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[关键词]地图 探究 问题设计
[问题缘起]
地理新课程标准积极倡导“自主学习、合作学习和探究学习”,其核心是探究能力的培养。地图教学是培养探究能力的一条主要而有效的途径。但在实际的教学中,地图教学往往是说起来重要,但教起来次要。就图讲图的现象普遍存在,“探究”在地图教学中不能有效得以落实。
笔者在这方面做了一定的尝试,下面以第二单元《岩石圈与地表形态》的两个教学片段为课例,谈谈个人在这方面的教学实践。
[教学片断]
一、关于“图2-2-2”的探究设计:
(1)纵坐标、横坐标的含义?描述图中曲线的含义?
(2)线状图的判读要把握曲线的变化趋势和关键转折点的变化,请结合图示加以说明。
(3)比较s波、P波的速度?s波、P波经过莫霍界面、古登堡界面的速度变化?
二、关于“岩石圈的物质循环”的探究设计:
(1)学生阅读课文,文字说明岩石圈物质循环的一般过程。
(2)结合图2-1-7,完善岩石圈物质循环示意图,说明岩浆、岩浆岩、沉积岩、变质岩之间的内在联系。
(3)教师结合示意图进行强调,介绍判读的一般方法。
(4)学生完成课文图2-1-8“岩石圈物质循环示意”图的填空。
(5)岩石圈物质循环与人类关系密切,举例说明其与人类生产和生活的关系。
[教学反思]
在地图教学中,我们该如何设计探究题,有效克服就图讲图的现象呢?
一、地图探究题的设计要符合学生认知规律,体现以人为本的设计原则。
首先,教师要从学生的心理现状和知识储备两方面做好学情分析,做到心中有数。比如高一阶段学生还停留在兴趣决定态度的心理层次上,教师在授课语言和活动设计上就要加强趣味性和激励性。高二阶段学生的身心发育渐进成熟,分析问题、探究问题的能力逐步增强,在组织学生进行“探究式”学习时,不能过于简单,也不能太超越学生的实际能力。在知识储备上,小学学过什么,初中学过什么,应该有所了解。
其次,教师要运用归纳法从地图探究中获取读图的一般方法和一般技能;然后再用演绎法将获得的一般方法和一般技能应用于实践中,即要符合从个别到一般、再从一般到个别的逻辑思维顺序。教学片段1中关于线状坐标图的解读即体现了这一原则。该图是一幅坐标图与线状图的复合图,问题的设计不仅仅局限于对本幅图的阅读理解,更主要的是让学生掌握坐标图、线状图这一类图的一般阅读方法,力求体现了由一题到一类、由特殊到一般的教学思路。
第三,由易到难、由简单到复杂、由显性信息到隐性信息的命题原则是目前命题的基本原则,因此我们在设计探究题时首先要考虑学生“最近发展区”的知识,然后逐渐加大难度。教学片段2中关于岩石圈物质循环过程的介绍就充分体现了这一原则。教者较好地处理这一重难点,将复杂的地图进行分解,由浅入深、由易入难,使难点简单化,学生学起来轻松,教师教起来方便!
二、地图探究题的设计要紧扣地理教学的三维目标,增强探究的针对性。
在三维目标中,“知识与技能”指学科的基础知识与基本操作技能,明确了“学什么”,是实施另外两个目标的基础,这也是围绕地图设计探究题的最基本的立足点。“过程与方法”是组织教学内容和学生学习过程的具体化,指知识发生、形成与应用的过程和知识形成与应用知识的方法,明确了“怎样学”,追求达到“会学”的高目标和高要求,它强调通过多种途径,采用多种手段,让学生通过独立自主地发现问题,收集与处理问题以及开展试验、操作、观察、表达与交流等探究活动,获得知识、能力、情感态度和价值观的发展。“情感态度与价值观”一般包括对自己、对他人、对国家、对世界、对自然及其相互关系的情感、态度、价值判断以及科学态度、科学精神、“好奇心”、“兴趣”等,是对知识价值的理解和学习主动性、积极性的提升,是“知识与技能”的有效学习和“过程与方法”的高效实施的动力。但“情感态度与价值观”目标往往成为设计教学目标的盲区。没有“情感态度与价值观”的教学目标是不完善、不准确的教学目标,因此探究地图要与“情感态度与价值观”的培养有机结合。
例如,《水圈和水循环》中图2-3-3“水循环示意”图的解读,首先明确本课的教学的三维目标:“阅读水循环示意图,描述水循环的过程和主要环节,并且结合实际说出水循环对人类及地理环境的影响;通过学习水循环对自然环境的影响,认识地理要素之间相互制约、相互影响的关系;增强节约用水、保护水资源的意识,树立正确的资源观。”围绕这一目标可如下的探究活动设计:
(1)阅读示意图,说明水循环按发生的空间范围不同,分为哪三种类型?
(2)结合图示说明每种水循环过程的组成环节?它们共同具备的环节是什么?
(3)根据你的理解,绘制三种水循环过程示意图。
(4)人类可以对哪些水循环环节施加影响?举例说明。
(5)海陆间水循环使陆地水不断得到补充、更新,是不是就不存在水资源短缺问题?如果存在分析原因?我们应树立怎样的水资源观?
(6)从圈层角度分析水循环的地理意义?
关键词:水循环经济;开发利用;可持续发展;发展模式
水是重要的自然资源,是人类赖以生存和社会发展的必要资源。随着社会经济的发展,“水危机”日益显现,人们对于水资源的开发利用研究也经历了由低级向高级发展的过程。起初人们对水资源的研究仅仅局限于对水资源的开发利用,研究水资源的时空分布规律和运动规律,即着重于水资源自然属性的研究。随着人类的进步和社会的发展,特别是现代科技革命,使人们对水资源的研究产生了一个质的飞跃,逐步从水资源自然属性的研究过渡到水资源的社会经济属性研究,从社会经济系统的角度广泛开展对水资源合理开发利用研究,这些研究领域包括水资源与经济发展关系的研究、水环境安全的研究、水权水价的研究、水资源管理体制的研究等。随着水资源的日益短缺,以水资源的节约使用、清洁生产、水循环利用、污水资源化为核心的水循环经济理论与发展模式的研究逐渐成为当今水资源合理开发利用研究的最新方向。
1 水循环经济的概念与特征
1.1 水循环经济的概念
关于水循环经济的概念,到目前为止学术界并未明确提出,大多数是在循环经济的概念基础上,从城市或产业的角度提出了一些近似的概念。
陈琨[1]从实施水循环经济的模式方面,提出水资源循环经济应该至少包括两层内涵:一是在用水环节,对于跑、冒、滴、漏、污实现最小量化,最大限度地实现水的净化、回收、循环利用,达到或接近水的零排放;二是尊重自然界水的循环规律,在区域范围内,通过经济、工程技术、立法等手段调整水的时空合理分布和利用,维护水的自然循环系统,使水资源得以永续利用。张钡[2]从社会水循环的角度,提出了水产业循环经济的概念,他认为,水产业的循环经济应是一种在对水资源不断循环利用基础上的经济发展模式,其中污水处理资源化、减量化和无害化,是水产业循环经济的一条重要原则和标志。
正确而又合理的水循环经济定义是水循环经济系统分析、核算与制定水循环经济发展模式的基础。综上所述,在对水循环经济及其应用这一研究过程中,虽然各位学者给水循环经济所下的定义,规定的研究对象、研究范围等都有所不同,然而随着社会的进步和研究成果的大量问世,彼此间的差异将逐步缩小。本文认为,水循环经济首先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,遵循循环经济的思想,按照水资源节约、水环境友好的原则,在人们在生产和生活过程中,在水资源开发利用的各个环节,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。
1.2 水循环经济的特征
根据水循环经济的定义,通过传统水资源利用模式和水循环经济模式的对比分析可以得出,水循环经济作为一种先进的经济发展模式具有如下特征。
1.2.1 发展目标上追求效率、效益和可持续的统一性
水循环经济模式在发展目标追求水资源利用的效率、效益和可持续性三者的统一,要求水资源利用模式必须按这三大目标进行重新构建。
(1)效率特征要求水资源利用注重节水,节水应在不降低人民生活质量和经济社会发展能力的前提下,在先进科学技术的支撑下,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。
(2)效益特征表现在中观上水资源配置的高效益,要构建节水型经济系统和节水型社会系统。例如,非农产业的用水效益大大高于农业,低耗水产业的用水效益高于高耗水产业,经济作物的用水效益高于种植业,这要求通过结构调整优化配置水资源,将水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。
(3)可持续性是指水资源利用充分考虑了对生态环境的保护,不以牺牲生态环境为代价,这是水循环经济模式追求的最高目标。可持续性主要体现在宏观层面,要求区域发展与水资源承载能力相适应,塑造持续发展型社会;要求一个流域或地区量水而行,以水定发展,打造与当地资源禀赋相适应的产业结构;要求通过统筹规划、合理布局和精心管理,协调好生活、生产和生态用水的关系,将农业、工业的结构布局和城市人口的发展规模控制在水资源承载能力范围之内。
1.2.2 管理环节上追求供水、用水和排水等环节的健康循环
发展水循环经济的最终目的是为人类提供健康的水资源生存环境,水循环经济要求水资源利用的各个环节和途径都应追求健康循环,且贯穿于整个水的社会循环过程中。水循环经济的健康、良性循环特征体现在水资源利用的各个环节中,需要贯彻以下三个基本原则。
(1)输入端的减量化原则(Reduce)。要求在供水环节,减少进入生产和消费流程的水资源量,即用较少的水资源投入满足既定的生产或消费需求,在经济活动的源头就做到节约水资源和减少污染。在生产中,要求采用清洁生产技术、节水技术和节水实践,从而减少生产过程中对水资源的需求量;在生活中,要求人们使用节水器具和采用节水实践来减少对水资源的过度需求,从而达到减少废水排放的目的。
(2)过程控制的再利用原则(Reuse)。为了提高水资源的利用效率,要求从上一工序或过程排出的水资源能够直接为下一工序或过程所用,水资源在生产过程中尽量多次重复利用。在生产中,要求企业采用清洁生产和先进技术,以便于排出的水能够不经任何处理就能为另一用途所用;在生活中,鼓励人们采取措施将生活水重复使用后用于冲厕、灌溉等用途。
(3)输出端的再循环原则(Recycle)。要求生产和消费过程中的污水重新变成可以利用的资源而不是无用的废水。废水资源化通常有两种方式:一是水资源循环利用后形成与原来相同的产品,二是水资源循环利用后形成不同的新产品,废水资源化后形成不同的产品可用于不同的用途。再循环原则要求水资源相关者将失去功能的废水恢复功能,从而可以再利用,以使水资源整个流程实现闭合。
1.2.3 利用手段上追求科学技术、经济与行政手段的一体化
先进的科学技术是循环经济的核心竞争力,如果没有先进技术的输入,水循环经济所追求的经济和环境多目标将难以从根本上实现。水循环经济的技术支持体系由五类构成,包括替代技术、减量化技术、再利用技术、污水资源化技术、系统化技术等。
有效的经济政策是水循环经济发展的重要推动力和必要保障。水循环经济发展模式要求应充分发挥市场机制对水资源配置的基础作用,充分利用价格、税收和财政等各种经济手段,包括建立征收水资源税制度、上下游生态补偿制度、污水资源化税收优惠制度等,从而实现符合水循环经济发展要求的3R原则。
法律和法规作为一种强制手段可以有效地推动水循环经济的发展,也是所有发达国家普遍采用的重要手段。从目前法制建设的需要来看,我国在水循环经济立法中存在着很多立法空白,极大地影响了水资源循环利用的顺利进行,迫切需要制定新的法律法规来规范各种水资源利用的行为,例如:建立《节水型社会基本法》、《污水资源化利用管理条例》等法律和制度,是水循环经济发展模式在管理手段上的重要特点。 2 水循环经济国内外研究进展
关键词:水循环经济;开发利用;可持续发展;发展模式
水是重要的自然资源,是人类赖以生存和社会发展的必要资源。随着社会经济的发展,“水危机”日益显现,人们对于水资源的开发利用研究也经历了由低级向高级发展的过程。起初人们对水资源的研究仅仅局限于对水资源的开发利用,研究水资源的时空分布规律和运动规律,即着重于水资源自然属性的研究。随着人类的进步和社会的发展,特别是现代科技革命,使人们对水资源的研究产生了一个质的飞跃,逐步从水资源自然属性的研究过渡到水资源的社会经济属性研究,从社会经济系统的角度广泛开展对水资源合理开发利用研究,这些研究领域包括水资源与经济发展关系的研究、水环境安全的研究、水权水价的研究、水资源管理体制的研究等。随着水资源的日益短缺,以水资源的节约使用、清洁生产、水循环利用、污水资源化为核心的水循环经济理论与发展模式的研究逐渐成为当今水资源合理开发利用研究的最新方向。
1水循环经济的概念与特征
1.1水循环经济的概念
关于水循环经济的概念,到目前为止学术界并未明确提出,大多数是在循环经济的概念基础上,从城市或产业的角度提出了一些近似的概念。
陈琨[1]从实施水循环经济的模式方面,提出水资源循环经济应该至少包括两层内涵:一是在用水环节,对于跑、冒、滴、漏、污实现最小量化,最大限度地实现水的净化、回收、循环利用,达到或接近水的零排放;二是尊重自然界水的循环规律,在区域范围内,通过经济、工程技术、立法等手段调整水的时空合理分布和利用,维护水的自然循环系统,使水资源得以永续利用。张钡[2]从社会水循环的角度,提出了水产业循环经济的概念,他认为,水产业的循环经济应是一种在对水资源不断循环利用基础上的经济发展模式,其中污水处理资源化、减量化和无害化,是水产业循环经济的一条重要原则和标志。
正确而又合理的水循环经济定义是水循环经济系统分析、核算与制定水循环经济发展模式的基础。综上所述,在对水循环经济及其应用这一研究过程中,虽然各位学者给水循环经济所下的定义,规定的研究对象、研究范围等都有所不同,然而随着社会的进步和研究成果的大量问世,彼此间的差异将逐步缩小。本文认为,水循环经济首先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,遵循循环经济的思想,按照水资源节约、水环境友好的原则,在人们在生产和生活过程中,在水资源开发利用的各个环节,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。
1.2水循环经济的特征
根据水循环经济的定义,通过传统水资源利用模式和水循环经济模式的对比分析可以得出,水循环经济作为一种先进的经济发展模式具有如下特征。
1.2.1发展目标上追求效率、效益和可持续的统一性
水循环经济模式在发展目标追求水资源利用的效率、效益和可持续性三者的统一,要求水资源利用模式必须按这三大目标进行重新构建。
(1)效率特征要求水资源利用注重节水,节水应在不降低人民生活质量和经济社会发展能力的前提下,在先进科学技术的支撑下,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。
(2)效益特征表现在中观上水资源配置的高效益,要构建节水型经济系统和节水型社会系统。例如,非农产业的用水效益大大高于农业,低耗水产业的用水效益高于高耗水产业,经济作物的用水效益高于种植业,这要求通过结构调整优化配置水资源,将水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。
(3)可持续性是指水资源利用充分考虑了对生态环境的保护,不以牺牲生态环境为代价,这是水循环经济模式追求的最高目标。可持续性主要体现在宏观层面,要求区域发展与水资源承载能力相适应,塑造持续发展型社会;要求一个流域或地区量水而行,以水定发展,打造与当地资源禀赋相适应的产业结构;要求通过统筹规划、合理布局和精心管理,协调好生活、生产和生态用水的关系,将农业、工业的结构布局和城市人口的发展规模控制在水资源承载能力范围之内。
1.2.2管理环节上追求供水、用水和排水等环节的健康循环
发展水循环经济的最终目的是为人类提供健康的水资源生存环境,水循环经济要求水资源利用的各个环节和途径都应追求健康循环,且贯穿于整个水的社会循环过程中。水循环经济的健康、良性循环特征体现在水资源利用的各个环节中,需要贯彻以下三个基本原则。
(1)输入端的减量化原则(Reduce)。要求在供水环节,减少进入生产和消费流程的水资源量,即用较少的水资源投入满足既定的生产或消费需求,在经济活动的源头就做到节约水资源和减少污染。在生产中,要求采用清洁生产技术、节水技术和节水实践,从而减少生产过程中对水资源的需求量;在生活中,要求人们使用节水器具和采用节水实践来减少对水资源的过度需求,从而达到减少废水排放的目的。
(2)过程控制的再利用原则(Reuse)。为了提高水资源的利用效率,要求从上一工序或过程排出的水资源能够直接为下一工序或过程所用,水资源在生产过程中尽量多次重复利用。在生产中,要求企业采用清洁生产和先进技术,以便于排出的水能够不经任何处理就能为另一用途所用;在生活中,鼓励人们采取措施将生活水重复使用后用于冲厕、灌溉等用途。
(3)输出端的再循环原则(Recycle)。要求生产和消费过程中的污水重新变成可以利用的资源而不是无用的废水。废水资源化通常有两种方式:一是水资源循环利用后形成与原来相同的产品,二是水资源循环利用后形成不同的新产品,废水资源化后形成不同的产品可用于不同的用途。再循环原则要求水资源相关者将失去功能的废水恢复功能,从而可以再利用,以使水资源整个流程实现闭合。
1.2.3利用手段上追求科学技术、经济与行政手段的一体化
先进的科学技术是循环经济的核心竞争力,如果没有先进技术的输入,水循环经济所追求的经济和环境多目标将难以从根本上实现。水循环经济的技术支持体系由五类构成,包括替代技术、减量化技术、再利用技术、污水资源化技术、系统化技术等。
有效的经济政策是水循环经济发展的重要推动力和必要保障。水循环经济发展模式要求应充分发挥市场机制对水资源配置的基础作用,充分利用价格、税收和财政等各种经济手段,包括建立征收水资源税制度、上下游生态补偿制度、污水资源化税收优惠制度等,从而实现符合水循环经济发展要求的3R原则。
法律和法规作为一种强制手段可以有效地推动水循环经济的发展,也是所有发达国家普遍采用的重要手段。从目前法制建设的需要来看,我国在水循环经济立法中存在着很多立法空白,极大地影响了水资源循环利用的顺利进行,迫切需要制定新的法律法规来规范各种水资源利用的行为,例如:建立《节水型社会基本法》、《污水资源化利用管理条例》等法律和制度,是水循环经济发展模式在管理手段上的重要特点。2水循环经济国内外研究进展
在水循环的研究与实践应用方面,近年来许多国家和地区结合自己的实际做了大量的工作。这些国家和地区包括:澳大利亚、美国、加拿大、纳米比亚、日本、欧盟成员国以及西亚、非洲、拉丁美洲等国家。Asano等[3]认为水资源需求的数量和调配的范围随着人类生活与社会生产力的发展而不断扩大,一方面社会生产力的发展需要扩展水资源的调配范围;另一方面社会生产力的发展也提高了调水的经济和技术实力。Metcalf[4]从污水再生的角度系统论述了污水处理、处置和回用的基本原理。Beekman[5]从节水减污的角度系统论述了水体保护、循环利用的基本原理。Lund[6]对调水的成本与风险交易以及对自然、经济的影响进行了分析。Glenn-Marie[7]建立了国家层面水资源循环体系和水实物量核算投入产出表,并用于南部非洲国家(如纳米比亚)的水资源核算,进而分析水资源对各部门经济的影响,提出产业发展政策。
其中,澳大利亚无论在水循环研究方面,还是实践方面,都颇为成功。从1977年开始,澳大利亚有关部门便开始着手再生水项目的可行性研究,为了成功举办2000年悉尼奥运会,澳大利亚政府相继出台了《国家水资源管理战略框架》和《NSW城市和社区循环水利用导则》,并建立了相应的循环水管理机构、管理制度和标准;目前,在澳大利亚大约有500个污水处理厂,其中有一半从事循环水的开发,每年大约有150GL到200GL的废水被循环利用。2004年,在澳大利亚国会资助下,澳大利亚技术科学与工程学院出版了《澳大利亚的水循环研究》报告。这份研究报告介绍了澳大利亚当前水循环利用情况,主要强调生活和工业废水的处理程度和循环利用问题。报告讨论了一系列问题,既有国际的,又有国内的经验,并提出了未来水循环利用和管理的24条建议:水循环的定义、水循环经济的必要性、循环水的水权问题、相关制度和标准的修订和建立、循环水项目的可行性研究、循环水成本与价格方案与操作办法、对污水处理过程的技术创新、循环水项目的投融资方式、国家水资源管理机构改革、公众参与循环水项目的必要性等[8]。
随着水资源的日益紧缺,在中国,许多城市将废水循环利用作为满足日益增长水资源需求的一项重要的战略措施,对于水资源节约利用、社会经济系统水循环利用的研究也逐渐开展起来,但仍处于起步阶段,研究深度不够,成果较少。代表成果主要有:陈志恺[9]的“坚持科学发展观建设节水防污型社会研究”,贾绍凤[10]的“社会经济系统水循环研究进展”和陈琨[1]的“我国实施水循环经济模式的途径”等,这些成果对节水型社会的建立、社会经济系统水循环的研究方向、社会经济系统水循环的评价、水循环经济发展模式进行了研究。在实践方面,废水循环利用主要在以下几方面:农业灌溉,同时改善河流质量;作为工业冷却水;市政用水,如草地和树林;酒店和居民区冲洗厕所;经过处理的废水再利用于城市景观绿化;为了更加明确再生水项目执行的可行性,许多水资源短缺和污染严重的城市,如北京、天津、太原、大连和青岛,已选择部分地方和工业园区作为试点。
综上所述,随着水资源危机逐渐加剧以及人类对可持续发展目标的追求,传统的以“扩大水资源供给”为目的的工程水利管理方式以及对水资源不合理的开发、利用方式已经不能适应可持续发展战略对水资源合理开发利用的要求。传统的单一管理方式逐步向水资源与经济社会协调利用的循环经济方式转变,水资源与社会经济之间关系的研究也逐步由过去的单一水文学向多学科交叉延伸。
3水循环经济研究的新理论支柱
关于水循环经济研究的理论基础呈现出多学科交叉发展,可持续发展理论、物质代谢理论以及产业生态学理论逐步成为该领域研究的主要理论支柱。
3.1可持续发展理论
产业革命以来,人类活动对自然的两重性愈加明显,随着人口问题、资源问题、环境问题——即全球问题的提出,可持续发展成为我国,也成为全世界二十一世纪发展经济的主题。这就要求要将水资源合理开发利用提高到人口、经济、资源和环境共同协调发展的高度来认识。可见,“可持续发展”的思想将推进水资源的开发和管理,并由此构成未来水资源管理的新理论。
首先,可持续发展理论要求水资源利用要关注流域尺度或区域惊尺度的可持续发展。由于水资源与水环境系统以流域尺度为基本单元,可持续发展在协调水环境系统与经济系统的关系时,必须以流域整体思想为指导。恢复和逐步改善流域水资源环境系统的功能,是谋求可持续发展的必由之路。
其次,可持续发展理论要求定量描述并分析水环境系统与经济系统的关系,使得水环境核算研究成为当前水环境经济领域的最前沿课题。水环境核算包括实物量核算与价值量核算,实物核算是建立在水循环定量分析的基础上,用实物单位描述经济系统与水资源的输入输出关系;价值核算集中在水环境价值的内涵、类型及量化方法上,水资源价值核算将为水权、水价、排污权等水环境保护市场机制的形成奠定理论基础。
最后,可持续发展理论要求水资源利用从循环经济的角度考虑。循环经济作为生态效率高、经济效益好、资源消耗低、环境污染少的经济生产模式,在全球范围受到广泛的重视,是对可持续发展的重要贡献。
3.2物质代谢理论
人类社会发展的实质是物质生产和消费方式在不同时期的动态演进,也是人类对自然世界不断进行改造的历史。早在19世纪中叶,马克思就曾注意到城市迅速发展导致养分循环代谢断裂的问题(MetabolicRift),并且指出人类社会与自然界之间存在着相互制约、相互影响的重要生态关联[11]。但这以后,很少有学者在此基础上进一步提出物质代谢研究的重要思想或分析方法。
直到20世纪60年代,Kneese与Ayres以及Leontief等经济学家重新意识到现代经济社会中物质代谢过程的重要性,明确指出应当尽早开展关于物质流系统的研究,并且基于经济学理论和投入产出方法分别提出了物料平衡分析的初步方法,用以解释经济系统的生产与消费以及外部性问题,从而推动了物质代谢研究开始逐渐应用于识别产业经济结构及其导致的环境影响。1988年Ayres首次提出物质代谢(IndustrialMetabolism,也叫产业代谢)的概念,并且指出所谓物质代谢就是现代经济体系运用劳动力要素将原材料转化为产品与废物的一系列物质过程的集合,这标志着物质代谢研究范畴正式确立并得到广泛认可[12]。
进入20世纪90年代,产业生态学的建立和进一步发展为物质代谢理论和成果应用提供了切实的理论依据,促进了现代物质代谢分析技术的发展与繁荣,使得人们逐渐认识到现有的物质生产和消费模式,即物质社会代谢的结构与组织形式,是导致人类社会与自然生态系统之间尖锐冲突的本质根源。由此,以优化或重组物质代谢过程为目标,从根本上转变现行经济结构使之更加符合自然生态规律,已成为实践可持续发展道路的主流方向之一。同样,水循环经济发展模式的研究也需要分析生产、消费等环节的水资源物质流代谢过程,从根本上提出符合水资源节约、高效的经济发展模式,因此,物质代谢理论成为了水循环经济研究的基础理论之一。
3.3产业生态学理论
产业生态学主要以物质和能量代谢为主要研究内容。其主要采用物质利用强度、物质生产力、循环利用率三种指标分析社会经济的物质代谢效率[13]。以生产部门的水资源为例,物质利用强度通过分析部门水资源消耗强度与其相应的经济产出在整个经济系统中所占比例,识别水资源利用效率;物质生产力则将水资源投入作为生产力要素之一,采用单位水资源的产品或产值指标来衡量水资源生产力水平。水资源利用强度越低、水资源生产力水平越高,说明经济体系对于水资源投入的依赖性越小,系统的封闭性越好;水资源循环利用率则用于表征经济系统内部产生的“废水”或“水污染物”的再循环、再利用程度,循环利用率越高,说明耗散损失进入环境的水污染物越小,经济活动对水资源、水环境的压力就越小,而系统的稳定性也越高。
应当指出,虽然自然生态系统的构成与运行模式为重新组织现代经济生产方式与消费提供了一个参照系,但是到目前为止产业生态学并未提出标准的社会经济发展模式来保证这一战略目标的实现,目前关注的焦点问题主要包括:(1)自然生态系统的资源代谢过程的组织和协调机理如何?对于现代社会的生产和消费以及污染物的循环利用有哪些现实意义?例如,水资源在社会经济系统中的代谢规律如何进行定量描述?如何提高废水循环利用率?(2)自然生态系统中的物质分解和再利用的方式有哪些?它们对发现水循环利用的新途径有哪些启示?例如,如何避免经济系统中污水回收和再利用过程本身也可能导致的环境污染?尽管产业生态学理论尚未发展完善,但是其提出的一系列理论方法为水资源的社会经济系统分析和循环经济发展模式制定提供了重要参考价值,使水资源循环经济按照自然生态系统的组成结构、运行规则重构社会经济系统成为可能和可行。4水循环经济研究新方法与手段
在对水循环与经济发展关系研究的方法上,由于水的流动与循环,水环境系统与水社会经济系统在不同时空尺度下进行能量、物质的交换并交互影响,现代水资源与经济发展关系研究必须从系统的角度出发,研究水环境系统与水社会经济系统的整体行为、演化规律及其相互作用,从区域、流域方面加强水资源循环、定量分析。为此,物质流分析技术(MaterialFlowAnalysis,MFA)与投入产出分析技术(Inputandoutput,I/O)成为了水循环经济研究的主流方法。
4.1物质流分析技术(MFA)
物质流分析是根据工业代谢和社会代谢的概念,依自然环境为经济社会系统提供的物质输入,通过加工、贸易、使用、回收、废弃等过程形成的系统内存储,以及返回到自然环境中的物质输出等环节过程进行各类物质统计。根据物质守恒定律,整个系统中的输入量应等于输出量与存储量之和。物质流分析中,主要衡量的是社会经济系统中的物质投入、产出和物质利用效率,只考虑通过研究系统边界的物质输入/输出流,而对系统内部的物质流动结构不再细化反映。物质流分析提供了关于环境与经济体系运行机制的整体理解,使得决策者能够确定关键问题所在、选择优先控制目标和相应政策方案,从而通过改善整个经济体系的物质代谢效率来解决生态环境问题。因此,物质流分析已成为20世纪90年代以来环境管理和政策制订的重要技术方法,广泛为发达国家和国际组织所采用[14]。
从物质流分析和水循环经济的相互关系来看,物质流分析的调控作用主要体现在以下几个方面:
(1)减少水资源供应总量。在社会经济活动中,需水的多少直接决定水资源的供应量和对生态环境的影响程度,水资源消耗的减少意味着水资源供应的减少,其对整个社会经济和环境的意义是极为重要的。通过物质流分析,可以发现各部门、各环节水资源输入量的多少,进而通过技术和管理手段,不断提高水资源利用率和增加水资源循环利用量。
(2)提高水资源利用效率。水资源利用效率反映了水资源消耗与经济发展之间的关系,其中生产技术和工艺是提高水资源利用效率的核心。通过物质流分析,我们可以分析和掌握水资源消耗和产值之间的关系,并通过技术、工艺改造和更新,减少水资源的消耗定额,达到尽可能少的水资源消耗获得预期经济与环境可持续发展的目的。
(3)增加水资源重复利用量。通过对生产过程的水资源利用的物质流分析,寻求提高水资源的重复利用率的途径,可以增加水资源的循环使用量,延长水资源的使用寿命,减少水资源的初始投入,从而最终减少水资源的投入量。企业内部、产业间的水资源重复利用,中水回用,雨水和污水资源化利用等都是提高水资源重复利用的重要内容和形式。
(4)减少最终水污染排放量。实际上,在社会经济活动中,通过提高水资源利用率、增加水资源循环利用量,不但可能减少水资源投入总量(新鲜水量),同时也可以实现减少污水排放的目的。因此,在发展水循环经济的过程中,可以通过提高水资源利用率和循环利用率,实行节约用水,达到减少水污染物排放的目的。
4.2投入产出分析技术(I/O)
投入产出分析起源于美国经济学家瓦西里•列昂惕夫的“投入产出分析”。列昂惕夫1931年开始研究“投入产出分析”,主要用于研究美国的经济结构,1968年联合国把它推荐为国民经济核算方法,现已在许多国家得到推广和应用。我国于1974年开始编制了部分产品的1973年投入产出表。一些省市和一些大中城市也编制了投入产出表。1988年底完成了国家1987年的投入产出表的编制工作。同时,各省、市、自治区(除、台湾外)也都编制了本地区的1987年投入产出表。这些投入产出表不同程度地为中央和地方各有关部门应用于管理、决策,并取得了显著成效[15]。
投入产出模型应用于资源环境问题的研究开始于20世纪70年代,Leontief和Ford[16]用投入产出模型研究空气污染问题,Carter和Ireri[17]用地区间投入产出模型研究加利福利亚和亚利桑那州的水资源调配问题,Thoss和Wiik[18]用投入产出模型研究水资源管理问题,Hendricks[19]用投入产出模型研究水资源的供需平衡问题,谢梅等人[20]用投入产出模型研究北京的城市水资源系统,陈锡康[21]建立了山西省水资源经济投入产出模型并研究水资源价值问题。
将水资源和环境问题纳入投入产出模型中进行研究,为观察经济活动的水资源消耗强度和水污染物排放强度(即计算水资源消耗系数和水污染物排放系数)提供了前提,同时也为进一步利用投入产出表的消耗系数,将水资源消耗和水污染物排放置于国民经济各部门的普遍联系之中,为水循环经济的物质流分析和价值流核算、循环水价格的制定等提供了良好的分析工具;此外,可以将投入产出模型与计量经济模型相结合,预测社会经济各部门未来水资源消耗量和水污染物产生量、排放量,根据水循环经济发展目标,提出产业结构调整的合理化建议,为水资源可持续发展经济模式的探索奠定了基础。
5水循环经济研究的重点问题
水循环经济研究的目标首先是建立科学的水循环经济理论体系;其次是技术体系适宜,经济保持适度发展;第三是选择合适的水循环经济发展模式;第四是要建立良好的水循环经济管理体制和经济运行机制,这也是今后一个时期水循环经济需研究的重点问题。
5.1水循环经济理论体系构建的研究
水循环经济理论体系的构建是水循环经济走向实践的重要基础,需要从以下几个方面着手:(1)不断地寻求理论创新,建立起符合社会经济规律的水循环经济理论与方法体系,从而更好地指导水循环经济发展的实践;(2)加强对水循环经济发展模式的研究和经济学分析,从而不断提高水循环经济模式的运行效率,促进水循环经济模式的推广;(3)加强对于流域、区域、城市和工业园区等水循环经济发展的长期分析,探索水循环经济发展的内在规律,并逐步试点示范,从而更好地服务于水循环经济发展战略与政策的制订;(4)加强对于水循环经济运行的多角度分析,如市场、价格、技术、规划、法律等,从而不断充实和完善水循环经济的内容体系;(5)加强水循环经济与相关学科的对比与借鉴研究,从而不断推进水循环经济理论的完善与发展。5.2水循环经济发展模式选择问题的研究
水循环经济发展模式的选择体现在水循环体系的各个环节之中,包括供水、生产和生活用水、污水资源化、雨水利用等。其目的很清楚,一是节水,减少对自然水资源的索取,二是减少排放,减少对自然水生态的扰动。水循环经济发展模式在人类实践中早有应用,如节水器具,节水的绿色建筑,还有各种中水的回用等。总体来看,对这些模式的研究和分析还不够深入,没有更好地提炼总结,尤其是从经济学角度的分析还有待加强。由于水循环经济概念出现的时间较短,还难以评价各种模式实施的效果,这也都需要加以系统分析[1]。
(1)节约用水模式研究。长期以来我国农业采用大漫灌的灌溉方式,用水量大,利用率低,浪费严重。可见,我国农业节水潜力相当可观,应大力研究和分析农业节水模式,通过节水灌溉和节水农业相结合的办法实现农业节水。要加强对工业行业节水的经济学研究,通过产业布局的调整和产业结构的调整,达到水资源节约利用和水环境污染控制的目的。在城镇,要加强水的循环利用研究,控城镇生活的用水浪费,减少城市给水管网和用水器具漏水损失,充分发挥节水的潜力。要研究和分析各种节水模式的成本和效益,通过成本和效益的比较,选择最优的节约用水模式。
(2)清洁生产模式研究。近年来,世界上大力推广清洁生产,广泛采用循环利用经过处理的工业废水。由于采取这一措施,20年来,日本和德国的工业用水的数量没有增加。美国钢铁业在每吨钢需要的280t水中,只有14t是注入的新水,其余用的都是循环水。至2000年,我国工业废水的重复利用率已经达到70%以上,但与世界先进水平的90%~95%相比,还有不少的差距。根据我国目前的工业用水效率预计,2020年我国工业的年用水量将由现在的1100亿m3增加到2000亿m3,增加用水量约1倍。这就要求我们必须重视工业用水过程的研究,多角度地选择清洁生产模式,改进工艺和流程,进一步提高多次重复循环用水,提高用水的效率。
(3)污水资源化模式研究。工业废水资源化的观念是对传统工业废水末端治理的革命,是工业废水治理的努力方向;城市生活污水的处理可以考虑变集中处理为分散处理,分散处理的主要场所是居民住宅的屋顶。通过在城市建立中水系统,将生活、生产污水处理之后再次使用,从而节约大量的日常用水。经处理过的回用中水,主要可用于冲厕、体育场馆、高尔夫球场、浇灌花草树木、清洁道路、清洗车辆或基建施工、设备冷却、工业用水及其他可接受其水质标准的用水。我国90%以上的城市水域遭到污染,城市污水(包括生活污水和工业废水)以每年6.5%的速度增加,预计到2020年城市污水产生量将达到600亿t以上。因此,污水资源化应是我国21世纪城市水循环经济的着眼点,需要大力研究污水处理技术水平和污水资源化应用的方向。
(4)雨水资源化模式研究。由于自然和历史的原因,在我国北方地区,尤其是西北黄土高原的部分地区极度缺水。按可利用水资源统计,当地人均可利用水资源占用量只有110m3,是全国可利用水资源占有量720m3的15.3%,是世界人均可利用水资源占有量2970m3的3.7%。目前在我国的西部地区有近1000万人的饮用水极度困难。数百年来,西部地区居民积累了丰富的雨水汇集和利用的经验,使他们得以在这里生存。面对发展的需要,这种传统的集水方式受到了资金短缺的制约。为此,今后需要大力开展对西北地区雨水利用方式、雨水利用投融资方式等方面的研究。
(5)海水淡化模式研究。我国拥有1万8千多公里的海岸线和300多万平方公里的海洋管辖区,海水利用和淡化是解决淡水紧缺问题的有效途径。据测算,中国城市的用水中约80%是工业用水,工业用水中约80%是工业冷却用水。如果能够用海水替代现有工业冷却用淡水总用量的30%,就可以使沿海城市节约近20%的淡水资源,同时减少冷却水对环境的污染。我国的海水淡化起步于20世纪60年代,目前在技术上还不够成熟。今后,需要加强对海水淡化技术、海水对工业设备的腐蚀、海水淡化成本与效益、海水淡化产业化等方面的研究,使海水淡化利用成为我国解决缺水问题的重要选择之一。
5.3水循环经济技术创新问题的研究
“节流”与“开源”是解决水资源短缺的两个主要途径,在水资源供应不断减少的今天,其核心在于水的循环利用,即通过污水资源化、雨水资源化、节约用水等措施,增加水资源的间接供应,尽量减少水的使用量,这样不仅可以减少无效需求,减轻供水压力,还可以相应减少污水排放和污水处理的负担,减少对环境的污染。为此,循环用水可以说是实现水资源可持续利用的重要战略措施。循环用水需要采取工程、技术、经济和管理等各项综合措施,特别需要不断更新的污水处理技术、节水技术与设备的支持。
技术创新是为了实现一定的系统目标,考虑系统内外客观因素的制约,对各种可能得到的技术手段进行分析比较,不断研究和寻找新的最佳方案。对水循环经济的技术创新研究,主要是从事技术科学的学者,要将水循环经济的理念与思路引入水的供应、输送、使用、排放、处理和回用等过程中,通过对循环过程中水资源消耗、水循环利用、污水处理、水污染排放的分析,提出减量化、再使用、再循环的工程流程或技术建议。
例如,在社会经济系统中用水部门与行业中,各用水部门与行业都存在节水技术与相关设备;在污水处理厂,要实现污水的资源化利用,必须不断更新处理设施和技术,以提高污水的处理水平;同样,要实现污水的循环利用,需要对饮用水、循环水的管道系统进行技术改造。从经济学的角度,还需要考虑不同技术项目的成本与效益,如引入新的生产流程与工艺以提高水循环利用效率所需要的投入及预期产出。对于企业和区域社会经济发展来看,还要对比分析采取水循环技术的长期成本和短期成本,从而确定水循环技术的可行性。这些工作,需要根据各地的水资源条件、经济社会发展状况、科学技术水平等因素,对各类循环水的技术和设备进行系统的分类,并提出相关的技术识别评价指标,以为水循环经济的发展提供理论指导。
Abstract: The city wetland patches have the ability of self-repair and sustainable development, and play an important role in improving the urban ecological environment at city landscape restoration. Based on discussion of Sponge City, and Elastic Restoration theory, this paper takes the wetland patches restoration in Dounan district of Dianchi Lake as an example to analyze the importance of urban wetland elasticity landscape patches, describes the relationship between urban elasticity landscape patches and ecological environment construction of the city, and proposes the ideas and methods about reorganization of landscape patches, water network repairing, etc. It is aimed to find the entry point of the implementation with the landscape toughness development and sponge city, in order to build more way to get a solution to restore elasticity and toughness of the city.
关键词: 景观斑块;弹性修复;海绵城市;湿地
Key words: landscape patches;elastic restoration;sponge city;wetland
中图分类号:F205 文献标识码:A 文章编号:1006-4311(2016)20-0181-04
1 背景
城市景观是自然与人力在不同条件相互作用的产物。一个城市长期生产力、繁荣度和宜居性,从根本上由城市的可持续性(承载能力)和弹性(应对能力)决定。[1]我国以农业立国,在历史长河中,城市被良田所围绕,对于自然灾害与环境问题具有一定的防御能力。随着经济发展,昔日城市中的绿地斑块如农田、湿地、林地等被各类建筑、道路、广场等人工斑块所代替。城市化地表斑块变化的一个重要特征是不透水斑块取代了透水良好的自然斑块,自然水过程受到影响,城市环境恶化失去原有弹性,导致城市生态系统严重退化[2]。
过度开发使得城市景观破碎化,许多涵养水源的绿色弹性空间相继消失,城市绿网破坏,河流、湖泊等水体受到污染甚至断流。如此矛盾的局面正需要城市规划师在城市规划中找到人与自然和谐共处的关键点,建设具有良好生态基础设施系统的城市[3],保护好城市的弹性景观斑块,通过绿色、蓝色以及灰色廊道的连接形成生态屏障,组建城市韧性(抵抗灾害的能力),从而创造弹性宜居的城市环境。
2 相关概念辨析
城市过度发展,生态环境变化,水土流失、洪涝灾害等“城市病”被广泛关注,传统观念中被认为是废弃物的雨水,也被重新审视,[4]人们逐渐意识到雨水作为一种可循环资源,影响城市居民的日常生活,关系城市的生态健康状况,塑造城市的景观斑块,组织城市的缓冲空间。城市绿色缓冲空间往往是城市弹性斑块的有机构成体,反作用于城市景观及生态系统,确保了城市的物、能平衡与资源的良性循环。(如图1)
2.1 海绵城市与弹性景观
海绵城市(Sponge City)是指城市能像海绵一样,在适应环境变化和应对自然灾害等方面具有良好的“韧性”与“回弹”能力,有效保护和修复城市水生态,缓解城市内涝,削减城市径流污染负荷,涵养城市水资源,复兴城市水文化[5]。在一定程度上提升城市生态系统功能减少城市洪涝灾害发生。西方国家对雨水的利用由来已久,形成了最佳管理实践(Best Management Practices,简称BMPs)、低影响开发(Low Impact Development,简称LID)、水敏型城市设计(Water Sensitive Urban Design,简称WSUD)、绿色(雨洪)基础设施(Green Infrastructure,简称GI)等措施。这些都是海绵城市(Sponge City)雨水管理的重要理论基础。(如表1)。
弹性景观(Resilient Landscapes)是城市中用于抵抗自然灾害,维持城市生态系统稳定的重要韧性空间,强调基于人工参与的同时注重自然生态系统自我修复的能力。合理设计城市的弹性景观斑块,将不同功能的生态空间与雨水管理、生物栖息、公共休闲和审美需求相结合,连接城市“绿色”和“蓝色”斑块,为城市生态环境搭建起重要的生态保障屏障。城市湿地斑块构成城市景观,组织城市能源循环,如“海绵”一般,在应对城市生态失衡与自然灾难时,为城市生物提供安全庇护港,保护生物的多样性,保证城市景观的稳定与持续发展。
2.2 湿地斑块与弹性修复
湿地斑块是城市生态系统的重要组成部分,具有城市其他生态系统不可替代的多种生态服务功能,被认为是陆地生态系统的最佳利用方式。[10]国内许多学者认为,湿地(Wetland)是陆生生态系统和水生生态系统之间的过渡带,是一种复杂的生态系统。城市湿地(Urban Wetland)是指位于城市中,由水文、地貌、植物、动物等要素构成的,要素之间相互联系相互作用形成的具有防洪、污水净化和气候调节等特定功能的一种水陆生态系统。[11-12]湿地斑块对城市的建设贡献主要在于连接了城市(人工斑块)与水域(自然斑块),形成了半自然半人工的中间过渡地带,是重要的城市水陆枢纽与弹性缓冲空间,是城市与自然间的天然屏障,具有以下的生态学意义:
2.2.1 疏导水流,涵养水源
对于城市,湿地斑块无疑是良好的水流“储藏器”,随着城市无序扩张,河渠硬化,防浪堤高筑屡见不鲜。城市给、排水不畅,下雨时地表径流增大,形成快速排水模式,水资源难以保存。[13]城市污水处理不当,水体受到污染,湿地斑块支离破碎,蓄水能力严重不足,导致城市土地河流的水源安全问题。
2.2.2 净化水体,形成良性水网
湿地的植物,在长期自然演替过程中,对水体中的污染物有着一定的过滤、吸附和降解作用。“以绿养水”的生态支持模式[14],在其自身生态承载力允许条件下,会促进水循环,形成良性水网络。在城市生态环境中,许多湿地斑块以及绿地斑块被河流廊道等联系成绿网,对城市水流起到层层净化的作用,形成天然依水而生的缓冲空间。
2.2.3 可持续发展,形成城市综合“海绵体”
可持续发展,需要可持续经济,首要就是对环境的低影响开发,低成本维护,低干扰管理,让城市可以自由的呼吸,要做到这一点最重要是城市中水的资源化,从而进行景观的弹性组织与资源循环利用。[15]水流的循环利用带来的是能流的循环持续,既促进了城市的物质、能量循环,又可以调节城市的自然环境。[16]
将湿地的弹性修复融入城市建设中,恢复景观斑块在应对城市问题中的稳定作用,从广义的角度理解海绵城市理论,发挥城市绿河流湿地等水陆交界面对雨水的吸纳、缓解作用,充分发挥城市绿地斑块对自然灾害的预防和缓解的能力,采用融、滞、消、散等措施,建设具有自然缓解、自然容纳、自然重构的城市综合“海绵体”(如图2)。[17]
总体来说,湿地的弹性修复设计,需要城市在防御自然灾难时做到以下4方面内容:
①了解水资源的重要性及在城市生态系统中扮演的角色,形成城市应对自然灾害的屏障和缓冲空间;②调节城市旱涝的基础上,加强绿地应对灾害的能力;③以城市绿色空间涵养水源,从而调节城市生态,减少自然灾害;④形成绿色弹性景观斑块,化对抗为共生,使城市生态自我修复能力提升。
3 城市的弹性景观――湿地斑块修复设计
3.1 研究区概况
云南滇池是城市发展中与湖争地,导致城市生态破坏的例子。1950年-1970年随着“围湖造田”运动,滇池先后萎缩近30km2水域。1990年“防浪堤”建造工程的启动,阻断水陆能量交流,沿湖湿地斑块严重破坏,城市生态系统失稳,蓄水、净水能力下降,自然灾害频发,昆明城市人居环境受到严重威胁。
研究区位于滇池湖岸东侧水陆交接处,北纬24°53′11″-24°53′34″,东经102°46′4″-102°46′30″,面积约24hm2,是斗南片区城市空间与滇池水域空间最后的生态屏障。研究区全年平均降雨789.6mm,有旱、雨季之分,降雨量集中于5-10月占全年降水量的86%-90%。随着斗南片区发展,城市生活生产废水肆意排放,导致滇池水体富营养化,维持该地区生态平衡的弹性景观――湿地斑块,在“造田”运动中消失殆尽,植被减少,生物生存环境受到威胁,研究区主要面临以下城市问题(如图3):
①湿地退化,蓄水困难,内涝严重,交通受限。研究区较为平坦,在雨季后存在内涝问题,主要道路被雨水淹没,严重影响区域交通。湿地斑块退化,场地无法储存雨水,造成二次污染。
②水体富营养,水陆交接面硬化,生态失稳。作为水陆媒介的驳岸系统有着重要的生态学作用。研究区均为水泥驳岸,阻隔水陆物质能量传递,造成湿地景观斑块弹性缺失,水体富营养化严重。
③水体分离,排水困难,湿地斑块缺乏弹性。研究区水体分离,水网不联通,不能引导排水,造成雨季水体倒灌,植被受损,动物生境破坏,湿地斑块弹性不足,应对措施不够,无法达到湿地生态系统的自我修复与稳定。
3.2 弹性修复设计与措施
弹性修复,即在分析场地存在的主要城市问题基础上,运用生态设计、柔性恢复等方式进行场地各个景观斑块的修复和重建设计,以较低影响,增强其景观与生态系统应对生态扰动、人类活动及自然灾害时自我修复与重回稳定的能力。
通过对景观斑块的研究比较,依据研究区独特的水文、地理气候等条件,进行湿地生态系统的韧性修复,形成城市中良好的弹性景观斑块。尊重场地原有景观记忆,延续场地景观斑块的演变脉络,减少对场地的破坏。通过水体网络的重构组织场地绿地斑块的修复与更新引导场地产业的转型达到湿地景观斑块的韧性修复,做到低成本修复、少管理维护和弱生态破坏,营造良性、有序的城市景观过渡带。柔化城市边界,促进水陆生态系统物、能循环,形成依托于滇池周边城市的弹性湿地景观斑块。(如图4)基于对水陆交接带湿地斑块修复设计的研究,主要有以下几种方式:
3.2.1 整合地形,构建湿地骨架,通过水网联通形成弹性蓄水空间
在原有肌理基础上,根据场地降水、污染物种类等影响因素,利用研究区原有鱼塘,缓和边形成曲线水陆界面,增加水岸边长,创造供湿地鸟类等生物生存的小环境。增加观赏度的同时活化了水岸,使水、陆之间的物质、能量传递界面增长。
梳理地形,将研究区低洼内涝地块整理开发形成“湿地泡”,设置长淹没区、半淹没区域、偶尔淹没区域,与边界原有鱼塘链接形成净化网络,恢复湿地斑块的生态功能,创造动植物的生活生境,形成应对雨水的弹性空间。
3.2.2 软化驳岸,路网修复,形成多级式水体净化模式
进行水循环交流,将防浪堤岸进行适度开口,形成沿堤内流湿地泡,在防浪堤外增加立体绿化,形成水陆生态廊道,解决水泥堤岸高筑的生态隔离问题,同时也阻止雨水倒灌造成的堤顶路塌方,路网断裂。运用厂区拆卸废料加工形成空中景观高架系统,为湿地恢复提供空间,借鉴海绵城市理论形成水网净化系统,通过过滤池、氧化池、潜流湿地净化泡、表流湿地净化泡、末端强化池等多级式水体净化池,形成弹性可淹没区,收纳雨水,在必要时业区转型后的花卉大棚浇灌使用。
3.2.3 更新地块产业,借鉴海绵城市等理论,形成水循环系统及景观修复机制
海绵城市是关于水循环的智慧,城市湿地作为弹性景观的重要组成部分,作为城市绿地斑块的缓冲空间,为城市的生态健康及经济发展做出贡献。在研究区中依据不同条件,设置雨水的储存装置利用自然集水槽与大棚集水设施,从源头留住雨水。
通过产业更新,在温室大棚区通过立体绿化、无土栽培等技术栽植花卉、中草药等植物。防止浇灌废料中氮、磷等物质流入场地水系统,抬高厂区地平面在其底部形成1m的水槽用于收集雨水与浇灌用水,应用生态、物理等水处理方法,由湿地泡净化后排入研究区水网系统,既能够保证水体的自然循环,又能够最大限度的保护湿地、湖泊的水体安全。在湿地内部形成完整水循环系统,从而完成湿地斑块的景观修复,达到城市水陆交界带的柔性回归。
3.3 小结
对滇池斗南片区湿地斑块的修复研究,通过梳理研究区存在的主要生态问题,找到湿地斑块恢复的切入点,重构湿地斑块水网,以海绵城市理论研究入手,形成水循环系统网络,组织湿地斑块的柔性恢复,为动植物生存创造条件。另一方面,将研究区融入城市环境,尊重场地记忆,促使产业转型,把斗南片区的经济支柱产业――花卉贸易与地块产业衔接,形成特色鲜明集聚科研与生态旅游为一体的城市弹性斑块,达到水陆交接面湿地与城市发展的和谐,使城市中的景观斑块得到弹性修复,韧性重构及景观更新。
4 结语
城市发展对自然的掠夺造成绿地斑块支离破碎,水生态恶化、生物生境缺失,城市失去弹性和应对灾害的韧性。海绵城市理念对城市建设带来了健康发展的契机,为僵硬的城市加入地下和地上水系统的互动[18]。城市中的弹性景观空间、绿地斑块等在应对自然灾害时扮演着城市保卫者的角色。湿地作为城市景观斑块的一员,人们更应该意识到保护城市弹性空间与水环境安全的重要性与必要性。在城市弹性空间的景观修复研究中应该站在建设广义的“城市海绵体”水循环的角度上,对绿地斑块进行组织与重构,尊重场地精神,保证场地内部与外部生态循环的自我稳定。
湿地斑块是城市水岸空间的有机组成部分,提供城市中动物生存的必要环境。对城市湿地景观斑块的修复研究,既能对城市景观斑块的弹性进行重构,也能对城市的水安全、水循环和水环境进行恢复,达到城市生态系统的自我稳定与长久发展。湿地景观是海绵城市组成的一个重要环节,斑块间的连接性十分重要。单一的湿地仅仅是城市众多弹性景观斑块中的一员,对水循环、水网络的影响有限,需要在城市规划与设计中考虑绿色生态斑块、蓝色水体斑块与灰色基础设施斑块的连通性,通过韧性修复与设计形成统一的综合网络,才能使弹性斑块在城市的资源循环及应对自然灾害中达到生态效益的最大化。
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关键词低碳经济理论;现代循环农业;发展战略
1低碳经济时代对农业经济发展的影响
1.1对农业资源利用的影响
农业资源利用与农业经济发展之间存在着紧密的联系,在低碳经济时代,农业资源利用情况也发生了一定的改变。在此过程中要求对农业资源展开循环利用,采用能源加工以及废物回收的方式,对农业资源展开充分应用,发挥出农业资源的价值,进而促进农业可持续发展。在此基础上,农业资源的循环促进了农业产业的循环发展,进而促进了农业循环经济的发展。由此可以看出,在低碳经济时代下,农业经济正在向着循环经济的方向发展。
1.2对农业产业经济的影响
农业产业经济主要指的是农业生产、农业加工以及农业消费产生的经济,在低碳经济时代下,需要对农业生产产物展开两方面处理,一方面为加工成型的农业产品,另一方面为对农产品展开回收利用,实现农产品的资源循环利用。这种方式能够节省大量的农业资源消耗量,采用循环利用的方式,对整个农业产业展开控制,进而实现降低资源消耗量、降低污染物排放以及降低环境污染程度的目的,促进农业产业经济的良好发展[1]。
1.3对物质循环的影响
农业产业的物质循环对经济发展来说具有较大的影响,在低碳经济时代,为了提升资源的利用效率,最常见的方式就是进行物质循环处理。在传统农业物质循环的过程中,只是简单地为农业生产提供肥料,或者利用农作物产生沼气等。这种方式已经不能满足低碳经济时代对物质循环的要求,现在在物质循环的过程中,需要将各个区域中的农业资源进行整合应用,使不同区域的资源起到互补的作用,同时围绕一个物质交换中心,形成一个物质循环网。
2低碳经济时代现代循环农业的发展对策
2.1充分利用现代循环农业关键技术
现代循环农业中的关键技术主要包括以下几种,第一,减量化中的关键技术,在此过程中可以使用水循环农业技术、高效农业物质利用技术以及农业种植节能技术,以上3种技术在实际应用的过程中能够在保证种植质量的同时,节省大量的农业种植资源。第二,资源利用中的关键技术,其中主要包括可再生资源还田技术以及可再生资源的利用技术2种。第三,再循环技术中的关键技术,在此过程中可以应用农业热资源周年循环技术以及农业产关联循环生产技术,这两种技术在实际应用过程中能够实现资源循环,进而提升资源的利用效率。
2.2拓展现代循环农业的实现途径
要想在低碳经济时代保证现代循环农业的发展质量,仅仅靠一个实现途径无法完成,因此需要不断拓展现代循环农业的实现途径。在此过程中可以将实现途径分为2种,一种为模式途径的拓展,另一种为实现途径的拓展。在模式途径技术中,可以降低农业种植中农药化肥的使用数量,进而降低碳的排放量,同时将农业与牧业相结合,这种方式能够降低废物的产出数量,提升农业的竞争力。另外,将农业生产中的秸秆直接还田,这种方式能够对秸秆进行循环利用,提高现代循环农业的碳汇功能。实现途径中主要采用的技术为农业生产工程化技术以及农业生产生物技术等,采用以上技术能够保证现代循环农业中物质循环的有效性以及精准性,最终提升现代循环农业的产量。
2.3提高现代循环农业产业接口支撑质量
在提升现代循环农业产业接口支承质量的过程中,可以从以下几个方面开展,第一,示范推广农业循环机制,在此过程中建立一个科研成果推广机制,对先进的农业技术以及应用成果展开宣传介绍,提升现代循环农业的应用范围。第二,采用循环农业发展技术,在现代循环农业发展中,将网络技术、3S技术以及模型技术应用在其中,提升现代循环农业在发展过程中的科技性。第三,科学评价现代循环农业,重点对社会学、生态经济学等内容展开研究,在此基础上建立一个相应的评价系统,为现代循环农业发展质量的评价提供一定的依据和基础。由此可以看出,要想保证现代循环农业在低碳经济时代中的发展质量,就需要从各个方面对其进行完善,以保证现代循环农业发展的全面性[2]。
1.1最严格水资源管理制度概念/最严格水资源管理制度0理念由于提出的时间比较短,还未形成统一的概念和定义。当前较为合理的定义为:最严格的水资源管理制度是一种行政管理制度,它是指根据区域水资源潜力,按照水资源利用的底限,制订水资源开发、利用、排放标准,并用最严格的行政行为进行管理的制度。最严格水资源管理制度的核心是由开发、利用、保护、监管四项制度来构成,再往下面则贯穿了整个水资源工作领域的评价、论证、取水工程管理、计划用水、保护治理、规划配置、监测、绩效考核等若干小制度。1.2最严格水资源管理制度内涵最严格水资源管理制度是以水循环规律为基础的科学管理制度,是在遵守水循环规律的基础上面向水循环全过程、全要素的管理制度;最严格水资源管理制度是对水资源的依法管理、可持续管理,其最终目标是实现有限水资源的可持续利用;最严格水资源管理制度旨在提高水资源配置效率的管理,水功能区达标率的提高是水资源优化配置的必要条件,而用水效率的提高是水资源配置效率提高的外在体现。
2实现最严格水资源管理制度需要的科技支撑
2.1完善的水文工作基础水文工作在实行最严格水资源管理制度工作中占据重要的地位,对实行最严格水资源管理制度具有重要的科技支撑作用。其主要表现为:最严格水资源管理制度主要目标的考核需要依靠水文行业扎实的基础工作;地表水、地下水的水量、水质监测,是实行最严格水资源管理制度/三条红线0的重要基础工作;突发水污染、水生态事件水文应急监测,是健全水资源监控体系,全面提高监控、预警和管理能力的重要组成部分;防汛抗旱的水文及相关信息监视与预警,是提高防汛抗旱应急能力的重要基础;水文及水利信息化建设,是现代水利信息化建设的重要部分,是实行最严格水资源管理制度的重要基础;同时,最严格水资源管理制度关键科学问题的解决,需要水文科学的支持和广泛参与[3]。2.2高效的水资源调度能力最严格水资源管理制度的核心之一是建立水资源开发利用控制红线,严格实行用水总量控制,这意味着最严格水资源管理要从取水源头出发,从取水总量上进行第一步的/最严格0控制。而我国国情和水情共同决定了水资源的时空分布不均,严重影响了水资源的开发利用以及居民的生产生活,这也是出现地下水超采以及局部水资源供应紧缺的根本原因。水资源调度作为改变水资源天然时空分布不均的有效途径,能够起到实现流域水资源合理配置的作用,是落实用水总量控制方案的重要抓手,也是实行最严格水资源管理制度的基础性工作。因此提升水资源调度能力是实施最严格水资源管理制度的必然要求,是最严格水资源管理制度快速和有效实施的重要支撑。2.3准确的用水总量控制模型最严格水资源管理制度提出用水总量控制和定额管理相结合的制度,但是总量控制与定额管理的研究还未形成体系,不同层次总量控制与定额管理在具体指标的编制、实施、核算、优化、调控等过程缺乏科学依据,所以难以保证制度实施的科学性和合理性[4]。目前水资源用水总量控制指标的确定方法存在大量主观因素的干扰,缺乏系统性、科学性[5]。不过实践证明,基于/自然)社会0二元水循环理论的用水总量模型能很好地协调各方面限制因素,达到科学控制用水问题的目的。它在科学评价流域(区域)水资源量、水资源可利用量的基础上,综合考虑经济、社会、生态、环境的用水需求以及公平、高效与可持续原则,通过多目标决策分析将水资源合理分配到经济社会的各个部门,确定流域(区域)各发展阶段的用水总量控制指标,从而为取用水总量控制和定额管理、为最严格水资源管理的高效实施提供了强有力的支持和促进[627]。2.4精确的用水效率控制最严格水资源管理制度/三条红线0分别控制的是取水、用水和排水环节。用水环节作为中间过程,用水效率控制目标的实现直接关系到用水总量控制目标的实现,并且与废污水排放量、水功能区水质达标情况有很大的相关性。用水效率控制是与具体用水行为关系最紧密、效果最直接的管理手段,因此,严格控制用水效率是实施最严格水资源管理制度的关键环节。基于分级控制的用水效率控制能够更精细化地管理水资源,在用水效率控制红线的基础上,进一步细化为/红0/黄0/蓝0三条线,加强对用水效率的控制力度。对用水效率进行/红0/黄0/蓝0三条线的分级控制,可以将原有的单一控制指标进一步细化,一方面为用水效率的监控提供明确的划分标准;另一方面也增加了用水单位提高用水效率的积极性,还能促进最严格水资源管理制度的有效实施[8]。2.5合理的水功能区限制纳污指标体系水功能区限制纳污红线是以水体功能相适应的保护目标为依据,根据水功能区水环境容量,严格控制水功能区受纳污染物总量,并以此作为水资源管理及水污染防治管理不可逾越的限制。红线要求按照水功能区划对水质的要求和水体的自净能力,核定水域纳污能力,提出限制排污总量。合理的水功能区限制纳污总量体系建立所要求的关键部分就是水功能区纳污能力与限制排污总量的准确核算以及水功能区限制排污总量时空分配的确定。合理的水功能区限制纳污指标体系能为水功能区限制纳污红线的落实提供前期的基础,也为最严格水资源管理制度的有效实施提供必要的科技支持[9]。2.6先进的数字流域建设数字流域是对流域的数字化表述,是在现有的流域数字化体现形式的基础上,运用数字化的手段来处理、分析和管理整个流域,实现流域的再现、优化和预测,对宏观与微观信息都能够比较全面、系统地掌握,从而有效弥补现有流域的运行缺陷,帮助解决流域现有问题,优化流域的建设、管理和运行,促进流域的健康可持续发展[10]。数字流域不仅能在计算机上建立虚拟流域,再现流域的水资源的分布状态,更为重要的是,它可以通过各种信息的交流、融合和挖掘,综合气象、水文、国土、交通等信息,通过数字化模拟现代化手段,提高流域水资源综合管理水平。同时也可以为最严格水资源制度的有效落实和可持续发展战略的实施提供有力的科学依据[11]。
3最严格水资源管理制度的理论体系框架
基于对最严格水资源管理制度理念的认识,以及其内涵的理解,总结出最严格水资源管理制度基本理论并构建了最严格水资源管理制度的理论体系框架,见图1。同时,对最严格水资源管理制度理论的指导思想、基本原则、目标、主要内容、理论方法和保障措施进行探讨,以指导最严格水资源管理的实践、支撑最严格水资源管理战略的规划和实施。
(1)科学发展观。科学发展观是坚持以人为本,树立全面、协调、可持续的发展观,促进经济社会协调发展和人的全面发展的一种方法论。最严格水资源管理制度的本质就是在深入贯彻落实科学发展观的基础上,以水资源配置、节约和保护为重点,强化用水需求和用水过程管理,通过健全制度、落实责任、提高能力、强化监管,严格控制用水总量,全面提高用水效率,严格控制入河湖排污总量。(2)人水和谐思想。人水和谐是指/人文系统与水系统相互协调的良性循环状态,即在不断改善水系统自我维持和更新能力的前提下,使水资源能为人类生存和社会经济可持续发展提供久远的支撑和保障0[12213]。最严格水资源管理制度实施的根本目标就是解决当前紧缺的水资源形势,控制水资源开发总量、提高水资源利用效率、限制污水排放总量,从而实现水资源的可持续利用,最终达到人与水的和谐相处。坚持以人为本,着力解决人民群众最关心最直接最现实的水资源问题,保障饮水安全、供水安全和生态安全;坚持人水和谐,尊重自然规律和经济社会发展规律,处理好水资源开发与保护关系,以水定需、量水而行、因水制宜;坚持统筹兼顾,协调好生活、生产和生态用水,协调好上下游、左右岸、干支流、地表水和地下水关系;坚持改革创新,完善水资源管理体制和机制,改进管理方式和方法;坚持因地制宜,实行分类指导,注重制度实施的可行性和有效性。(1)三条红线。最严格水资源管理制度的核心是确立/三条红线0,实际上是在客观分析和综合考虑我国水资源禀赋情况、开发利用状况、经济社会发展对水资源需求等方面的基础上,提出今后一段时期我国在水资源开发利用和节约保护方面的管理目标,实现水资源的有序、高效和清洁利用。/三条红线0是国家为保障水资源可持续利用,在水资源的开发、利用、节约、保护各个环节划定的管理控制红线。(2)四项制度。最严格水资源管理的/四项制度0是一个整体,其中用水总量控制制度、用水效率控制制度、水功能区限制纳污制度是实行最严格水资源管理的具体内容,水资源管理责任和考核制度是落实前三项制度的基础保障。只有在明晰责任、严格考核的基础上,才能有效发挥/三条红线0的约束力,实现最严格水资源管理制度的目标。用水总量控制制度、用水效率控制制度、水功能区限制纳污制度相互联系,相互影响,具有联动效应。任何一项制度缺失,都难以有效应对和解决我国目前面临的复杂水问题,难以实现水资源有效管理和可持续利用。最严格水资源管理制度的理论基础包括水资源可持续利用理论、水循环理论、水量平衡原理、水资源优化配置理论、水资源高效利用理论和水体排污总量控制理论。最严格水资源管理制度的基础理论是最严格水资源管理制度实施的基本支撑,也是最严格水资源管理制度理论体系的基础。(1)水资源可持续利用理论。水资源可持续利用是指在维持水的持续性和生态系统整体性的条件下,支持人口、资源、环境与经济协调发展和满足代内和代际人用水需要的全部过程[14215]。水资源可持续利用是一种在不超过水资源再生能力、社会经济持续发展或者保持以前的发展速度的前提下,水资源开发利用的模式。地球上的水资源量是有限的,并不是取之不尽用之不竭的,但是由于水循环的存在,才使得水资源的可持续利用成为可能。由于经济社会的飞速发展,水资源紧缺已经成为不争的事实。基于水资源可持续利用的理论,实现最严格水资源制度本质上就是要在取水、用水、排水三个方面严格控制,减少水资源开发量、提高用水效率、减少水体排污总量,以实现水资源与经济、社会、生态环境协调的可承载、有效益、可持续的发展。(2)水循环理论。水循环是联系大气圈、水圈、岩石圈和生物圈相互作用的纽带,是水资源形成的基础。也正是由于水循环的作用,使水处在永无止境的循环之中,也使得水资源成为一种可再生资源,因此,水循环的存在是水资源可再生性的基础,也是水资源可持续利用的前提。水循环理论的研究是开展最严格水资源管理制度理论研究的基础。水循环的机理和特点决定了水循环是永无止境的,但是可再生并不意味着无限可取。因此开发利用水资源过程中,一定要转变观念,实施最严格的管理,以保证水资源的可再生性,实现水资源的可持续利用。(3)水量平衡原理。水量平衡原理是研究一切水文现象和水资源转化关系的基本原理。水量平衡原理的提出从根本上说明了水资源是有限的,不是无限可取的。水量平衡原理是最严格水资源管理制度实施的基础理论。从本质上表明了确立水资源开发利用总量控制红线的根本意义以及确立用水效率控制红线和水功能区限制纳污控制红线的必要性和重要性。水量平衡原理的存在,决定了宏观和微观上的/开源0措施均不是解决水资源严重短缺的根本措施。只有严格的/节流0措施才是解决这一问题的关键。(4)水资源优化配置理论。水资源优化配置泛指通过工程和非工程措施,改变水资源的天然时空分布;开源与节流并重,兼顾当前利益和长远利益;利用系统科学方法、决策理论和先进的计算机技术,统一调配水资源;注重兴利与除弊相结合,协调好各地区以及各用水部门之间的利益和矛盾,尽可能地提高区域整体的用水效率,以促进水资源的可持续开发利用和区域的可持续发展[16217]。水资源优化配置的实质就是提高水资源的配置效率,一方面提高水的分配效率,合理解决各部门和各行业(包括环境和生态用水)之间的竞争用水问题;另一方面则是提高水的利用效率,促使各部门或各行业内部节约高效用水。(5)水资源高效利用理论。水资源高效利用的目的就是满足经济社会发展和生态环境维系的需水要求,以提高水资源的单位经济效益和生态效益,以水资源的可持续利用支撑经济社会的可持续发展,促进人水和谐相处。经济社会可持续发展理论和流域或区域内的水循环转化机理是水资源高效利用的理论基础[18]。加大推进工、农业节水技术和居民生活节水器具、合理有效的水价体系、流域或区域内水资源的合理配置和水资源的统一管理都是实现水资源高效利用的重要手段。水资源高效利用的直接效用就是提高用水效率,杜绝各种用水浪费,更进一步的减少取用水总量,实现水资源开发利用总量控制,最终实现水资源的可持续利用。(6)水体排污总量控制理论。水体排污总量控制是指根据一个流域、地区或区域的自然环境及其自净能力,根据水环境质量标准,通过控制污染源的排污总量和相应的污染物处理措施,把污染物负荷总量控制在自然水体环境承载能力范围之内[19]。水体排污总量控制的基本思路是根据流域或区域的社会经济发展状况,通过行政与经济干预以及各种技术措施,逐步将污染物排污总量控制在水环境容量范围之内的过程。(1)科技支撑保障的建设。先进技术和制度为最严格水资源管理的实施提供科技保障,是最严格水资源管理制度有效实施的前提。目前其研究和建设情况还很薄弱,现有的技术条件还不足以支撑最严格水资源制度的实现。因此,要加快基础水文信息数据的采集和观测,健全全国水文观测站点和水文信息共享平台的建设;加快对于/自然)社会0二元水循环理论的用水总量模型的研究,系统提出用水总量控制指标体系;加快节水型生产工艺、节水灌溉技术和节水器具的推广和实施,建立精确的用水效率控制指标体系;加快水功能区纳污能力与限制排污总量核算和水功能区限制排污总量时空分配的研究,确定合理的水功能区限制纳污指标体系;加快数字流域建设,实现对全国河湖水系的数字控制和管理。(2)/三条红线0指标选择和控制指标的分解的研究。/三条红线0是从不同角度、不同层面对水资源的利用和保护进行管理的一个明确的界限。同时,/三条红线0彼此之间相互联系、相互制约,共同构成一个完整的水资源管理体系。当前反映取水、用水、排水过程的指标很多,但是缺乏将其作为统一整体考虑的指标体系,因此,要加快完整控制指标体系的研究。还要迅速着手于对国家层面的宏观控制指标进行分解的工作,建立省、市、县三级行政区域水资源管理红线指标体系。(3)水资源管理责任和考核制度的建立。要将水资源开发、利用、节约和保护的主要指标纳入地方经济社会发展综合评价体系,县级以上地方人民政府主要负责人对本行政区域水资源管理和保护工作负总责。国务院对各省、自治区、直辖市的主要指标落实情况进行考核,水利部会同有关部门具体组织实施,考核结果交由干部主管部门,作为地方人民政府相关领导干部和相关企业负责人综合考核评价的重要依据,具体考核办法由水利部会同有关部门制订,报国务院批准后实施。(4)水资源监控体系的建设。全面提高水资源监管能力,是实施最严格水资源管理的必要手段。加快建立与用水总量控制、用水效率管理、水功能区管理要求相适应的监控体系是实施最严格水资源管理制度的迫切需要。加强省界等重要控制断面、水功能区和地下水的水质水量监测能力建设;加强对重点取用水户取水、主要入河排污口等的适时监控;加快水资源信息化建设,实现水资源管理向动态、精细、定量和科学管理转变。(5)水资源管理体制和投入机制的完善。进一步完善流域管理与行政区域管理相结合的水资源管理体制,切实加强流域水资源的统一规划、统一管理和统一调度。强化城乡水资源统一管理,对城乡供水、水资源综合利用、水环境治理和防洪排涝等实行统筹规划、协调实施,促进水资源优化配置。拓宽投资渠道,建立长效、稳定的水资源管理投入机制,保障水资源节约、保护和管理工作经费,对水资源管理系统建设、节水技术推广与应用、地下水超采区治理、水生态系统保护与修复等给予重点支持。(6)政策法规和社会监督机制的健全。抓紧完善水资源配置、节约、保护和管理等方面的政策法规体系。广泛深入开展基本水情宣传教育,强化社会舆论监督,进一步增强全社会水忧患意识和水资源节约保护意识。大力推进水资源管理科学决策和民主决策,完善公众参与机制,采取多种方式听取各方面意见,进一步提高决策透明度。
【关键词】绿色建筑;节水器具;二次污染;中水系统
1.引言
“绿色”是自然、生命与活力的象征,代表了人类与自然和谐共处,直观地表达了可持续发展的思想内涵,绿色建筑倡导节水、防止水污染及水资源的高效利用。我国是一个水资源紧缺的国家,为保证社会经济的可持续发展,有效利用水资源,节约用水已成为我国的基本国策。这里就绿色建筑的水系统设计策略进行探讨,从建筑给水系统的设计上探求节水的途径。
2.绿色建筑的节水设计策略
2.1 控制超压出流量
满足卫生器具和用水设备用途要求而规定的,其配水出口在单位时间流出的水量称为额定流量,放出额定流量所需的最小静水压力称为最低工作压力。当给水配件前压力大于最低工作压力,给配件的出水量就会大于额定流量,超过额定流量的部分称为超压出流量。超压出流量为无效用水量,必将造成水的浪费。
建筑系统供水时所提供的水压是以保证最不利点用水压力为准,同一竖向分区内,由于建筑物内各层静水压不同,将造成系统各层供水的不均衡,若顶层流出额定流量,底层必将出现超压出流现象。实测表明在卫生器具种类、个数相同的情况下,各区底层用水量远大顶层用水量。为满足用水要求,避免超压出流现象发生,各层应均衡供水,把水压控制在合适的范围之内。从防止超压出流的角度考虑,在满足卫生器具使用要求的前提下,入户管的水压越低越好。
建筑给水系统中合理设置减压装置是控制超压,减少超压出流的有效技术保障。常用减压装置有减压阀、减压孔板等,二者均可有效减压。如上海交大在学校浴室热水管道中加装孔径5mm的孔板后,节水约43%效果明显。
2.2 减少热水系统的无效冷水量
许多高标准建筑中都设有集中热水供应系统,其运行过程中由于无效冷水量的存在,就造成水的浪费。热水系统的无效冷水是指开启热水配水装置后,为获得满足一定水温使用要求的热水,而被迫放掉的冷水。无效冷水因温度低不能满足使用要求而被浪费掉,选择合适的热水循环系统减少无效冷水量是热水供应系统重要节水途径。无效冷水量与热水循环系统选择、管道布置、保温等有关,主要影响因素是热水循环系统,热水循环系统的完善程度直接影响节水效果。按热水管网设置循环管网的方式不同,有全循环、半循环、无循环之分。全循环也称支管循环,半循环又有立管循环和干管循环之分。
支管供水循环方式,各配水龙头打开即可得到符合设计水温要求的热水;立管循环供水方式,打开配水龙头时,只需放掉支管中少量的存水,就能获得符合水温要求的热水;干管循环供水方式,打开配水龙头时,需放掉立管和支管内的冷水,才能获得符合水温要求的热水;无循环供水方式,要获得规定水温的热水,需放掉干管、立管和支管内的冷水,由于浪费严重,无循环供水方式逐渐被淘汰。现行《建筑给水排水规范》规定:对集中热水供应系统均应设热水回水(循环)管道,热水供应系统应保证干管和立管中的热水循环。
实验证明立管循环优势较明显,与干管循环比其节水效果好、回收期较短,投资效益高,一般热水循环系统首选是立管循环。干管循环的无效冷水量随建筑供水层数的增加,立管的增长而增大,水浪费严重,不宜采用。仅从节水效果上看,全循环最节水。但全循环工程成本与立管循环相比增加过多,投资回收期长,相对投资效益差,只有对要求随时取得规定温度热水的高标准建筑物,才采用支管循环供水方式。
2.3 使用节水器具
配水装置和卫生器具是用水终端,安装使用节水器具是实现节水最直接简单有效的途径。如居家生活中,通过用水器具来节水的潜力很大,新建房屋应当采用节水型设备和器具,配套建设节水设施。安装质量符合国家标准的节水型便器水箱、配水设施,对已建房屋原安装使用的费水便器水箱和配件,应逐步更换。
2.4 防止水质二次污染
水质二次污染是指供水企业生产的符合生活饮用水标准的水,在输送到用水点的过程中受到的水质污染。水厂供给的生活饮用水在输送至各用水点的过程中,会因各种原因受到二次污染。二次污染事故的发生,使建筑供水系统不能安全供水,受到污染的水将会被排放,同时还要用大量的水清洗被污染的供水系统,这就造成水的严重浪费。
2.4.1 水箱(水池)防污染措施
在住宅给谁方式中,设屋顶水箱的给水方式是最常见的,水箱(水池)可能因设计或管理不善造成二次污染,是建筑给水系统中最易产生水质污染的环节。设计水箱时应合理确定水箱容积避免容积过大,水停留时间过长,正确安排水箱内部结构,对称布置进出水管,消除水的滞留死角并采用无污染内壁材料。同时加强管理,严格执行水箱、泵房管理标准,按时清洁水箱。屋顶水箱的水质易受周围环境影响,虽有定时清洗、消毒水箱的规定,但由于管理的疏漏,难以保证饮水的水质,为确保居民的健康,宜设置水消毒处理装置,实践证明这对防止高层建筑的水质污染起到了很好的作用。
2.4.2 采用变频调速泵供水取消高位水箱
在建筑供水系统发生的水质二次污染事故中,由水箱造成的水质二次污染所占比例较大,取消高位水箱可有效减少二次污染的几率。上海现行的《住宅设计规范》已经明确规定:多层住宅宜采用变频恒压供水方式;建筑高度不超过100m的建筑的生活给水系统宜采用垂直分区并联供水方式,低区利用市政管网的压力直接供水,中区和高区各采用一组变频调速泵供水。在有条件的地区,若能采用叠压供水取消贮水池,则可消除水池可能造成的二次污染。
2.4.3 合理布置管线防止回流污染
布置管线应严格执行设计规范中有关防止水质污染的规定,《建筑给水排水规范》中有关于管道连接防止回流污染的强制条文,必须严格执行。工程中有的生活引用贮水池设置在地下,除上述可能造成的污染外,还存在被地下水污染的可能。贮水池的结构本身应做到严密、防渗水;地下水池的溢流管及泄水管应采用间接排放,防止污水倒灌回流污染生活水。
2.5 设置中水系统高效利用水资源
对水资源的合理利用应是优质优用,不同用途的水其水质要求也不同,生活用水并非全都需要优质水,长期以来人们习惯用优质饮用水作为杂用水使用,导致高质低用。建筑中水是指生活污水处理后,达到规定的水质标准,可在一定范围内循环使用的非引用水。目前城市供水80%转化为污水,如经过再生处理,其70%可成为安全回用的中水,这将会大大减少新鲜优质水的使用量。建筑中水是生活节水的重要措施,不仅极大的提高了水资源的利用效率,而且减少了污水排放量。早在2001年北京就强制要求达到一定规模的小区建设中水设施。实践数据显示,在城市建筑小区采用中水系统后,居住区用水量将节省30%~40%,同时排放量减少35%~50%;对一般居民住宅,可节水30%左右。但由于种种原因,如成本高、水源不足、中水不稳定等,导致已建成的中水设施闲置现象普遍。政府部门、物业管理单位、业主三方应相互配合,想办法尽快消除这种状况,使中水系统的节水作用落到实处。
3.结论
绿色建筑给水设计应采用可持续发展的设计理念和技术策略,不仅要节水省水,减少水资源消耗,更要提高水资源的利用效率,加强中水利用减少排污量,把建筑对环境的影响降到最小,这对推广绿色建筑,实现低碳生活有着重要的意义。
参考文献:
[1]上海市工程建设标准化办公室,住宅设计标准[M].上海:40-41
关键词:暖通空调工程;施工质量;质量管理;对策
中图分类号:F253.3 文献标识码:A文章编号:
前言:在现代智能化建筑中,暖通空调系统起着不可或缺的作用,已经成为智能化建筑的核心部分。随着人们生活水平的提高,对现代楼宇的要求不再停留在温度、适度等层面,还对空气的清洁度提出了较高的要求。要提高住宅环境的质量,确保暖通空调系统能常年正常运行。必须严格做好暖通空调的施工质量管理。
1.暖通空调施工中存在的问题
1.1管线的位置和交叉问题
现在大部分建筑的暖通空调工程使用CAD软件绘制色剂图纸,在施工图完成前没有认真核实暖通空调管道的标高,仅在施工前做简单的初步规划,因此可能使各部分施工图纸中的管道线路高度和位置出现重叠交叉,给暖通空调系统工程的施工控制带来了不少麻烦。在综合性的建筑中,有暖通空调的终端设备、冷冻管道、冷凝管道和通风管道等多条专业管道线路存在于吊顶的空间内部。若施工前没有认真校对图纸规划,而贸然进行施工,会导致前期进行施工的管道线路方便,后期进场的则难以进行管道的安装和维护。因此管道安装的施工位置和标高对暖通空调系统工程的施工质量造成影响,还可能影响暖通空调的运营,甚至需要返工。
1.2暖通空调系统设备产生的噪声
暖通空调工程经常出现的问题是在空调终端设备运行时会产生较大的噪声。近年来,风机管盘的技术得到了较大的提高,绝大多数厂家生产的产品噪音都在规定的标准以下。然而在大风量组合空调机技术未能发展完善,因此它的测量出来的噪音指数往往要比生产厂家提供的样本参数高出许多。因此,在进行暖通空调设计和施工时,必须对设备噪音指数提出严格的要求,特别要注意的是大风量组合空调机组的隔音处理。当空调设备进入施工场地时,要及时开箱检查,施工安装之前就要对大风量空调机组进行通电测试妥善,同时对噪音指数未能达标的空调机柜,要及时采取措施如更换、验退或调整隔音等有效措施,将暖通空调系统的整体噪音降到最低。
1.3空调水循环系统
水循环系统是建筑暖通空调系统工程施工的核心。因此水循环管路对暖通空调系统运行会造成最直接的影响。如果水循环管路施工中出现问题,还可能使整个暖通空调系统正常运行。而在暖通空调水循环的系统中,会经常出现冷冻水循环系统的管道线路不通畅的问题。产生这种情况的主要原因是由于管道线路的交叉,而没有及时进行的施工过程中的调整,使管路中出现气囊堵塞,使得水循环系统不能正常运行。同样,如果没有做好管道的清理工作,也有可能影响到暖通空调水系统的循环流动。
1.4管道出现结露滴水现象
暖通空调系统工作中还可能出现管道结露滴水现象,引起这种情况的原因相对复杂,主要包括管道系统安装问题、管道系统接口连接不够严密以及管道保温等,另外,如果管道系统没有严格依照工程操作规范进行安装施工,会造成更严重的漏水问题,同时,如果管道系统材料出现质量问题或者监察不力(这是监理要严格控制的),还有没有做好系统的水压测试,也有可能会造成管道出现结露滴水问题。
2.控制施工质量问题的措施
2.1解决管道定位和标高
采用管道线路综合设计暖通空调施工图纸,对建筑物内各个系统的管道线路工程的综合管线设计进行统一调配,综合考虑各系统的管道线路走向,以避免引起不同系统工程设计的冲突,从而减轻暖通空调系统施工过程中调整和整体协调性。在建筑空间中,不同管道线路要有独立且合理的管线定位,统一协调管线的施工和维护过程。
2.2控制设备运行时的噪声问题
在空调系统的安装中,要加入新型的弹簧阻尼减震系统,采用软性连接方式连接风机和管道,在固定风机盘时要采用弹簧吊钩的方式,以避免在暖通空调系统安装施工过程中因处理不善而造成噪音问题。另外,可以在空调设备所处的机房墙面和出口位置采用吸音处理的方法,如用吸音效果较好的隔音材料在房间内部添加围护,或直接将隔音材料粘贴到墙上,以有效减少空调设备的噪音传播。为吸收部分因设备引起的噪音,可以将吸音板和岩棉应用到机房墙壁的外表和吊顶材质,尽量减少机房的门窗或者门窗采用吸音效果好的材料。
2.3优化暖通空调的水循环系统
加强工程前期的设计管理,是优化暖通空调的水循环系统的首要工作.为了减少由设计的原因引起的气囊问题,应科学合理地安排水循环系统管道的线路坡度与高度,同时,要将明确的排气系统设计中可能出现气囊的管道位置。为解决水循环系统清理的问题,在安装施工前就要必须做好对管道的清理,在施工过程中要特别防护未封闭管道口遭受污染。在水循环系统管道网要进行合理设置泄气阀和冷凝管坡度的调整。在设备连接前,要妥善地分段做好的清洗工作。
2.4解决管道滴漏问题
加强对管道保温材料的检查是解决暖通系统管道滴漏的问题的必要途径,在施工开始前,要确保完整无误地图纸技术交底工作,后在施工管理过程中,做好检查工作,为保证管道和保温管的契合度,要从根本上排除保温套管与管道配置不合理的情况。另外还要对弯头和阀门等接口位置的保温工程进行严格的监控和管理;其次,应该在冷冻管通过墙体的部分,增设保温防护功能和过墙套管副敷设工程管理把控,以确保严密地连接墙壁和管道保温层。最后对于盘管风机中接水盘的部分,要注意做好清理工作,并加强对设备的维护。
3.强化暖通空调施工质量管理工作
只有严格地把控暖通空调施工质量的关,才能对于不具备资质的设计单位的设计或者越级设计的工程,采用一律不予施工的原则,才可能设计出理想舒适的建筑工程,最大限度地实现暖通空调工程的经济和社会效益。同时,对于建筑材料,也要严格监控式管理,一律不准使用无出厂质量合格证明、质量存在安全隐患问题的建筑材料和设备,另外,暖通空调工程都必须在国家标准和规范下进行施工和验收。对没有达标的工程,必须经过返工和不签证并上报相关单位,在确保工程的质量和满足其使用功能后才可报验。具体来说,要加强暖通空调施工质量管理和过程管理工作,可以采取以下几个措施:
3.1建立和完善工程质量保证体系
建立和完善以项目管理为首的工程质量管理保证体系,是施工企业能全方位实现,施工过程中的质量控制管理的重要工作。施工企业要想保证施工现场暖通空调施工工程的质量,就要对生产、管理、技术、设备和材料等管理部门的工作进行严格的质量监控,从而使企业质量管理的整体系统来严格控制暖通空调的施工质量。
3.2推行工程质量目标管理
工程的质量目标管理是贯穿施工整个过程的系统管理,为提高建筑工程质量,使施工企业能再在激烈的竞争中生存发展,同时还应将目标管理推深入到工程过程中的质量管理。工程的质量目标管理即根据工程质量目标,通过对工程质量目标的设计,并将工程目标发展为全部施工管理和操作人员在施工过程中的质量目标。使全体人员都带着有目标而劳作,确保在暖通空调施工工程工艺的每一道工序中,都能充分的得到质量保证。
3.3做好工程质量的检查工作
对工程内在质量的检验大多通过工程测试来实现,但是在暖通空调工程的施工中,有一部分内在的、功能性的质量,是不可能通过观察和测量来确认,此时就必须通过和利用各种仪器、仪表进行测试确认。在进行工程测试时,必须有建设单位、监理单位和设计单位的相关工作人员参与。如果试验结果不符合规范或者达不到标准和设计的要求,必须认真对待,找出原因并采取必要措施及时更正,然后进行再测试,直到达到物业工程工况标准,再进行会签手续。
在暖通空调工程的施工现场,要注意对施工现场工作人员进行安全和文明宣传。“安全第一,文明施工”是暖通空调工程的施工方针,因此在暖通空调施工过程中,要保证相关工程人员在施工操作中的人身安全,同时要营造文明的工程施工环境。
4.结语
总而言之,在进行暖通空调施工工程管理的过程中,要严格把好质量控制关。在进行工程施工之前要掌握设计意图,认真了解施工图,做好施工组织设计工作的配合,牢牢抓住工程的控制要点,认真对工程事前、事中、事后进行管理。同时要注意采用先进的暖通空调设计技术,以提高和完善建筑本身的使用功能及满足后期物业管理方便需求,为企业和社会创造更多的经济利益。
参考文献:
关键词:暖通空调;安装施工;问题;解决方案
暖通空调,一般用于大型商场、办公大楼以及会所酒店等场所用于保证建筑物内部的空气流通以及均衡的室内问题,以提供良好的室内环境,随着我国社会经济的快速发展,暖通空调的得到了快速普及,受到了人们的普遍认可。但是,暖通空调的安装施工过程中,常常会出现一些质量问题,为暖通空调的正常使用造成了一定的困难,使工程施工方和使用方大卫苦恼。
一、 暖通空调安装施工过程中存在的问题
(一) 噪音问题
噪音问题,是暖通空调的主要工作问题,对于楼内工作人员来说,影响也非常大。暖通空调的噪音往往是由于末端设备质量不合格,从而在设备运转时所造成的,目前随着我国科技技术的不断发展,许多国内暖通空调设备生产企业所生产设备都能够达到使用标准,但质量问题仍然不容忽略。
噪音问题产生的另一原因就是消声器没有安装所造成的。一般情况下,暖通空调在正常运行过程中都会或多或少的产生一定的工作噪音,而消声器正是用以解决噪音问题的良好设备,然而,由于施工过程中考虑的不充分,消音器没有进行安装,就容易造成一定的噪音问题,影响暖通空调的正常使用。
(二) 水循环问题
水系统,是暖通空调正常运行的良好保障。水系统用以对室内温度的循环调节,是暖通空调改善室内问题的主要媒介。在施工过程中,如果没有协调和处理好水系统,就会造成空调水循环的阻碍,影响暖通空调的正常运行。
一般,造成水循环问题的主要原因有空调内管道的清理不干净,造成了空调水系统的阻塞;水循环管道的破裂,造成泄露问题,而影响了正常的网管循环;或者冷冻水管的外部保温材料受到破坏,因而影响了暖通空调的正常工作运行。
(三) 暖通空调的安装设计问题
暖通空调的安装设计问题,对于暖通空调的运行也有非常大的影响。目前,我国建筑施工设计图纸多由电脑软件绘制,这样就缩短了人工作业的时间,减轻了设计师的工作压力。然而,对于设计图纸的检验和校对工作却相对欠缺,容易造成相关环节出现疏漏,从而造成了相关问题的产生。因此,暖通空调设计图纸的校对问题这是十分重要的。
(四) 暖通空调的施工问题
暖通空调的安装过程设计到了许多专业,因此,暖通空调的安装过程,往往是许多工作组协调进行的,因此,暖通空调的施工也不能被忽略。暖通空调在安装过程中出现问题是比较常见的,往往是由于各工作组之间缺乏必要的沟通与合作,相关工作小组工作中出现了盲目性和独立性,从而造成了安装工作的不协调性,许多环节没有良好的衔接,从而给暖通空调的正常运行带来了非常大的阻碍,也影响到了整个施工工期。
二、 暖通空调施工问题的解决方法
暖通空调的施工对于暖通空调的正常运行是非常重要的,因此,解决暖通空调的安装施工问题,对于暖通空调的正常运行是十分必要的。以下,是笔者结合多年工作经验所提出的相关解决方法,针对于暖通空调的水循环、噪音等问题,进行行之有效的处理和改善:
(一) 噪音问题的解决方法
噪音问题很大程度上是由于暖通空调设备的质量问题所造成的,因此,在选取相应设备和零部件时,应该重视设备的噪音系数以及设备的使用寿命,一般可以选取选取公司规模较大、信誉较高的生产企业进行业务合作,从而确保暖通空调的质量,为暖通空调的正常运行进行可靠的保障。
在设备安装时,需要采取一定的设备来减轻空调机等结构的震动,使空调机在运行过程中不会因为震动过于剧烈而造成损坏,从而产生较为严重的噪音问题。对于风机、风口等环节的连接问题也要高度重视,一般可采用弹簧吊钩等零件进行相应的加固来避免噪音的生成。同时,要加强暖通空调的吸音效果,如机房吸音门窗的安装,墙壁的凹凸板设计,都能很好的减少噪音的外传。
(二) 水循环问题的解决方法
水循环问题的产生,主要是由于管道受污物阻塞所引起的,因此,我们首先要做的就是加强对水管道的清理工作,定期检查水管道是否保持了良好了运行和正常的流通,对管道内的污物和锈斑要做到及时、有效的处理,并且,应该哎官网的最低处安装一个较大的排污阀,确保污垢的正常排放,防止水管道的阻塞影响暖通空调的正常运行;对于水循环管道,我们也应该做好必要的保护措施,为了避免管道受腐蚀而造成水泄露,应该在管道的外部涂抹一定的防腐材料,延长管道的寿命,避免腐蚀问题的发生,同时,应该在管道的添加一定的保护材料,防止外物对管道的碰撞等问题,减少水循环问题的发生。
(三) 暖通空调安装设计问题解决方法
加强暖通空调安装设计图纸的校对和检验工作,是避免暖通空调安装设计问题的有力途径。目前,多数暖通空调的安装问题都是由于设计图纸的校对和检验出现了疏漏,造成了施工中问题的发生,因此,我们需要严格检验流程。对于暖通空调的校对和检验,可以组成相应的检验小组,由专门人员进行负责检验和校对,及时发现设计图纸中的质量问题,并作出快速的整改和解决,确保工程的正常施工;同时,管理者可以邀请相关的工程设计院进行设计图纸的检查工作,这样能够更好的找出空调安装设计图纸中的疏漏,从而大大避免设计图纸对暖通空调运行的影响。
(四) 暖通空调施工问题的解决方法
暖通空调的安装施工对于空调系统的正常运行也有着非常大的影响,安装环节问题的产生,将对严重影响暖通空调的运行质量,甚至会造成严重的事故发生,因此,必须要对施工问题进行合理有效的解决。
首先,施工企业应该加强人员的管理和培训工作,使安装人员具有良好的安装技术,对安装环节中所设计的技术能力能够良好运用,降低安装施工问题的发生频率,从而保证暖通空调的正常运行。同时,要加强对安装施工的监督工作,及时发现安装过程中所出现的问题,并进行及时的整改和解决,避免相应事故的发生,避免暖通空调运行问题的发生。
总结:
随着我国经济的不断发展,人们对室内环境的要求也越来越高,暖通空调也越来越普及,使用场所也越来越多,因此,暖通空调的安装施工问题也必须更为重视。在安装施工过程中,我们必须要加强安装流程的监督工作,加强设备质量的检验工作以及设计图纸的校对工作,从而切实有效的避免暖通空调安装问题的发生,为人们的创造更为舒适的工作生活空间。
参考文献:
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