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【关键词】节能;循环水处理技术;火力发电厂
0.引言
水资源是人们生产生活中不可缺少的一部分,它在人们生活中有着十分重要的意义。目前我国的淡水资源总量为28000亿立方米,而且占全球总水量的6%,在世界上排行第四。但是我国也是一个缺水十分严重的国家,这主要是因为我国人口众多,人均占水量只有世界水平的四分之一,而且分布地区很不均匀,有许多地区常年处于干旱的情况,这个工业生产和生态环境都有着一定的影响,因此对于水资源的节制是很有必要的。
1.节能的概念
随着环境的破坏和能源的减少,人们也逐渐认识到能源的重要性,因此人们在生活生产中不断提出节能的口号,并且近几年,我国也开始提出了“低碳生活”和“可持续发展”等节能方面的战略发展。节能的主要是为了尽可能的减少人们在生产生活中的能源消耗,实现对其能源的管理,在技术上和经济上都采用合理的手段,减少各个环节的能量消耗和损失,从而达到人与自然和谐相处的目的,使得社会改变传统的发展方向,朝着节能的目的强行。
目前,节能已成为我国的基本国策,并且也已经制度出了相关的法律法规,来对人们继续约束,对环境进行一定程度的保护,并且取得了不错的效果,而且人们也已经自觉的拥有了一定的节能意识,这对我国经济发展有着绝对性的作用。
当前,火电厂对燃料和水资源都有着很大的消耗,因此我们在对燃料进行节能措施的保护的时候,也要考虑到水资源的节省,这不但有了有利于电力行业的发展,还推动了当前节能技术的进步。因此在火电厂发电的时我们不但要采取节水措施,还要充分的利用水资源,提高水资源的利用率,这样才能做到环境的保护和可持续发展战略的实施。
2.火力发电厂
火力发电厂又被人们称之为火电厂,它主要是通过燃料燃烧产生的热能,把水转化成水蒸气,在蒸汽压力的作用下推动汽轮机的转动,使得热能转化成动能,从而带来发动机的运转产生电能。其实工作原理很简单就是通过汽水系统和燃烧系统的配合使用,达到能源的转换,让热能转化成电能,起到电能生产的目的。
火力发电是一门比较久远的发电技术,它起源于19世纪70年代,而且随着时代的发展,在20世纪30年代的时候已经得到了较大的发展和广泛的使用。由于不断的发展与进步火力发电技术越来越成熟,现在也已经成为电力主要的来源。不过火力发电也存在着许多的确定,其中最主要的就是对环境造成严重的污染,对资源的消耗也十分的大,对不可再生能源有着一定的影响。而且在火电厂中消耗的不只是矿产资源,还要大量的水资源。在我国火电厂中冷却水消耗的总量就占整个发电工程的90%以上,并且当前水资源的问题越来越突出,因此循环水系统有着十分重要的作用。但是在使用循环水时,也对热力系统有着一定的影响,有可能或影响发电设备的发电效率,所以我们在进行循环水处理的时候,一定要注意。
3.现代循环水处理技术
3.1过滤法
过滤是最常用的旁流处理方式,它的处理能力通常是循环水总量的2%-5%,可以除掉水里面含有的大部分悬浮固体、粘泥和微生物等,但是降低不了水的含盐量和硬度,反冲洗时可以将杂质随着反洗水一起排出系统,反洗水的杂质浓度远高于排污水的,所以消耗的水量较少,通过过滤可以显著降低排污量。
大型循环水系统一般采用重力无阀旁虑池,以无烟煤和石英砂为滤料,滤速只能控制在10m/h以下,悬浮物浓度只能控制在10mg/l以下。与石英砂相比,纤维滤料具有孔隙率较高、孔隙分布合理以及比表面积大等优点,滤速可高达20-85m/h。纤维柔软且具有可压缩性, 随着水流阻力的增大而逐渐被压缩, 使滤料上层受力小、孔隙大, 下层受力大、孔隙小, 使得纤维滤料纳污量大、过滤周期长。[1]
3.2膜分离技术
通常所说的膜分离法,是指用天然或人工合成的高分子薄膜,以外界能量或化学位差为推动力,对双组分或多组分的溶质和溶剂进行分离、分级、提纯和富集的方法。膜分离技术特点:
3.2.1不发生相变,与其他分离技术相比能耗低。
3.2.2在常温下进行,尤其适用于对热敏感的物质。
3.2.3适用范围广。除了有机物、无机物、病毒、细菌、微粒外,还适用于特殊溶液体系。
3.2.4分离装置简单,易控制、易维修。
缺点:
对水质要求高,压力波动会将分离膜破坏,易堵塞、污染。一次性投入成本高,膜分离法不适用处理大型电厂的循环水系统。
3.3化学法
化学法又叫化学沉淀软化法,是一种采用石灰―纯碱来降低水中的碳酸盐硬度和非碳酸盐硬度的方法。使得水的降低浊度和硬度的同时降低。一些电厂的循环水系统在运行过程中各种离子及悬浮物含量不断增大, 导致水质稳定效果下降。在电厂循环水系统中应用石灰软化―混凝沉降及二氧化碳相结合的方法可以使循环水的硬度和浊度降低,而且能够重新返回循环水系统。
3.4离子交换法
弱酸阳离子交换树脂在水质软化处理中的应用越来越广泛。弱酸树脂的羧酸基团对Ca2+、Mg2+具有较大的亲和力,能有效降低水中的碳酸盐硬度, 可以有效防止碳酸钙垢的生成,并且其工作交换容量可达到强酸树脂2倍以上。另外,由于补充水中的悬浮物被除掉,减少了行程结垢的晶核,更有利于组织结垢。但是,水中悬浮物和有机物的存在对树脂的运行周期产生严重的影响, 另外树脂价格较高、操作复杂。[2]
4.循环水处理在电厂节能中所起的作用
在开放式的循环水冷却系统中,循环水通过冷却水塔冷却,在冷却过程中会有大量的水分蒸发掉,这样循环水就会不断地被浓缩。
根据以往运行经验可以得出,浓缩倍率越大,补充水率越小,但是浓缩倍率的提高的作用有限,当其到一定程度时,进一步提高对降低补充水率所产生的作用不大,而且提高浓缩倍率的提高与循环水处理技术和投资成本密切相关。
采用弱酸阳例子交换水给循环冷却水作补充水,同时往循环水中加入一定浓度的缓蚀阻垢剂可使循环水的浓缩倍率提高到3.5-4倍左右,采用这种方法,不仅可以减少凝汽器铜管的腐蚀结垢,而且可以最大程度的节约水资源。
通过改变循环水处理方式,保持循环水良好的水质,维持凝汽器换热管的清洁度,提高凝汽器的真空度,从而提高电厂汽轮机部分的发电效率。在循环水的进水温度一定时,凝汽器的换热效果越好,汽轮机的排汽温度就会越低,凝汽器的真空度也会越高。凝汽器的换热能力与换热面的清洁程度密切相关。循环水侧的结垢、污染及腐蚀物都会影响凝汽器的换热能力的高低,直接影响汽轮机的排汽温度及其真空度,进而影响整个机组的发电效率。
5.结论
由此可见,在火电厂中的水资源的循环利用和处理,都有着十分重要的意义,这不但大幅的提高了水资源的利用效率,起到了良好的节能效果,还促进了电力行业的经济发展。但是,我国火电厂在进行循环水处理的时候还是存在一定的不足,对汽水系统的发电率带来了一定的影响,因此,我们在进行循环水的处理过程中,一定要保证凝汽器的清洁,减少循环水中的杂质,从而降低汽水系统中的温度和压力,这样才能很好的提高热效率。所以,我们还要在实践中不断气探索,从而促进我国节能技术的发展与进步。
【参考文献】
关键词:自然-人工复合水循环;WACM模型;水资源配置;水循环模型;黄河流域
中图分类号:TV211文献标识码:A文章编号:1672-1683(2013)01-0044-06
1研究背景
变化环境是指由人类活动和自然过程相互交织的系统驱动所引起的一系列陆地、大气与水循环的变化[1]。随着人类活动和气候变化,人工因素对自然水循环系统的干扰愈来愈烈,特别是高强度的水资源开发利用,如人类的取水、用水、耗水、排水、调水等行为,对整个水循环过程产生了巨大的影响[2]。
经过几十年的发展和研究,学者们对于流域水文循环的研究越来越深入和细致,特别是从20世纪90年代开始涌现的分布式流域水文模型,如MIKE-SHE模型[3]、VIC模型等[4],使得研究者可使其与气候模型(GCM“全球气候模式”)结合,开展气候条件变化下的流域水循环研究[5-6]。但是,这类研究重心放在气候变化对于水循环的影响研究方面,而在重点考虑人类活动影响条件下,特别是高强度水资源开发利用条件下的流域水循环研究方面,仍存在着诸多不足和问题。
(1)取用水总量与耗水总量关系不清楚。取用水总量易于观测和计量,方便管理,但无法反应水的资源消耗本质;而耗水总量能体现水资源的真正资源消耗量,但难以核算和管理。取用水总量与耗水总量关系密切,但缺乏成熟明确的量化表达式,仅凭经验来估算耗排水量,不够科学合理。同时,耗水总量管理方法在管理中缺失,致使取用水管理与耗水管理不相协调,取水许可方法受到限制。
(2)地表、地下用水总量与耗水总量关系不清楚。水循环过程中,地表水和地下水转化频繁,地表水与地下水之间的转化关系还未能清晰定量化。如水管理实践中往往将从河道或湖泊附近的取水井抽取的水量归为地下水统计,而实际中水是从河道渗透来的河水,其水源的归类还存在争议。因而地表地下用水总量与耗水总量的关系难以确定。同时,地下水资源的调控中,仅仅从人工地下水取用量的角度研究,人工取用地下水与地下水位的联系尚无考虑,且潜水和承压水也未能区分,由此更加难以确定其耗水关系。
(3)当地水、外调水用水总量与耗水总量关系不清楚。外调水与当地水往往通过共同的取用水设施向用水户供水,在没有明晰当地用水与耗水之间的关系之前,难以确定当地水、外调水用水总量与耗水总量之间的定量关系和转化规律,给总量控制的管理带来不便。
(4)地表水与地下水、当地水与外调水之间循环转化关系不清楚。外调水在输送及使用的过程中都可能与当地地表、地下水产生水量转化,同时当地地表水和地下水之间也在不断的转化。对于上述转化过程,其转化的具体路径、时空分布、变化特征都很难进行定量的描述,各种水源之间的循环转化关系不清楚。
(5)水循环过程中的供-用-耗-排-补-转化关系不清楚。以往常用“供-用-耗-排”来描述供用水的循环转化过程,这种提法主要是从地表水系统出发总结出来的;如果从整个水资源系统来看该提法则不够全面,应该修改为“供-用-耗-排-补-转化”,考虑水的回补与转化过程才更能够反映供用水之后整个水资源系统的变化过程,或者说水循环的变化过程。目前还很难给出水循环过程中供-用-耗-排-补-转化之间的定量关系。
(6)水资源高效利用条件下水的供-用-耗-排-补-转化关系变化。在水资源高效利用条件下,采用节水措施或者节水工艺,取水量减小,输水过程、用水过程也随之发生变化,则必然引起水资源的耗、排、补及转化过程发生改变,但目前还很难对这一过程展开有效的定量化研究。
本文将以“自然-人工”复合作用下的流域水循环机理和模型为基础,对水资源开发利用条件下的流域水循环过程展开研究,提出一种基于水资源配置的流域水循环研究方法,并以黄河流域为例进行实践应用。
2流域水循环研究的科学方法
流域自然-人工复合水循环理论[7]是解决高强度水资源开发利用条件下水循环问题的基础核心。对于上述存在问题,按照科学认知、现场实验、理论探究、解决方法四个步骤,形成一个从水循环机理认知到水循环观测实验,再到流域区域自然-人工复合水循环理论研究,最后利用水资源分配与循环转化模拟模型[8](Water Allocation and Cycle Model ,即WACM)进行模拟计算。
教学本质到底是什么?现代不少教育学家认为“教学是师生双方共同活动,由教师的教与学生的学组合起来的共同活动过程”,进而认为教学的本质是“对话”、“交流”、“沟通”,教学是一种学习的活动,本质上是学而不是教。在新课程背景下,教学本质更是以教师指导下的学生主动学习为基础,以新型师生关系为纽带,通过教师、学生与教学目标、教学资源、教学媒体的交互作用而使学生在知识能力、情感态度、创新精神等方面都得到主动发展的一种有组织、有计划的育人活动。由此可知,新教学的本质在于育人,即引导学生主动地学习,使之在知识能力、情感态度、创新精神等方面都得到主动发展,成为具有鲜明个性的人。但目前不少课堂教学中,知识是“死”的,是客观存在的,教学设计往往侧重于发挥教师的主导作用,学生是课堂的旁观者,没有积极参与,没有自己的经历和体验,通过“别人”(教师或书本)陈述话语获得知识,这样获得的知识是机械的,学生不懂得应用。学生的思维能力、学习积极性、主动性都未激发出来。还有一种情况,对于新课改,一些教师过多沉浸于新的教学形式、教学手段的变革中,但却忽略了教学的真正本质与意义。如果失去本质,仅有形式,岂不等于无源之水、无本之木?曾听过这样一节课,上课教师花费了大量时间制作多媒体课件,准备了十几张卡片,并采用小组合作、探究发现、活动教学等多种新型的教学形式,一节课热热闹闹,但是最基本的教学目标却不清晰,尚未落实。这种现象在当今课堂中并不少见,看似热热闹闹,但却忽略了教学本质,这是很值得警醒的。
二、探寻、理解学习意义,为学生创造有意义的学习经历
“学者,觉也”(《礼记·王制》)、“学而不思则罔,思而不学则殆”(《论语·为政》)、“学莫贵于自得”(程颐)、“思之自得者真,习之纯熟者妙”(明代学者王廷相),分别是古圣先贤对于学习的真义、原则、方法、功能的经典性表述。要实现意义学习,首先要激发学生兴趣和需要。人本主义学习理论认为:“所有学生都有学习动机,而如何使所有学生的学习动机,专注于为他所设定的学科,显然是教学成败的关键所在。”因此教师在教导学生学习知识之前,必须设身处地从学生的立场出发,提出并尝试回答这样的问题:“我们为什么要学习?”只有学生认为,学习是有意义和价值的,所学知识正符合他们的成长需要,且有能力学习,有能力达到教师对他们的期望程度,他们才会自愿读书求知,不会因失败而退缩,不会不敢于尝试。所以不管是哪种学习,都希望学习不是一个痛苦的过程,而是快乐、有意义的:学习应该既能贴近社会生活,符合学生能力水平,又能从中感受快乐、有所收获。然而有的学生深感学习痛苦、不知学习的意义何在,作为教师就很有必要思考怎样学习才是有意义的。
国家新课程培训中心曾对北京市和海南省的中学生就有关学习意义进行问卷调查。对学生的想法进行分类,并适度提炼,发现对学生来说有意义的学习至少包括三个要素:有趣、有效、有用。学生学习中对这三个要素的追求符合学习心理发展规律,同时也与教学本质一致。怎样让教学变得“有趣、有效、有用”,在课堂上回归教学本质,让学生积极参与学习,为学生创造有意义的学习经历,下面以“水循环”一课为例略作探讨。
三、“有趣、有效、有用”的课堂教学策略——以“水循环”为例
“水循环”一课尝试回归教学本质,可很好体现学习意义和地理学科应用性,是一节“活”课。对学生而言,在这节课中他们可以感受到自己是主体,因为老师要求学生运用示意图,说出水循环的过程和主要环节,说明水循环的地理意义。所有教学环节都需要学生自己观察、探索和思考才能完成,教学始终在触动“我”、给我“看”、让我“做”、看“我”的、检验“我”等过程中进行。创设的情境和带思考性的设问也使学生进一步产生浓厚的学习兴趣和探究欲望。
1.解读课标要求,确定教学目标
本节课课程标准要求:“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”。对课标的解读可分四步,先对两个关键词做解析:“过程”即事物发展所经过的程序、阶段;“环节”即相互关联的诸多事物之一。然后将课标分解成如下学习目标。描述水循环的过程;掌握水循环各环节的特点及其相互关系;理解水循环的地理意义;运用水循环知识解释地理现象,提出解决地理问题的方法。
2.落实学习目标,紧抓“过程”和“动态”
从地理环境整体性和差异性角度分析水循环动态过程,可设计独具匠心的四个层层递进的教学环节,培养和考查学生地理观察能力、地理关联思维能力及文字表达能力。
首先呈现一幅立体的水循环大环境图(图1)。引导学生观察并思考以下问题,如水体的种类、水的三态,然后要求学生观察水循环环节,让学生对水循环有直观感知,并在大脑中留下海陆空水循环宏观画面。其二,在学生对水循环环节和水循环过程有一定了解的基础上,进一步要求学生读水循环示意图(图2),思考并回答以下问题:“海上内循环、海陆间循环、陆地内循环彼此之间是怎样关联的?为什么把海陆间循环叫作大循环,是因为它的循环水量大还是范围大?抑或其它原因?”此处值得借鉴的是让学生认识到水循环过程是一个整体,再从几个设问找出三者的差异性,加强学生对三种类型水循环关联性的认识。其三,让学生归纳出水循环的主要环节,并分析每个环节的主要影响因素。其四,让学生尝试简单描述水的循环过程,并写在学案上。同时要求学生参看书本描述,纠正学生表述口语化的错误。
3.拓宽思维空间,培养地理能力
在学生归纳出水循环的主要环节后,要求学生思考并分析每个环节的影响因素,充分体现地理环境各要素的内在联系,进一步拓展学生地理思维,让学生真正把知识连贯起来,学会分析各地理要素的关联性。学生也可以得出结论:水循环是动态的,影响因素是动态的,影响因素的变化会导致水循环环节的变化,从而影响水循环。
在讲述水循环地理意义这一环节时,可出示大量与水循环相关的地理景观图片,让学生先直接感受水循环造成很多地理现象和地理景观。同时也让学生从理性的认识过渡到现实世界,并要求学生学会用所学知识去解释其地理现象的成因,用文字归纳水循环的地理意义。这一环节不仅测试学生归纳能力,也提醒学生透过地理现象看本质,并指导其学会用地理语言描述地理特征。
4.重视教学评价,凸显地理学科价值
考纲对学生的要求主要包括以下三点:
1.运用示意图、流量过程图,分析河流的补给类型和河流的水文特征。
2.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。
3.以某流域为例,分析该流域开发的地理条件,了解流域开发的基本内容与综合治理的对策措施。
二、考点解读
考点一:理解水体的补给关系
从运动更新的角度看,陆地上的各种水体之间有着水源相互补给的关系。
1.表解河流水的补给类型、特点及影响因素。
2.辩证地认识河流水与地下水、湖泊水之间存在的互补关系。
(1)图解陆地水体类型及补给关系。
(2)警示特殊现象。
有些河流水与地下水之间并不一定存在互补关系,如黄河下游、长江荆江段因其为“地上河”,只存在河流水补给地下水的情况。
3.掌握河流流量过程曲线图的判读要领。
(1)流量过程曲线反映的主要内容:①流量的大小。②从曲线变化幅度了解水量的季节变化。③从曲线高峰期了解汛期出现的时间和长短。④从曲线低谷期了解枯水期出现的时间和长短。
(2)从流量过程曲线分析原因: ①流量是由河流来源决定的。②洪水期出现在夏秋、枯水期在冬春的河流,一般多为雨水补给,但地中海气候区河流刚好相反。③汛期出现在夏季的河流,除雨水补给外,也可能有冰川融水补给。④春季和夏季出现两个汛期的河流,除雨水补给外,还可能有季节性积雪融水补给。⑤河流在冬季断流可能是河水封冻的缘故,而内流河往往是由于气温低,冰川不融化,没有冰川融水a给所致。⑥曲线变化和缓,多为地下水补给,也可能是热带雨林气候区或温带海洋性气候区的河流。
考点二:描述和阐释河流的水文特征
河流的水文特征,包括“三量两期一价值”。“三量”即河流径流量(大小及季节变化)、含沙量和水能资源蕴藏量;“两期”,即汛期、有无结冰期;“一价值”,即航运价值。
1.径流量大小及其季节变化。
径流量大小及其季节变化取决于河流补给类型。
(1)以雨水补给为主的河流流量季节变化由降水特点决定。
①全年稳定型:热带雨林气候区和温带海洋性气候区的河流径流量大,径流量时间变化很小。
②夏汛冬枯型:热带草原气候区和(热带、亚热带、温带)季风气候区的河流径流量时间变化较大,形成夏汛。季风气候区的河流汛期长短取决于雨季长短。温带季风气候区较高纬度地区的河流除雨水补给外,还有春季积雪融水补给,形成春汛,一年有两个汛期,河流汛期会较长。但是由于夏季风势力不稳定,降水季节变化和年际变化大,河流径流量的季节变化和年际变化均较大。
③冬汛夏枯型:地中海气候区的河流径流量时间变化较大,且形成冬汛。
(2)以冰川融水补给和季节性冰雪融水补给为主的河流,流量变化由气温变化特点决定。我国西北地区的河流夏季流量大,冬季断流;我国东北地区的河流在春季由于气温回升导致冬季积雪融化,形成春汛;以冰川融水补给为主的河流(河段)的径流量季节变化较大而年际变化较小。
(3)径流量大小还与流域面积大小以及流域内水系情况有关。
2.含沙量大小。
含沙量的大小与植被覆盖情况、土质状况、地形、降水特征和人类活动有关。
(1)植被覆盖差,地势起伏大,降水强度大的区域,河流含沙量大;反之,含沙量小。
(2)人类活动主要是通过影响地表植被覆盖情况而影响河流含沙量大小。
3.水能蕴藏量。
水能蕴藏量大小由流域内的河流落差和河流水量决定。
(1)河流落差受地形影响。地形起伏越大,落差越大,水能资源越丰富。
(2)河流水量受气候和流域面积影响。降水越多,流域面积越大,河流水量越大,水能资源越丰富。
(3)河流中上游河段落差大,水量大,一般以开发水能为主。
4.汛期及长短。
(1)外流河汛期出现的时间和长短,直接由流域内降水量的多少、雨季出现的时间和长短决定;冰雪融水补给为主的内流河则主要受气温高低的影响,汛期出现在夏季。例如,我国东部季风气候区的河流都有夏汛,东北地区的河流除有夏汛外,还有春汛;西北地区的河流有夏汛。此外,有些温带地区流向高纬的河流有凌汛现象。
(2)流域内雨季开始早结束晚,河流汛期长;雨季开始晚,结束早,河流汛期短。例如,我国南方地区河流的汛期长,北方地区河流汛期较短。
5.有无结冰期。
有无结冰期由流域内气温高低决定。月均温在0℃以下的河流有结冰期,0℃以上的无结冰期。例如,我国秦岭―淮河以北的河流有结冰期,秦岭―淮河以南河流没有结冰期。有结冰期的河流才可能有凌汛出现。
6.河流的航运价值。
(1)河流的航运价值由地形和水量决定。地形平坦,水量丰富的河流航运价值大,因此,河流中下游一般以开发河流航运为主。(2)河流无结冰期,水位季节变化小,能保证四季通航。(3)天然河网密度大,有运河沟通,能四通八达。(4)内河航运可与其他运输方式连接,即联运价值大。(5)区域经济状况对运输的需求大,河流航运价值大。
考点三:掌握水循环的过程、环节和意义
1.驱动水循环的两大能量:一是太阳能,二是水的重力能。
2.识记水循环的主要环节名称。
(1)垂直方向:蒸发(A、I)、植物蒸腾(F)、降水(B、D)、下渗(H)。(2)水平方向:水汽输送(C)、地表径流(E)和地下径流(G)。
3.解读水循环的主要类型、主要环节及其意义。
误区警示:外流区域既发生海陆间循环,又存在陆地内循环,但以海陆间循环为主;内流区域以内循环为主。
4.说明水循环的地理意义。
维持了全球水的动态平衡; 缓解不同纬度热量收支不平衡的矛盾; 使地球各个圈层之间、海陆之间实现物质迁移与能量交换;水循环影响全球的气候和生态,并不断塑造着地表形态。
5.理解人类活动对水循环的影响。
(1)人类活动影响水循环的四个环节。
人类对水循环的影响主要体现在:①影响地表径流,如引水灌溉、修建水库、跨流域调水等。②影响地下径流,如雨季对地下水的人工回灌,抽取地下水灌溉等。③影响降水,如人工降雨等。④影响蒸发,如植树造林、修建水库可以增加局部地区的水汽供应量。
(2)人类活动通过三种措施影响水循环。
水利措施:①修筑水库、塘坝等拦蓄洪水,增加枯水期径流量,由于水面面积的扩大和地下水水位的提高,可加大蒸发量。②跨流域调水、扩大灌溉面积在一定程度上增加了蒸发量,使大气中水汽含量增加,增加降水量。
农林措施:①“旱改水”、精耕细作、封山育林、植树造林等能增加下渗,调节径流,加大蒸发,在一定程度上可增加降水。②围湖造田则减少了湖泊自然蓄水量,削弱了其防洪抗旱的能力,也减弱了湖泊水体对周围地区气候的调节作用。
生态措施:保护湿地资源(沼泽)、植树造林(绿色水库)、保护草原(绿色蓄水池)会产生有利的影响;反之,则会产生恶劣的后果。
考点四:流域开发的地理条件,开发建设的基本内容,综合治理的对策措施
1.了解流域开发的地理条件。
从经济效益、生态效益、社效益三方面评价其“优势”和“存在的问题”。
(1)自然方面:从地形、气候、水文、植被、矿产等方面进行分析。
(2)人文方面:从人口、聚落、交通、文化、农业、工业等方面进行分析。
2.了解流域开发建设的基本内容。
(1)资源开发:根据资源优势确定流域开发方向。
水能资源开发――发电、养殖、旅游、航运、防洪等,有利于发展高耗能工业;水资源开发――旅游、灌溉、养殖、航运等;生物资源开发――旅游、教育等;土地资源开发――因地制宜,发展农、林、牧、渔等多种农业;矿产资源开发――建立矿产开发基地,建立相应的工业部门(利用廉价电力);旅游资源开发――做好旅游规划,发展交通,发展旅游业。
(2)生态(恢复)建设:根据“环境污染和生态破坏”确定生态建设的内容。矿产资源开发导致植被破坏,产生的废石、废渣占用大量土地;不合理的开采引发地面沉降、滑坡、塌陷、泥石流等地质灾害;矿产资源开发形成的废渣、废水中的有毒元素污染环境。
3.综合治理的对策措施。
(1)对水土流失的治理措施:①调整农业结构,植树造林、退耕还林还草等生物措施;②工程护坡、打坝淤地等工程措施;③进行小流域治理。
(2)对河流污染的治理措施:①关闭污染较重的小工业;②对工农业及生活污水进行治理;③减少枯水期用水,使流量增加;④调整生产过程,适当在洪水期排污。
(3)对生物资源破坏的治理措施:①建立自然保护区;②适当迁出保护区内的居民;③调整农业结构,控制人类活动(如交通建设);④加强宣传教育。
三、题型回顾
例1 (2016年高考上海地理卷,第11~12题)“海绵城市”是指城市能够像海绵一样,下雨时蓄水,需要时“放水”。
(1)上海建设“海绵城市”,除能够提高地下水位外,对地理环境产生的影响还有( )
A.加强城郊间热力环流
B.防止海水倒灌
C.减缓地面沉降
D.减弱酸雨污染
(2)上海建设“海绵城市”可以采取的措施之一是( )
A.退耕恢复湿地 B.铺设防渗路面
C.完善排水系统 D.增加绿地面积
【解题思路】第(1)题,考查水循环对地理环境产生的影响。由材料和题干可知,“海绵城市”能提高地下水位,同时也能减轻因地下水过度利用而出现的地下漏斗区,从而有利于减缓地面沉降,C项正确。第(2)题,考查人类活动对水循环的影响。由材料可知,“海绵城市”下雨时蓄水,说明利于雨水下渗。增加绿地面积,有利于雨水下渗,有利于海绵城市建设,D项正确;退耕恢复湿地,是湿地建设,并不利于雨水下渗,A项错误;铺设防渗路面不利于雨水下渗,B项错误;完善排水系统,加速地表径流下泄,不利于雨水收集,C项错误。故选D项。
【参考答案】(1)C (2)D
例2 (2016年高考江苏地理卷,第7~8题)图4为某流域森林火灾后第1年、第6年两次相同降雨条件下河流流量过程线图。读图,回答(1)~(2)题。
(1)关于两次径流过程,说法正确的是( )
A. 第6年的流量峰值大
B. 第1年的流速峰值小
C. 第6年的河流含沙量大
D. 第1年的河流径流量大
(2)导致图示径流差异的关键环节是( )
A. 蒸发 B. 下渗
C. 蒸腾 D. 地下径流
【解题思路】第(1)题,考查河流水文特征。森林植被具有涵养水源和保持水土的功能。森林火灾后第6年的森林面积比第1年大,对雨水的涵养功能和保持水土的功能比第1年强,导致第6年地表径流量较小,流量峰值小,河流含沙量小,而第1年的河流径流量大,流速峰值大,A、B、C项错误,D项正确。第(2)题,考查水循环的环节。依据材料可知,降雨条件相同而森林覆盖率不同,则图中径流差异主要是森林覆盖率的差异所致,森林覆盖率的大小与雨水下渗量呈正相关。故B项正确。
【参考答案】(1)D (2)B
四、命题预测
1.以文字、示意图、区域图为背景,考查水循环的过程、主要环节名称及影响因素、水循环意义、人类对水循环的影响。
2.以文字、河流径流量过程曲线图或柱状图、区域图为背景,考查河流的补给类型及河流的水文特征。
3.以区域图为背景,以某流域为例,考查该流域开发的地理条件、流域开发与综合治理的措施。
五、能力测试
1.图5表示“海陆间水循环”,甲、乙表示地表。下列说法错误的是( )
A.甲处代表海洋
B.环节②参与地表淡水资源的补给
C.环节④代表水汽输送
D.人类活动对环节③的影响最大
图6中,甲图是我国东部河流某河段示意图,乙图是河流A、B两水文站测得的水位变化示意图。读图,完成2~4题。
2.该河流的主要补给类型是( )
A.雨水补给 B.地下水补给
C.冰雪融水补给 D.湖泊水补给
3.B水文站洪峰流量峰值小于A水文站,主要是因为A、B水文站之间( )
A.河道淤积 B.河谷变宽
C.湖泊分流 D.湖水补给量减小
4.甲图中AB段河流( )
A.由西北流向东南
B.由东南流向西北
C.由正东流向正西
D.由正西流向正东
降雨量指一定时间内的降雨平铺在地面的水层深度;一定时间内的河流径流总量平铺在流域地面的水层深度叫径流深度。图7是“我国某地气温、降雨量和所在流域径流深度统计图”。读图,回答5~6题。
5.该流域河流夏季补给来源主要是( )
①雨水 ②季节性积雪融水 ③冰雪融水 ④湖泊水 ⑤沼泽水 ⑥地下水
A.①② B.①③
C.④⑥ D.⑤⑥
6.该流域可能分布在( )
A.东北地区 B.西北地区
C.四川盆地 D.青藏高原
7.阅读图文材料,完成下列问题。
天山作为“中亚水塔”,主导了新疆乃至中亚地区的水循环,其周边干旱区分布广泛,人类生存与生态系统受水资源变化的影响十分强烈。近年来,山地冰川融化加速,增加了水资源供给,使得河流对气候变化更敏感,为合理利用干旱区有限的水资源,专家提出在该区域山前洪积扇建设地下水库。
(1)简述天山山脉被称为“中亚水塔”的原因。
(2)比较说明甲河水循环与乙河水循环的差。
为未来培养具备“地理素养”的人,这就是地理教育的核心价值之一,也是基于信息化社会发展对中学地理课程,尤其是高中地理课程的基本要求。如此,也就决定了今天的高中地理课程的教育必须强化谋求“人”的内在素养与个体“创新”意识的统一。
所以,要达成谋求“人”的内在素养与个体“创新”意识相统一,寻找一种既能符合学生认知规律,又能较好地实现地理教育的核心价值的教学方式就显得格外重要。笔者经过近几年的教学实践,发现在高中地理课程教学中采用“探究性”问题作为教学情景的课堂教学方式(以下简称“探究性”教学方式),是一种比较合适的教学形式。
一、什么是“探究性”教学方式
“探究性”教学方式是课程教学设计的重要组成,是基于学生学习心理活动基础上,教师从学生的生活和社会关注点中选择和确定某一研究,或探究问题作为教学情景,并将该情景应用于课堂教学,在与学生共同解决问题过程中传授和学习新知识、应用新知识的课堂教学活动。该教学旨在通过发现或提出问题,使学生在真实的生活情境中模拟科学家探索未知,解决问题,并在此过程中获得新知识,体会到探究过程和得到成功的愉悦。
这里需要注意的是:“探究性”教学方式与“探究性”学习形式是不同的。后者是指学生在教师的指导下,学生从自身的生活经验出发选择和确定研究专题,在研究问题过程中主动获得知识、应用知识、解决问题的学习活动;整个学习过程学生一直是“策动者”和“执行者”。因此,“探究性”学习形式具有很强的自主性和自由性。而“探究性”教学方式是一种课堂教学活动,它的“策动者”是教师,“执行者”是师生双方。也就是说,教师依据地理课程的安排,设计研究,或探究问题的情景,并以此情景在课堂上指导学生学习,在与学生共同解决问题的过程中,使学生掌握新知识、应用新知识的教学活动。从学习主体角度上看,可以说“探究性”教学的体验过程与结果是日后学生主动,并能够进行“探究性”学习的基础。
目前,一些地理课堂教学中使用所谓的“探究性”教学存在着诸如:一些教师向学生提问的多,引导学生主动发问的少,教师“提问”的整体质量不高(思维性、启发性、创造性提问少),以及课堂虽热闹但整体性差等问题。因此,这种课堂上量多质差的“问题”只是具有表象意义的假性“探究性”教学方式,是一种变相的“满堂灌”教学。由此学生内在天然的自主探究与发现意识就得不到应有尊重与挖掘,情感、意志与精神得不到本来的塑造与发展,那么隐藏在学生内心的“创造性种子”的发芽就根本无从谈起。也许学生能应付试卷上的各式“难题”,但当他面对真实生活中的地理问题时却茫然无知,手足无措。所以,如果不尽快改变我们的课堂教学方式,真正地让学生体验探究过程,感受探究过程所带来的喜悦,那么地理教育将很难还原其本来的面目。
二、什么样的课程内容适合用“探究性”教学方式
与以往不同,今天的高中地理教学是在高中地理课程标准下进行的。依据课程标准的精神,其突出的特点是强化了案例教学,但如何使用教材中的这些案例,包括是否使用课程标准没有的要求,这就为一线教师提供了广阔的教学自主平台。“探究性”教学方式能在一个充满差异性、多样性和多元化的社会里,教师可以根据课程内容,考虑学生的文化背景、个体需求以及个人的先天素质、后天“主观”等多方面的“最大公约数”,选择具有研究和探究的课题搭起探究性的情景舞台。在这一舞台上教师与学生共同来演绎“人与自然”的大剧,在师生情感交流中完成对新知识的传授和吸纳。
那么是否所有的地理课程内容都需要用“探究性”教学方式呢?答案是肯定的。根据“加涅的学习模式”理论,以及课程标准的精神,笔者认为高中地理的“必修1”与“必修2”中大多数课程内容使用这一教学方式将会使学生获得更好的学习效果。高中地理“必修1”与“必修2”是高中地理课程中的地理原理课程,属于理论地理的范畴。尤其是“必修1”的自然地理学,它具有内容抽象(部分)、信息量大、综合性强、逻辑性高、难度大等特点;但它又是整个高中地理课程学习的基础,是地理学“最底层”的东西。因此,“必修1”的自然地理学历来就是高中地理教学与学习的“硬”内容。所以,为了达到课程标准和实现教学目标,有必要如将“必修1”等地理课程的部分内容放置在“探究”的层面上,对其进行“形象”化,进行“解剖”和分析。如此在与学生一起还原地理原理的过程中,找到师生共同的交流舞台则至关重要,那么“探究性”教学方式不啻是一个较好的平台。
三、如何进行“探究性”教学设计
虽然“探究性”教学设计是围绕着课程内容这一核心进行的,但教学设计的关键是要创建“探究问题”的情景,搭起一个能凝聚学生注意力,支撑起课堂活动的“舞台”。加涅认为,从学习的条件这一基点出发,必须建立一个有关单一的学习动作得以发生完整过程的框架或模型。依据“加涅的学习模式”理论,“探究性”教学设计的“探究问题”情景内容应符合学生身心特点和接受能力,而且探究过程作为“单一的学习动作”要贯穿于整个课程内容。笔者以人教版“必修1”第三章“地球上的水”中的第一节“自然界的水循环”为例来扼要说明“探究性”教学方式的设计过程。
1.解读课程标准与课程内容寻找教学设计切入点
解读课程标准中关于水循环的学习要求(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),我们发现:“自然界的水循环”一节内容在整个高中自然地理的知识构架上处于承上启下的作用。它上承大气环流,下接地表形态塑造。是海、陆、空相互联系的“纠结点”。因此,这部分的学习能为学生未来接受更复杂的新知识打下良好的基础。所以本节的学习内容包括两大方面:一、相互联系的水体;二、水循环的过程和意义。
相互联系的水体这部分的教学目的是将静态水的空间分布逐渐引导到动态水循环这一重点教学内容上。所以相互联系的水体的教学着重点在于确定水圈和存在于地球表面各个空间水体的概念,以及水体三态(气态、液态、固态)之间相互关系,这是进一步学习水循环的前提。这里必须指出其中各种陆地水体的相互转化由于课程标准没有具体的要求,因此,这一部分教学内容完全可以设计成作为进一步阐明水循环这一教学内容的环节。如第58页图3.2针对图示可以将其设计成为解释第59页活动“黄河下游断流”问题的教学环节。
另外,水循环的过程和意义教学内容,依据课程标准要求,学生必须能运用示意图,即课本第59页水循环示意图,说出水循环的过程和主要环节,说明水循环的地理意义。这里具有三层含义:1.水循环的内涵以及水循环所在的空间位置;2.水循环具体环节以及各个环节的空间表达形式;3.水循环、水平衡对地理环境的影响。因此,根据课程标准,在教学中“水平衡”概念可以简单提及与说明,而围绕水循环的过程与环节是此节课的重点。
从地理学方面看,水循环主要体现在围绕地表附近各个圈层之间的水分运动与交换,这是一个连续的动态过程。即我们对水循环过程的教学,要密切配合自然地理学的地表物质能量交换规律来进行。由于热力状况不同,水圈中的水可以为气态、液态与固态。在热力、地心吸引力等多种外力的作用下,地球上的水不断的运动着并进行着三态的交替变化。由于受质量守恒定律的支配,水的循环运动保持着连续性。因此,它是没有开始和结尾的巨大动态系统,包含着多种路径的循环过程或环节。也正是水循环存在多种路径或环节,而每一个路径与环节对于人类社会的存在和发展都是不可或缺的。因此,如何利用好这些“不可或缺”就成为这一节课的如何“探究”的关键了,也就是说这些“不可或缺”是我们要寻找和创设的“探究问题”的落实处,是布置课堂情景的着眼点,是进行“探究”教学设计的切入点。
2.搭建“探究性”问题的课堂情境与教学环节
当确定“探究”教学的切入点后,我们就需要对设计“水循环”的地理原理及其各环节的“不可或缺”进行分析。从水循环各环节对人类社会存在以及发展影响上寻找“探究”问题,并搭建探究该“问题”的课堂教学情景舞台,设计围绕分析和解决“问题”的教学环节。与学生一起一边“探究”,一边学习新知识。
根据“水循环”实际就是水因热力状况不同,在水圈中以气态、液态与固态三态形式存在并相互转化。对人类而言,水的这种三态之间的转化不仅仅体现在相互间能量流动上,它更大的影响是造成水的时空方面的变化。而水的时空方面改变正是千百年来制衡人类生存与发展的重要因素。
所以,笔者以西部大开发为背景,利用“海水西调”工程为话题,以探究“海水西调”的可能性为课堂情景来展开这节课的教学。
下表是本节课堂教学环节轮廓。
3.各个教学环节之间的“转折链”设计
在设计各个教学环节过程中,需注意:由于每一环节是相对独立的教学片断,因此,各个环节之间要注重“转折链”的设计,这样才能使课堂教学过程流畅,课堂整体性强。一般而言,“转折链”有四种形式:“丢包袱”形式、“设问”形式、“逻辑链”形式、“质疑问题”形式。
“丢包袱”形式一般用于下环节教学内容是上环节的基础,如:从“2”到“3”环节的“转折链”可以用“丢包袱”形式――“要知道这一设想是否可行,请我们一起学习下列关于水循环的知识”;
“设问”形式用于下一环节为上一环节“解释”、“解决”或“阐明”某一问题,如:从“3”到“4”环节利用“设问”形式――“水运动是水环境中最为重要的,那么水的运动包含哪些内容呢?”
“逻辑链”形式常用在逻辑性强,关联性密切的上下教学环节,如:“6”到“7”环节依据“逻辑链”方式――“明确‘海水西调’工程利用和改造水循环的哪一环节?判断这一工程对我们会产生什么影响?那么,我们必须从人类介入水循环产生的问题说起”。
“质疑问题”形式的“质疑问题”主要来自学生。它可能出现在教师提供素材与学生日常生活经历存在着巨大的反差,导致学生发自内心的“质疑”,“质疑”的学生在课堂上向教师提出他的“质疑问题”。可以说“质疑问题”是课堂教学的宝贵资源,教师如能把握得恰当,往往会收到意想不到的教学效果。将“质疑问题”用来做教学环节的“转折链”,课堂教学同样会起到良好的效果,如“1”到“2”环节,对解决水资源空间分配不均,学生通常想法是向资源短缺地区调淡水资源。但在上述教学环节设计中,用“海水西调”工程向我国西部干旱地区调海水――咸水,学生感觉诧异,并无意流入出“怀疑”,有的学生甚至会当场说:“这怎么可能?”,此时,对于“质疑问题”,教师的回答是:“不忙下结论,先看看这一设想的依据是什么”。
注重教学环节与环节之间“转折链”的设计是“探究性”教学方式的重要步骤。需要教师预先估计好学生的学习心理与各方面的状态,以及对某些问题的反应。当然,“转折链”的设计不只限于一种形式,也可以两种形式的组合呈现。
四、进行“探究性”教学设计应注意些什么
就教师本身而言,“探究性”教学方式是创设“探究问题”课堂情景从事教学活动的。所以在选择“探究问题”需要注意以下几方面问题:
1.“探究问题”情景的选择可以是围绕着新知识的所关注的,也可以是围绕着本节课程的中心问题。前者如“自然界的水循环”用的“海水西调可行吗?”的探究问题,后者如必修1第一章第一节“宇宙中的地球”可以以“地球上为什么有生命?”为探究问题作为课堂情景;此外,“探究问题”情景内容选择不能与新知识的传授相矛盾,应是服务于和有助于新知识的传授和学生的吸纳。
2.某一“探究问题”应尽可能从学生生活经历和社会关注点上选择,这样容易激起学生自主学习和探究问题的兴趣,容易带动师生互动和交流;此外,“探究问题”选择不一定是一些已经有了明确结论的“问题”;没有定论,或是存在多项结论的“探究问题”作为情景背景,课堂氛围可能更好,如“海水西调”,这样可以发挥师生的想象空间和增进彼此的交流。
3.某一“探究问题”作为课堂情境需要始终贯穿,并服务于一章或一节的课程(不必拘泥于一节课,如课程需多节课完成,则注意两课之间的“转折链”设计),它是某一课程教学单元的载体,这样的课堂教学主题凸显、整体突出、体系清晰、结构完整。
4.“探究性”教学方式的课堂主题要明确,环节内容安排要合理。环节的权重(时间)依据环节在教学内容中的地位分配,但要适当,一般主题环节与辅助环节比例是约3∶1至2∶1;如“自然界的水循环”的教学环节“4、6、7”主题环节与“1、2、3、5、8”辅助环节比例。每节课的教学环节不易太多,大小环节共在十个以内。注重“转折链”设计,使环节之间的转折过渡要顺畅。
总之,“探究性”教学方式能一改以往所谓探究教学的“问题”之间联系不紧,授课、学习等教学环节松散等问题;它具有:教师容易与学生产生共同的话语;容易吸引学生的注意,拉近师生之间的距离;容易激发学生探究学习的兴趣;容易进行课堂设计,设计出环环相扣的教学环节,并形成良好的课堂氛围,课堂整体性强;容易达到教学目的,便于课堂组织等优点。“探究性”教学方式不仅注意教学过程知识的传授与学习,如讲授新知识教学环节;而且该教学方式还很注重学习过程的体验和探究方法的掌握,如探究问题的课堂探讨环节,更甚者该方式容易在课堂上表达出一种对人文情怀价值观的认可和对科学探索精神的执着,体现地理教育对具有“地理素养”人才培养的追求。