前言:一篇好文章的诞生,需要你不断地搜集资料、整理思路,本站小编为你收集了丰富的水循环的主要环节主题范文,仅供参考,欢迎阅读并收藏。
一、高考高频考点(重难点)
水循环是指自然界的水周而复始连续运动的过程。它是自然界最活跃的物质循环之一。水循环的主要环节是蒸发、水汽输送、降水、下渗和径流。水循环的类型及其比较如下表。
2.水循环的地理意义。
维持全球的水量平衡,促进水资源的更新;密切联系构成地理环境的其他圈层,并在它们之间产生物质迁移和能量交换;不断地塑造、改变地表形态。
二、2013年高考对水循环知识考查的角度、能力分析
1.流域开发及重大水利工程对水循环的影响。
大规模的生产开发及水利工程建设对自然环境造成了巨大影响,高考结合生产、生活中的实际问题,以各种流域示意图及流量变化统计图为载体,重点考查考生从地图中提取地理信息有效内容和价值的能力及对地理信息进行分析与整合的能力。
例1.(2013年高考全国大纲文综卷)在太行山南段东麓相邻的两条间歇性河流上分别建有甲、乙水库,它们的汇水面积大体相等。2009年雨季,乙水库入库水量912万立方米,甲水库却几乎没有入库水量。据此完成3~4题。
3.甲、乙两水库上游流域( )
A.河流以地下水补给为主 B.自然植被为针阔叶混交林
C.降水集中于7、8月份 D.位于半干旱区
4.2009年雨季,甲水库无入库水量是因为其流域( )
A.几乎没有降水 B.植被截留降水
C.降水大量下渗 D.人工拦截径流
答案:3.C 4.D
试题立意:本组题主要考查太行山南段东麓自然地理环境特征和影响河流流量、补给的因素。
解题思路:第3题,太行山南段东麓位于我国华北地区,7、8月份夏季锋面雨带到达华北地区,带来丰富降水。该地气候属于温带季风气候,河流补给主要以雨水补给为主,植被为温带落叶阔叶林,位于半湿润地区。故选C。第4题,两水库均在太行山南段东麓,气候类型、雨季和降水类型等自然条件相差不大,材料中明确提示:进入雨季,两地中一个水库有补给水源而另一个水库几乎没有补给水源,两水库相差甚大,说明是由于人为因素的影响造成的。故选D。
例2.(2013年高考江苏地理卷)为缓解“昆明水少、滇池水脏”的问题,云南省已建成螳螂川、牛栏江调水工程,并规划建设金沙江调水工程,如图13所示。读图回答23~24题。
23.“滇池水脏”与滇池水体更新周期长有关。滇池水体更新周期长的主要原因有( )
A.流域面积小,汇入水量少
B.季风气候,径流季节变化大
C.水体总量大,进出水量小
D.全年高温,湖水蒸发量大
24.跨流域调水工程对滇池流域的主要影响有( )
A.改变滇池流域降水总量 B.提高滇池水体自净能力
C.减少昆明污染物排放总量 D.缓解昆明用水紧张状况
答案:23.AC 24.BD
试题立意:本组题考查影响陆地水体更新自净能力的因素、人类对水循环的影响,以及考生对于地理信息的获取和处理能力。
解题思路:第23题,本题问的是滇池水体更新周期长的原因,也就是水循环速度较慢的原因。“季风气候,径流季节变化大”,对于水体更新周期影响不大,排除B;全年高温,有误(昆明四季如春),蒸发量大应为更新快、周期短的原因,排除D。故选AC。第24题,跨流域调水主要影响地表径流,不会改变流域的降水总量,排除A;跨流域调水并不能减少昆明污染物的排放总量,排除C;材料中有“为缓解‘昆明水少、滇池水脏’的问题”的叙述,选择B;跨流域调水,可以解决昆明水少的问题,选择D。故选BD。
2.结合区域自然地理空间分布特征,综合考查水循环过程中各要素的特点和水循环的地理意义。
这类试题体现了高考对于地理知识的综合考查,要求考生调动和运用地理主干知识,并与试题建立正确的联系,从而准确分析地理问题。
例.(2013年高考安徽文综卷)图8为伏尔加河主要流经地区示意图。完成26题。(节选)
26.从水循环的过程和地理意义看,伏尔加河( )
①流域内总体上蒸发旺盛 ②流域的部分降水源自西风带 ③河水主要参与陆地内循环 ④使东欧平原总体趋于高低不平 ⑤促进里海的水分和热量平衡
A.①②④ B.①③⑤
C.②③⑤ D.②④⑤
答案:26.C
试题立意:本题考查考生从区域地理环境图中提取、整合信息的能力与调用知识分析地理现象的能力。本题综合性较强,综合考查区域自然地理环境特征、水循环及其意义、河流的补给方式、气压带和风带对地理环境的影响以及地理环境的整体性。
解题思路:伏尔加河流域纬度较高、气温较低、蒸发作用弱,排除A、B;伏尔加河注入里海(里海是世界最大的内陆湖泊),属内流河,故河水主要参与陆地内循环,促进了里海水热平衡;因欧洲西部平原宽广,来自大西洋的西风可带来一定降水;流水作用属于外力作用,对地表主要有侵蚀、搬运、沉积作用,总的作用是削高填低,使地表趋于平坦,排除D。故选C。
3.结合降水量统计图,从时间角度考查影响水循环的因素及气候对水循环的影响。
例.(2013年高考四川文综・地理卷)图3是北半球亚热带某地降水量逐月累计曲线图。读图回答5题。(节选)
5.该地水循环最活跃的季节是( )
A.春季 B.夏季 C.秋季 D.冬季
答案:5.D
试题立意:本题利用统计图综合考查了气候类型及水循环的知识。
解题思路:由图3可知5―9月曲线较平缓,说明这个季节(夏季)总体上降水较少;冬季曲线较陡,说明该季节降水较多。结合题干中的“北半球亚热带某地”可以判读该地气候属于地中海气候,冬季降水量大,所以降水、径流等环节活跃。故选D。
三、模拟训练
1.关于下页图中四地所在区域水循环的叙述,正确的是( )
A.甲地区河流蒸发是当地降水的主要水汽来源
B.乙地区降水丰富,主要参与内陆循环
C.乙、丙是四地区中水循环最活跃的地区
D.东南季风参与甲、丁两地的水汽输送
读我国南方低山丘陵区某小流域水循环示意图(如右图),完成2~3题。
2.因人类某种活动,使蒸腾作用显著减弱时,可能直接导致( )
A.降水量增加 B.地表径流增加
C.蒸发量不变 D.地下径流增加
3.为了促使该流域水资源日益丰富,下列措施中效果最不明显的是( )
A.封山育林 B.退耕还林 C.修筑梯田 D.修建水库
下图是某城市建设前后水量平衡示意图,读图完成4~5题。
4.城市建设导致了当地( )
A.地下水位上升 B.地表径流汇集速度减慢
C.蒸发量增加 D.汛期洪峰流量加大
5.城市建设后,地表径流发生变化的主要原因是( )
A.生活用水量增加 B.植被覆盖率增加
C.下渗量减少 D.形成了城市热岛效应
下图为三江平原水循环简图。读图完成6~7题。
6.图中缺少的水循环环节是( )
A.降水 B.地下径流 C.蒸发 D.水汽输送
7.图示区域曾由“北大荒”变为“北大仓”,图中受人类活动显著影响的水循环环节是( )
A.①②④ B.②③⑤ C.①③④ D.②④⑤
8.据悉,2011年6月22日9时至23日16时,重庆万州区出现了当年以来最大的一次强降雨,导致山洪暴发、河水猛涨、山地滑坡、农田淹没、房屋倒塌、交通中断,损失较为严重。这次暴雨发生时,右图中的水循环环节出现异常的主要有( )
A.a、c B.b、c、d C.a、b、c、d D.a、b、c、d、e
9.河流与湖泊具有水源互补的功能。下页四幅图中(箭头表示水源补给方向),正确表示河流汛期的是( )
a b c d
A.a B.b C.c D.d
水的社会循环是指在水的自然循环当中,人类不断利用其中的地下径流或地表径流满足生活与生产之需而产生的人为水循环。读下图,完成10~12题。
10.水的社会循环( )
A.包含了水的自然循环 B.加速了水的自然循环
C.对陆地水体有更新作用 D.会对水的自然循环造成负面影响
11.图中来源于用户的潜在回用水源包括( )
A.降水、地下水、地表水 B.供水厂提供的自来水
C.可循环使用的清洁冷却水 D.经污水处理厂处理后的中水
12.污水再生回用( )
A.是解决城市水资源短缺的有效途径 B.只适用于城市
C.虽无经济效益但有环境效益 D.属于节流措施
关键词:地理环境;运动
中图分类号:G632.749 文献标识码:B 文章编号:1002-7661(2014)05-188-01
岩石圈物质循环、水循环和大气循环运动是自然界的三大物质循环,这部分也是必修1模块的主干知识之一,备受学业水平考试命题者的青睐,成为历届高考的“钟情点”之一。以下就学业水平考试考查的相关内容和方式做一番剖析和透视。
高中地理学业水平考试对考试内容掌握程度的要求分为四个层次,从低到高依次为:识记、理解、应用、综合,分别用字母a、b、c、d表示。其中含义如下:
a―识记:识别重要地理事物的名称、概念、特点和地理数据等基础知识,重大地理新闻及与地理有关的法规;在地图上正确识别重要地理事物的位置。
b―理解:简述、简释、比较地理基本概念、规律、原理以及地理事物的特点(包括分布、结构、演变、成因等)和与地理有关的基本国情、国策;解读地理统计数据和图表。
c―应用:利用各类信息材料说明地理基本原理;运用地理基本规律、原理分析地理问题;绘制简单的地理图表;在图上正确填绘重要地理事物名称;比较和分析组成地理环境的各要素及其内在联系。
d―综合:运用所学知识和观点,将学习和生活中出现的地理现象和地理事实的各个部分、各个方面、各种因素联结起来,以形成统一整体的认识。
一、岩石圈物质循环
考试要求:
①地质循环a
②三大类岩石之间及岩石与岩浆之间的相互转化及图示c
主要考查内容:地震波在地球内部的传播与地球内部圈层的划分,地球内部和外部圈层结构及各圈层的主要特点,三大类岩石的形成与转化,地壳内部物质循环过程。
1、三大岩类
在地球内部压力作用下,岩浆沿着岩石圈的薄弱地带侵入岩石圈上部或喷出地表,冷却凝固形成岩浆岩(如花岗岩、玄武岩、橄榄岩、流纹岩等)。已经形成的岩石在各种外力作用下被侵蚀、风化、搬运后沉积下来,经过固结成岩作用,形成沉积岩(如砂岩、页岩、砾岩、石灰岩等)。或在一定的温度和压力下发生变质作用,形成变质岩(板岩、大理岩、片岩、片麻岩等)。
2、岩石圈的物质循环过程
岩石圈的物质循环过程,实际上是三大类岩石与岩浆之间的相互转化过程。正确理解的关键是掌握影响它们之间相互转化的各种内外力作用。
3、岩石圈物质循环的重要意义
(1)在循环过程中,形成了地球上多样的、丰富的矿产。
(2)改变了地表的形态,塑造了千姿百态的自然景观。
(3)实现了地区之间、圈层之间的物质交换和能量传输,从而改变了地表的环境。
【考查方式】以地震波在地球内部传播示意图为背景,考查地球内部圈层的界线与特点;以示意图的方式考查三大类岩石的物质转化方式。
二、水循环
考试要求:
①水循环的过程和主要环节a
②水循环的地理意义b
主要考查内容:河流的补给,径流的变化及其影响因素,水循环的概念和类型,水循环的环节,水循环的意义,人类活动对水循环的影响。
1、河流的主要补给类型及特点
较大的河流一般都是由多种水源混合补给的。
2、水循环及其意义
一、图式表述的结构化思维
在地理教学中的作用
结构化思维是以事物的结构为思维对象,以事物结构的构建为思维过程,通过演绎与归纳、分析与综合等方法,构建整体与个体的排列及相互之间关系的思维方式。结构的构建,可以从多个相对松散的个体要素出发,寻找要素之间的内在联系,通过要素某些共性特征,依据一定的准则进行分类、组合;结构的构建,也可以将认知对象作为一个整体,通过某种分类的准则和策略对认识对象进行层层的分解,拆解出相对独立的分支。结构化思维是对知识整体结构的构建,有利于把握学科本质和学科思想。结构化思维注重结构的横向分类明确、纵向层次分明、整体结构严谨。
结构化思维的图式表述方式,是学习者将认知的思维过程通过简洁的关键词和关系连接,以图式的方式进行可视化表征,将学习者隐性的思维过程显性化,让学习者内在的思维过程可视化。传统的表述对认知对象的理解过程常单纯地依靠文字,因此其表述只能是线性的表达,冗余的文字增加了认知负载,线性的描述则难以直观地呈现认知的层次、结构;结构化思维是以图式的方式表达事物的结构,学习者可以清晰、简明地展示自身的内在思维,在可视化的思维表述过程中进行内在思维的比对、纠正,从而促进师生、生生的思维交互以及知识与思想的交流、传播。
二、结构化思维在地理
知识整体构建的过程与途径
一是基于哲学观念,把握认知对象的本质或认识方法,通过宏观的准则、策略对认知对象的结构进行拆解。
纷繁复杂的地理事物、现象有其各自发生、发展的过程。辩证唯物主义认为,世界的本质是物质,运动是物质存在的形式,是物质固有的属性。自然界中众多的事物、现象,反映的是物质的运动,有着共同的属性特征。以“自然界的水循环”为例,可运用哲学的发展观,从内因和外因两个方面来认识水循环的动力条件;运用哲学的联系观,从直接和间接两个方面理解水循环的地理意义。
课程标准要求“运用示意图,说出水循环的过程和主要环节,说明水循环的地理意义”,为达成课标的要求,教材首先呈现“相互联系的水体”这一内容,介绍水圈的构成及其特点,即介绍物质的特点,这是学生学习水循环的基础;“水循环的地理意义”强调的是由于水体运动特征而产生的意义。因此,对“自然界的水循环”一节内容的结构可宏观地拆解为“物质”和“运动”两个组成部分,转换成问题则是:“是什么物质”“物质怎样运动”“运动产生什么影响”。
二是基于学科思想方法,建立逻辑主线,初步形成认知的框架体系。
空间观念是地理学的独特思想,空间属性包含了空间位置、空间分布、空间运动、空间联系、空间演变等。“自然界的水循环”一节中,“相互联系的水体”介绍水圈水体的构成和各水体相互转化的关系,其中水圈的各种水体的理化性质的差异与其所处的空间分布有着极大的关联。
“水循环的过程”则揭示水体空间分布的差异引起了水体空间的变化和运动,进而形成的动态循环系统,按其发生的空间领域可分为海上内循环、陆地内循环、海陆间循环;“水循环的意义”的产生着眼于水体的空间变化,通过水体的介质作用实现物质与能量的空间转移、变化,从而形成空间的联系。根据上述认知的宏观策略和逻辑主线,建立本节的逻辑路线,如图1所示。
基于地理学科的空间思想,以地理空间视角认识物质在空间的分布特征、物质运动在空间的演化、运动导致物质与能量空间的转移与变化。这样的认识策略和思维方法,是一种普适性的构建,无论是对于自然地理的大气运动、岩石圈的物质运动等,还是对于人文地理的资源的跨区域调配、人口的迁移等地理现象的认知与解读都有着思维方法上的指导意义。
三是运用地理方法,进一步揭示要素之间的关系,形成递阶的层次分析。
递阶的层次分析过程,是运用学科方法,如分析和综合、归纳和演绎等逻辑思维方法,揭示地理事物和现象发生、发展和演化的过程,理解地理事物和现象的时空分布规律、意义、作用等问题的逻辑推导过程;递阶的层次分析过程,是依据要素的概括程度或统摄水平,理顺要素的上下位关系,形成层次分明的结构体系。依据上述哲学观和学科思想,构建本节的知识与思维结构(如图2)。
一、水资源循环概述
(一)水资源循环的内涵
水资源的循环包括水的自然循环和水的社会循环。水的自然循环是指水在自然界中以固态、液态、气态三种存在方式,通过蒸发,凝结成云,再形成雨雪降落回到水体天然生态系统的过程。水的社会循环是指在其自然循环的过程当中,人类不断利用地表径流和地下水来满足生产和生活的需要而造成的人为的循环,包括农业用水、工业用水和居民生活用水三个子系统,本文认为,水资源循环的内涵是以遵循生态循环体系的客观要求为前提,以循环经济的理念和模式为基础,将循环经济的思路贯穿到水资源的开发、供应、输送、使用、排放、处理和回用的全过程中,通过清洁生产、生态工业链等方式,运用价格机制、激励政策、法规体系等手段,促使人们在农业、工业、城市生活和生态环境用水的各个环节中,在节约的基础上循环用水,通过循环用水来促进节约,形成兼顾经济、社会、环境三大效益的水资源循环利用模式。
(二)水资源循环的特点
水资源循环的特点应当是以“减量化、再利用、再循环”为原则,以科学技术的进步为推动力,以水资源的可持续利用为目标,通过不断改进工艺和技术设备,将节约用水和循环用水渗透到生产、生活和生态用水的各个环节和领域,从而提高水资源的利用效率,实现水资源的循环利用。
(三)水资源循环技术创新的意义
创新是技术进步的必然选择。目前我国的社会生活及生产过程对水资源的使用过分依赖,与水资源利用的技术水平较低有着直接的关系。我国现有的技术水平尚不能满足发展水资源循环的需要,关于水资源的许多工程技术问题都还需要进一步的研究,因此,必须通过不断的技术进步来实现水资源的循环利用,而创新是技术进步的源泉,只有创新才能推动发展,所以对水资源循环技术的创新是实现水资源循环利用的必然选择。
二、水资源循环利用技术现状及问题
水资源的循环利用技术在不同的领域有着不同的具体表现。水资源循环不仅指水资源在农业、工业和城市生活等人工生态系统的循环利用,还包括对水的天然生态系统的保护、合理开发以及水资源在人工生态系统和天然生态系统的反复循环。
(一)关于农业循环用水技术现状及问题
我国农业用水量占据全国用水总量的2/3以上,因此,发展农业循环用水技术具有重要的战略意义。农业用水主要包括水源、渠系输水、田间灌水、土壤保水以及作物用水五个环节,我国目前在田间灌水技术领域的发展取得了一定的成果,如新疆生产建设兵团创新完成的拥有自主知识产权的膜下滴灌技术系统,集成了地膜覆盖技术和滴灌技术,为我国干旱地区的农业发展提供了新的技术平台。但是,从农业循环用水的整体技术来看,仍然存在着许多问题。
我国农业循环用水技术的应用程度非常有限。喷灌和微灌等节水灌溉技术的应用面积仅占灌溉面积的2.6%左右,远远没有达到农业循环用水的要求。土壤保水和作物用水环节取得的一些技术成果转化应用速度非常有限,难以得到大面积推广和应用。大部分单项技术之间的集成和连接脱节,没能形成可以发挥整体效益的技术集成体系和适宜于不同地区农业生态状况的技术应用模式,不利于水资源循环利用的发展。
(二)关于工业循环用水技术现状及问题
工业冷却用水量占工业用水总量的80%左右,因此发展高效冷却节水技术是工业循环用水的重点。循环冷却水在循环使用的过程中浓缩到一定倍数时必须排出一定的浓缩水,而补充一些新鲜水。排出的浓缩水要重新进入水循环系统中必须经过废水回用技术的处理。目前对于工业废水的深度处理技术,研究和应用最多的是物理处理技术,主要包括混凝、砂滤、微絮凝、吸附、超滤、反渗透和离子交换等。
目前沿海一些淡水资源缺乏的城市,开发利用海水代替淡水作为工业冷却水已经取得了初步成效。海水冷却技术包括海水直流冷却技术和海水循环冷却技术。我国基本具备了拥有自主知识产权的海水冷却的关键技术,但海水直流冷却技术尚存在着一些问题如取水量大、工程一次性投资大、排污量大、海水污染明显等,而海水循环冷却技术在我国尚处于研究和工程示范阶段,与国外先进的海水冷却塔技术还有着一定的差距。
(三)关于城市生活用水技术现状及问题
城市生活节水的主要技术途径是采用节水型用水器具和防漏防渗管道等。节水型用水器具包括节水型水龙头、节水型便器系统、节水型淋浴设施等等。循环用水的技术主要有再生水利用技术和城区雨水、海水、苦咸水利用技术等等。目前城市生活用水中每年因输配水管和用水器具漏水引起的损失占据了生活用水的很大一部分,有些城市仅此一项损失的水高达20%。因此,加强城市输水环节技术的开发对实现城市生活用水的循环有着总要的战略意义。
(四)关于水体天然生态环境现状及问题
我国长期以来的用水规划均是以工农业为主,忽视生态环境用水需求。对人工生态系统起着支撑作用的水体天然生态系统正在逐渐退化,如果不及时更新用水观念,关注水体天然生态系统,实现水资源的可持续利用就只能是一句空话。下面以三峡库区为例探讨一下水体天然生态系统中存在的问题。
三峡工程是世界上最大的水利枢纽工程,自建成以来,三峡水库水体自净能力较建库前增大约3倍,其防洪、无排放发电和航运效益为经济发展和改善库区的水体生态环境做出了巨大贡献。但是,三峡工程对水体生态环境也带来了一些不利的影响。库区两岸排放的工业废水、每年涨水带入江中的生活垃圾、农药化肥的使用不当、船舶事故及白色污染排放等等给三峡水体的生态环境造成了极大的污染。此外由于排入水中的氮、磷等营养物质不断增加,防止库区水的富营养化也是我们必须考虑的一个问题。
我国目前对水污染控制技术和水环境保护技术的研究取得了一定的成果,但是要从根本上解决水体的生态环境问题,必须全面推广清洁生产技术,从源头防止污染的发生,形成一个良性的水资源循环流动体系,实现经济与生态的和谐发展。
三、水资源循环技术创新的政策保障
(一)建立高效有序的水资源管理体制
目前大部分地区水资源的开发利用尚处于无序状态,水资源短缺与浪费现象共存。工业用水挤占农业用水,农业用水又挤占生态用水,由于水权不明晰,争水抢水现象时有发生,缺乏统一的调控和管理,这对水资源循环利用的发展是极为不利的。所以要加强和完善政府的水资源一体化的宏观调控功能,建立高效有序的水资源管理体制,对农业、工业、城市生活和生态环境的用水需求进行合理配置,使不同的区域和部门之间协调起来,在对水资源有序开发的基础上实现水资源在整个水体生态环境中的良性循环。
(二)保证投融资渠道的畅通
技术创新需要大量的资金支持,因此畅通的融资渠道是进行水资源循环技术创新的前提条件。实施在财政、金融、税收等方面的优惠扶持,进行直接或间接投资,是政府部门在技术创新中最主要、最普遍的职能,也是科学技术实现创新和发展最直接、最有力的推动。目前我国水资源循环技术创新最主要的投融资方式有政府对科研项目直接进行投资、对技术创新项目提供低息贷款、采取优惠的税收政策等等。除此之外,政府可以对水资源循环技术创新投资额较大的企业进行适当的补贴,或者通过争取国际援助,挖掘国际资金市场的巨大潜力,为水资源循环技术创新提供充足的资金。
(三)提供创新的后备保障
1.加强法制建设。目前我国关于水资源循环技术的法律、法规还比较薄弱,水资源循环技术的创新缺乏有力的支持和保护。政府应当逐步完善和健全与技术创新相关的法律、法规,使创新过程中出现的问题和纠纷有法可依,加强执法力度,做到有法必依。还要建立专利制度,为技术创新和知识产权提供有效的保护。
2.创新技术的选择。水资源循环技术的创新应当放在重点节水领域,并针对农业、工业、城市生活和水体天然生态环境用水过程中存在的具体问题,结合各领域和各地区的实际情况,因地制宜,开发适合我国国情的循环用水技术。此外还要注意单项用水技术的集成,通过技术之间的联系和优化配置发挥出整体优势,形成水资源循环利用的技术体系。
3.创新风险的规避。在技术创新的过程中,由于外部环境的不确定性和创新项目本身的难度和复杂性,使创新活动随时可能中断或失败。为了推动水循环技术创新的发展,政府应当引入风险机制,建立风险资本,组织风险投资机构,减轻和转移水循环技术创新的风险。
(四)完善创新的服务体系
1.培养创新型人才。水资源循环技术创新需要大量优秀的创新型人才,政府应当充分依托我国的教育资源,加大对创新型人才的培养力度,开展多种形式的技能培训,不断提高技术人员的创新意识和创新能力。
2.畅通的信息渠道。一个良好的创新环境,必须有畅通的信息渠道作支撑。要充分利用现代化的信息技术和网络技术提供国内外最新技术动态,搭建市场需求信息平台,使创新根据市场的需求有的放矢,从而降低创新的风险。
3.建立水资源循环技术创新成果的转化应用和推广渠道。技术创新不是目的,而是实现水资源循环的手段。归根结底,技术创新的成果只有应用到实际的生产、生活和生态用水过程当中,才能推动水资源循环经济的发展,发挥其经济、社会和环境效益。
4.提高群众的节水意识。只有群众在实际行动中做到主动节水,才能把创新成果的效益发挥到最大,更好地为实现水资源的循环而服务。
四、结束语
关键词:水循环经济;生态文明建设;可持续发展
中国分类号:TV
文献标识码:A
党的十明确要求,以科学发展观为指导,大力推进生态文明建设。水是人类赖以生存和社会发展的必要资源,也是建设生态文明的纽带。如今,水资源短缺和水污染构成的水危机成为社会经济发展的主要制约因素。为了缓解水危机,保证水资源的持续利用,促进生态文明建设,需要从持续发展的角度建立科学的水资源管理体系,探求水资源开发利用和管理的良性循环,实行可持续水资源管理。发展水循环经济对实现可持续水资源管理具有重要意义。
1水循环及水循环经济
水循环是以河川流域为主的以及通过降雨~地下渗透-流出~蒸发等现象所形成的自然水循环系统。由于增加了人为的因素,自然水循环扩大成为社会水循环。有效建立水资源的社会水循环系统是综合考虑社会需要、经济健康和环境要求,这与生态文明建设的目标是一致的,因此社会水循环与生态文明建设有着密不可分的关系。
水循环经济是一种先进的水资源经济发展模式,它是建立在社会水循环系统分析的基础上的,遵循循环经济的思想,在水资源开发利用以及人类生产生活的各个环节,始终贯穿减量化、再利用、再循环的原则,重视采用新技术、新材料、新工艺,并以完善的制度建设管理体制运行机制和法律体系为保障提高水的利用效益和效率,最大限度地减轻和降低污染来实现社会发展的最终可持续性。
2水循环经济发展效益特征分析
水循环经济发展的效率特征强调在水资源利用过程中注重节水。节水应以科学发展观为指导,在不降低人民生活质量和经济社会发展能力的前提下,采取综合措施减少用水过程中的损失、消耗和污染,提高水的利用效率,高效利用水资源。效益特征要求科学、合理地配置水资源,构建节水型经济系统和节水型社会系统,实现水资源可持续利用。一方面要求根据不同用户对水资源的要求,分质供水,循环用水,实现水资源在用户系统内多次再利用与再循环的目标。另一方面要求因地制宜地通过结构调整优化配置水资源,将水资源从低效益用途配置到高效益领域,提高单位水资源消耗的经济产出,实现人口、资源、环境与经济社会的协调发展。
3水循环经济与生态文明建设关系分析
建设生态文明,实质上就是要建设以资源环境承载力为基础、以自然规律为准则、以可持续发展为目标的资源节约型、环境友好型社会。生态文明建设是全面的,有物质方面、精神方面、制度方面的,每个方面还有很多具体内容。水是生态文明建设的重要纽带,在生态文明建设中起到重要作用。生态文明建设离不开水资源的可持续发展,水资源可持续发展要求水资源利用充分考虑对生态环境的保护,不以牺牲生态环境为代价,这也是水循环经济模式追求的最高目标。水循环经济模式的发展目标必须追求水资源利用的效率、效益和可持续性三者的统一,要求水资源利用与管理模式必须按照这一特征重新构建。因此,水循环经济的发展与生态文明建设是高度统一的。
4大力发展水循环经济,促进生态文明建设
随着人口增长、城市化进程加快以及社会经济的发展,生态文明建设对水资源的数量和水环境质量的需求越来越高,要解决水资源短缺与水环境污染问题,发展水循环经济是必然选择。
(1)切实提高生态伦理责任意识,促进循环经济发展
生态文明作为一种新的社会形态,是从工业文明社会过渡到生态文明社会。正确处理好与自然的关系,建立和谐的生态伦理责任意识,可以使人们明确人类活动和水自然循环的相互关系,重新审视过去粗放的经济社会发展模式,有利于建设生态文明,促进循环经济发展,建立可持续的产业结构、生产方式和生活方式,建设资源节约型、环境友好型社会,增强可持续发展能力,在追求人与自然和谐的生态伦理关系中实现社会的可持续性发展。
(2)调整农业种植结构和工业产业结构,优化用水方式,提高水资源利用效率
统筹考虑城市和农村生活实际需要,把粮食作物、经济作物等不同作物进行合理搭配,优化配水。水资源条件好的地方以水稻、经济作物为主,水资源条件差的以棉花、豆类、小麦、高粱等为主。要在有条件的地方和郊区发展节水种植,推广喷灌、滴管、渗灌等节水灌溉措施。
建立节水型经济结构合理调整工业布局。对供水紧张的地区,通过关停并转严格限制高能耗、高物耗和高污染的项目,控制建设耗水型大的项目,如限制发展造纸、化工等用水大户,主要发展电子、机械、高新技术等产业,实现可持续的水资源管理。同时要用新技术、新工艺、新设备取代耗水多的生产设备,改革用水工艺,并实行一水多用,循环使用。
(3)因地制宜地创建综合水循环系统,提高水的循环利用率
建设供水、排水、污水收集、中水回用实时信息监测网络系统,完善取(用)水口自动监测管理系统,实现监测数据的自动采集、传输、处理,促进污水资源化;逐步建立城市双管道排水系统,分质供水,优水优用,劣水劣用,按质论价,特别是城市集中污水处理厂的二级出水经处理后可以通过中水管道集中供应工业用水和环境用水,应积极推广中水项目,提高水的重复利用率。
(4)建立最严格的水资源管理制度,优化水资源配置效率
要建立最严格的水资源管理制度,落实三条“红线”。在实际管理中,要强化取水许可和排污许可制度,建立建设项目水资源论证制度和用水、节水评估制度,用水、环保审计制度,浪费、污染惩罚制度;加强取水许可监督管理和年审工作,严格取水许可审批。通过政府的有效控制,在用水的源头上解决无节制用水和不平衡用水的问题。
(5)完善循环水成本价格机制和循环水利用优惠政策,促进水资源合理利用
充分发挥市场对资源配置的基础作用,区分水资源的不同用途,制定出详细可行的饮用水和循环水的成本和价格形成机制,逐步实行超额累进加价制度和阶梯式水价制度;制定具体的循环水开发和利用的优惠政策,如税收优惠、循环水项目的财政投入和补贴政策等,鼓励高层建筑、办公场所、社区内部、娱乐场所、运动场地、农业灌溉及绿地浇灌等进行循环水利用以及工厂内部循环水利用。
5结语
(1)水循环经济模式的发展目标必须追求水资源利用的效率、效益和可持续性三者的统一,这与生态文明建设和水资源可持续发展是高度统一的。
(2)建设生态文明,需要发展水循环经济,其中综合水循环系统创建是发展水循环经济的有效技术手段,优化产业结构和种植结构是优化配置资源的基础,落实严格的水资源管理制度和完善水资源管理体制是实现水循环经济的保障。
参考文献
[1] 马忠玉, 蒋洪强. 我国水循环经济若干理论问题及其发展对策[J]. 中国地质大学学报(社会科学版), 2006,6(3)
[2]Marsalek. J., K. Sch8efer, K. Excall, L.Brannen, B Aidun. Water Reuse and Recycling[R]. Manitoba: CCME Linking Water Science to Policy Workshop Series, 2002
[3] 贾绍风, 王国. 社会经济系统水循环研究进展[J]. 地理学报, 2003,58(2)
[4] 郑必清. 生态文明的时代性和水环境建设[J]. 消费经济, 2008,24(1)
[5] 陈勇机. 发展水循环经济的思路与对策[J]. 西安邮电学院学报, 2009,14(4)
[6] 郝火凡, 赵普敏. 对流域水资源管理与水循环经济的几点思考[J]. 甘肃科技, 2003,19(7)
关键词:生态 水力学
生态水力学是水利科学发展到较高级阶段出现的新兴学科,在近年由于包括水利建设在内的人类活动规模不断扩大,对于自然生态系统所产生的胁迫和压力不断加大,在某些地区出现了严重的生态环境恶化的事例。概括起来,可以有以下几方面的明显表现:
大规模的水坝建设使得水库对河川径流的调节能力日益加大,有些流域的水库调节库容接近或超过河川的多年平均径流量,以至造成水坝下游河流水量的减少,甚至干枯。这将造成下游河床的萎缩,对河流生态系统造成毁灭性的灾害。同时,水坝的建设造成水流连续性、河床连续性、生态连续性的破坏,并在上游造成大面积的淹没,大量移民又要造成许多新的环境问题。
河流的防洪标准不断提高,河流两岸的堤防越来越高,使得河流两岸的洪泛区域与河流的水循环分离,河流两岸的湿地消失,地下水得不到河流的补充,使得两岸广阔洪泛平原的生态状况日益恶化。
大量兴建的水资源开发工程造成流域水资源的过度开发利用,结果是流域地下水位下降、地表河流和湖泊萎缩、植枯,生态环境恶化。在近海地区由于地下水的降低,海水入侵地下水,造成地下水的污染。
概括来说,大量水利工程的建设对流域水循环的影响最大,主要表现是:
流域水循环的短路化,流域水循环的速度加快,降雨产汇流的速度加快,流域降雨很快汇入河道,泄入大海。
流域水循环的绝缘化,洪水只在大堤的范围内流动,不再泛滥。河流两岸的广大洪泛区不再受到洪水的侵扰,但是也失去了洪水对地下水的补充和清洗。流域的水循环与河流的水循环绝缘化。
流域生态系统的孤立化,流域的水绿生态网络被切断、阻隔,流域内的生物群落被局限在某一固定区域,不能自由移动,捕食和不能正常进行,造成生物群落的退化和灭绝。
近年来,对于保护生物多样性和流域社会可持续发展的认识不断被接受,提出了对遭受破坏的生态系统进行修复的新课题,许多国家提出恢复流域的自然特征,恢复多自然特征的河流,我国的一些流域也先后提出了生态修复的目标,在这样的大潮流的推动下,出现了许多生态水力学的研究课题,比较引人注目的成果有:
湖泊水生态系统的修复。目前我国人口密集区的大多数湖泊出现了由于污染造成的湖泊富营养化现象,即由于磷、氮类营养盐大量进入湖泊造成湖泊内藻类的异常增殖,水体生产力提高,水质恶化。对湖泊的治理除了控制污染源之外,最有效而可行的措施就是修复湖泊的生态系统。在我国的洱海、滇池、太湖都在开展生态修复的试点工程。如湖滨带的生态修复、湖周湿地的生态修复等。湖流对营养盐的输送、湖流对湖泊内泥沙的输移、湖流对底泥污染物释放量的影响、以及综合各类研究成果建立的水域富营养化模型等都成为生态水力学中的热门课题。中国水利水电科学研究院、中国环境科学研究院率先开展了这一领域的研究,目前类似的课题已经有很多。已有三维的富营养化模型,包括流场、温度、太阳辐射、光合作用、营养盐、浮游植物、浮游动物、大型水生动植物在内的诸多物理、化学和生态参数。
恢复河流自然特征的研究。传统水力学的研究,比较注重河流输水的经济性,结果造成河流断面的均一化、河流渠道化,河流自然特征逐渐消失,河流生物多样性减少。目前,在恢复河流自然特征的研究中,创造河床的滩——潭交互结构、近岸的洄流结构、创造适合特种生物生存和繁殖的流场等方面的研究也方兴未艾。
以河流生态系统优化为目标的水利工程调度研究。以往的水利工程调度大多只考虑水资源优化、水能经济优化等目标,没有将下游的水环境和生态环境优化作为调度目标,结果往往是达到了经济优化的目标,损坏了下游的生态环境。近年来结合下游河流环境、生态需水量的研究,提出了以下游生态环境优化为目标的水库调度研究,增加了水库的生态环境调度功能,有条件的地方将水库的改善生态环境放在首位,被称为生态型水库。
洪水资源化的研究。传统水利认为洪水只是一种灾害,近来逐渐认识到洪水不仅是灾害,还是一个生态过程,通过洪水泛滥补充地下水、恢复湿地、清洗河流、改良土壤等,因此不能完全消灭洪水。这方面的研究有,有控制的人工洪水调度、与溢流堰结合的堤防设计、利用洪水的地下水回灌等。
湿地修复技术研究。湿地的恢复需要适当的水流条件,不同的湿地植物群落,需要相应的水深、流速、水温等。在湿地恢复过程中要注意流场的控制,以满足湿地生态修复的要求。
植物群落对水中营养盐降解的机理研究。水中的营养盐在进入水生植物系统后,经过沉降、微生物分解、根系吸收等环节,使水体内营养盐的浓度降低,达到净化目的。上述过程,与流场关系密切,如水深、流速、水体滞留时间等。目前多是通过现场的实地实验确定各种参数,试图建立数学模型。
思考有效的教学方法并在实践中反复求证时,我们有过茫然和无助,2013年徐州市推出了新的课改模式――“学进去,讲出来”(简称“学讲计划”),与此同时新一轮教育教学改革中也隆重推出了“微课”这一新型的数字化教学形式,很快得到了广大教师的认可和喜爱。我校地理学科首当其冲,率先垂范,两学期以来取得了明显的教学效果,那么在高中地理教学中如何有效利用微课,增强地理课堂教学效果呢?
一、地理微课的特点
地理微课有着一般微课的特点,如时间短、内容少、资源容量较小、交互性强、使用方便等,除了这些“微”特性之外,地理微课还有它特有的一些性质,这些特性无一不显示着它独特的魅力。
1.生活化。充分领悟新的课程理念,将学科知识与生活情境相结合,选取贴近学生生活的地理现象与实例,帮助学生更好地了解现状以便解决实际问题。如在设计与制作《交通与信息发展带来的变化》这一章节的微课时,我分别搜集了本市10年前和现在交通运输的图片与文字资料,并用PPT展示出来,通过对比,学生感受到生活的变化。
2.趣味化。地理微课是一种多媒体运用方式,大量的地理信息通过文字描述、图片展示,还有动画及音(视)频播放等方式,多角度刺激学生的神经,既增强学科知识的趣味性,又激发他们学习地理的兴趣。
3.综合化。在地理微课制作过程中紧密联系学科特性(自然学科与社会学科),根据学生的心理发展规律,做到多学科知识交叉融合,明确主题内容,把握切合点,全面挖掘教材中的知识信息,有效培养学生的情感态度与价值观。
二、地理微课的应用
在地理课堂教学中有效应用微课,不仅增强地理课堂的吸引力和感染力,还能提高课堂教学效率。地理微课在教学中的应用主要有四个方面:
1.引导预习,帮助学生理解和掌握地理知识。地理学科中有很多散乱的知识点,教学中不可忽视对这些基础性知识的理解和掌握,学讲方式下的微课教学倡导的是先学后教,学生通过阅读教材内容,观看微视频,结合下发的导学案,前后衔接,梳理知识点。
如制作《水循环》微课时,我们要了解什么是水循环?有哪些类型?哪些环节?学生光看书本也许会有一个大概的、模糊的认识,终究无法形成系统记忆。考虑到水循环的诸多环节(如蒸发、降水、地表径流等),微课中以PPT的形式首先呈现一幅有山有水的图片,以唐代诗人李白的“黄河之水天上来,奔流到海不复回”为切入点,提出问题:作为地表径流的黄河水到底能不能回来?从而引入水循环。在一幅图片上先后动态展示海陆间循环、海上内循环和陆地内循环的不同方式,帮助学生理解和记忆,从而掌握水循环的概念。
2.释疑解难,形象描述复杂的地理现象。许多章节中的重难点讲起来很枯燥,一节课下来,学生也是模棱两可,不知其所以然,如何生动形象地描述复杂的地理现象,让学生真正理解并接受,是地理专业教师一直在思考的问题,结合动画制作的微课很好地解决了这一问题。
《锋面系统》教学中冷、暖锋的形成及其对天气的影响是重难点,为了能够形象描述这一自然现象,在微课制作过程中我选用了动画,冷锋是冷气团主动向暖气团移动的锋,从动画中我们可以清晰地看到冷气团插入到暖气团的下面,使暖气团被迫抬升,同样暖锋的形成也是如此。看着徐徐移动的冷、暖气团,学生很容易在脑中形成深刻的记忆,帮助他们在图例中快速判断和识别。
3.拓展延伸,满足不同层次学生的地理学习需求。高二地理选科后,学生之间的差异越来越大,微课的应用在不同程度上可以满足学生的个性化学习需求。不同基础、不同水平的学生可以根据自己的需要进行选择,既做到查缺补漏,又强化基础知识,增强学习效果。
在传统课堂教学中总有部分学生很快完成学习任务,为了照顾其他同学,保持一致学习进度,老师通常不做另外安排,以致剩余时间不能被有效利用。这时我们可以根据学生的学习情况和章节知识的特点,制作一些微课以备“不时之需”,完成学习任务的学生可通过观看微视频预习下一章节内容,也可以通过观看微视频了解章节知识中拓展延伸的部分。
4.总结提炼,再现章节知识解决地理问题。传统教学中,总结提炼通常都是老师完成的,而在我们推行的“学讲计划”中,更多的是让学生自己归纳总结,借助微课随时再现的功能,发现更具有可行性和操作性,尤其在复习课中,效果更明显。
如在学期末复习区时计算题时,学生显然对学过的知识有所遗忘,光记得计算公式,对于解题思路和步骤却不甚清晰。我让学生重复观看微课,通过知识点的再现,结合实际问题提炼解题步骤:求时区差、求区时、计算结果。同时帮助学生进一步弄明白求时区差时,两地分别在0时区的同侧或两侧,时区数是相加还是相减?求区时的时候,所求地在已知地的东边或西边,分别用加号还是用减号?学生在复习海量知识的同时,借助于微课寓教于乐,不知不觉中梳理和掌握地理知识结构。
三、地理微课带来的影响
【关键词】高一地理 课前预习 有效性 地理教学
坚持正课前的预习是培养学生自学能力和自学习惯的一个良好方式,也是新课程倡导和鼓励自主学习的一个重要途径。地理是自然与人文科学的综合体,既包含有理科知识特点,又设计文科所学知识。也因此,对高一新生来说,学习起来具有一/打下夯实的基础,有必要对高一地理课前预习的有效性进行研究。
为了全面贯彻《国家中长期教育改革和发展纲要(2010-2020)》的精神,顺应新时期基础教育课程改革和修订后地理课程标准的要求,我们对高一地理课前预习在教学中的有效性进行了研究。总体来说,课前预习体现在学生每一门课程的学习过程中,地理课程是其中的一个重要环节。具体说来,有效性主要是相对于预习的投入而言,是指预习的质量达到了一定的预期目标,符合老师和学生对积极进步的需求。对高一地理课前预习的有效性研究主要可以通过以下几种方式来进行改善:
一、教师要充分重视“观察法”在教学中的运用
观察法是指研究者根据一定的研究目的、研究提纲或观察表,用自己的感官和辅助工具去直接观察被研究对象,从而获得资料的一种方法。科学的观察具有目的性和计划性、系统性和可重复性。高中地理老师可通过培养学生自主观察的方式来提高学生课前预习的有效性。例如,在学习天体系统时,由于该课程的空间跨度大,涉及的学科多,因此难度较大。为了让学生了解“地球在太阳系中是一颗既普通又特殊的行星”,可通过动画的方式帮助学生进行课前预习。在系统学习课程之前,给学生演示太阳系的行星以及其排列顺序,让学生自主观察、思考、总结,进而再学习地球的普通性在于其只是太阳系众多行星中的其中一颗,而其特殊性又在于地球是目前已知的宇宙中唯一有生物存在的行星。要注意空间概念的建立,深刻领会相关的原理和规律,从多角度层次思考问题。
又如,气压带、风带的分布、移动规律及其对气候的影响一直是高一地理学习的难点和重点,但是由于其过于抽象而导致学生理解起来比较吃力,对知识点的掌握往往不够扎实。老师在教学的过程中,可通过提前绘制全球气压带风带分布示意图,引导学生对其分布、移动规律进行观察,先对这一知识点有一个大概的认识,了解全球共有7个气压带,6个风带,其中还有3个低气压带。并且由于太阳直射点的季节移动,气压带和风带在一年内也周期性季节移动。这样,等老师在课堂上正式讲授的时候,学生由于已对这一难点知识有了初步了解,理解起来就相对简单了许多。
二、充分培养学生学习高一地理的兴趣
“兴趣是学生最好的老师”。 很多学生在刚刚接触高一地理课程的时候,由于其大多数的内容往往比较抽象,并且兼有文理特点,因此往往会对地理知识的学习表现出畏难情绪。针对这一问题,在高一地理的课前预习过程中,老师可以在不影响学生学习其他学科的前提下,通过让学生自主制作一些简易地理模型,或者进行小组讨论,来提高学生对高一地理的兴趣,让他们喜欢地理,热爱对高一地理的学习,进而增强课前预习的效果,提高成绩。例如,在学习“水循环”这一知识点之前,老师可以让学生准备一些沙土、石子等,在上课之前自主模拟水在地表和地下的渗透循环过程,从而引申出水在海陆间循环的各环节蒸发、凝结、水汽输送、将水、下渗和径流过程。通过联系各圈层,进行水分联系,同时结合进行物质迁徙和能量的交换,说明水循环的地理意义,即:使自然的地理过程得以延续,使人类赖以生存的淡水资源不断得以更新,并且持续利用。这些活动在让学生热情参与其中之时,还会让学生感到惊奇、意外,从而产生进行探索的欲望。既学习到了该有的知识点,还对学习过程进行了简化,减轻了学生的学习负担。
地理老师还可以通过课前讨论的方式来强化课前预习的效果。例如,在学习“寒潮”这节课时,可以某种自然灾害为例,如“512地震”,让学生们在课前自由讨论地震发生的主要原因,并结合自身的体会及现有的知识分析其危害以及相关的防治措施。学生在讨论结束之后再开始系统学习地理教材中寒潮的知识点,必然会对其充满了好奇与探知欲,课堂效果也必定事半功倍。
三、注重学案的编写,提高课堂教学的效果。
高一学生在进行地理课前预习的时候,经常会通篇全看,很少能够准确把握重点。因此,地理老师可以在一堂课结束后,对下一节课所涉及的内容预先进行指导,预留几个问题让学生思考,从而引导学生有侧重点的进行预习。这样学生在自主预习的时候,不仅会避免盲目预习,还能提高预习的效率。如学习“水循环”一课时,可以让学生预习的时候思考“水圈的构成?”,“思考我们所在地河流的水源补给方式及注入海洋?”,“结合生活常识理解水循环的意义”等问题。
在高一地理的教学过程中,老师要努力给学生提供自主、探索和合作的学习空间,让学生在个性化、多样化和富有创造性的教学中学习进步。避免包办和一味灌输的教学模式,避免对学生过分强调成绩和升学等问题。同时还应重视课前预习对课堂效果的影响,努力提高课前预习的有效性。高中地理老师通过对课前预习有效性的改进,增强学生学好高一地理的信心,为其他学科的学习打下夯实的基础,促进学生身心的良好发展。因此,对高一地理课前预习在教学中的有效性研究值得倡导!
【参考文献】
[1] 王玉珍. 高中地理课前预习指导方法的研究[J]. 课程教育研究,2012,08
[2] 邵志豪. 高中地理课程中活动的设计与教学策略研究――以人教版高中地理实验教科书为例[D]. 东北师范大学,2012,10
[3] 周舟. 高一学生学习地理困难研究――以广州市广雅中学为例[D]. 广州大学,2011,05
关键词:智能建筑;中央空调装置;节能;模糊PID控制
中图分类号:TU111.19+5
文献标识码:B
文章编号:1008-0422(2007)06-0102-02
收稿日期:2007-04-05
作者简介:成从容(1968-),男(汉族),湖南长沙人,电气工程师。
1引言
高效、安全、节能和舒适是智能建筑的四大优势。这四点集中体现了当今信息产业、控制技术和建筑学进一步结合。同时也是人们对生活质量要求的提高的集中体现。在能源日益紧张的今天,智能建筑中的节能系统显得非常重要。当前现代化大厦的空调系统,是一栋大楼耗能大户,也是节能潜力最大的设备。智能建筑中的空调节能技术是本文的讨论重点。
2基于模糊PID控制的节能系统
传统中央空调装置主要由制冷主机、冷却水循环系统、冷冻水循环系统、风机盘管系统和冷却水池等组成。冷却水循环系统采用冷却水定流量循环的运行方式,在非满负荷时,冷却水还没有在热交换器组件将所携带的吸热能力全部释放完,就返回冷却池去,因此冷却水泵电机做了一部分无用功[1]。
在本文冷冻循环水系统通过改变电机转速来调整冷冻循环水的流速和流量,达到平衡热负荷的要求,同时可将冷冻循环水系统的供回水管上的压差调节阀关闭,免去节流损耗。
PID调节是当前中央空调系统采用的主要控制方法,它能满足要求不高的场所,但是PID调节存在一些不足,如控制容易产生超调,对于上况及环境变化的适应性差,控制惯性较大,节能效果也不理想。所以对于环境要求较高的场所或者有特殊要求的环境,PID调节就无法满足要求。
模糊控制是一种语言控制,不依赖于被控对象的数学模型,设计算法简单、易于实现,能够直接从操作者的经验归纳、优化而得到,适应能力好、抗干扰能力强、鲁棒性好,与PID 控制器相结合可以实现高级的PID控制算法。系统采用一种模糊自调参数的控制方案,结构如图1。
3模糊PID控制器的信号采集
系统采用KLM-4542智能模块,将传感器所测得的部分房间、大厅、会议室、室外环境等的温度的信号集中,并转化为相应的数字量,通过RS485总线传递给PLC,减少了用线量和接线工作量,同时增强了抗干扰的能力。
在冷冻循环水系统的供、回水干管上分别安装温度传感器、压力传感器及其变送器,将其所测得温度与压力信号,通过模拟I/O扩展模块传递给PLC,并由PLC传递给工控机。
4 变量的模糊化
考虑到控制规则既灵活、细致又简单易行,供回水压差的偏差量e的模糊集合定义为:{NB,NM,NS,ZO,PS,PM,PB},以及其变化率ec的模糊集合定义为:{NB,NM,NS,ZO,PS,PM,PB},输出语言变量K的模糊集合定义为:{NB,NS,ZO,PS,PM,PB}。输入量E、EC及输出模糊集的隶属函数为三角形,如图2所示。
5PID参数模糊调整原则
比例环节:按比例反映偏差信号E,产生减少偏差的控制效果。如果KP取值太大,系统会趋于不稳定;如果KP太小,又会使系统的动作缓慢。因此,当偏差E较大时,为提高响应速度,KP取大值;在偏差较小时,防止超调过大产生振荡,KP减小;当偏差较小时,为使系统尽快稳定,则KP应继续减小。同时也要考虑EC的因素,当E和EC同号时,输出向偏离稳定值的方向变化,适当增大KP;反之,适当减小。相关控制规则见参考文献[2]。
积分环节:消除静差,提高系统的控制精度。但它有滞后现象,系统响应速度变慢,超调增大,并可能产生振荡。当偏差E大或较大时,为避免系统超调,KT取零值;当E较小时,积分环节才有效,并随E的减小而增大,以消除系统的稳态误差,提高控制精度。相关控制规则见参考文献[2]。
微分环节:反偏差信号的变化趋势,在偏差变得太大之前加入一个修正信号,加快系统的响应速度,减少超调时间,增强系统的稳定性,但它对干扰信号很敏感,使系统抗干扰的能力下降。综合考虑系统的抗扰动能力和系统响应速度。相关控制规则见参考文献[2]。
6解模糊化
式中:
k――采样序号,k=0,1,2,……;
u(k)――第k次采样时刻的计算机输出值;
e(k)――第k次采样时刻输入的偏差值;
e(k-1)――第k-1次采样时刻输入的偏差值;
KI ――积分系数;
KD ――微分系数;
Kp ――比例系数;
工控机首先根据环境变化与装置的运行状况设置最佳的供、回水压差值,然后对实际偏差值及偏差值的变化率进行模糊PID运算,调整PLC的PID的参数。PLC根据上位机传送的PID参数和采集到的信号,进行PID运算,并将运算结果输送给水泵的变频器中,并通过变频器控制其冷冻循环水泵转速,从而控制了供回水压差。
7结束语
在能源日益紧张的今天,智能建筑中的节能系统显得非常重要,传统中央空调耗能大,本文设计了基于模糊PID控制的节能系统,根据该系统在某宾馆的运行状况表明,节能效果明显。
参考文献:
[1] 李晓燕等.北京:制冷空调节能技术.中国建筑工业出版社,2004:66~78.