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关键词:湿式除尘脱硫设备 基本原理 流程 净化效果
造成我国大气环境污染的主要因素为燃煤和燃油烟气,它主要由二氧化硫和其他颗粒污染物组成,污染了环境和影响了人体健康。鉴于此,我国从上个世纪就已经着手脱硫除尘设备的研发工作,截止到目前,我国绝大多数燃煤和燃油装置都安装了这种设备。但由于经济的较快发展,大气污染情况进一步严重,因此,研发出一种高效湿式除尘脱硫设备变得十分必要和紧迫。
一、湿式除尘脱硫的基本原理
1.物理吸收的基本原理
气体吸收可分为物理吸收和化学吸收两种。如果吸收过程不发生显著的化学反应,仅仅是被吸收气体溶解于液体的过程,称为物理吸收,如用水吸收SO2。物理吸收的特点是,随着温度的升高,被吸气体的吸收量减少。
物理吸收的程度,取决于气--液平衡,只要气相中被吸收的分压大于液相呈平衡时该气体分压时,吸收过程就会进行。由于物理吸收过程的推动力很小,吸收速率较低,因而在工程设计上要求被净化气体的气相分压大于气液平衡时该气体的分压。因为物理吸收速率较低,所以很少单独采用物理吸收法。
2.化学吸收法的基本原理
若被吸收的气体组分与吸收液的组分发生化学反应,则称为化学吸收,例如应用碱液吸收SO2。应用固体吸收剂与被吸收组分发生化学反应,而将其从烟气中分离出来的过程,也属于化学吸收,例如炉内喷钙(CaO)烟气脱硫也是化学吸收。在化学吸收过程中,被吸收气体与液体相组分发生化学反应,有效的降低了溶液表面上被吸收气体的分压。增加了吸收过程的推动力,既提高了吸收效率又降低了被吸收气体的气相分压。因此,化学吸收速率比物理吸收速率大得多。
物理吸收和化学吸收,都受气相扩散速度(或气膜阻力)和液相扩散速度(或液膜阻力)的影响,工程上常用加强气液两相的扰动来消除气膜与液膜的阻力。在烟气脱硫中,瞬间内要连续不断地净化大量含低浓度SO2的烟气,如单独应用物理吸收,因其净化效率很低,难以达到SO2的排放标准。因此,烟气脱硫技术中以化学吸收法为主,物理吸收法为辅。
3.化学吸收的过程
化学吸收是由物理吸收过程和化学反应两个过程组成的。在物理吸收过程中,被吸收的气体在液相中进行溶解,当气液达到相平衡时,被吸收气体的平衡浓度,是物理吸收过程的极限。被吸收气体中的活性组分进行化学反应,当化学反应达到平衡时,被吸收气体的消耗量,是化学吸收过程的极限。
4.化学吸收过程的速率及过程阻力
化学吸收过程的速率,是由物理吸收的气液传质速度和化学反应速度决定的。化学吸收过程的阻力,也是由物理吸收气液传质的阻力和化学反应阻力决定的。
在物理吸收的气液传质过程中,被吸收气体气液两相的吸收速率,主要取决于气相中被吸收组分的分压,和吸收达到平衡时液相中被吸收组分的平衡分压之差。此外,也和传质系数有关,被吸收气体气液两相间的传质阻力,通常取决于通过气膜和液膜分子扩散的阻力。
二、高效除尘脱硫设备的除尘脱硫过程
根据湿式除尘脱硫的基本原理,本课题组设计了一款高效除尘脱硫设备,其除尘过程主要有3级。第一,在进气管中安装喷头,它可以喷出雾化液体,这些雾化液体可充分与尘体接触,从而完成第一级除尘工作。第二,而后形成的高速气体流直接冲向设备中的水面,形成大量的水雾,这些水雾和烟气中的体积较大的颗粒物结合,并沉降到水底,完成第二级除尘工作。第三,由于烟气的冲击力较强,“S”型管道中出现了旋流雾液,雾液与颗粒物结合,进一步除尘,则完成第三级除尘。这三个过程不仅有除尘过程,还伴有脱硫过程,即设备中的碱性液体成功实现烟气的脱硫。最后,排出净化的气体时,则需经过脱水器的处理,而后如大气。
三、高效湿式除尘脱硫装置的净化效果
1.试验装置
为分析设备改造后的除尘脱硫效果,可确定试验设备的相关参数,锅炉处理量为2 t/h,处理气量为700m3/h,其长宽高分别为800mm、400mm、1700mm,进、出气管直径均为150mm。
煤尘可作为模拟粉尘,二氧化硫气体现行制备,碱性溶液为氢氧化钠溶液。
2.试验效果
实验过程中只需对进、出口处的二氧化硫浓度和粉尘浓度进行测量,本设备密封效果极好,因此,实验结果非常准确。测量结果如表2所示。
表2 除尘脱硫效率
结果显示,当液气比为0.34 L/ m3 时,其除尘率和脱硫率较高。与国内其他同类设备相比,它可在较小的阻力和液气比条件下,实现更好地脱硫和除尘效果。
四、结束语
本设备在除尘和脱硫基本原理的基础上,实现了除尘和脱硫高效化、一体化,此外,还可以有效除去较小的颗粒污染物。设备本身造价低,能耗小,结构密封性好,适用范围广,具有良好的应用效果。
参考文献
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关键词:循环农业;原理;应用;
前景循环农业是相对于传统农业发展提出的一种新的环境友好型农作模式,是运用可持续发展思想和循环经济理论与生态工程学的方法,在保护农业生态环境和充分利用高新技术的基础上,调整和优化农业生态系统内部结构及产业结构,提高农业系统物质能量的多级循环利用,严格控制外部有害物质的投入和农业废弃物的产生,最大限度地减轻环境污染和提高资源利用效率,使农业经济活动真正纳入到农业生态系统循环中,实现生态的良性循环与农业的可持续发展。
1循环农业的基本原理
发展农业循环经济就是把循环经济的基本原理应用于农业生产系统,是构建可持续农业发展战略的根本途径、实现形式、技术措施。基于这种认识,笔者认为建立循环农业体系主要依据的基本原理包括以下几点。(1)能量耗散低熵原理。农业是开放系统,其功能由热力学第二定律决定,只有通过外界能量的投入,才能降低系统熵值,提高系统的功能。因此,合理投入是人类对农业系统加强控制的关键途径,不能将循环农业理解为低投入甚至不投入的农业。认为只要依靠循环就可以实现耗散系统平衡的认识是不科学的。(2)资源循环再生原理。农业系统是一种在自然生态系统基础上的人工生态系统,其资源类型:一是光热水等自然资源,需要周年高效循环利用;二是化肥、农药、机械等系统外购买性资源,需要尽量减少不合理投入并提高效率;三是秸秆、粪便等农业生产中间废弃资源,需要再生利用;四是农业系统排放到大气和地下的有害物质和温室气体等,需要实现可预见、可控制,减少无效排放。通过农业系统内循环和系统外反馈循环相结合,提高能量转化率和物质循环利用率。(3)物质组链加环原理。在农业系统中,物质沿着不同环节上的食物链营养级传递和转移,利用不同营养级的动物和微生物,分级、分次反复循环和利用,使上一级循环转移到下一级的物质,再次转化为能够为人们直接利用的生物产品和生物质能。因此,通过食物链加环、组链,减少非生产循环,增强生产循环,提高物质循环周转率,生产出更多的产品,减少废弃物排放。(4)生态经济协调原理。农业是生态经济系统,其产业目标既要获得生产力和经济效率,又要维护生态协调。在特定条件下,农业的经济功能往往和生态功能处于矛盾之中,因此,需要按照生态经济协调的原则设计循环农业产业体系,既要获得合理的生产力,又要将其建立在资源环境可承受范围之内,形成一种“经济高效、技术可行、生态安全、环境友好、社会认可”的可持续农业模式。
2循环农业的实际应用
我国循环农业实践模式以生态农业发展模式为基础,其基本雏形是北方“四位一体”生态农业模式和南方以沼气为纽带的“猪、沼、果”生态农业模式。重庆三峡库区是农业部规划的全国柑橘、蔬菜、生猪和草食牲畜优势农产品区域规划的核心区,是当地最具国际竞争优势的特色农产品,也是农民脱贫致富的支柱产业。但是,近年随着规模种养业的发展和农村劳动力大规模转移,规模养殖业产生的有机粪肥量大、肥效低、使用不便,逐步被化肥取代,往往弃用,加剧了面源污染。为此,从2008年起,重庆在农业部等国家相关部委的支持下,系统开展柑橘、蔬菜沼畜循环农业关键技术的攻关和有机肥替代化肥模式的探索,取得积极进展,建立三峡库区柑橘沼畜循环经济标准化技术体系,建成沼液还田示范基地0.67多万hm2,打造“畜-沼-菜”循环农业生产基地3.13…万hm2。主要做法有以下几点。2.1沼液肥水一体装备,整合诊断施肥,支撑化肥零使用针对传统“畜-沼-果(菜)”循环中沼液管灌易产气爆管,会生成磷酸镁铵(尿垢)结晶堵塞管网问题,研发沼液管道自动调压、固体结晶物收集装置和自冲洗工艺,发明沼液肥水一体灌溉装备,实现沼液管道便捷化利用,促进沼液大规模还田和零排放。针对饲料、冲水、畜禽种类的不同,沼液有效成分变幅大、用肥计量难问题,配套柑橘非充分灌溉和营养诊断配方施肥技术,通过测土测叶,支撑有机肥高效利用和化肥减量或零使用,同时替代灌溉水,节水节肥效果明显,已在长寿、开县、奉节等大规模应用。以长寿区农正农业为例,其万头猪场和166.67…hm2…晚熟杂柑果园,年施用沼肥10…t/667…m2,经营养监测,发现果园氮磷钙镁硫等大多数营养指标适宜,但是钾锌硼等元素缺乏,通过增施10…kg硫酸钾矿质肥补充,叶面喷硫酸锌、硼砂等矿质微量元素调控,近3年均实现全园化肥零施用,产品主要出口北美、东南亚等国,经济效益显著。2.2推动秸秆和粪污有机复合肥制备产业化,支撑化肥减量针对传统秸秆和柑橘皮渣资源化利用成本高、效益低问题,发明一种巨大芽孢杆菌M1,研发橘渣秸秆和猪牛粪便的高温自干燥发酵及其有机复合肥制备工艺,实现橘渣秸秆和猪牛粪便的高温自干燥、低成本腐熟发酵,先后研制出牛粪、橘渣、秸秆等为主料的有机无机缓释复合肥等4类省级高新技术产品,并全部获得肥料登记证,支撑有机无机缓释复合配方肥全面替代无机复合肥。如梁平县丰疆科技发展有限公司,应用柑橘营养诊断最适宜指标,研发氮、磷、钾为10∶4∶8的柑橘专用牛粪有机复合配方肥,替代15∶15∶15无机复合肥,年产能已达12…万t。重庆市重点推广的专用有机复合肥具有缓释性,符合柑橘生长的大量元素配方,富含有机肥,既有无机肥肥效高的特点,又有缓释肥肥效长的效果,还具备有机肥改良土壤、激活微量元素功效,适合撒施,省力省工,推动了柑橘专用肥有机化、配方化和缓释化,结合营养诊断控丰补缺,增产效果优于单纯无机复合肥,在重庆柑橘产区已经全面替代无机复合肥,卖出了无机肥的价格,社会、生态和经济效益示范显著。2.3建立循环农业标准化技术体系,实现可复制、可推广围绕三峡库区柑橘、蔬菜、畜禽生猪、淡水鱼等特色产业发展,我们以循环农业为纽带,相关产业循环链交叉环节关键技术为基础,因地制宜建立8个“猪-沼-果”国家级农业循环经济示范园区,并建成上百个果(菜)沼畜循环农业示范点。在合川区太和镇米市村蔬菜标准园内示范推广的“牛-沼-菜”种养循环模式中,蔬菜基地与邻近一家大型奶牛场达成生产合作,由奶牛场支付基地土地租金,安装直通基地的沼液输送管网,园区以有机肥形式,消化奶牛场产生的全部沼液、沼渣,解决蔬菜生产所需的大量有机肥,降低施肥成本,促进地力的保持。同时,基地采收后的玉米秸秆,又作为饲料供销给奶牛场,从而购建一条生态种养循环产业链,不仅节本增效,使基地年产蔬菜超过12…500…t,每667…m2收益超过…4…320元,销售总额达1…250万元以上,同时利于生态环境保护,减少农业面源污染。在此基础上,与全国农业技术推广中心、中国农科院柑橘研究所等合作制定《NY/T…2627-2014…标准果园建设规范-柑橘》、《DB50/T…485-2012…农用沼液无害化处理与利用技术规范》、《DB50/487-2012…柑橘营养诊断配方施肥技术规程》等相关标准29项,建立从良种种苗到采收销售完整的循环农业标准体系和行之有效的标准化工作体系,并通过国家标准委的评估验收,核心技术“三峡库区(农业产业园区)循环经济标准化体系关键技术创新”成果,被国家科技报告服务系统收录。2.4探索畜沼果循环农业推进模式,取得积极进展研究集成4种沼液肥水一体灌溉推进创新模式;探索出以小型种养殖场为主要对象的分散养殖、分散利用模式;利用大型种植场消纳数个小型养殖场粪污的分散养殖、集中处理、集中使用模式;针对大中型养殖场和一家一户种植模式的集中养殖、集中处理、分散使用模式;围绕大中型养殖企业且配套较大规模的作物种植基地的集中养殖、集中处理、集中使用等4种沼液肥水一体管灌推进模式,推动循环农业技术装备化和产业化。核心技术得到农业部应用。总结凝练的“沼液肥水一体非充分灌溉技术”和“柑橘低碳绿色管护集成技术”被农业部定为集中贫困地区和全国生态农业基地主推技术,支撑产业化应用。据国家环保部《三峡公报》,以柑橘屏障带为主的三峡库区,化肥使用量由2007年的每1…hm2…1…000…kg降为2015年的320…kg,…减幅达68.0%,实现三峡库岸屏障区投入品的大规模减源,保护了三峡库区干流水质大部分时间保持在可饮用的国家地表Ⅱ水质标准,出库水质最差也没有低于Ⅲ类,效果显著。
3存在问题与前景分析
通过对重庆三峡库区“猪、沼、果”循环农业模式的探究发现,畜沼果循环农业在具体实践应用中仍有许多问题还需进一步关注和攻克:一是对种植需求重视不够,没有专项投资用于园艺作物沼畜循环利用环节;二是技术利用不够,凭经验和盲目使用有机肥较为普遍,取得的效果参差不齐;三是对养殖污染的处罚力度偏弱,部分甚至根本无监管,随意弃用污染环境。循环农业模式作为实现农业结构调整和产业升级、促进农业可持续发展的重要途径之一,尚需不断创新,使生态效益和经济效益不断提高的同时,也为资金、技术和人力在耕地上的集约利用创造条件。今后,循环农业在最大限度地保障生态环境的同时,还要开发没有被有效利用的生态位,重庆循环农业更要积极推进畜沼果循环农业替代化肥技术模式的落地和大面积应用;及早建立“以果(菜)定沼、以沼定畜、以畜促果(菜)”循环发展模式,支撑养殖粪污零排放;建立柑橘营养诊断配方施肥技术体系,支撑柑橘(蔬菜)沼畜循环替代化肥等举措,推进循环农业健康发展,更好地推进农村资源循环利用和现代农业可持续发展。
参考文献:
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[4]吕杰,王志刚,郗凤明等.循环农业中畜禽粪便资源化利用现状、潜力及对策——以辽中县为例[J].生态经济,2015,31(4):107-113.
【关键词】 废旧楼房;拆除爆破;设计与施工
【中图分类号】 TU722 【文献标识码】 B 【文章编号】 1727-5123(2013)05-080-01
建筑结构的分类,按照所用材料的不同可分为:钢筋混凝土结构、砌体结构、木结构、钢结构等;按照其受力性能的不同可分为:有框架结构、剪力墙结构、壳体结构等。而在经济全球化迅速发展和人们生活水平日益提高的今天,却面临着快速拆除各种废旧楼房的烦恼和来自一些危险建筑物的不安全感,因此,如何快速处理这类建筑物成了我们城市化过程中的苦恼。本文将重点介绍建筑物的爆破拆除及其原理,为我们在城市化建设中扫除障碍。在拆除爆破中,经常会遇到以下几种形式的建筑物结构:砌体结构,即由砖、砌块及石料等体块材料通过砂浆砌筑而成的结构;砖混结构,石砌体结构的一种,主要指建筑物中竖向承重结构的墙、附壁柱等采用砖或砌块砌筑,柱、梁、楼板、屋面板、桁架等采用钢筋混凝土结构;排架结构,即由屋顶、钢筋混凝土梁和柱作为主要承重构件,屋顶和柱顶之间是铰接的建筑结构;框架结构:即由现浇的钢筋混凝土梁、柱、板作为主要承重构件,梁和柱之间是刚性连接,构成了一个整体钢架。
1 楼房类建筑物拆除方法
楼房类建筑物的拆除方法主要有:人工法;机械法(吊车锤拆除法、吊车拆卸法、挖掘机拆除法;装载机拆除法);爆破拆除法(钻孔爆破法;水压爆破法;水孔爆破法;糊炮爆破法);综合拆除法等。在诸多的拆除方法中,应用最多、最广的便是爆破拆除法。
2 楼房拆除爆破的基本原理
在进行楼房爆破的设计与施工过程中,需根据爆破对象的介质特性、结构尺寸和边界条件,爆区环境,安全要求等条件进行设计。与普通工程爆破相比,城市楼房拆除爆破有其特殊性,在设计和施工中应遵循以下四个基本原理:微分原理、等能原理、失稳原理、缓冲原理。
微分原理:合理地确定孔网参数、用药量以及装药结构,使炸药均匀地分布到被爆破介质中,形成多点分散的布药形式,防止能量过于集中,这一设计原理称为微分原理。有人也称之为多打孔,少装药的设计方法。
等能原理:根据被爆破物状况、环境条件及工程要求,优选爆破参数,以期使每个炮孔内炸药爆炸释放出的能量与该孔周围介质达到预期爆破效果所需的能量相等,这一原理称为等能原理。
失稳原理:爆破拆除楼房等建筑物的爆破设计指导思想是:分析被拆除物的受力状态,然后爆除结构物的某些关键承重部位,使之失去承载力,结构物整体失去稳定性,在其自重作用小坍塌或倾倒,这一设计思路为失稳原理。
缓冲原理:选择合理的装药结构或适宜的炸药品种,缓和爆轰波峰值压力对介质的冲击左右,使爆炸能量得到合理的分配和利用,以期达到减少爆破危害、改善爆破效果的目的,这一原理称为缓冲原理。
3 楼房类建筑物的爆破拆除方案
楼房类建筑物爆破拆除,主要应用失稳原理确定布孔范围,应用微分原理确定孔网参数,应用等能原理确定单孔装药量,并设计可靠合理的爆破网路,使埋设在爆破缺口范围内各承重构件上的炸药按设计要求顺序起爆,迫使被拆除建筑物倾倒坍塌。在楼房拆除爆破中造成建筑物结构失稳的方法有三种:不同爆高法,不同时差法,重心移出法。
楼房拆除爆破的基本方案有:单向倾倒、单向折叠倾倒、双向折叠倾倒、内向折叠坍塌、原地坍塌等五种。
单向倾倒爆破:在拟拆除建筑物的底部布置一个三角形或梯形爆破缺口,缺破后,建筑物上部结构在重力作用下产生倾覆力矩,绕某个轴线转动,向预定方向倾倒、坍塌触地撞击解体破碎。
单向折叠倾倒爆破:在拟拆除的楼房内,布置两个或两个以上的同向爆破缺口,将大楼在竖向上分成几段,各缺口分次微差起爆或同时起爆,使建筑物失稳,各分段楼体在自重作用下向同一方向倾倒。
双向折叠倾倒爆破:在拟拆除的楼房内,布置两个或两个以上的反向爆破缺口,将大楼在竖向上分成几段,各缺口分次微差起爆或同时起爆,使各分段在自重作用下向不同方向坍塌倾倒。
内向折叠坍塌爆破:对于宽高比基本相等或平面尺寸的长度、宽度大于高度的建筑物,在被拆除建筑物内布置一个或多个内高外低的梯形爆破缺口。每个爆破缺口先爆中间、后爆两侧部位;有数个爆破缺口时,先爆上部缺口,后爆下部缺口,迫使建筑物向内倾倒坍塌。这种拆除爆破方案适用于被拆除建筑物四周场地较小,建筑物宽高比不大于一的框架结构楼房,砖混结构楼房等建筑物的爆破拆除。
原地坍塌爆破:根据被拆除建筑物的高度不同,布置一定高度的一个或多个爆破缺口,将缺口内的承重墙,承重立柱及部分横梁钻凿爆破孔,从上到下依次爆破各个缺口。建筑物在自重作用下坍塌触地并相互碰撞而解体。
4 影响楼房爆破拆除方案选择的主要因素
除选择合理的爆破方案外,主要影响因素便是被拆除楼房周围环境、楼房结构形式和尺寸。楼房一侧有不小于楼房高度的开阔场地,可优先采用工程量少的定向倾倒爆破方案;倒向侧场地大于楼房高度一半而小于楼房高度,且楼房宽高比较大,可考虑采用单向折叠坍塌爆破方案;楼房四周场地均不足楼房的高度,且楼房宽高比较大,可考虑采用双向折叠倾倒爆破方案;楼房四周场地均不足楼房的高度,若楼房宽高比较小,要考虑原地坍塌或内向坍塌爆破方案。
另外,考虑到冬季室内保温的需要,北方地区的楼房墙体较厚,南方地区的楼房墙体则较薄,地震多发地区楼房抗震性能较好,而有些地区则对房屋的抗震性能要求较低,这些因素在楼房爆破拆除设计中均应该充分考虑。
参考文献
1 冯叔瑜等.城市控制爆破.北京:中国铁道出版社,1987
2 杨人光等.建筑物爆破拆除.北京:中国建筑工业出版社,1985
3 金骥良等.拆除爆破设计与施工.北京:中国铁道出版社,2004
【关键词】风景园林工程;大树移栽;注意事项
在进行树木移植时,要按照当地的气候条件和树木自身的情况采取对应的方式,合理地运用有效的技术,运用科学的移植技术和装运技术,才能有效的提高树木成活率,促进风景园林的绿化效果。
一、大树移栽的基本原理
大树移栽要多方面考虑来进行树种选择,包括设计要求、树木的规格、是否适合栽种等等因素,在树木规格中又包括树木的胸径、树高、冠幅、树形、树相、树势、分枝点高度等。选树时不要盲目追求高大,尽可能地选用生长健壮的乡土树种。按照园林生态学的“生境相似性原理”,从光、温、水、气、热等气候因子和土壤条件、海拔高度以及周边环境因子等方面进行综合考察比对,将生境差异控制在树种可适生生长的区间范围内。
1、树势平衡原理。树势平衡是指树木的形态长势上下部分能分须平衡。在移植树木的时候,如果树根受到了伤害,就应该按照根须分布的情况,进行适当的处理,才能保证树木的地上部分和地下部分的生长形态达到平衡。因为提供根部发育的物质主要来源于地上的部分,对树枝进行过多的修理不但影响了大树的美观性,还会对根部的生长情况造成影响。而且若地上部分的枝条和树叶太多,这样植物水分的散失量就会远大于树根的吸水量,导致植物因脱水而死亡。所以维持树木形态长势的平衡是十分重要的。
2、近似生境原理。大树的生态环境是指气候环境和土壤环境的结合,是一个综合性的结构。假如把山地上的树木移栽到平地,把生长在亚热带地区的树木移植到热带地区,环境条件相差巨大,就会使移植的成功率较低。假如移植后的环境比之前的生存环境要好,那么移植成功率就会提高。所以,移植的生存环境应该与原植地环境相似。
二、风景园林工程中大树移栽的注意事项
1、注意大树移植的时间。大树移栽最适宜栽植的时间就是大树休眠期,休眠期一般是在春季萌动前和秋季落叶后,这是最适宜栽种的最佳时期,可以提高成活率。部分城市改、扩建工程中的大树移栽,可在生长旺季选择连续阴天或降雨前后进行,但要加大土球、加重修剪,同时注意遮荫保湿;需带大土球移栽较难成活的树木时,可在冬季土壤封冻时带冻土移栽,但要避开严寒期并做好土面保护和防风防寒处理。在移栽大树的时间选定上也与大树的成活率有着密切的关系。在春天发芽前以及秋天树木落叶以后进行移植是最佳时期。如果根据情况需要,要在夏天进行移栽,就应该选择在阴天或者下雨前后来进行移栽。
2、移植过程中要注意移植树的方向。遵循植物生长的科学规律是移栽大树的基本原则。自然环境生长的树木都有方向性,根据向光性的不同,其生长的形态也会不同,朝阳的树冠明显大于阴暗部分,叶片也会比较大,根部也更加结实。因此,在移栽树木之前要考虑到植物的方向性,这样可以提高树木成活率。
3、大树处理。对移植大树的处理也要做到细致,专业人员根据树种的移植成活度判断是否做断根处理,截冠处理和提前囤苗。对于圃地中干径
4、挖树和包装。在我国目前现状来看,挖掘和包装的方法一般都采用人工挖掘软材料包装移栽法,适用于挖掘圆形土球和胸径为10-15cm的乔木,用草片或塑编材料加草绳包装,打包材料必须达到捆紧捆牢的目的。寒冷地区可采用冻土移栽法。落叶乔木一般采用休眠期树冠重剪、尽量保留较大较多根系的移栽方法,这样挖掘包装相对容易。但秋季移栽的树要待第二年春季再行修剪,以防枝条截口部位因冬季失水枯死而无替代枝。
5、注意大树移栽的起苗技术。起苗技术的步骤应该包含下面 4 点。①挖树之前必须将树干包扎压实,不让树木受到伤害。因为,在以往有很多移植过程中导致树木死亡的大部分是因为树皮受到伤害而造成的。②要在离树根中心 120 厘米的位置进行挖掘,挖掘的方式应该是竖直向下挖,遇到较粗的树根时应该用手锯割断,这样能避免根部受到伤害。③在推倒树干的时候一定要做到不伤害根须。④在紧密包扎好树木之后再运输,包扎是一个十分重要的环节。
6、做好大树移植的运输工作。大树的运输是一个非常重要的因素,它的成败关系到大树的成活机率,关系到施工质量等等多个方面,所以一般的大树移栽都采用吊车装卸、汽车运输的办法。但对于距离较近、数量不大的树木,可用吊车、装载机、挖掘机等直接吊移。树木装进汽车时,要使树冠朝向汽车尾部,根部靠近驾驶室。树干包上柔软材料放在木架上或车厢后板上,用绳索扎紧,树冠也要用软绳收拢覆盖遮阳网。土球下垫大木板或其它固定物,然后用绳子将土球缚紧在车厢两侧。装车、运输、卸车时都要保证不损伤树干、树冠及根部土球。长途运输或非适宜季节移栽转运时,还应注意采取在起运之前喷洒抑制蒸发剂、遮盖、防风、防震等措施,遇大雨时应防止土球淋湿。树木移植中最重要的过程就是装运。在实际调查中发现,搬运过程中往往是树木受到伤害最大的环节。应该采取有效的方式把树冠进行固定才能做好保护工作。
三、结束语
风景园林绿化代表着一个城市的美观形象,是城市建设中必不可少的。移栽树木是风景园林绿化最有效的方式,也能更好地保护各种老树。因此,对非常有必要对树木移植进行探讨分析。
参考文献
周启星,1963年5月23日出生于浙江,现任南开大学环境科学与工程学院院长,教授,博士生导师。他在环境学科领域孜孜不倦、忘我工作,建树颇丰。作为我国环境学科的“领头羊”之一,周启星教授始终站在环境学科的制高点和学术前沿,提出了一个又一个科学问题,解决了一个又一个技术难题,尤其对陆生生态毒理学有着深邃独特的造诣,不仅大大丰富了生态毒理学的理论,更为我国的环境保护与可持续发展做出了突出贡献。
生态毒理学是研究外源化学、物理和生物因素对生物体和环境生态系统的损害效应及其机理,以及预防、救治或改善措施的综合性学科,是环境基准研究和环境标准制定与修订的基础,是实施污染控制的工具。因此,它实际上是“可持续发展”战略的一种技术支撑。几乎所有在1980年代欧美各国出台的环境标准与管理方法中都需要生态毒理技术,如土壤质量标准的制定与修订,水质标准的制定与修订,化学品和排放物的安全性评价,产品生物降解能力测试,生物技术产品的管理,污染治理与修复的效果评估等,都需要生态毒理学参与并起着关键的技术支撑作用。当前,面对日益严重的环境复合污染的健康风险评估、新物质与新型材料(如纳米材料)以及转基因产品等的生物安全性与生态风险、中医药产品毒性评估等新问题时,毫无例外地需要生态毒理学知识和技术作为支撑。因此,有必要做好生态毒理学学科发展与建设的顶层设计,给予生态毒理学学科及其应用更准确的定位。
周启星教授对生态毒理学理论的最大贡献,是他总结、归纳并提出了生态毒理学的五大基本原理:1、环境毒物的剂量一效应关系原理;2、环境毒物的结构一活性相关原理;3、毒理作用的多层次效应原理;4、毒理生态动力学原理5、环境毒物的生态适应性原理。这五大基本原理的提出,对于深化生态毒理学研究以及在环境保护领域的多层次应用,产生了积极而广泛的学术影响。他还丰富和发展了生态毒理学的学科体系,指出:生态毒理学的基本分支学科是理论生态毒理学、实验生态毒理学和应用生态毒理学,理论生态毒理学涉及大气生态毒理学、水生生态毒理学、陆生生态毒理学,植物生态毒理学、动物生态毒理学、微生物生态毒理学、分子生态毒理学等则归属实验生态毒理学,工业生态毒理学、农业生态毒理学、矿区生态毒理学、城镇生态毒理学以及军事生态毒理学等应该属于应用生态毒理学的组成范畴。
他对陆生生态毒理学有着系统而高深的研究,并取得了多项具有明显创新意义的成果。首先是,他通过大量实验研究,阐明并揭示了复合污染生态效应与污染物之间的复杂关系:复合污染生态效应不仅仅只与污染物或污染元素本身的化学性质有关,更为重要的是,取决于其存在的水平及其浓度组合关系;与生物种类或生态系统类型有关;还与作用的生物部位有关。他首次提出并证实了复合污染生态效应是矢量而不是标量,复合污染生态效应赋予了作用的方向和反应的模式。他对复合污染有着深刻的理解,指出:复合污染的基本内涵:1、一种以上的污染物同时或先后进入同一环境介质或生态系统同一分室2、污染物之间、污染物与生物体之间发生交互作用;3、经历化学、物理化学过程、生理生化过程和生物体发生中毒过程或解毒适应过程等三个阶段4、产生抑制、促进或独立效应。特别是他通过实验修正了教科书中一直沿用的“协同作用”和“拮抗作用”原有定义中不完整甚至错误的提法,认为当总效应大于单独作用时效应总和,常常出现多种反应模式,至少包括正向促进/逆向促进、正向促进/逆向抑制、正向抑制/逆向促进等三大类作用情形,其中,只有正/逆促进可谓严格意义上的“协同作用”;同样,尽管总效应小于单独作用时效应总和,通常也出现3种反应模式,其中只有1种作用情形可谓严格的“拮抗作用”。他还在实验基础上归纳出“互作态”的新概念并赋予定量化内涵与定义;发现复合污染生态效应不仅存在“危害延时”现象,而且存在“危害增时”作用,即复合污染可导致某些污染物对生态系统的作用、危害时间延长。
周启星教授还把生态毒理学原理和研究成果运用到土壤环境质量基准的研究中。早在1987年,他就提出了一整套土壤环境质量基准研究与推导的方法,包括:生物生态效应方法、土壤环境背景值方法和食品卫生标准反推法。他用了整整四年时间,在基于土壤环境背景值研究成果基础上,在考虑作物生态效应后,提出了中国土壤镉、汞、铅、砷和锌等重金属的环境质量基准值,为我国土壤环境质量标准(GBl5618-1995)的建立、制定和颁布提供了科学依据,并做了大量实际工作。为了使获得的土壤环境基准更为反映环境污染实际,还开展了农业环境复合污染条件下相关的土壤质量基准研究,推导、提出了复合污染条件下重金属污染物、典型有机污染物的土壤环境质量基准值。近年来,周启星教授还对我国农业土壤中新型农药、抗生素和多溴联苯醚等典型新型有机污染物的环境质量基准进行了大量实验研究,掌握了第一手资料。
鉴于我国土壤重金属和有机污染日益严重以及场地污染大量存在的情况下,周启星教授在我国率先提出并开展了污染土壤修复基准的系统研究,并成为我国这一研究领域的开拓者。2003年以来,他在我国首次提出了开展污染土壤修复标准建立的方法体系研究的设想。他多次呼吁在我国建立污染土壤修复标准,以填补我国这一领域的空白。特别是,他再次运用生态毒理学原理和研究成果,推导、提出了我国污染土壤中一些典型污染物的修复基准的建议。为我国今后建立污染土壤修复标准打下了坚实基础。
至今,周启星教授成功组织了多次与生态毒理学及其应用相关的国际、国内学术会议,包括首届污染生态化学与生态过程国际会议、第二届污染生态学国际会议、首届土壤环境基准国际研讨会、多次全国污染生态学大会以及中国科学院污染环境修复基准研究学术研讨会等学术会议。还作为执行主席之一,成功组织了“污染土壤修复与生态安全”第212次香山科学会议。特别是,作为主要建议人,他还提出了“东北老工业基地环境污染形成机理与生态修复”和“环渤海地区复合污染、生态退化及其控制原理”的973项目建议,并得到认可和有关方面批准,这对于我国这两个经济与社会发展最为关键地区的生态安全具有重要的现实意义。
关键词:生态;景观;城市设计;
1、对城市生态设计的理解
1.1概念
生态学一词来自希腊语“oikos”与“logos”,前者意为“住所”或“生活所在地”,后者意为学科研究。因此,生态学可以理解为关于所有生命形式及其生存环境之间关系的学问。
生态观的城市设计在本质上是一种系统认识和重新安排人与环境关系的人类生态规划。它规划的是自然――社会――经济复合系统,这个系统也具有一般系统的特征,生态观城市设计的研究集中体现了生态建筑学的多学科性,需要自然科学、社会科学的专业人员及当地管理、决策人员的良好配合。生态观城市设计(Urban Design with Ecological Concepts)就是:运用生态学知识和原理,以事实和概念为依据,通过创造性地参与自然过程,把城市设计对“体型环境”的艺术布局、土地利用与自然景观结合考虑的一种人工景观的创造,落实到城市物质环境的改变上,探讨改善系统的功能及内在机制,使所建立的生态系统能实现人类与环境的持续发展。生态观城市设计所谋求的人类聚居环境的景象,应该是由不同生态元素的群落聚居的集合体,其核心为城市。
1.2城市化与城市生态危机
城市是工业化和经济社会发展的产物,人类社会进步的标志。我国是近10年来,全球土地利用变化最大、最明显的国家,其中人为原因造成的土地利用变化占了相当大的比重,中国也是全球土壤侵蚀最严重的国家之一,土壤侵蚀面积约为130万平方公里;土地沙化面积以每年1000-1200平方公里的速度递增;而城镇化过程中占用耕地使良田以每年约1.5%的速度衰退。由此伴生的植被退化、气候变暖、风沙加剧、土地干旱等等问题,已经直接威胁到我国的粮食、生态、环境安全,并间接危及淡水资源和人民健康。
2、 景观生态规划与设计
2.1基本概念及景观要素
景观(landscape):是一个由不同土地单元镶嵌组成,具有明显视觉特征的地理实体;它处于生态系统之上,大地理区域之下的中间尺度,兼具经济、生态和美学价值。一个景观应该具备下述四个特征:①生态系统的聚合;②各生态系统之间的物流、能流和相互影响;③具有一定的气候和地貌特征;④与一定的干扰状况的集合相对应。
景观要素有三种基本类型:斑块(patch)、廊道(corridor)和基质(matrix)。
2.2景观生态学的基本原理
(1)景观结构和功能原理。每一个景观都是异质性的,在不同的斑块、廊道和基质之间,种、能量和物质的分配不同,相互作用,即功能也不同。
(2)生物多样性原理。景观异质性使稀有的内部种的多度减少,边缘种和要求两个以上景观要素的动植物种的多度增加,因此景观异质性可提高物种共存的机会。
(3)物种流动原理。物种在景观要素之间的扩展和收缩,既影响到景观异质性,也受异质性控制。
(4)营养再分配原理。由于风、水或动物的作用,矿物营养可流出或流入某一景观,或者在一景观的不同生态系统之间再分配。景观中矿物营养再分配的速度,随干扰强度的增加而增加。
(5)能量流动原理。在景观内,随着空间异质性的增加,会有更多的能量流通过景观要素之间的边界。
(6)景观变化原理。在不受干扰的情况下,景观水平结构逐渐向同质性方向发展,适度干扰可增加异质性,而严重干扰则在大多数情况下使异质性迅速降低。
(7)景观稳定性原理。稳定性是指景观对干扰的抗性及其受干扰后的恢复能力。从景观要素来说,可分为三种情况:①当某一景观要素基本上不存在生物量时,该系统的物理特性极易变化,不存在生物多样性问题;②当某一景观要素生物量较小时,则该系统对干扰的抵抗力较弱,但恢复力较强;③当某一景观要素生物量很高时,则对干扰的抵抗力强而恢复力弱。作为景观要素整体的景观,其稳定性取决于各种要素所占比例及其空间格局。
2.3景观生态规划设计实践
景观生态规划是以一种多学科知识为基础,运用生态原理和系统分析技术,为科学地管理和最佳利用土地,保证人、植物和动物及其赖以生存的资源都有适宜生存或存在空间的土地利用规划。景观生态规划是在景观规划和生态规划的基础上发展起来的。目前,多数的景观生态规划实际上就是基于生态学分析途径的景观规划,即广义上的景观生态规划(俞孔坚,2005),但也有一些工作是基于景观结构与过程、或景观格局与功能分析基础上的景观规划途径,属于狭义上的景观生态规划。我们来看下面的实例,单纯的用钢筋混凝土来防洪存在很多弊端,而从生态方面考虑,将防洪提设计成城市景观的一部分,成为城市绿地的一部分,人的休闲场所。不仅满足了工程的需要,更体现了其生态功能。
3、 结束语
城市景观生态设计是城市可持续发展的有力支持,在城市工业化和城镇化加速发展的今天,城市环境也在日益恶化,生态失衡进而影响物种消逝等连锁反应。联想到广西的实际情况,以南宁市为例,南宁现已坐享“中国绿城”的美誉,种有上百种树木的市内主干道民族大道两侧满目葱茏,如胡须般的榕树气根垂直悬挂,藤萝缠绕的攀援植物与乔木灌木和草地结合形成森林景观,漫步其中犹如置身密林。南宁的邕江犹如一条绿色飘带,形成廊道,各大小公园点缀在城市之中,南湖大面积的水面影响到一个城市的小气候,降低了市区的热岛效应,城市的肌理相当丰富,“中国绿城”名副其实。在景观设计方面要以人为本、以自然为本,要善于充分利用山水资源,把自然资源与景观、城市基础设施建设和环境保护有机结合起来,构建一个以城市园林系统为基础、自然环境为载体、基础设施为框架、历史文化为脉络、城市景观为形象的人与自然和谐发展的城市空间和宜居的人居环境。
参考文献:
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[3]刘先觉等著.生态建筑学[M].中国建筑工业出版社,2009.5
“AAA测试”就是高水平大学自主选拔学业能力测试(英文名称为Advanced Assessment for Admission,简称AAA),是由上海交通大学、中国人民大学、中国科学技术大学、西安交通大学、南京大学、浙江大学和清华大学共同发起,共同委托专业考试机构组织的高中毕业生学业能力测试。
AAA测试的科目主要包括:阅读与写作(Reading and Writing)、数学(Mathemetics)、自然科学(Natural Science)、人文与社会(Humanities and Social Sciences)。人文与社会测试内容包括但不限于高中政治、历史、地理的教学内容。
二、AAA测试地理部分的命制特点
地理试题属于人文与社会板块,命题的形式主要有选择题和简答题两种。纵观近几年的AAA试卷及样卷,AAA测试地理部分的试题主要有以下几个方面的特点。
1.试题情境生活性
试题情境生活性是AAA测试的一个显著的特点,从近几年的试题和样卷看,试题的情境都是取自生活,强调在现实生活中的能力考查。测试的每个单元都创设了一个真实的生活情境,一般是一段简短的文字,加上一张表格、图表、统计图、图片。测试的任务常常是在曲线图、图示或者表格中查找信息、描述表或曲线图中信息的组织方式、解释文中不同部分之间的联系,比较文字部分和地图之间的关系等,根据情境素材设计3~4个小问题测试学生。这种试题情境的生活化加强了学生关注生活、从生活实景中进行分析,将学科知识、方法技能应用于生活中的能力。例如2010年样卷,第一组题以生活中的常见的日出、日落的方位为情境考查地球运动知识及空间距离计算技能;2010年样卷的综合题以生活中常见的自然灾害“台风”为情境;2011年综合题以目前面临的生态环境问题全球变暖为情境等。
2.试题立意三维性
所谓立意,是指试题是围绕哪个主题展开,引导学生关注何种现象,体现怎样的能力考查主旨,达到哪些目的等。AAA试题通过知识、能力、态度三个维度来描述和评价学生地理学科素养。
第一维度:知识。地理知识既是地理学科的基本内容,也是培养学生能力的载体。通过基础知识的理解与运用来考查学生的基本能力是AAA试题命制的主要方法。纵观近年来的AAA试题,可以发现,对地理知识的考查主要对地理主干知识进行考查。如地球视运动、天气与气候、洋流、自然灾害、地理环境的整体性与区域差异性、环境问题与可持续发展等。
第二维度:能力。AAA对地理能力的测试与高考对地理能力的测试侧重点不同,高考主要考查考生获取和解读信息能力、调动和运用知识能力、描述和阐释事物能力、论证和探讨问题能力。AAA测试考查的核心是科学探究能力,主要是指识别科学问题、科学地解释现象、有根据地得出结论的能力,其基础是逻辑推理和批判性分析能力。
第三维度:态度。高考地理学科主要对地理基础知识、地理原理、规律以及四个方面能力的考核,而完全忽视了对学生情感、态度、价值观的考查。AAA测评“考点为学生的阅读量与知识面,对人文与社会问题思考的深度、审美能力,并对学生的情感、态度、价值观进行一定的描述。”从其考试说明可以看出,AAA测评不仅重点考查“知识”、“能力”,并对“学生的情感、态度、价值观进行一定的描述。”从近年考查情况看,AAA对情感方面的考点是对考生的对待科学的兴趣、对科学探究的态度、对自然资源与环境有意识地采取负责任行动以及伦理观的考查。
例如,2010年样卷。阅读资料,完成8~10题。
当低纬地区海水表面温度超过27.5℃的时候,空气的扰动(如局部雷电等)就会导致热带气旋在该海域诞生。热带气旋在低纬海区移动过程中,可能逐步加强发育成强热带风暴,直到台风、强台风。它们到达人类活动的海域以及滨海地带形成灾害性天气,给人类生命财产造成巨大危害。有人设想:对热带气旋经过的海面进行人为干预来限制其加强的过程,降低台风、强台风形成的几率,减轻此类灾害性天气带来的危害。
8.试说明热带气旋移动过程中加强的大体过程。
9.扼要阐述人为干预海面限制热带气旋加强过程的基本原理。
10.简述你对这种设想可行性的看法。
【参考答案】
8.从途经的表面温度超过27.5℃的表层海水获得能(热)量、水蒸气;所获得的能量和水蒸气大于消耗量;其中心的气压逐步下降,与周围的气压梯度随之加大,强度得到加强。
9.通过降低热带气旋所经过海面的表层水温,使得其获得的能量和水蒸气的补充量都低于其消耗量。
10.(说明:无论赞成还是不赞成,只要言之成理,均可以得分,最高不超过6分。)
赞成:可以通过机械措施,如使深层海水和表层海水混合,达成热带气旋经过海面降温的目标。将预防灾害天气和进行救灾的费用,预先用在海面干预中。不赞成:首先,热带气旋移动路径有较大不确定性,且当我们通过人工干预,使得一个区域的表层海水温度发生变化时,就同时改变了近海面的气压场的态势,势必也就干预了热带气旋运行的路径。其次,干预措施将耗费巨大的物力,极可能得不偿失。第三,这样的干预本身,还可能引发目前无法预见的变化。
【解析】从试题的情境看,台风是我国东南沿海地区常见的自然灾害,其出现频率高,影响范围广,造成损失大,是学生生活中比较熟悉的自然现象,体现了“考查生活中的地理”理念;从考查知识的立意看,以台风为例,考查大气运动相关的地理规律、地理原理、基础知识;从考查能力的立意看,通过提供充分的、翔实的文字材料,给考生交代了台风的形成过程、形成的条件,考查学生自主学习的能力以及运用知识探究解决实际问题的能力;从考查情感、态度的立意看,通过“简述你对这种设想可行性的看法”问题,考查考生对待科学的态度以及考生对干预自然灾害的意愿。
3.答案设置开放性
开放性的答案能为学生提供充分想象的空间,有利于培养学生的发散性思维,而且也能充分尊重学生的个性,有利于学生的心智发展。例如上例中的“简述你对这种设想(指人为干预台风)可行性的看法”,既可以答赞成,也可以答不赞成,“只要言之成理,均可以得分”。再如2011年AAA试题:阅读资料,完成11-12题。
2009年以来,北冰洋海域永久性冰盖的范围大幅度退缩,浮冰平均厚度变薄。
11.分析北冰洋冰盖退缩对国际贸易产生的影响。
12.简述北冰洋海域冰情变化对生态环境的影响。
这两个问题的答案都是开放的、不确定的、非标准的,至于北冰洋冰盖退缩对国际贸易究竟有什么影响也是仁者见仁,智者见智,无一定论,只要言之有理,都可以得分。总体来看可能产生下列影响:随冰盖厚度变薄融化,北冰洋沿岸航线开通,将大大缩短北半球亚欧大陆和北美大陆中高纬度国家海上航线的的距离;大大提高海上运输的通过能力,苏伊士运河和巴拿马运河通过能力有限,北冰洋沿岸航线的开发将大大提高世界海上运输的通过能力,缓解通过两运河航线的压力;在很大程度上改变世界海上运输线的分布格局,形成新航线和新的港口如奥斯陆、雷克雅未克、摩尔曼斯克将发育成更高级的港口城市,美国和加拿大北冰洋岸的一些有海运条件的沿海城镇也会发育成港口城市;随着北冰洋沿岸航线的开发,北冰洋沿岸附近地区的资源将得到开发,形成新的工矿业区和北冰洋沿岸工业地带;随航线开发,北半球资源、经济联系更加紧密,从而加剧南北半球的差距,等等。
4.评分标准层次性
选择题部分采用层次得分的方法是AAA测试评分标准的的一大亮点,和传统高考地理试卷的评分标准相比较有非常大的进步。选择题答题说明为“每小题设四个选项,每一选项的分值可能为0、1、2、3分。请选出你认为最符合题目要求的一项。多选该小题不得分”,从说明可以看出,考生选择不同的答案,具体得分不同,并不是传统高考的选择题要么满分要么0分。这样的采分标准体现了对考生思维层次的认同与尊重,更能体现“以人为本”的教育思想,充满了对考生每个智慧都给予肯定的新课程理念,更为选拔性考试追求其有较高的区分度展示了样本。例如,2010年AAA样卷:
45°N纬线穿越图1所示区域。L地的观测者于3月21日看到太阳在M地落下的时间恰为16时(地方时)。判断:M地相对于L地的方位及L、M间的距离约为
A.270°,1720m
B.240°,2410m
C.300°,1204m
D.240°,1720m
该题的得分标准为:
A.1分 B.3分 C.0分 D.2分
正确答案是B,答B者的满分;答D者,方位判断正确,距离没有判断对,得2分;答答A者,虽然方位和距离不正确,但两者有实际都比较接近,说明考生的答题方法可能正确但运算的过程某个环节出现了问题,导致答案与实际有一定的偏差,得少部分的分数;答C者,方位和距离都不正确,说明知识和能力都没有达到要求,理所当然不能得分。
三、备考策略
AAA考试说明这样写道:“AAA测试的命题以现行中学教学大纲为参照,重点在于考查学生对于知识的综合应用能力和学习能力,以不超出中学大纲的知识为主要考查目标。”针对考试说明的要求结合实际试题情况,笔者认为,在复习应考中应注意以下几个方面。
1.重视高中地理必修部分主干知识的复习
“AAA测试的命题以现行中学教学大纲为参照,以不超出中学大纲的知识为主要考查目标”要求考生在平时备考中,还是要立足于中学教学,把必修部分的地理基础知识、基本原理掌握熟,理解透,把地理原理的来龙去脉弄清楚,而不是机械记忆地理事实。例如在复习热力环流时,很多学生只记住“热低压,冷高压”的结论,以为两地相比较,只要气温低,则气压就高;气温高,则气压就低。其实“热低压,冷高压”的结论是有条件的,是热力作用的结果,如果不是热力作用就有可能出现“热高压、冷低压”的情况,例如副热带高压带,夏季时气温高,气压也高,因为副热带高压的形成不是热力原因,而是动力原因。在复习地球运动时,地球运动产生的现象也要结合现实生活理解深、理解透,并学会运用相关知识解释、解决实际问题。这样,才能适应AAA测试的要求,达到为顶尖高校选拔顶尖人才的目的。
2.适当拓宽知识广度和深度
虽然“AAA测试的命题以现行中学教学大纲为参照,以不超出中学大纲的知识为主要考查目标”,但考试的难度较大,要求考生要有非常深厚的知识基础,这就要求考生在平时的复习中应适当拓宽知识视野。从上述例题可以看出,清华大学的自主招生重视自然地理基本规律、基本原理的考查,因为这样能够更好地考查考生理性的逻辑思维能力及运用地理原理(或假设)分析、探究地理现象的能力。鉴于此,平时复习中应适当增加一些有关大气、地质、地貌、水文等知识,以拓展考生的知识广度、深度等。具体来讲主要增加下列内容:地-气系统辐射差额分布规律及原因分析;河流地貌;戴维斯侵蚀循环学说;风化壳基本类型及其特征;土壤剖面形态等。
3.关注社会热点、关注全球生态
2011年,考查北冰洋海域永久性冰盖的范围大幅度退缩,浮冰平均厚度变薄,对国际贸易和生态环境的影响。全球日益变暖,引发的问题一直都是人类非常关注的问题,本组题就是以北冰洋海冰的融化,来说明全球变暖对人类活动的深刻影响。鉴于这种情况,考生在应考复习时应关注全球或地区的生态环境问题;关注我国的生态工程的建设等。具体主要包括:全球变暖、厄尔尼诺现象、拉尼娜现象产生的机理及其对全球或区域地理环境的不良影响;关注我国生态议题“东海西调”工程;关注我国一些地区退耕还林、还草工程;思考三峡建成后对地区气候的影响;极端天气多发的原因探究等。对于生态问题可以从产生的原因、形成的机理、个人的态度、产生的影响等方面思考。例如,2010年11月5日,“陆海统筹海水西调高峰论坛”在乌鲁木齐市召开。论坛上关于“海水西调引渤入新”的建议引发广泛讨论。此设想是通过大量海水填充沙漠中的干盐湖、咸水湖和封闭的构造盆地,形成人造的海水河、湖,从而镇压沙漠。根据这个议题可以思考以下几个问题:
(1)从地理角度分析该工程建设可能遇到的主要问题。
(2)分析海水西调工程运营后改善西部地区生态环境的机理。
关键词 河流动力学;教学内容;实验教学;教学方法
中图分类号:G642.0 文献标识码:A 文章编号:1671-489X(2011)36-0041-03
河流动力学是水文与水资源工程专业重要的专业课,它的作用是使学生了解冲积河流在自然状态下以及受人工建筑物影响以后所发生变化的基本特性。按研究的角度和特点,河流动力学可分为泥沙学和河流学两个子领域[1]。河流动力学在水库建设、大江大河治理、工程泥沙、水资源开发利用、水环境保护及农业节水灌溉等方面具有十分重要的作用[2]。
2000年,桂林理工大学(原桂林工学院)在广西高等院校中率先设置水文与水资源工程本科专业,并开设河流动力学课程,以适应水资源开发、河流生态保护事业对人才的需求。该课程作为水文与水资源工程专业的专业主干课程之一,其地位十分重要,在2004年、2006年和2009年几次教学大纲修订中,河流动力学作为桂林理工大学水文与水资源工程专业核心课程的地位始终没有发生变化[3]。经过多年的发展和积累,河流动力学课程建设取得一定的成果,但如何面向广西乃至西南水资源开发,合理安排教学内容,提高课程的教学质量,是一项长期的、艰巨的任务。本文结合河流动力学课程改革与实践,从教材选取、内容优化、实验改进、方法革新等方面对课程建设进行研究。
1 合理选择教材,丰富授课内容
课程开设早期,采用的教材比较单一,使得授课内容有一定的局限性。针对此种情况,改变以往采用单一教材的局限性,融合多本最新的优秀教材,构建复合教材体系。目前可用于本科生教育的河流动力学教材主要有以下几本。
1)《河流动力学》(张小峰等,中国水利水电出版社,2010)[4]系统介绍河流动力学的有关理论,分别阐述河流泥沙来源、泥沙运动、流域侵蚀、河床演变、河道观测和河床冲淤变形模拟方法等内容。
2)《河流动力学》(陈文彪等,武汉大学出版社,2007)[5]主要包括河流动力学的研究对象、学习河流动力学的方法、推移质运动、悬移质运动、悬移质含沙量沿水深的分布、蓄水库中因挟沙水流而形成的异重流、水库淤积和坝下游一般冲刷的计算等方面的内容,着重基本概念的阐释,对若干问题提出作者的论点和分析的方法。
3)《河流动力学概论》(邵学军等,清华大学出版社,2005)[6]系统地阐述泥沙运动力学和河道演变的基本原理,内容包括河流系统与人类活动、泥沙颗粒基本特性、床面形态及水流阻力、推移质运动、悬移质运动、河道演变的基本原理、冲积河流的河型、数字河流、河流动力学研究展望。本书可以帮助学生掌握泥沙运动和河道演变方面最基本的知识。
4)《河流动力学》(王昌杰,人民交通出版社,2004)[7]主要内容包括泥沙性质、推移质运动、悬移质运动以及异重流、平原河流河床演变、潮汐河口河床演变以及河床演变分析与河床变形计算,着重基本概念的阐述,并顾及前后课程的衔接。
5)《河流泥沙动力学》(张瑞瑾,中国水利水电出版社,1998)[8]系统阐述河流水力学基本原理,泥沙的特性、沉速、起动、沙波运动,推移质和悬移质运动及计算方法,高含沙水流和异重流等,重视基本概念和理论与实际结合,深入浅出,便于自学。
综上所述,每本教材由于编写体系不同、侧重点的差异,都有自身的优势。在综合几本教材优点的基础上,结合专业发展实际,选择《河流动力学概论》(邵学军等,清华大学出版社,2005)为主,以《河流动力学》(张小峰等,中国水利水电出版社,2010)和《河流动力学》(陈文彪等,武汉大学出版社,2007)为辅的复合教材体系。
2 优化课程内容,拓宽学生视野
改变以往采用单一教材的局限性,吸收、融合多本教材的内容,并使之成为较完整的体系,优化课程内容。目前的授课内容主要以《河流动力学概论》(邵学军等,清华大学出版社,2005)教材为框架,在河流系统与人类活动和冲积河流的河型章节中穿插介绍《河流动力学》(张小峰等,中国水利水电出版社,2010)中的流域侵蚀和河床冲淤变形模拟方法相关内容,而在悬移质运动部分增加《河流动力学》(陈文彪等,武汉大学出版社,2007)中的蓄水库中因挟沙水流而形成的异重流、水库淤积和坝下游一般冲刷的计算,并增加《中国岩溶地下河系及其水资源》(郭纯青,广西师范大学出版社,2004)[9]中岩溶地下河的内容,同时精简数字河流、河流动力学研究展望两个章节的内容。优化后的课程内容,既做到主次分明、层次清晰,又吸取不同教材的精华。
此外,河流动力学是一门多学科交叉的学科,广泛应用水力学、水文学等学科的原理和方法处理问题,主要研究水流与河床的相互作用规律,这使得部分教学内容与水力学、水文测验等课程的内容有所联系,因此,在授课过程中注重河流动力学与相关课程之间的衔接。例如,在河流动力学教学中,学生对泥沙运动驱动力的理解有一定难度,为了改善教学效果,在讲授河流动力学时,适当介绍水力学中与泥沙运动水流阻力有关的力的分解及水流能量等基本概念和基本知识。
河流动力学是新兴的学科,随着水流流速、泥沙含量测量等新技术手段的出现,以及新的泥沙运动理论的提出,河流动力学的一些授课内容也将随之变化发展。因此,介绍当代学科发展的前沿领域十分必要,可以引发并增强学生深入学习的兴趣。为此,在注重传授泥沙运动、水流阻力、河床演变等基本原理、基本概念、基本知识的基础上,充实反映本学科研究新进展的内容,如深入浅出地介绍河流动力学研究进展及其前沿的有关内容,拓宽学生的视野。
3 改进实验教学,提高学生实践能力
实验是理论的来源和基础,实验教学有着理论教学不可替代的地位,课程实验的目的不仅要加深对理论知识的理解,而且要利于实验技能的提高和综合能力的培养。河流动力学也是一门实验科学,实验在河流动力学的教学中占有十分重要的地位。为巩固所学内容,培养学生动手操作和解决实际问题的能力,本课程开设有课程实验和实习。
由于课程开设之初的实验多为验证型和操作型,内容较简单,虽然易于学生操作,但不利于发挥他们的主观能动性。例如粒径计法泥沙颗粒分析实验,教师在实验前的准备工作较繁杂,而学生实验时得到动手能力锻炼的机会较少。另外,有些实验项目不便于学生将所学的专业知识系统化,难以激发学生将专业理论应用于实践的探究热情和对该学科的好奇心,如泥沙吸附重金属迁移转化动态模拟实验。
因此,改进实验内容,增加特色实验和自主创新实验十分必要。首先,实验项目由验证性实验向综合性实验转变。例如,利用土壤侵蚀与流域产沙模拟装置,将流域产沙、泥沙起动、河床演变等实验项目整合成一个大型的综合实验――水流挟沙模拟实验,这样不仅增加实验项目之间的联系,有利于学生对专业知识系统化理解,也能较大程度地锻炼学生的动手能力。其次,增加设计性实验项目,充分发挥学生的创新设计能力。例如,利用岩溶管道水流模拟装置,由学生运用已掌握的岩溶地下河方面的基本知识、基本原理,提出具体方案、拟定实验步骤,独立完成操作、记录、分析实验结果等,提高学生的动手和创新思维能力。最后,增加实验内容与现实之间的联系,如实地调查漓江河床演变特性和灵渠防洪排沙工程,有利于提高学生对实验的兴趣和参与热情。
3.1 特色实验
1)漓江河道演变实地调查。以桂林市区漓江河段为研究对象,实地调查市区河段的比降、断面形态、河床物质组成和河型,结合河流断面的水流流速、水流挟沙能力等因素的分析,研究市区河段河型的成因。
2)灵渠防洪排沙工程考查。考查灵渠水利设施各组成部分及河流动力功效,实地认识人工水利设施与河流动力作用的相关关系,初步掌握水沙流野外调查观察和人工水利设施防沙排洪功效。灵渠水利工程观察的内容非常丰富,主要包括铧嘴、大小天平、南渠、秦堤、北渠以及船闸、斗门等。它们的作用不同,但互相联系,构成一个统一的排洪分沙分水的整体。
3.2 自主创新实验
1)水流挟沙模拟实验。该实验采用土壤侵蚀与流域产沙模拟装置,该装置主要由人工智能控制组件、多变河曲组件、自动人工降雨组件及流量测量等综合集成,可完成实体比例仿真模拟流域产沙过程、泥沙起动、河床形态变化等任务,研究床面形态与水流条件、泥沙特性的关系,观察在不同水流条件和泥沙颗粒组成情况下床面形态的变化及其过程。
2)地下河运动仿真实验。该实验采用“岩溶管道水流模拟装置”,该装置由3部分组成:岩溶管道水流模拟实验台、岩溶管道水流模拟装置测试仪和计算机监控系统。其中岩溶管道模拟实验台由3个水箱组成,每个水箱从不同位置延伸出多个管道,每个水箱均可大范围独立升降,以便由水箱产生不同的水压力,形成不同的管道水流,另有4个流量计灵活测试各管道水流量。通过岩溶管道水流模拟,了解岩溶区内岩溶管道水系统和岩溶地下河系统内岩溶水运动过程,并进行地下河运动仿真模拟及相关的水量计算和评价。
同时,结合西南地区地表河流和岩溶地下河系生态与健康,将与河流动力学有关的科研成果转化成教学内容,让学生受惠于延伸的教学与科研平台。重视实践环节训练,注重培养学生的应用能力,将教学、创新、科研融为一体,全方面提高学生实践能力。
4 革新教学方法,提高学生自主学习能力
以灵活多样的教学手段组织和实施教学活动,以启发式、交互式、开放式教学方法贯穿教学活动始终。基本理论采用多媒体与必要板书有机结合的方式实现课程教学,习题和实验作为课堂教学内容的补充与延伸。
1)坚持“教师为主导,学生为主体”的思想。教师主要起启发和引导的作用,以点带面去激发学生获得更多知识的欲望,调动学生的学习能动性。教师精心传授与学生用心听讲相结合,课堂上留给学生5分钟左右的思考时间。鼓励学生课前预习,带着问题听课,课后复习,自学并消化吸收。
2)激发学生的创新意识。在课程建设中,紧跟学科发展趋势,密切联系科研生产实际,及时把泥沙运动、河床演变等领域的新思想、新理论、新方法反映到教材建设及课程教学之中。采用启发式教学,注重学生自主学习,强调课程的基本概念,留给学生一定的思考空间,引导学生到书本、参考资料去寻求答案,以激发学生的创新意识,培养出更优秀的学生。
3)建设精品课程,丰富教学手段。课程中的水流阻力、水流挟沙力等内容比较抽象,在利用图表、图形、动画等讲解基本概念上,多媒体教学有着明显的优势。在课堂教学中,恰当、合理运用多媒体课件、多媒体动画、教学录像等技术手段辅助教学,让学生有更直观、更详细的认识,收到较好的教学效果。充分利用网络的开放性、交互性、实时性等特点,将多媒体、网络与课程相结合,突出个性化和多样化,鼓励学生利用精品课程自主学习。
4)课堂教学交流互动。为了调动学生学习兴趣和主动性,增强课堂教学效果,改变传统的填鸭式课堂教学,采用交流互动式教学,与学生共同探讨黄河河床演变、漓江河道形成等问题,鼓励学生发表自己的看法。在课堂传授知识的同时,让学生随堂进行有关计算,并随堂进行讲解,巩固学生的学习知识。通过布置课后思考题的方式,指导学生查阅使用各种资料。采用讨论等形式,鼓励学生根据兴趣自选问题,结合课程内容进行专题调研,走上讲台发表自己的观点和看法,展开热烈的讨论。
5)理论联系实际,注重知识运用能力的考察。河流动力学是一门理论密切结合实际的、具有显著水利特色的专业基础教学课程。在教学活动中,安排漓江河道演变实地调查、灵渠防洪排沙工程考查、水流挟沙模拟实验、地下河运动仿真实验等系列实践性、实验性教学活动,引导学生重视技术、重视实际、重视实践,强化学生对知识的运用能力,让学生在探索与实践中获得新的知识。
6)利用现代交流手段,注重课外辅导、答疑、讨论。就学生集中反映的问题,安排课外辅导,或通过网络交流工具进行在线交流讨论。个别问题采用点对点答疑解惑,答疑不是简单给出答案,而是启发引导学生沿正确路径自己分析、思考解决问题,增强解题能力。结合专业介绍及学科前沿论坛,举办小讲座,开阔视野,努力提供有趣味性、可研究性且密切结合教学内容的实例。
7)改革考试制度,将应试教育转向素质教育。期末总评成绩作为综合成绩,包括两部分。一是平时成绩占30%~40%,包括平时作业、课堂讨论、实验实践环节等。在日常教学中,引导学生阅读科技期刊,让学生选择自己感兴趣的与教学相关的题目写微型文献综述,作为学生的平时作业成绩,培养学生素质和能力。二是期末试卷占60%~70%,在理论课笔试试卷设计上,加重主观题的分量,减少客观题的比重。同时试卷的给分点要多,注重考查学生的知识面。
5 结语
将河道水流、泥沙运动与西南岩溶地下河系融为一体,突出地表水系与岩溶地下河系水流运动特点,体现岩溶特色,深化河流动力学教学内容,完善具有西南岩溶地区特色的河流动力学教学体系,拓宽河流动力学课程教学内涵。革新课程实验内容,增加特色实验和自主创新实验,提高学生动手和创新能力。采用启发式、交互式、开放式教学方法,提高学生自主学习能力。将科研成果转化成教学内容,让学生受惠于延伸的教学与科研平台。重视实践环节训练,注重培养学生的应用能力,建立校外实习基地,将教学、实践、科研融为一体,重视实践环节训练。
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