,包括土壤、地下水、地表水等天然能源作為冬季熱源和夏季冷源,然后再由熱泵機組向建筑物供冷供熱的系統,是一種利用可再生能源的既可供暖又可制冷的新型中央空調系統。地源熱泵系統通過輸入少量的高品位能源(如電能),實現低溫位熱能向高溫位轉移。地能在冬季作為熱泵供暖的熱源,即在冬季,把地能中的熱量“取”出來,提高溫度后,供給室內采暖。通常地源熱泵系統消耗1KW的能量,用戶可以得到4KW以上的熱量或冷量。夏季,把室內的熱量取出來,釋放到水體和地層中去。其系統原理見圖1。
3. 報告編制過程中應注意的問題
3.1 對水源的要求。擬采用地源熱泵的建設項目,首先必須了解項目所在區域的水文地質條件,水源的水溫、水量、水質是否適合地源熱泵。采用地下水作為水源應用時,要保證水量充足、水溫適當、水質良好、供水穩定。要特別注意水質情況,尤其是含砂量與混濁度。若含砂量和混濁度高,將造成機組和管閥磨損,回灌時也會造成含水層堵塞。為避免出現這種現象,地下水源含砂量應控制在20萬分之一以下,回灌水的混濁度應小于20mg/L。對于井回灌式地源熱泵,除對回灌水質有要求外,井的布局也是至關重要的,應合理布設井群,同時考慮井的位置對于鄰近建筑物的影響。
3.2 對回灌的要求。由于回灌能力受當地水文地質條件、回灌工藝的限制,為達到等量回灌,回灌方式是采用真空回灌、重力(自流)回灌,還是壓力回灌,要針對不同區域水文地質條件考慮進行選擇。為保證回灌后不會引起區域性地下水污染,首先要做到地下水在封閉的系統中輸送,并定期對地下水進行化驗,如發現地下水異常,特別是水中出現化學物質超標或其它無關物質時,應及時與有關部門聯系,并采取措施。其次,系統中與地下水接觸的部件應采用耐腐蝕材料制造,取水管路和回灌管路上應裝有水表和采集水樣用的旋塞閥。
1.公眾認識的誤區障礙
節約用水的公眾參與,不僅包括公眾積極參加和實施節約和保護水資源的有關項目或有關行動,更重要的是要改變自己的思考方式,建立可持續發展的世界觀,進而運用符合可持續發展的方法去改變自己的行為方式。而現實當中,公眾的思想認識中存在諸多的誤區和障礙,直接影響著節約用水的深入實施:
(1)認為地球上的水資源是無限的。這種意識的危害在于如果我們沒有節制地無限制開采,就會使環境的變化超過不可逆轉損害的閥值,進而危及到人類自身的生存。
(2)環境的相互依存性認識障礙。僅憑淺顯的感官印象或狹窄的學科知識來判斷因果關系,有意或無意地破壞環境各部分之間、環境與人類之間的相互依存性和微妙的平衡。
(3)水是自然資源,是無價值的。以為只有能換成貨幣的東西才是有價值的。而現實當中人們難以用貨幣估價被轉移和已造成的污染和資源衰減所造成的影響。
(4)即使有危機也不可能即時顯現出來。對未來的線性外推和狹隘的經驗主義思維,并不知道一旦一些事情進入“正反饋”,就有可能出現突變而帶來意想不到的后果。
(5)技術的進步會處理一切。這是一種既飽含希望,又在制造危險的觀念,其必然導致出一種單純“迷信”,為急功近利者制造借口。
(6)人沒有必要為后代考慮,那是“杞人憂天”。缺乏對人類整體最深層基礎的觀念,和十分自然而又最起碼的覺悟。
2.輿論監督與行政機制的關聯
據統計,以淮河的防污治污為例,自1977年至1994年,國家頒布的關于保護淮河流域環境的政策和法令就有十余項之多。但1994年7月的淮河特大污染事件,造成的直接經濟損失達2億元。我國著名的七大水系污染也日益嚴重(見表一)。黃河自1972年開始出現斷流,至今已達8次之多。據1988年至1992年資料統計,黃河上游的人口不足全流域的10%,而平均每年引用河川徑流量占黃河流域內及其供水區平均量的50%。上游地區用于農業灌溉的畝均灌溉水量為全國的1.5--3.2倍,長期使用黃河水灌溉致使耕地鹽堿化,導致又必須多灌水用以壓堿。而上游地區農業水價只是全國本以很低的平均水價的大約五分之一到十分之一。
據《中國21世紀議程》中截止1994年的統計,我國已制定出4部環境法律、8部資源管理法律、260多項環境標準,20多項環境資源標準,已初步形成了環境資源保護的法律體系框架。在國家現在正由計劃經濟體制向市場經濟的轉軌的過渡性過程中,造成上述不應有的狀況,除歷史和自然原因外,還有體制和行政機制問題。長于取水,短于節水;強于搞工程,弱于建機制;勤于組織運動,怯于調整利益關系。使當前水資源的配置,既無統一計劃,又不講市場經濟效益,是做起來最容易但也是最危險,形式上管而實際上是搶的配置方式。上述分析的結論是:如果回避、推遲部門、地區之間固有的政策及利益強有力度的調整,就會使得國家的法律和政策效力弱化和衰減甚至失效。由于歷史的原因和現實中體制上的矛盾,難以避免產生經濟行為的政績化和政府行政功能經濟化的現象。因此,得出的最終結論是:要使各級政府的行為變得適應可持續發展的要求,必須調整其組織和權力的配置,建立一個對政府的政績有真實評價的機制。水資源的合理利用與保護離不開政府的行為,而離開了監督的政府也不可能實現可持續的發展。因此,必須建立健全一個超越權力和金錢制約的評價系統,能體現社會成本的經濟效益或政績的指標體系,用知識去監督權力,讓公眾有權了解更多的實情,發揮民主的而不是、主觀臆斷的科學決策功能,把可持續發展和資源與環境意識根存于公眾當中,這便是對輿論監督作用的最終定位。
3.強化節水宣傳教育的內容和方式
節約用水,是以社會節水、全民節水為目標。在宣傳節約用水時,應立足于本地的水資源狀況,充分考慮其開發利用的前景及城市現實狀況,因地制宜,因事而地選擇不同的宣傳方式,針對公眾節水意識上的認識誤區及障礙,展開富有成效的宣傳和教育活動。
首先,要強化對政府官員的法律、政策和理論認識上的宣傳,使其樹立正確的節水和水資源的管理觀念,在決策中自覺重視到節約用水。
其次,要面向公眾,發動群眾,把宣傳節約用水的重點放在公眾中間;放在基層。通過舉辦專題文藝晚會、進行知識競賽、舉辦節水成果展覽和舉行各種以節約用水為主題的各種群藝活動,并注重運用板報、公益廣告、宣傳標語、有線廣播、電視以及公共互聯網等媒體形式進行常年不懈的滲透式宣傳,逐步提高公眾的節水意識。
第三是要立足長遠開展宣傳教育活動。應當把我國現實的水環境及水資源狀況納入中、小學教育,使公眾從小就接受到水憂患意識的熏陶。經常性地在廣大中小學生中間開展主題性質的征文、講座、歌詠比賽、夏令營和郊游活動,使公民從小就養成良好的節水觀念。
第四、輿論媒體有關部門及時接納并受理對跑、冒、滴、漏浪費水、造成水環境污染的行為的嚴肅查處,及時予以曝光,進行深層次地追蹤報道,抓好正反兩個方面的典型事例,以引起公眾的充分觀注,逐步形成全民節水、人人節水、愛水、珍惜水的良好社會道德風尚。
強化節約用水的宣傳教育,應確立起“面向公眾、重在基層、從中小學生抓起”的長遠目標,以適宜的方式,較低的投入成本,取得較好的宣傳教育效果。超級秘書網
4.公眾參與途徑探討
水資源的有效保護與合理利用,實施可持續發展,從概念到行動,主要取決于兩個因素:一是公眾的覺悟和道德,即環境美德。二是研究開發公眾參與的有效途徑。塑造公眾的環境美德、開展充滿創造力的群眾性自我教育運動,為實施公眾充分參與探索了可供選擇的途徑。
(1)自愿責任。把保護水環境的某一具體內容當做公眾自己的自愿責任,為實踐自己的諾言而開展行動。
(2)“藍天碧水”行動。主要參加者以中小學生為主,可由自愿的社會公益者出面組織。以輕松自然的風格,進行文藝演奏和演出、繪畫、簽名等活動,讓公眾與孩子在一起感受自然的美好與和諧,引起人與人的共鳴。
(3)監督新聞媒體。可分階段展開調查統計,對各媒體、報刊對環境與資源的關注程度、報道條數、篇幅進行統計打分,并對其動向進行研究、剖析。每年向獲環境意識最高得分的和最低得分的媒體及記者發出衷懇的感謝和建議。
(4)創立相關主題為宗旨的基金會。資助進行科學研究、學術交流、并開展其他相關活動。
(5)寫作出版相關的內容和科普、啟蒙讀物。
(6)組織舉辦節水知識講座。主要針對是中小學的教師及師范院校的高年級學生等。
自然資源學是地理類專業的一門主干課程,主要內容包括自然資源概念、性質、特點及其基本理論與方法,還探討人與自然資源關系、資源經濟學及資源開發與可持續利用關系等豐富內容,具有顯著的綜合性、理論性及實踐性的特點。實踐性教學是提高學生學習興趣,加深對基本概念、基本理論及基本原理的理解,培養學生應用基本知識分析問題、解決問題的能力,鍛煉學生用專業理論思考問題,是實現師生互動、教學相長的重要平臺,有助于提高教學質量和教學效果。
華北水利水電學院是一所特色鮮明的水利院校,因水而生,緣水而成,特殊的歷史鑄就了華北水利水電學院“情系水利,自強不息”的辦學精神。自然資源學課程主要安排在資源環境與城鄉規劃管理專業,使用的教材是蔡運龍編著的《自然資源學原理》,學時為64學時,全部為理論教學,沒有安排集中的實踐性環節。經過五年來的探索,根據自然資源學學科特點和教學內容,精心設計自然資源學的實踐教學環節,緊緊圍繞自然資源學的基本概念、基本原理和基礎理論,構建具有水利院校特色的實踐教學模式,實現理論與教學的完美結合。這種教學模式突出了水、電等自然資源,充分體現自然資源學的基礎性、時代性和實踐性,結合水利行業的重大工程項目,反映行業的難點和前沿。學生將自然資源學理論應用于水利行業,能夠熟練地掌握基本知識,熟悉基本技能,為后續的學習和工作打下良好的基礎,在以后的工作中能夠根據資源條件,應用基本知識進行準確的專業判斷。堅持利用學生畢業實習參與工程項目建設和畢業論文(設計)真題真做等活動,訓練學生的動手能力,精心凝練和設計一批有深度、有目標、有樂趣的自然資源學實踐環節。實踐性教學激發了學生的學習興趣,培養學生應用理論分析解決實際問題的能力,培養學生創造性思維能力,提高了教學質量和教學效果,為學生創造一個開放、自由的學習環境。華北水利水電學院自然資源學的實踐教學包括:案例分析、課外實踐、畢業實習和畢業設計。
一、案例分析
案例分析作為實踐性教學的重要手段,有利于提高學生學習興趣,有助于鍛煉學生實踐能力。經驗豐富的老師把自己在水資源實踐中的經驗加以總結,制成充滿實踐性和挑戰性的案例,利用課堂教學時間讓學生根據所學知識進行評判,培養學生工程實踐能力和判斷能力。這種教學方式充滿趣味性和挑戰性,對學生基礎知識掌握程度要求較高,深受學生的歡迎和喜愛。招投標和項目計劃是項目實施的重要階段,老師將自己制定的投標書和項目計劃改動后,發給學生。將每個班分成5-6組,學生先在組內討論,指出投標書和項目計劃的錯誤和不足,并根據項目情況制定技術方案,修改投標書和項目計劃,由學生模擬評標、投標,相互打分作為平時考核成績的一部分。學生對這樣的模擬過程十分歡迎,理論學習中模糊或不懂的概念、原理,在模擬的過程中得到了正確的理解。
現在的大學生思想活躍、信息來源廣,在案例分析教學過程中緊跟水利行業方面發生的重大事件,有利于提高學生的學習興趣。南水北調中線工程是我國重大的水利工程,干線全長1432km,一期工程年均調水規模95億m3,是解決黃淮海平原尤其是京津、華北平原缺水的重大基礎設施。中線工程干線線路從鄭州市穿過黃河,是學生討論的熱點話題。老師在介紹南水北調中線基本情況后,每10個學生分成一組,讓學生根據自然資源的基本屬性討論水資源的基本屬性,探討工程建設過程和工程運行后可能產生的效益和作用,對水源地和漢江下游地區社會經濟發展的影響,應用資源經濟學相關知識討論水資源的供求關系、價值及價格、水資源利用中的投入與產出關系。學生在討論后,積極發言,受水地和水源地的學生關于資源補償問題的討論尤其熱烈,大家從水資源的價值、屬性、權屬出發,引用書中的概念、理論及原理支撐自己的觀點。最后,老師總結大家的發言,講解目前學術界關于水資源的價值與價格、水權交易等研究現狀和主要觀點及其研究的難點,為同學們以后的學習、研究及工作做了基礎的準備。
二、課外實踐
課外實踐活動有助于學生接觸社會、接觸實際,通過親身實踐活動,加深對專業知識和理論的理解和掌握,彌補課堂教學的不足,因此,學校每年在寒暑假安排了大量的社會實踐活動。社會實踐活動的開展,為資源環境與城鄉規劃管理學生開創了一個很好的平臺,為自然資源學的教學實踐活動創造了機會。一部分學生參與自主實踐活動,另一部分學生參與到老師的課題中。在寒暑假,讓學生根據自然資源學的基本概念、基本原理和基礎理論,自主設計實踐活動。自主設計實踐活動,嘗試對實踐方法進行改進,為后續的研究工作或職業生涯做了較好的準備,并為實踐教學不斷注入新內容,創新教學實踐機制,實踐教學成為學科發展的創新源。
實用性強、表現學科前沿、提高學生動手能力的課外實踐活動深受學生歡迎,利用假期時間,讓學生參與到老師的科研課題中。2007年十余名學生參與到土地整治項目中,學生通過走訪、調查、測量,掌握項目區土地資源利用的現狀。學生白天走訪、調查、測量,晚上整理資料、繪圖,一個月干下來,學生變黑變瘦了,但也學到了很多知識,加深了對土地資源的基本屬性、基本知識的理解。2008年24名學生參與到水資源項目中,項目區分成8個子區,學生被分成8組,每組由1名老師帶隊,1組負責1個子區的水資源調查、采樣。學生走遍了子區的每一條小溪,每天要行走20km,晚上整理資料、繪圖。通過這樣的課外實踐活動,加深了學生對基本知識的理解,培養了學生從事科學研究素質,鍛煉了學生的工作能力。
三、畢業實習和畢業論文(設計)
畢業實習是高校人才培養中不可缺少的實踐性教學環節,是學生理論聯系實際、提高解決現實問題的能力的重要環節。畢業論文(設計)是高校本科生教學中培養學生實踐能力的重要環節。對于學生綜合素質以及創新能力的培養發揮著重要的作用。畢業論文(設計)質量的好壞直接反映著高校人才培養質量以及教育教學水平,是高校教學質量評估的重要內容。同時,畢業論文(設計)環節是學生走向社會的最后一課,是學生就業之前綜合培訓的一個階段,對于學生自身就業水平的提高十分重要。我校畢業實習時間為4周,畢業論文(設計)時間為12周。由于畢業論文(設計)是真題真做,這就要求學生真正的參與到工程實踐中。資源環境與城鄉規劃管理專業的畢業論文(設計)課題主要集中在新農村規劃、資源環境、水資源規劃、土地規劃、旅游規劃、市政工程規劃等幾個方面,每個方面都以自然資源學為基礎,是自然資源學實踐性教學的重要環節。
畢業生在第七學期期末分配到各個指導老師名下,指導老師根據學生的實際情況安排畢業實習和畢業論文(設計)。有工作單位的學生,指導老師一般會鼓勵他們到工作單位實習,畢業論文(設計)課題與工作單位的實際工作相結合,在征得學院批準后,用人單位指定一名具有中級職稱以上的專業技術人員擔任畢業生的指導教師,負責指導學生。學生在答辯前,必須出示由用人單位指導老師的評定意見,評定合格者方能參加畢業答辯。畢業答辯時邀請校外指導教師一起進行畢業答辯和成績評定。這樣的學生一到單位就能很快適應工作環境,進入工作狀態,深受用人單位的歡迎。“下得去,吃得苦,留得住,用得上”是用人單位對我校畢業生的評價。考研的學生,如果考的是本校,就直接把他分配想考的導師,考上的學生跟著導師做課題,沒考上的學生由指導老師負責安排學生到設計院或工程單位實習,畢業論文(設計)課題與工作單位的實際工程相結合。如果考的是外校,一般根據學生考研的方向,把學生分配給從事相同或相近方向研究的指導老師,由指導老師負責安排學生到設計院或工程單位實習,畢業論文(設計)課題是根據實習單位提供的資料,回學校由指導老師指定畢業設計。年輕教師與外面單位聯系不緊密,安排學生實習有困難,他們的學生可由學院統一安排到實習基地實習。
四、結論
1.自然資源學是資源環境與城鄉規劃管理的理論基礎,具有顯著的綜合性、理論性及實踐性的特點。水利院校的自然資源學實踐教學模式,應根據水利院校的特點及辦學思想,精心設計自然資源學的實踐教學環節,充分體現自然資源學的基礎性、時代性和實踐性,結合水利行業的重大工程項目,反映行業的難點和前沿,使學生能夠熟練地掌握基本知識,熟悉基本技能,應用基本知識進行準確的專業判斷。
2.實踐性教學模式的探索與創新,有利于提高學生自然資源學的學習興趣,有助于鍛煉學生實踐能力,使學生成為“下得去,吃得苦,留得住,用得上”的有用人才。
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以色列是個干旱缺水的中東小國。位于地中海東岸,人口近600萬,絕大多數是猶太人農業人口占4%左右。以色列自然生態條件很差,屬于典型干旱和半干旱地區。國土50%以上被丘陵和沙漠所覆蓋森林覆蓋率僅為5.7%,人均每年可用水資源300立方米,不到全球平均量的33%約為我國的12.5%,面對如此的自然環境,以色列自1948年建國以來僅用50多年時間就建成了現代農業,解決了自身糧食需要,并有大量的蔬菜,水果,鮮花出口,被譽為[歐洲的菜藍子]創造了令人驚嘆的農業奇跡。
以色列是如何在干旱缺水的惡劣條件下實現了農業奇跡的呢?
一摸清國情家底,樹立農業以治水為本的國策
以色列屬干旱半干旱的氣候類型,降水稀少,水資源匱乏。北部地區年降水量為700-800毫米,中部為400-600毫米,南部僅為25-40毫米。全國每年可資利用的水資源僅為20億立方米為了解決中南部地區農業生產缺水的問題,以色列從1953年開始,利用世界銀行的貸款,動工修建[國家輸水工程]即把北部海拔208米的加利利湖的淡水向南一直輸送到內格夫沙漠地區該工程歷時14年農業論文,投資17億美元于1967年完工這個[北水南調]的巨大工程為平衡用水發展農業奠定了初步基礎。在輸水管理方面由國家專門成立了MEKOROT國家輸水公司來管理。該公司除了管理輸水工程外還從事打井找水,淡化海水,,治理污水等有關工作論文提綱格式。
二以法治水管水
以色列議會于1955年制定了[水法]對全國有限的水資源進行合理開發和有效管理,為經濟發展提供保障。以色列[水法,規定全國境內所有水資源為國家所有,必須專門用于國家經濟建設需要和居民生活需求并設立水利委員會為全國水資源專門管理機構,負責水政策,發展規劃,用水計劃和供水份額。以及水土保護,防止污染,廢水凈化,海水淡化等有關水資源開發和管理的具體工作。委員會內設有一個理事會,成員中的1/3位政府指派,2/3為各行業的水用戶代表,每年水利委員會要把75%的用水份額分配給農業經營著,用于農業灌溉,然后由委員會的理事會根據農業生產中各種農作物,如蔬菜,水果,花卉的不同用水量,制定不同的用水分額
三利用高科技手段,發展節水農業
長期以來水資源問題始終是制約以色列農業發展的主要因素。20世紀60年代以來隨著工業的發展和科學的進步,以色列在積極挖掘水資源的同時,也不斷開發出新的節水灌溉技術與方法,并及時推廣到農業生產中去,力爭以少量的水生產出更多的農產品主要采取了以下農業節水技術;
1加大使用循環水力度。把工業與城市生產生活產生的廢水,集中進行凈化處理后二次使用,于農業生產灌溉。對海水談化后的生活廢水也同樣如此如位于特拉維夫附近的沙夫丹污水凈化廠最初由國家水公司于1987年投資建設的,主要用于處理特拉維夫市排出的工業和生活的污水,現已發展成為全國最大的污水處理中心,處理方式也由當初的大面積水池集水日曬分解污水中的化合物,發展到現在的的新型現代化處理凈化方法,不僅大大減少污水處理裝置的占的面積,,而且處理能力和生產效率也大為提高。1996年,采用現代化處理技術后,該場的處理設備和裝置每天24小時運營,收集和處理各大城市產生的各種污水。日處理污水34萬立方米生產過濾后的清水再注入地下宮農業灌溉時抽取用水。原來工廠是有國家水公司投資興建,工廠只生產而不經營,現在規模擴大后工廠出資購買了股份產權農業論文,所以能夠自主經營銷售凈化水,為鼓勵農業經營者多使用二次凈化水,凈化水價格低廉現在以色列每年把2.3億立方米的凈化水用于農業生產,占農業用水總量12億立方米的19%2010年農業用水的1/3使用的是凈化污水這不僅節約了水資源同時也避免了各種廢水的大量排入對有限的土地地資源和環境造成的污染與侵蝕因而大大有利于土地和生態環境的保護
2,不斷增建節水設施,以最大限度地收集和儲存在雨季的天然降水資源,在農耕時用于生產。
3灌溉時,農民不必守在田間,可以同時從事其他的施肥,剪枝,收割等工作。
4可減少農藥的用量,從而節約了資金和勞力的投入,最終降低了耕種的生產成本。
滴灌技術的發明及其發展,是以色列最近幾十年農業生產技術發展史上的一個里程碑,更是以色列對世界農業節水灌溉技術方法最大貢獻。現在以色列全國灌溉土地都是用了這種壓力灌溉技術和方法,是單位面積土地的耗水量下降了50%,而水的使用效率大大提高,農業用水量大量減少以色列的耕地面積為34.7萬hm2灌溉面積為18.7萬hm2灌溉率為52%單位灌溉量390m3用水量很低。同時以色列80%的灌溉土地都在滴灌時使用水肥灌溉法,即將灌溉與施肥同時進行,一次完成,以色列每年都推出新的滴灌及設備,現在從滴灌技術中又派生出埋藏式灌溉,噴灑式灌溉,散布式灌溉方式,以色列在農業灌溉領域具有良好的經驗,以此為基礎還開發出了一系列新的灌溉技術并使這些技術成功的走入國際市場。如位于南部內格夫地區的哈采里姆的‘基布茲’農場內的netafim滴灌技術公司有員工1400名,現已發展成為以色列和國際上著名的滴灌設備的大型企業,除了在以色列本土設有4家設備工廠外還在,美國,法國,澳洲,中國,南非,,巴西,印度等20多個國家設立了辦事處事處,擁有顧員4100多人,產品銷售服務遍及70多個國家和地區年產滴灌用滴頭300多億只,年銷售額超過2億美元,占全球灌溉設備市場總銷售額70%現在以色列的滴灌設備生產者NE,FIN公司和污水過濾裝置生產者ARKAL公司每年都要推出多種新產品,所生產的灌溉設備80%用于出口農業論文,1995年以色列農用物資出口額為12.18億美元其中灌溉設備出口額為2.23億美元占總出口額的18.4%,僅次于化肥(出口額5.56億美元)居第二位,以色列正是依靠這一整套節水制度和措施,建成了發達的農業,在沙漠中建起了片片綠州使以色列躋身于發達國家之列。
我國人多地少。耕地的后備資源不足,要想解決本世紀中葉16億人口的吃飯問題,只有轉向提高糧食單位面積產量,而灌溉則是提高單產的重要途徑,因為灌溉農田糧食產量要比非灌溉農田的產量高1-3倍論文提綱格式。例如我國灌溉面積占耕地面積的一半左右,但生產了70%的農產品,可是我國是水資源相對貧乏的國家,人均水資源占有量只有2220立方米,是世界人均占有量的25%,每公頃耕地平均占水量28320立方米為世界平均數的80%
和以色列相似,我國水資源在時間和空間上分布不均,81%的水資源集中在長江流域及其以南地區;長江以北地區人口和耕地分別占我國的45.3%和64.1%,而水資源僅占全國的19%,農業的季節性區域性干旱缺水問題十分突出。,地表水地下水的嚴重污染也加劇了水資源短缺狀況。目前全國農田的灌溉供水不足,使灌區每年缺水300多億立方米20世紀90年代以來,農業年均受旱擴大到2667萬公頃,比50年代增加了1.5倍以上,我國每年因干旱缺水少產糧食1000億千克,水資源短缺已威脅了生態環境和農業的可持續發展。我國是農業大國,農業節水有重大意義。目前,農業用水量占總用水量的73%,約為6000多億立方米,為全國第一用水大戶,但我國農業用水中浪費很大。
我國目前灌溉還存在以下問題;許多灌區只修了干,支渠道骨干工程。田間灌排工程不配套,土地不平整,灌溉技術落后,噴,微灌面積不足全國有效面積的5%,打水漫灌水利用效率很低,城市生活,工業生產污水排放無序,許多地方水資源受到污染,管理落后,法規不健全,缺乏鼓勵農業合理農業論文,高效用水機制和調控手段,農民經濟實力差,節水投入少例如1997年我國有效灌溉面積為5123.9萬公頃占耕地面積54%這個比例與以色列相當,但節水灌溉面積只有150萬公頃占灌溉面積30%而且標準比較低這與以色列有較大差距。全國灌溉水的有效利用率為40%還不到以色列的50%也就是說每年經過水利工程引灌得4000億立方米的水在輸水,配水和田間灌水過程中有60%的水浪費了。
例如我國80%以上的輸水渠道沒有防滲處理,從渠首到田間的引水有一半再輸水過程中損失了,僅此一項每年損失高達1735億元,難怪有‘先節水后調水’的呼聲了。我國每方水的糧食生產能力只有0.87千克遠低于以色列的2.32千克的水平,我國許多灌區的灌溉定額為10000-15000立方米/每公頃,高出農作物實際需要的2-5倍我國東部每公頃灌溉用水9000立米,西北地區為13500立米,個別地區高達22500-30000立米而以色列僅為每公頃用水5500立米,可見我國很多地區出現的水資源短缺現象不是資源型缺水而是工程型和管理型缺水,所以只要采取行之有效技術措施,農業灌溉節水的潛力是很大的。
中圖分類號:G643 文獻標志碼:A 文章編號:1674-9324(2015)17-0196-02
隨著社會的發展,水資源的自然資源基礎作用已越來越明顯,我國已確立了水資源為三大戰略資源之一的地位。水文與水資源工程正是水資源開發利用和管理中的重要的工程技術學科。大連理工大學水土保持專業研究方向依托于水環境研究所、隸屬于水文水資源學科。大連理工大學的水文水資源學科偏重于軟科學,在模糊水文學和水資源模糊集分析理論、水庫洪水調度自動化、防汛決策支持系統科學等方面的研究居國內領先地位,但在原始數據的獲取如現場觀測和模型試驗等方面相對較弱。試驗侵蝕學是運用模擬試驗裝置在精密監測和一定的控制條件下,對被選擇的侵蝕對象或地貌特征進行野外試驗或模型試驗研究的侵蝕學分支。建立基于試驗侵蝕學的水土保持專業研究體系,加強試驗基地建設,培養一批擅長流域水土保持原型觀測和模型試驗的創新型人才,對于進一步提高該學科的綜合實力有著十分重要的現實意義。
一、創建良好的試驗條件
良好的試驗條件是培養水土保持人才必要的物質保證。
(一)與科研項目結合,為研究生學習創造良好的物質條件
讓研究生參與具體的科研項目是鍛煉學生科研能力的有效方法,同時,項目的研究資源也是支持專業可持續發展的物質條件。目前,水環境研究所正在承擔多項水土保持方向的國家自然科學基金和省部級基金項目,為該專業方向的研究和學習奠定了良好的物質基礎。碩士研究生的論文選題面向科學研究、面向生產實踐,以提高碩士論文的研究水平。由于碩士論文成果要運用到實際的工程中,促使導師和學生都對論文工作更加認真和重視。實際項目背景也為碩士論文工作的順利開展提供了有力的物質保障。論文選題時既要有一定的難度和深度,能夠比較全面地培養學生的綜合能力,又要考慮到受碩士論文研究時間、研究深度的限制,難度不能太大,學生經過努力以后能夠按時、獨立完成。從水土保持研究方向的特點來看,鼓勵碩士生獨立設計、完成一些基礎試驗效果比較好。碩士研究生學習期間,通過學習,應該能夠獨立查閱文獻、獨立設計和完成較基礎的水土保持試驗、并對試驗結果進行初步的分析。從水環境研究所往年培養的歷屆水土保持方向碩士生來看,凡是重視論文試驗的學生,學位論文質量都比較高,也比較容易在核心期刊。
(二)探索試驗基地的建設方法
水土保持研究的原始數據可以通過現場監測、現場調查、現場試驗、模型試驗等方法獲得。水土保持室內模型試驗不可能完成所有研究任務,因此,開展校外試驗基地建設,廣泛進行水土保持現象的現場試驗和監測、調查是很必要的。大連理工大學水環境研究所一直與清華大學黃河研究中心保持密切的合作關系。已與該中心聯合建成了模擬和觀測設施較為先進的“大連理工大學―清華大學土壤侵蝕試驗室”,近年來,每年都分派1~2名研究生,到清華大學黃河研究中心的李各莊基地進行為期3~4個月的水土保持試驗。大連理工大學水環境研究所還與中國科學院水土保持研究所經常進行研究人員互訪、項目合作等學術活動。多年的校外合作經歷證實,嚴謹、踏實的學術作風是獲得同行認可的基本條件。在校外做試驗,試驗的設計、組織水平,工作人員的勞動態度,都不僅僅代表課題組,更代表大連理工大學的形象。嚴謹、勤奮的工作態度,才能獲得同行的認可和尊重。同時,精心設計、精心組織,才能順利把試驗做好。在校外基地工作,時間非常緊張,因此,應提前準備認真、詳細的試驗方案;試驗基地一般都設在郊區或者鄉下比較偏僻的地方,許多試驗器材、試驗儀器無法在當地購買,所以應提前購買、落實。另外,應與合作單位以及試驗工人互相尊重、互相體諒,才能把試驗工作做好。最重要的是,只有認真做實驗,并做出較好的科研成果,才能證實所做的工作是有意義的,才能獲得合作單位長久、持續的支持。與校園內相比,校外基地的生活、工作條件一般比較艱苦、單調,因此,如何引導學生保持積極、樂觀的生活態度尤為重要。多出高水平的科研成果是激勵學生努力學習、努力工作的最好動力,同時,多方面發現、發掘試驗基地的優勢,也是提高同學們士氣的好辦法。
(三)探索試驗儀器的有效管理方法
大連理工大學水環境研究所的試驗儀器購置經費主要有兩個來源:一是學科建設經費;二是研究所承擔的科研項目經費。近年來,水環境研究所在黃土高原水土保持、城市透水面集水效應現場試驗、砂基透水磚研制和物理性能試驗研究等方面做了大量工作,已擁有多套可用于現場試驗的移動式降雨模擬設施,并已建成擁有MX-2010地貌儀、坡面徑流量含沙量動態測量系統、RR1008土壤水分自動測定系統、TYE-2000B壓力機等先進設備的水土保持試驗室。“水環境研究所水土保持試驗儀器設備登記表”根據已有儀器分類登記,定期更新,發到研究所每位學生手中。這樣,學生在設計試驗方案時,可以充分利用現有設備;另外,由于儀器的詳細參數、入庫時間、點驗狀態等項在登記表中都有詳細說明,可以促進儀器的妥善保管,防止公共資產流失。水環境研究所一直鼓勵和支持自主研制專業試驗儀器,2006年以來在水土保持方向上已獲授權發明專利7項。試驗室日常工作由專人負責,借用儀器須履行登記手續,新購儀器及歸還的儀器須及時登記入庫,以使現有設備發揮最大效益。
二、改進研究生指導辦法
掌握合理的指導方法才能順利地培養出多層次、合格的研究生人才。
(一)研究生課程的教學質量
課程建設是研究生培養方案的重要內容。目前,作者承擔“流域環境保護與管理”、“水文水資源水環境領域研究進展”中“水土保持研究進展”兩部分內容。教學實踐中,將基礎知識與工程實踐相結合,理論聯系實際,不斷吸收本領域內國內外研究前沿成果,凝練和提高多媒體課件,形成內容完善、知識新穎的講義,以發展和完善課程內容;同時通過討論式教學、報告式教學、體驗式教學等多種教學方式,將學生吸引到教學活動中,使學生學習能力得以充分體現,培養學生的自主性、能動性和創造性,構建以學生為主體的教學模式。啟發式、互動的授課方法,是培養研究生創新能力的一個重要途徑。作者主講的“流域環境保護與管理”是面向水利工程學院的專業選修課。2013年有30名碩士研究生選修該課程。課程內容以教師講授為主,每次課均由主講教師課堂授課;期間也通過上課提問、優秀論文演講等措施,與學生互動,激發同學們的學習興趣,另外,還通過課間5分鐘歡樂視頻,營造輕松、愉快的學習氣氛。通過課程論文寫作,確保絕大部分同學掌握課程的基本知識,并使有興趣、學有余力的同學有所創新。“流域環境保護與管理”共7章19節,學生在第一節課就布置課程論文題目,每位學生可選其中一節為題。選題時可2人選同一題、分別寫;多人選同一題者,以主講教師最早收到的前兩人的郵件為準。要求學生寫作時,廣泛閱讀文獻,緊密結合課件,采用綜述的寫作方法,對課堂講課內容進行豐富和完善,其目的在于鞏固和擴展課堂上老師講授的基礎知識。如果撰寫的課程論文與已有教材或者已發表期刊論文的重復率達20%以上的話,該論文以0分計。課程快結束時,評選出5篇優秀論文,并讓這些優秀論文的作者上臺,每人作8分鐘演講。由于一直嚴格貫徹以上的課堂紀律,嚴格中彰顯公平,加上任課老師認真備課,該門課程的講課效果較好,受到同學們的好評。
中圖分類號:G642.0 文獻標識碼:A 文章編號:1674-098X(2015)06(c)-0133-03
Curriculum System Construction of Hydrology and Water Resources Engineering
Zhang Yongbo Zhang Zhixiang Yang Junyao Zhao Zhihuai Zhao Xuehua
(College of Water Resources Science and Engineering,Taiyuan University of Technology,Taiyuan Shanxi,030024,China)
Abstract:In order to meet the social requirements of engineering innovative talents,it is necessary to construct the hydrology and water resources engineering professional curriculum system of Taiyuan University of Technology,and it has great significance in cultivating students innovation capability.Based on the analysis of existing problems in hydrology and water resources engineering curriculum system in the College of Water Resources Science and Engineering of Taiyuan University of Technology,hydrology and water resources engineering professional curriculum system construction under the conditions of new situation is proposed,including new curriculum,setting up a reasonable curriculum order,curriculum content reform,selection of reasonable teaching materials,increasing the experimental teaching and scientific research transformation teaching,to lay the foundation for the further improvement of quality of undergraduate teaching and the cultivation of innovative talents of hydrology and water resources engineering.
Key Words:Curriculum system;Teaching reform;Hydrology and water resources engineering;Innovation capability
水文與水資源工程是太原理工大學水利科學與工程學院的主要專業之一,其前身是原“水文地質與工程地質”專業,1975年第一屆招生,1997年國家專業調整時取消,2004年水文與水資源工程專業獲山西省教育廳批準,2005年恢復招生。作為目前山西省高校中惟一一個水資源類本科專業,堅持立足山西、面向全國的發展方向,針對山西山丘區多、干旱缺水、污染嚴重、礦山開采誘發地質災害及水循環系統嚴重破壞等自然地理和經濟發展特點,制訂培養計劃,開設的課程涉及地表水和地下水兩個方面,并且有機地將地表水和地下水結合起來培養專門人才。近年來,我校水文與水資源工程專業取得了較大成績,畢業生的就業形勢良好,但面對新形勢條件下我國經濟社會發展對創新人才的要求,還存在一定的差距和不足,特別是教學環節中的課程體系存在一些問題,已直接影響到課堂教學效果和學生創新能力的提高。為了適應水文與水資源工程專業目錄調整的需要以及滿足工程領域發展迅速、知識更新快、工程創新人才需求緊迫的要求,有必要對我校水文與水資源工程專業課程體系進行構建,對提高教學效果及培養學生創新能力等具有重要的理論和現實意義。盡管已有學者針對水文與水資源工程專業進行了諸如課程體系、實踐等教學改革[1-8],但是從總體上看,目前全國關于水文與水資源工程專業教學改革的理論研究成果仍然較少,而山西省在這方面的研究還屬于空白。從水利工程高等教育發展角度來說,必須進一步加強我校水文與水資源工程專業課程體系構建,才能為我省水利工程高等教育提供參考和理論支持。
1 課程體系存在的問題
我校水文與水資源工程專業本科生的培養,主要是通過課堂理論教學以及實驗、實習等環節來完成的,培養具有水文與水資 源、水與地質環境等方面的專業及專業基礎理論,能從事水文與水資源、水與地質環境保護和防治方面的勘察、設計、規劃、管理、技術開發、科學研究等的高級工程技術和管理人才。通過近年來對我校水文與水資源工程專業畢業生、本科生及授課教師的調查和訪問,水文與水資源工程專業課程體系存在如下問題。
1.1 課程設置不合理
我校水文與水資源工程專業的課程有綜合基礎課、公共選修課、學科基礎課和專業課,在學科基礎課和專業課中開設有必修課和選修課,一般先開綜合基礎課、公共選修課,后開學科基礎課和專業課。從總體上講,這種課程設置仍存在一些不合理現象:(1)同期開課或課程順序顛倒,造成一些學科基礎課與專業課次序不清,不能很好地體現課程之間的相互遞進關系;(2)有的課程無法體現本專業的特點,使學生感到學的有些雜亂。如《土力學》和《地基基礎與基礎工程》,前者屬于學科基礎課,后者屬于專業課,兩課程之間本應該有很好的遞進關系,卻都安排在第五學期。再如《水利工程經濟學》和《水利工程概論》,前者屬于學科基礎課,而后者屬于專業課,卻把課程順序顛倒了,將前者安排在第六學期,后者安排在第五學期。另外,對于所開設的《環境影響評價理論與方法》,屬于環境工程的專業課,對于水文與水資源工程專業的學生來說,由于沒有前期《環境學》等基礎課做鋪墊,學生總體上感到該課程偏離本專業,對課程內容不能很好地理解。
1.2 課程之間的銜接性差
課程之間的銜接性好壞直接影響著學生對專業知識的掌握和鞏固。我校水文與水資源工程專業課程之間的銜接性總體上比較符合教學規定,但也有個別課程之間的銜接性差,以至于學生們感到課程安排有點零亂。如同樣為專業課的《水資源工程勘察》《水資源開發利用》《礦床水文地質學》,分別由三位主講教師進行授課,但由于課程之間的銜接性考慮不夠,將《礦床水文地質學》被安排在第六學期開課,而《水資源開發利用》《水資源工程勘察》被安排在第七學期開課,這就造成學生在學習《礦床水文地質學》之前還沒有掌握《水資源工程勘察》的專業知識,在學習《水資源開發利用》之前還沒有掌握《水資源工程勘察》的專業知識。由于前期《水資源工程勘察》專業知識的缺乏,學生普遍反映在學習過程中對《礦床水文地質學》《水資源開發利用》的部分內容不好理解。這種課程之間的銜接性差的狀況,已阻礙了學生對地下水專業知識的鞏固,導致課堂學習效果相對較差。
1.3 課程內容交叉重復
課程內容安排是否合理對課堂教學效果的影響也很大。我校水文與水資源工程專業課程內容存在的問題是部分課程內容交叉重復,加上授課教師之間沒有做好溝通,對課程內容交叉重復的部分沒有進行適當的協調和刪減,造成部分課程內容已由某一位老師前期在課堂上進行了講解,另一位老師后期又在課堂上進行重復講解。如《水文分析與水利計算》《水資源工程勘察》這兩門課,課程內容交叉重復的是地表水勘察這一部分,包括水文測驗、水文調查和水文實驗等。再如《水文與工程物探》《水資源工程勘察》這兩門課,課程內容交叉重復的是水文地質物探這一部分。課程內容交叉重復不僅浪費學生的寶貴時間,而且降低了學生對課程學習的主動性和積極性。
1.4 教學內容重理論輕實踐
理論與實踐密不可分,二者緊密結合才能促進教學效果的鞏固和提高。多年來,由于我校水文與水資源工程專業實驗教學條件的限制,部分學科基礎課和專業課無法開展正常的實驗,不能滿足實踐教學活動的要求,致使一些課程的教學內容重理論輕實踐,無法取得良好的教學效果。如《水文地質學基礎》,學生對基本概念與原理容易理解,但深入掌握并靈活運用就困難,這是因為學生無法在實驗室進行達西滲流實驗、潛水模擬演示實驗、承壓水模擬演示實驗、地下水流動系統模擬演示等實驗,對地下水缺乏感性認識。再如《地下水動力學》,由于學生沒有在實驗室進行過裘布依潛水穩定流井流實驗、壩基滲流水電比擬實驗、非飽和帶水運動實驗等實驗,影響學生對課程知識的鞏固及實踐技能水平的提高。還有《水文分析與水利計算》,學生雖然學了許多水文方面的理論知識,但卻沒有機會進行水文測驗和水文實驗。教學內容重理論輕實踐造成學生的科學實驗基本能力無法得到有效訓練,降低了學生畢業后在社會上的競爭力或進一步深造的實驗實踐能力。
2 課程體系的構建
根據我校水文與水資源工程專業課程體系存在的問題,我們認為,必須嚴格從人才培養目標出發,按照專業發展需求,以促進校企合作、產學研共同培養學生工程創新能力及就業等為前提,科學優化和重組課程體系,篩選符合當前教育現狀及經濟社會發展所需的課程,為學生專業水平的提高及創新能力的培養打下堅實的基礎。因此,結合水文與水資源工程專業即包含地表水又兼顧地下水的特點,提出新形勢條件下我校水文與水資源工程專業課程體系構建。
2.1 新增課程
在確保我校水文與水資源工程專業本科培養計劃中所設課程總門數不變的情況下,根據本學科發展的需要,考慮到《水文分析與水利計算》《水資源工程勘察》兩門課程在地表水勘察內容上的交叉重復,可刪除《水資源工程勘察》,新增《水文地質勘察》,既避免課程內容的重復,又使學生能較好地掌握水資源工程勘察的方法及最新的技術。考慮到目前地下水環境影響評價在我國建設項目環境影響評價占有越來越重要的地位及環境保護部《環境影響評價導則――地下水環境》(HJ610-2011年)的出版,結合我校水文與水資源工程專業特點、地下水環評人才短缺以及環評單位對地下水環評人員的迫切需求,可刪除《環境影響評價理論與方法》,新增《地下水環境監測與評價》,并把《環境影響評價理論與方法》作為教學參考書,使學生掌握地下水環境影響評價的理論方法,為其就業創造良好條件。考慮到《水文地質勘察》與《水文與工程物探》內容的重復以及同位素技術在地下水研究中的廣闊應用前景,可刪除《水文與工程物探》,新增《環境同位素水文地質》,使學生多掌握一項水文地質新技術,增強其未來應用同位素技術從事水文地質勘察的能力。
2.2 設置合理課程次序
為了體現課程內容之間的相互遞進關系,必須對不合理的課程次序進行相應調整,理順課程開設的前后順序,使學生在學習過程中達到循序漸進,真正所學課程專業知識的積累。為此,把《土力學》安排在第五學期,《地基基礎與基礎工程》安排在第六學期,確保學生在充分掌握《土力學》的基礎理論知識后,對《地基基礎與基礎工程》相關專業知識的學習有更深入的理解和鞏固。把《水利工程經濟學》安排在第五學期,《水利工程概論》安排在第六學期,確保學生在充分了解水利工程經濟的基礎上,對各項水利工程專業知識的學習有更深層次的掌握。把《水文地質勘察》安排在第六學期,《水資源開發利用》《礦床水文地質學》安排在第七學期,確保學生在前期掌握了《水文地質勘察》的技術方法和手段后,能更好地運用所學知識理解和掌握《水資源開發利用》的理論與方法以及《礦床水文地質學》的調查評價方法。
2.3 課程內容改革
在科學技術日益發展的今天,水文與水資源工程專業知識更新較快,但課程教材更新卻相對較慢,其中的一些知識已經無法滿足經濟社會發展的需求。因此,在課程專業知識的教學過程中,教師必須與時俱進,對課程內容進行合理改革,刪除一些課程中內容陳舊、理論與實際脫節的內容,對課程內容要突出其科學性和先進性,深入淺出,能夠反映新理論、新技術、新方法及前沿性的新視點,把原來分散的課程內容聯成一個有機的整體。如在《水文地質學基礎》課程內容改革中,可增加區域尺度非均質性、斷裂帶滲透性、海洋―陸地界面處的地下水等內容,與學生分析和探討這些因素對地下水資源的分布、循環、水質和可持續性利用的影響。在《水環境化學》課程內容改革中,可增加水文、化學、生物過程的耦合及水文和地球化學過程的計算機模擬等內容,使學生了解目前水文地球化學研究的熱點和方向。在《水污染控制與修復理論》課程內容改革中,可增加有機污染物的野外最有效的降解路徑及強放射性廢料的地質處置等內容,增強學生在水污染控制與修復中的自我創新能力。
2.4 選用合理教材
合理的教材對促進學生專業知識的學習起著非常重要的作用。為此,嚴格要求本專業教師對所授課程選用合理教材,必須是國家規劃教材和專業規范核心課程教材,且教材名稱與所開設課程的名稱一致或接近,對于未納入國家教材計劃的非正規教材或正規出版的書籍,嚴禁用做教材給學生使用,可作為課程參考書使用。通過選用合理教材,不僅避免課程知識交叉重復,而且能反映新理論、新技術、新方法,可使學生比較系統的接受學科基礎知識及專業知識的學習。同時結合山西省礦山開采對水循環系統造成嚴重破壞的實際,加強我校水文與水資源工程專業教材建設,通過申請水文與水資源工程專業委員會下達的教材指標,組織主要骨干教師編寫出理論聯系實際、基礎知識與技術知識兼容的《礦床水文地質學》《水文水利計算》等專業教材,為學生課堂的學習提供更符合實際的教材,達到進一步提高學生創新能力的目的。
2.5 增加實驗教學
實驗課在教學環節中非常重要,實踐性很強。通過實驗教學,可進一步鞏固學生所學的學科基礎知識和專業知識,培養學生的創新意識、創新思維和創新能力。為此,我校水文與水資源工程專業在中央財政支持地方高校發展專項資金及山西省財政專項資金的支持下,對整體水平落后的實驗室進行了改造,共建設有6個實驗室,包括氣候氣象實驗室、飽和與非飽和帶水實驗室、水文工程勘察實驗室、水文實驗室、水環境污染與修復實驗室、礦山水文地質實驗室,并制定詳細的實驗計劃,使實驗室能開設出符合教學大綱規定的實驗,如人工模擬降雨實驗、土壤入滲性能測量實驗、淺層水流流速測量實驗、達西滲流實驗、潛水模擬實驗、承壓水模擬實驗、裘布依潛水穩定流井流實驗、壩基滲流水電比擬實驗、地表水溶質遷移轉化實驗、水質分析實驗等。同時為了確保實驗的順利開展,加強實驗教學隊伍建設,提高實驗教師的業務素質,為提高實驗教學質量打下堅實的基礎。
2.6 科研轉化教學
太原理工大學作為教學研究型大學,對教學和科研非常重視。從辯證的角度來看,教學和科研是相輔相成的,缺一不可。我校水文與水資源工程專業授課教師都從事有關科研項目的研究,如國家自然科學基金、山西省自然科學基金、校基金、行業基金及其他橫向科研項目等,在國內外核心期刊上或國際會議論文集上發表了諸如水文地質、工程地質、環境地質、徑流趨勢預測、水資源、水環境、水污染、土壤、水土保持等不同方向的專業學術論文,并有多篇論文被EI、SCI收錄及他人參考引用。針對水文與水資源教師在科研上的優勢,提倡各位授課教師以科研促進教學,鼓勵教師積極將科研成果轉化到教學中。通過科研轉化教學,不僅使學生了解各位教師的主要研究方向,從教師的科研成果中學到最新的理論知識,而且能激發學生的科研興趣,促進學生學習效果的提高及創新能力的培養。
3 結語
課程體系對學生專業知識的學習和創新能力的培養至關重要,必須給予高度重視。太原理工大學水利科學與工程學院水文與水資源工程專業課程體系存在的問題主要是課程設置不合理、課程之間的銜接性差、課程內容交叉重復、教學內容重理論輕實踐。水文與水資源工程專業課程體系構建主要包括新增課程、設置合理課程次序、課程內容改革、選用合理教材、增加實驗教學及科研轉化教學。通過課程體系構建,為進一步提高本科教學質量及水文與水資源工程專業創新人才的培養奠定基礎。
參考文獻
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適應水問題研究發展的需要,并與工程水文學相配合,深化水文研究的理論與實踐,地理水文學更可拓寬水文地理學的研究方向,發展內涵,有利于學科研究發揮自己的特色;促進水文研究與地理科學其它分支科學的橫向結合,如氣候學、地貌學、土壤地理學等,尤其是與人文經濟地理學的結合,形成新的邊緣學科領域和產生新的學科生長點;通過水與資源、社會、經濟、生態與環境的廣泛聯系,有利于綜合性研究優勢的發揮,改變水文地理研究的傳統方法與手段,增加計算技術、遙感遙測與信息系統方法的應用,提高研究工作的水平。
地理水文學的提出是一種發展,而不是對水文地理學的否定。兩者既屬于地理科學也屬于水文科學。為了簡化敘述,它們的關系可以用圖1來表示:
圖1地理水文學與水文地理學示意
Fig.Relationshipbetweengeographicalhydrologyandhydrogeography
顯然,地理水文學與水文地理學均是地理科學(G)與水文科學(H)的公共部分,即集合G與H的交,有共同的元素為X,則:
G∩B={X/X∈G,X∈H}
只是水文地理學靠近地理學,而地理水文學靠近水文學。從我國地理部門的水文研究來看,針對區域和流域的單純水文地理研究已相對減少,而水文水資源本身的研究相對發展。地理水文學在研究領域、深度層次、實際應用等方面均領先于水文地理學。
2回顧與研究現狀
從30年代后期到80年代中期的研究回顧,見參考文獻[1-3。結合當前,簡要概括如下:我國地理學中現代水文學研究始于30年代末,從吳尚時先生的譯著“江河之水文”為起始。50年代初,謝家澤、郭敬輝、施成熙、羅開富等為推動我國水文研究作出巨大貢獻,50年代中期以后,以河流水文為主的水文研究迅速發展,包括邊遠地區河流水文調查與全國水文區劃的研究。60年以后,從河流水文(包括河口水文)逐漸擴大到其它陸地水體,包括冰川、湖泊與沼澤水文及水文過程(如泥石流、洪水與森林水文影響等)的研究。同時,水文實驗,包括定位半定位試驗相繼發展。70年代,特別是80年代以來,水資源問題與環境水文研究得以迅速發展。80年代中期以后,“人與水”和涉及全球變化的水文研究開始興起,方興未艾。
至于研究現狀的歸納,擇其主要方面分述如下:
2.1水循環與水平衡
作為水文基本理論的水循環與水平衡研究,正在宏觀與微觀尺度上不斷擴展與深化。在宏觀上面向全球。國際地圈生物圈計劃(IGBP)強調的界面過程研究,正力圖把描述全球物理氣候系統的總循環模型(GCMS)與全球水循環模型相耦合。這一研究將提供量化與描述全球水文過程與未來變化的可能,其中包含自然變化與人類活動的影響。IGBP計劃特別注重植被變化的作用,以便把人與生物圈(MAB)計劃的研究緊密聯系起來,這是目前國際上正在開展的一項巨系統研究。在我國結合IHP-IV計劃(大氣、陸地和水系統間的界面過程,氣候變化和水文系統的關系,濕潤熱帶、干旱半干旱區水文研究與水資源管理戰略等)已有初步研究,目前正加強我國地理水文學與地學及生物學各分支學科的跨學科研究。
水循環研究除在國內已發展的各類流域水文模型外,正深入到單元尺度的細微觀測與計算模擬,尤其是田間水分運動與交換過程的實驗與計算研究。相對于宏觀尺度的研究,我國在這方面已有一定的工作基礎,如土壤-植物-大氣連續系統的研究,發展了多種水體之間多種形式耦合系統的探討;結合中國科學院生態臺站網絡的建立,開展不同地理帶的水循環過程的實驗,致力于揭示界面過程中水分、熱量交換規律,例如,地下/土壤水、植物根系吸收、植物冠層輻射平衡、溫度、總氣孔阻力、邊界層阻力、土面蒸發、土壤熱通量等等。水循環或水量平衡研究,既是發展水資源確切評價方法的基礎,也是農田節水調控、農業合理用水的依據,具有重要的意義和廣闊的應用前景[7]。水循環的微觀與宏觀的結合表征水文科學理論的逐步完善化和系統化。
2.2區域水文與水資源
2.2.1區域水文近年來的主要進展表現在:
①定量分析技術手段有所加強,如應用模糊數學進行區域水文類型的研究,已有黃河流域的水文區劃工作;應用有序量最優分割法,進行河川徑流變化的研究;利用遙感技術進行地區水文條件的判讀,包括對多時相衛星遙感圖像分析區域水文動態等。
②區域水平衡研究進一步深入,如:中國科學院地理研究所進行的全國水量平衡與華北水量平衡的研究;長江流域辦公室與黃河水利委員會提出的長江流域水平衡三要素分布和黃河流域水文要素時空分布及水平衡分析;各省區的水平衡研究,全國已有一半的省市提出研究報告[5]。在這些研究水平衡的工作中,多采用六要素的平衡計算方法。
③全國水文區劃已完成初稿,這項工作開始于1984年,成果即將發表。
④特殊區域的水文研究也取得許多成果。如喀斯特地區、干旱區與半干旱地區、山區、平原地區、高寒地區與小島的水文研究均有相當的研究成果發表。
2.2.2水資源從70年代后期開始,我國的水資源問題一直對水文研究起著導向的作用,而且經久不衰。有人甚至認為一門新的學科——水資源水文學正在興起。這說明水文與水資源不可分割的關系。作者認為水資源的研究可以作為水文學延伸與拓廣。但水資源學并不與水文學等同。水資源學與社會、經濟有更直接的密切關系。1986年在南寧召開的第4次全國水文學術會議以來,水資源的研討非常熱烈:
①針對水資源的涵義,楊戊與劉昌明等分別提出了水資源的定義[8,9]。
②在區域水資源的研究方面,提出了對農業生產至關重要的土壤水的資源評價與利用[10-12]及農業節水的途徑。這方面的研究與原蘇聯學者李沃維奇曾經展望的“水文學的土壤趨勢”相呼應。
③在區域水資源研究方面發表了大量的論著,特別是對邊遠地區(如新疆、等地區)的水資源提出了比較系統的研究成果[13]。
④結合城市水文研究的開展,南京大學與華東師范大學對城市水資源做了一系列的工作,水資源規劃與管理的研究比較突出。
⑤南水北調工程是我國水資源重大戰略性工程,對緩解我國地方水危機有重大作用。由于引水線橫跨江、淮、河、海4大流域,水資源的配置與聯合利用是亟待研究的問題。針對這一問題,應用水文地理的系統分析取得了進展[14]。
2.3冰川、湖沼水文
全國第一次水資源評價中的冰川與湖泊水量均由地理部門完成[15]。中科院冰川凍土研究所計算分析得出全國冰川間積為58651km2,冰川儲量為51322×108m3,冰川融水年徑流量為563×108m3。這部分水量構成了我國西部地區水源的重要成分;中科院地理與湖泊研究所估算了全國湖泊總面積為71787km2,年貯水量為7088×108m3。中國科學院長春地理研究所估算出我國沼澤的面積約為10×104km2。
冰川與湖沼水文的研究,在我國主要集中在地理研究單位。在學術上有舉足輕重的地位。在施雅風先生的倡導下,我國冰川的研究,取得迅速的發展。除水文調查外,冰川水的研究已深入到冰川的水量平衡與融水徑流形成過程的機制方面,并提出了我國冰川水文學的研究專著[16]。
我國湖泊水文研究,在西北與東南地區都取得了重大進展。中國科學院新疆地理研究所,提出了亞洲中部湖泊的近期變化[17]的研究成果,為中亞湖泊水資源利用提供了科學依據。中國科學院南京地理與湖泊研究所毛銳,在太湖蒸發的長期研究基礎上,針對1991年太湖水災時期湖水位日變化分析得出排淺阻礙論據,對于世界銀行為治災投入資金的決策起了很大作用,顯示了研究論文的價值。此外,1992年中國科學院地理研究所在南四湖蒸發的系統研究成果也通過了科學鑒定,發展了水面蒸發的計算模型[18]。
沼澤水的研究以東北三江平原的沼澤水文研究為代表,已獲得了多年的科學積累[19]。
2.4水文過程與環境水文
水文過程在自然地理過程與環境變化的研究中具有極其重要的意義與應用價值。在水文過程的驅動下,導致地貌演化,流水造成侵蝕、搬運與沉積,起著地形的塑造作用;攜帶地表層化學元素的遷移、沉淀,對化學地理景觀起著重要作用;對于地球表面的主要熱量(太陽能)進行調節與傳輸,影響到氣候的形成與變化;蒸發過程包含著生物界的一個基本生理過程——蒸騰作用,涉及到植物生長發育。在這個過程中,水與二氧化碳一起是構成植物碳水化合物的主要物質;另一方面,水文地理或環境條件又對水文過程發生影響,成為環境變化研究的命題。水文過程的研究近年來非常活躍。
2.4.1水文過程模型結合各地水文計算的需要,對產流與匯流發展了不同的模型。中山大學、南京大學、貴陽師大與成都科技大學等單位分別研制了巖溶地區水文模型[20,21]。結合流域地貌水系結構,中科院地理研究所等單位發展了地貌單位線方法,用于徑流過程的計算。考慮土地利用對水文過程的影響,劉昌明、于靜潔提出了森林攔蓄降雨極限量模型①,用于森林攔蓄降雨的計算問題。
①北京林業大學,國際森林水文模型班講義,81-87,1990。
2.4.2水量轉化近期,在我國平原地區,開展了“三水”(降雨、地表水與地下水)轉化的研究,考慮到土壤水,稱為“四水轉化”,再進一步聯系到植物水分,稱為“五水轉化”,這是研究工作的一種循回漸進,從簡單到復雜的過程。這方面的研究由于采用了系統的觀點和演繹方法[22],使水量轉化過程的理論得到了進一步的發展。這些進展表現出對水文過程研究的全面概括和預見性,揭示出界面水文研究的前景,同時,也豐富了自然地理過程的理論。
2.4.3環境水文主要探討環境變化(包括自然與人為變化)造成水量與水質過程的變化,這一研究是以水文過程的理論為基礎,計算分析各種水文要素對環境條件改變的響應。在研究方法上,目前主要采用鑒定評價法、模擬法以及外推法等[23]。近幾年,國內環境水文的研究大多結合各地的環境保護規劃與實施進行,如華北地區的水環境與上海市的水環境[24]。在一些薄弱的領域,如:地下水的污染,也開展了研究[25]。1990年國際地理聯合會(IGU)在北京舉行區域大會后,IGU執委會批準在中國建立了區域水文對氣候變化和全球變暖響應的二級學術研究組織并推選劉昌明為主席,使環境水文的研究由較小尺度的研究轉向更加宏觀的大尺度環境水文研究。1992與1993年分別在美國華盛頓與中國拉薩舉行了國際會議,研討了全球變暖對水文與水資源的影響和高寒地區水文水資源對氣候與全球變暖的響應[26]。這些學術活動推動了我國大環境水文的研究。
2.5實驗水文
水文學理論的深入發展必須借助于實驗研究。目前,水文的定位觀測遍及我國的主要陸地水體,包括冰川、湖泊、沼澤與小河流的降雨徑流、土壤水與地下水。比較著名的臺站可以山東禹城水循環與水平衡試驗站、太湖試驗站、東北三江平原沼澤試驗站與西北天山冰川試驗站為代表,這些實驗站納入了中國科學院生態系統網絡,覆蓋了我國主要的生態類型區,為我國地理水文的理論與應用研究提供了最有力的支撐。實驗的內容不僅包含了所有的水文要素的試驗觀測,而且結合了能量與溶質等不同地理地帶的生態與環境條件的研究。在實驗技術與手段方面,除了引進國外的先進儀器(如普遍配置土壤水分中子儀,太陽輻射儀等)外,根據實驗與模擬的需要還自行研制了室內與野外實驗裝置[27]。配合對土壤-植物-大氣系統(SPAC)的觀測,設計了多種儀器的綜合裝置,發展了新的研究課題。
2.6應用性研究
結合國家與地方的任務,適應市場經濟與生產需要,在國土整治、區域發展、城鄉規劃、工礦交通建設、大型水利工程生態與環境保護等許多方面,進行了大量的研究工作。在缺水的華北與西北地區的工作如節水農業[29]等。有些研究突出地理學的特色,如在華北平原進行的古河道調查[30],為區域的水量調蓄工作,提供了重要參考。
3、21世紀地理水文研究若干問題
展望未來,地理水文的研究,將有廣闊的發展前景。密切結合社會各方面對水日益增長的需求,適應市場經濟的發展,考慮國際學術的發展趨勢,面臨著嚴竣的挑戰和眾多的機遇,研究工作任重而道遠。下面提出的若干方面僅供商榷。
3.1水資源仍為研究主題
隨著社會經濟的發展和人口的增長,今后應以地理水文與工程水文相結合,為水資源評價、開發、利用、管理和保護提供水資源水文的科學依據,深入水文規律的研究,創造新的水文分析方法。由于供水量的不斷增長引起廢棄水的增加,水質的研究和地下水及一些新水源利用,將會更加迅速地發展,不斷擴大規模或尺度的人類活動對水資源的影響,包括三峽大壩與南水北調等超大型水資源工程的影響,將為地理水文研究提出新課題。
3.2全球變化與地理水文
埃里克·巴倫提出的通用循環模式(GENESIS)進一步發展了全球增暖的認識。對全球變暖引起的水文水資源變化的研究,是我們責無旁貸的任務。中國是世界大國,幅員遼闊,大約跨4°-53°N之間,水資源對氣候變化的響應是非常復雜的。主要特點是:
①因緯度帶而異;
②水文水資源量的響應屬非線性(見圖2);
③水文的變異,包括極值,有隨溫度升高而俱增的特點。這些特點會影響到水資源開發利用的規劃與管理。因此,必須開展全國不同地理區或緯度帶的水文水資源對全球氣候變化響應的研究,并為水資源未來情景作出預測。
圖2年徑流(R)對氣溫(T)與降水(P)的響應
Fig2AnnualRunoffResponsetoAnnualTemperatureandPrecipitation
3.3全球能量與水循環實驗(GEWEX)
GEWEX是一個跨世紀的國際研究計劃,它屬于世界氣象計劃(WCP)的內容,橫向與水文學的研究相結合。研究計劃在1990年制定,1995年以前屬準備階段。我國早在50-60年代已由黃秉維先生提出了與其基本相同的課題,即“熱水平衡”的研究。因此,在我國開展這一工作已具備了一定的基礎。特別是目前正在建立的中國科學院生態臺站網絡,將為開展GEWEX的研究和國際間的合作提供良好的條件。由于GEWEX的研究需要解決大小尺度空間系統的耦合問題,今后的研究從我國的實驗觀測臺站來看,存在著小尺度能量與水分運動的計算,如何在尺度上延伸或升級(Upscale),當然,全球大尺度的模型,也需要考慮尺度的降級(Downscale)。隨著GEWEX研究向21世紀的邁進,水文與氣候學在大尺度上的結合,將會產生出嶄新的成果,發展新的前沿。
3.4水文循環的生物圈方面(BAHC)
在國際地圈、生物圈計劃(IGBP)中,BAHC是核心計劃之一。這與1966年澳大利亞著名土壤-水文學家菲利浦提出了土壤-植物-大氣連續系統的研究一脈相承。1992年已在法國召開了國際學術討論會,歐洲與北美及澳洲均在開展研究,加拿大國家氣候中心立項作為專題項目。
BAHC作為IGBP的核心研究項目,將密切配合國際地圈、生物圈計劃的研究,旨在通過植被對水循環實現調控。在我國地球與生命科學的一些研究單位也正從實驗的途徑開始工作。由于水循環控制關系到水資源調蓄利用,這項研究不僅具有重要的應用前景,而且結合IGBP計劃將促進一門新的水文學科——宏觀生態水文學的發展。
3.5過度或交錯帶(Ecotones)的水文問題
Ecotones原意為群落交錯帶。隨著環境變化的深入研究,提出了生物多樣性的問題,Ecotones是環境水文問題研究的延伸。根據人與生物圈(MAB)的活動計劃,1993年7月,在法國里昂召開國際地下水與地表水交錯帶的國際學術研討會,主要有以下三方面的議題:
①地下水與地表水界面的作用。
②地下水與地表水界面的障礙:原因與評價方法。
③地下水與地表水界面的管理與恢復。在我國Ecotones尚屬一個新的研究領域,目前國內水文地理與化學地理工作者正在著手開展Ecotones的研究,除了地表水與地下水交錯帶外,河湖與陸地過渡帶Ecotones也開始研究,預計未來其它交錯帶的研究也會逐漸發展,這一研究作為水文學與環境學的交叉研究課題需于重視。
3.6雨水資源化
雨水資源化顧名思義是雨水利用的問題,80年代以來熱衷于這一研究的各國學者已舉行了六屆大會和多次區域性會議,1992年10月在日本東京都召開了國際雨水資源化區域會議。1993年8月初在肯尼亞內羅畢召開了第六屆會議,說明雨水利用問題深受各國學術界的重視。
1989年8月初在菲律賓召開的第四屆國際大會上,醞釀成立了“國際雨水收集系統協會”(IRCSA)并推選了美國夏威夷大學水文學家,美籍華人霍雨時為該協會的第一任主席,該協會的成立進一步推動著雨水利用的研究。
雨水利用的研究應用前景廣闊,其內容也甚為廣泛,特別是對我國廣大農村農戶的供水、對缺乏河川的漁島、遠離地表水源的山村等有很重要的意義,拓寬的雨水利用還包括雨云的研究(和人工增雨),屋頂雨水的收集技術以及水質保存的方法、雨洪的調蓄等等。對于我國缺水的北方與南方石灰巖山區。地表水缺乏的地區,雨水利用的研究可望緩解局部地區的缺水問題。在我國降雨分配不均的情況下,這一研究的意義不言而喻。1985年6月將由中國地理學會水文專業委員會與組織在我國召開第七屆IRCSA大會,可望推動我國的雨水資源化研究。
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