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【關鍵詞】節能;循環水處理技術;火力發電廠
0.引言
水資源是人們生產生活中不可缺少的一部分,它在人們生活中有著十分重要的意義。目前我國的淡水資源總量為28000億立方米,而且占全球總水量的6%,在世界上排行第四。但是我國也是一個缺水十分嚴重的國家,這主要是因為我國人口眾多,人均占水量只有世界水平的四分之一,而且分布地區很不均勻,有許多地區常年處于干旱的情況,這個工業生產和生態環境都有著一定的影響,因此對于水資源的節制是很有必要的。
1.節能的概念
隨著環境的破壞和能源的減少,人們也逐漸認識到能源的重要性,因此人們在生活生產中不斷提出節能的口號,并且近幾年,我國也開始提出了“低碳生活”和“可持續發展”等節能方面的戰略發展。節能的主要是為了盡可能的減少人們在生產生活中的能源消耗,實現對其能源的管理,在技術上和經濟上都采用合理的手段,減少各個環節的能量消耗和損失,從而達到人與自然和諧相處的目的,使得社會改變傳統的發展方向,朝著節能的目的強行。
目前,節能已成為我國的基本國策,并且也已經制度出了相關的法律法規,來對人們繼續約束,對環境進行一定程度的保護,并且取得了不錯的效果,而且人們也已經自覺的擁有了一定的節能意識,這對我國經濟發展有著絕對性的作用。
當前,火電廠對燃料和水資源都有著很大的消耗,因此我們在對燃料進行節能措施的保護的時候,也要考慮到水資源的節省,這不但有了有利于電力行業的發展,還推動了當前節能技術的進步。因此在火電廠發電的時我們不但要采取節水措施,還要充分的利用水資源,提高水資源的利用率,這樣才能做到環境的保護和可持續發展戰略的實施。
2.火力發電廠
火力發電廠又被人們稱之為火電廠,它主要是通過燃料燃燒產生的熱能,把水轉化成水蒸氣,在蒸汽壓力的作用下推動汽輪機的轉動,使得熱能轉化成動能,從而帶來發動機的運轉產生電能。其實工作原理很簡單就是通過汽水系統和燃燒系統的配合使用,達到能源的轉換,讓熱能轉化成電能,起到電能生產的目的。
火力發電是一門比較久遠的發電技術,它起源于19世紀70年代,而且隨著時代的發展,在20世紀30年代的時候已經得到了較大的發展和廣泛的使用。由于不斷的發展與進步火力發電技術越來越成熟,現在也已經成為電力主要的來源。不過火力發電也存在著許多的確定,其中最主要的就是對環境造成嚴重的污染,對資源的消耗也十分的大,對不可再生能源有著一定的影響。而且在火電廠中消耗的不只是礦產資源,還要大量的水資源。在我國火電廠中冷卻水消耗的總量就占整個發電工程的90%以上,并且當前水資源的問題越來越突出,因此循環水系統有著十分重要的作用。但是在使用循環水時,也對熱力系統有著一定的影響,有可能或影響發電設備的發電效率,所以我們在進行循環水處理的時候,一定要注意。
3.現代循環水處理技術
3.1過濾法
過濾是最常用的旁流處理方式,它的處理能力通常是循環水總量的2%-5%,可以除掉水里面含有的大部分懸浮固體、粘泥和微生物等,但是降低不了水的含鹽量和硬度,反沖洗時可以將雜質隨著反洗水一起排出系統,反洗水的雜質濃度遠高于排污水的,所以消耗的水量較少,通過過濾可以顯著降低排污量。
大型循環水系統一般采用重力無閥旁慮池,以無煙煤和石英砂為濾料,濾速只能控制在10m/h以下,懸浮物濃度只能控制在10mg/l以下。與石英砂相比,纖維濾料具有孔隙率較高、孔隙分布合理以及比表面積大等優點,濾速可高達20-85m/h。纖維柔軟且具有可壓縮性, 隨著水流阻力的增大而逐漸被壓縮, 使濾料上層受力小、孔隙大, 下層受力大、孔隙小, 使得纖維濾料納污量大、過濾周期長。[1]
3.2膜分離技術
通常所說的膜分離法,是指用天然或人工合成的高分子薄膜,以外界能量或化學位差為推動力,對雙組分或多組分的溶質和溶劑進行分離、分級、提純和富集的方法。膜分離技術特點:
3.2.1不發生相變,與其他分離技術相比能耗低。
3.2.2在常溫下進行,尤其適用于對熱敏感的物質。
3.2.3適用范圍廣。除了有機物、無機物、病毒、細菌、微粒外,還適用于特殊溶液體系。
3.2.4分離裝置簡單,易控制、易維修。
缺點:
對水質要求高,壓力波動會將分離膜破壞,易堵塞、污染。一次性投入成本高,膜分離法不適用處理大型電廠的循環水系統。
3.3化學法
化學法又叫化學沉淀軟化法,是一種采用石灰―純堿來降低水中的碳酸鹽硬度和非碳酸鹽硬度的方法。使得水的降低濁度和硬度的同時降低。一些電廠的循環水系統在運行過程中各種離子及懸浮物含量不斷增大, 導致水質穩定效果下降。在電廠循環水系統中應用石灰軟化―混凝沉降及二氧化碳相結合的方法可以使循環水的硬度和濁度降低,而且能夠重新返回循環水系統。
3.4離子交換法
弱酸陽離子交換樹脂在水質軟化處理中的應用越來越廣泛。弱酸樹脂的羧酸基團對Ca2+、Mg2+具有較大的親和力,能有效降低水中的碳酸鹽硬度, 可以有效防止碳酸鈣垢的生成,并且其工作交換容量可達到強酸樹脂2倍以上。另外,由于補充水中的懸浮物被除掉,減少了行程結垢的晶核,更有利于組織結垢。但是,水中懸浮物和有機物的存在對樹脂的運行周期產生嚴重的影響, 另外樹脂價格較高、操作復雜。[2]
4.循環水處理在電廠節能中所起的作用
在開放式的循環水冷卻系統中,循環水通過冷卻水塔冷卻,在冷卻過程中會有大量的水分蒸發掉,這樣循環水就會不斷地被濃縮。
根據以往運行經驗可以得出,濃縮倍率越大,補充水率越小,但是濃縮倍率的提高的作用有限,當其到一定程度時,進一步提高對降低補充水率所產生的作用不大,而且提高濃縮倍率的提高與循環水處理技術和投資成本密切相關。
采用弱酸陽例子交換水給循環冷卻水作補充水,同時往循環水中加入一定濃度的緩蝕阻垢劑可使循環水的濃縮倍率提高到3.5-4倍左右,采用這種方法,不僅可以減少凝汽器銅管的腐蝕結垢,而且可以最大程度的節約水資源。
通過改變循環水處理方式,保持循環水良好的水質,維持凝汽器換熱管的清潔度,提高凝汽器的真空度,從而提高電廠汽輪機部分的發電效率。在循環水的進水溫度一定時,凝汽器的換熱效果越好,汽輪機的排汽溫度就會越低,凝汽器的真空度也會越高。凝汽器的換熱能力與換熱面的清潔程度密切相關。循環水側的結垢、污染及腐蝕物都會影響凝汽器的換熱能力的高低,直接影響汽輪機的排汽溫度及其真空度,進而影響整個機組的發電效率。
5.結論
由此可見,在火電廠中的水資源的循環利用和處理,都有著十分重要的意義,這不但大幅的提高了水資源的利用效率,起到了良好的節能效果,還促進了電力行業的經濟發展。但是,我國火電廠在進行循環水處理的時候還是存在一定的不足,對汽水系統的發電率帶來了一定的影響,因此,我們在進行循環水的處理過程中,一定要保證凝汽器的清潔,減少循環水中的雜質,從而降低汽水系統中的溫度和壓力,這樣才能很好的提高熱效率。所以,我們還要在實踐中不斷氣探索,從而促進我國節能技術的發展與進步。
【參考文獻】
關鍵詞:自然-人工復合水循環;WACM模型;水資源配置;水循環模型;黃河流域
中圖分類號:TV211文獻標識碼:A文章編號:1672-1683(2013)01-0044-06
1研究背景
變化環境是指由人類活動和自然過程相互交織的系統驅動所引起的一系列陸地、大氣與水循環的變化[1]。隨著人類活動和氣候變化,人工因素對自然水循環系統的干擾愈來愈烈,特別是高強度的水資源開發利用,如人類的取水、用水、耗水、排水、調水等行為,對整個水循環過程產生了巨大的影響[2]。
經過幾十年的發展和研究,學者們對于流域水文循環的研究越來越深入和細致,特別是從20世紀90年代開始涌現的分布式流域水文模型,如MIKE-SHE模型[3]、VIC模型等[4],使得研究者可使其與氣候模型(GCM“全球氣候模式”)結合,開展氣候條件變化下的流域水循環研究[5-6]。但是,這類研究重心放在氣候變化對于水循環的影響研究方面,而在重點考慮人類活動影響條件下,特別是高強度水資源開發利用條件下的流域水循環研究方面,仍存在著諸多不足和問題。
(1)取用水總量與耗水總量關系不清楚。取用水總量易于觀測和計量,方便管理,但無法反應水的資源消耗本質;而耗水總量能體現水資源的真正資源消耗量,但難以核算和管理。取用水總量與耗水總量關系密切,但缺乏成熟明確的量化表達式,僅憑經驗來估算耗排水量,不夠科學合理。同時,耗水總量管理方法在管理中缺失,致使取用水管理與耗水管理不相協調,取水許可方法受到限制。
(2)地表、地下用水總量與耗水總量關系不清楚。水循環過程中,地表水和地下水轉化頻繁,地表水與地下水之間的轉化關系還未能清晰定量化。如水管理實踐中往往將從河道或湖泊附近的取水井抽取的水量歸為地下水統計,而實際中水是從河道滲透來的河水,其水源的歸類還存在爭議。因而地表地下用水總量與耗水總量的關系難以確定。同時,地下水資源的調控中,僅僅從人工地下水取用量的角度研究,人工取用地下水與地下水位的聯系尚無考慮,且潛水和承壓水也未能區分,由此更加難以確定其耗水關系。
(3)當地水、外調水用水總量與耗水總量關系不清楚。外調水與當地水往往通過共同的取用水設施向用水戶供水,在沒有明晰當地用水與耗水之間的關系之前,難以確定當地水、外調水用水總量與耗水總量之間的定量關系和轉化規律,給總量控制的管理帶來不便。
(4)地表水與地下水、當地水與外調水之間循環轉化關系不清楚。外調水在輸送及使用的過程中都可能與當地地表、地下水產生水量轉化,同時當地地表水和地下水之間也在不斷的轉化。對于上述轉化過程,其轉化的具體路徑、時空分布、變化特征都很難進行定量的描述,各種水源之間的循環轉化關系不清楚。
(5)水循環過程中的供-用-耗-排-補-轉化關系不清楚。以往常用“供-用-耗-排”來描述供用水的循環轉化過程,這種提法主要是從地表水系統出發總結出來的;如果從整個水資源系統來看該提法則不夠全面,應該修改為“供-用-耗-排-補-轉化”,考慮水的回補與轉化過程才更能夠反映供用水之后整個水資源系統的變化過程,或者說水循環的變化過程。目前還很難給出水循環過程中供-用-耗-排-補-轉化之間的定量關系。
(6)水資源高效利用條件下水的供-用-耗-排-補-轉化關系變化。在水資源高效利用條件下,采用節水措施或者節水工藝,取水量減小,輸水過程、用水過程也隨之發生變化,則必然引起水資源的耗、排、補及轉化過程發生改變,但目前還很難對這一過程展開有效的定量化研究。
本文將以“自然-人工”復合作用下的流域水循環機理和模型為基礎,對水資源開發利用條件下的流域水循環過程展開研究,提出一種基于水資源配置的流域水循環研究方法,并以黃河流域為例進行實踐應用。
2流域水循環研究的科學方法
流域自然-人工復合水循環理論[7]是解決高強度水資源開發利用條件下水循環問題的基礎核心。對于上述存在問題,按照科學認知、現場實驗、理論探究、解決方法四個步驟,形成一個從水循環機理認知到水循環觀測實驗,再到流域區域自然-人工復合水循環理論研究,最后利用水資源分配與循環轉化模擬模型[8](Water Allocation and Cycle Model ,即WACM)進行模擬計算。
教學本質到底是什么?現代不少教育學家認為“教學是師生雙方共同活動,由教師的教與學生的學組合起來的共同活動過程”,進而認為教學的本質是“對話”、“交流”、“溝通”,教學是一種學習的活動,本質上是學而不是教。在新課程背景下,教學本質更是以教師指導下的學生主動學習為基礎,以新型師生關系為紐帶,通過教師、學生與教學目標、教學資源、教學媒體的交互作用而使學生在知識能力、情感態度、創新精神等方面都得到主動發展的一種有組織、有計劃的育人活動。由此可知,新教學的本質在于育人,即引導學生主動地學習,使之在知識能力、情感態度、創新精神等方面都得到主動發展,成為具有鮮明個性的人。但目前不少課堂教學中,知識是“死”的,是客觀存在的,教學設計往往側重于發揮教師的主導作用,學生是課堂的旁觀者,沒有積極參與,沒有自己的經歷和體驗,通過“別人”(教師或書本)陳述話語獲得知識,這樣獲得的知識是機械的,學生不懂得應用。學生的思維能力、學習積極性、主動性都未激發出來。還有一種情況,對于新課改,一些教師過多沉浸于新的教學形式、教學手段的變革中,但卻忽略了教學的真正本質與意義。如果失去本質,僅有形式,豈不等于無源之水、無本之木?曾聽過這樣一節課,上課教師花費了大量時間制作多媒體課件,準備了十幾張卡片,并采用小組合作、探究發現、活動教學等多種新型的教學形式,一節課熱熱鬧鬧,但是最基本的教學目標卻不清晰,尚未落實。這種現象在當今課堂中并不少見,看似熱熱鬧鬧,但卻忽略了教學本質,這是很值得警醒的。
二、探尋、理解學習意義,為學生創造有意義的學習經歷
“學者,覺也”(《禮記·王制》)、“學而不思則罔,思而不學則殆”(《論語·為政》)、“學莫貴于自得”(程頤)、“思之自得者真,習之純熟者妙”(明代學者王廷相),分別是古圣先賢對于學習的真義、原則、方法、功能的經典性表述。要實現意義學習,首先要激發學生興趣和需要。人本主義學習理論認為:“所有學生都有學習動機,而如何使所有學生的學習動機,專注于為他所設定的學科,顯然是教學成敗的關鍵所在。”因此教師在教導學生學習知識之前,必須設身處地從學生的立場出發,提出并嘗試回答這樣的問題:“我們為什么要學習?”只有學生認為,學習是有意義和價值的,所學知識正符合他們的成長需要,且有能力學習,有能力達到教師對他們的期望程度,他們才會自愿讀書求知,不會因失敗而退縮,不會不敢于嘗試。所以不管是哪種學習,都希望學習不是一個痛苦的過程,而是快樂、有意義的:學習應該既能貼近社會生活,符合學生能力水平,又能從中感受快樂、有所收獲。然而有的學生深感學習痛苦、不知學習的意義何在,作為教師就很有必要思考怎樣學習才是有意義的。
國家新課程培訓中心曾對北京市和海南省的中學生就有關學習意義進行問卷調查。對學生的想法進行分類,并適度提煉,發現對學生來說有意義的學習至少包括三個要素:有趣、有效、有用。學生學習中對這三個要素的追求符合學習心理發展規律,同時也與教學本質一致。怎樣讓教學變得“有趣、有效、有用”,在課堂上回歸教學本質,讓學生積極參與學習,為學生創造有意義的學習經歷,下面以“水循環”一課為例略作探討。
三、“有趣、有效、有用”的課堂教學策略——以“水循環”為例
“水循環”一課嘗試回歸教學本質,可很好體現學習意義和地理學科應用性,是一節“活”課。對學生而言,在這節課中他們可以感受到自己是主體,因為老師要求學生運用示意圖,說出水循環的過程和主要環節,說明水循環的地理意義。所有教學環節都需要學生自己觀察、探索和思考才能完成,教學始終在觸動“我”、給我“看”、讓我“做”、看“我”的、檢驗“我”等過程中進行。創設的情境和帶思考性的設問也使學生進一步產生濃厚的學習興趣和探究欲望。
1.解讀課標要求,確定教學目標
本節課課程標準要求:“運用示意圖,說出水循環的過程和主要環節,說明水循環的地理意義”。對課標的解讀可分四步,先對兩個關鍵詞做解析:“過程”即事物發展所經過的程序、階段;“環節”即相互關聯的諸多事物之一。然后將課標分解成如下學習目標。描述水循環的過程;掌握水循環各環節的特點及其相互關系;理解水循環的地理意義;運用水循環知識解釋地理現象,提出解決地理問題的方法。
2.落實學習目標,緊抓“過程”和“動態”
從地理環境整體性和差異性角度分析水循環動態過程,可設計獨具匠心的四個層層遞進的教學環節,培養和考查學生地理觀察能力、地理關聯思維能力及文字表達能力。
首先呈現一幅立體的水循環大環境圖(圖1)。引導學生觀察并思考以下問題,如水體的種類、水的三態,然后要求學生觀察水循環環節,讓學生對水循環有直觀感知,并在大腦中留下海陸空水循環宏觀畫面。其二,在學生對水循環環節和水循環過程有一定了解的基礎上,進一步要求學生讀水循環示意圖(圖2),思考并回答以下問題:“海上內循環、海陸間循環、陸地內循環彼此之間是怎樣關聯的?為什么把海陸間循環叫作大循環,是因為它的循環水量大還是范圍大?抑或其它原因?”此處值得借鑒的是讓學生認識到水循環過程是一個整體,再從幾個設問找出三者的差異性,加強學生對三種類型水循環關聯性的認識。其三,讓學生歸納出水循環的主要環節,并分析每個環節的主要影響因素。其四,讓學生嘗試簡單描述水的循環過程,并寫在學案上。同時要求學生參看書本描述,糾正學生表述口語化的錯誤。
3.拓寬思維空間,培養地理能力
在學生歸納出水循環的主要環節后,要求學生思考并分析每個環節的影響因素,充分體現地理環境各要素的內在聯系,進一步拓展學生地理思維,讓學生真正把知識連貫起來,學會分析各地理要素的關聯性。學生也可以得出結論:水循環是動態的,影響因素是動態的,影響因素的變化會導致水循環環節的變化,從而影響水循環。
在講述水循環地理意義這一環節時,可出示大量與水循環相關的地理景觀圖片,讓學生先直接感受水循環造成很多地理現象和地理景觀。同時也讓學生從理性的認識過渡到現實世界,并要求學生學會用所學知識去解釋其地理現象的成因,用文字歸納水循環的地理意義。這一環節不僅測試學生歸納能力,也提醒學生透過地理現象看本質,并指導其學會用地理語言描述地理特征。
4.重視教學評價,凸顯地理學科價值
考綱對學生的要求主要包括以下三點:
1.運用示意圖、流量過程圖,分析河流的補給類型和河流的水文特征。
2.運用示意圖,說出水循環的過程和主要環節,說明水循環的地理意義。
3.以某流域為例,分析該流域開發的地理條件,了解流域開發的基本內容與綜合治理的對策措施。
二、考點解讀
考點一:理解水體的補給關系
從運動更新的角度看,陸地上的各種水體之間有著水源相互補給的關系。
1.表解河流水的補給類型、特點及影響因素。
2.辯證地認識河流水與地下水、湖泊水之間存在的互補關系。
(1)圖解陸地水體類型及補給關系。
(2)警示特殊現象。
有些河流水與地下水之間并不一定存在互補關系,如黃河下游、長江荊江段因其為“地上河”,只存在河流水補給地下水的情況。
3.掌握河流流量過程曲線圖的判讀要領。
(1)流量過程曲線反映的主要內容:①流量的大小。②從曲線變化幅度了解水量的季節變化。③從曲線高峰期了解汛期出現的時間和長短。④從曲線低谷期了解枯水期出現的時間和長短。
(2)從流量過程曲線分析原因: ①流量是由河流來源決定的。②洪水期出現在夏秋、枯水期在冬春的河流,一般多為雨水補給,但地中海氣候區河流剛好相反。③汛期出現在夏季的河流,除雨水補給外,也可能有冰川融水補給。④春季和夏季出現兩個汛期的河流,除雨水補給外,還可能有季節性積雪融水補給。⑤河流在冬季斷流可能是河水封凍的緣故,而內流河往往是由于氣溫低,冰川不融化,沒有冰川融水a給所致。⑥曲線變化和緩,多為地下水補給,也可能是熱帶雨林氣候區或溫帶海洋性氣候區的河流。
考點二:描述和闡釋河流的水文特征
河流的水文特征,包括“三量兩期一價值”。“三量”即河流徑流量(大小及季節變化)、含沙量和水能資源蘊藏量;“兩期”,即汛期、有無結冰期;“一價值”,即航運價值。
1.徑流量大小及其季節變化。
徑流量大小及其季節變化取決于河流補給類型。
(1)以雨水補給為主的河流流量季節變化由降水特點決定。
①全年穩定型:熱帶雨林氣候區和溫帶海洋性氣候區的河流徑流量大,徑流量時間變化很小。
②夏汛冬枯型:熱帶草原氣候區和(熱帶、亞熱帶、溫帶)季風氣候區的河流徑流量時間變化較大,形成夏汛。季風氣候區的河流汛期長短取決于雨季長短。溫帶季風氣候區較高緯度地區的河流除雨水補給外,還有春季積雪融水補給,形成春汛,一年有兩個汛期,河流汛期會較長。但是由于夏季風勢力不穩定,降水季節變化和年際變化大,河流徑流量的季節變化和年際變化均較大。
③冬汛夏枯型:地中海氣候區的河流徑流量時間變化較大,且形成冬汛。
(2)以冰川融水補給和季節性冰雪融水補給為主的河流,流量變化由氣溫變化特點決定。我國西北地區的河流夏季流量大,冬季斷流;我國東北地區的河流在春季由于氣溫回升導致冬季積雪融化,形成春汛;以冰川融水補給為主的河流(河段)的徑流量季節變化較大而年際變化較小。
(3)徑流量大小還與流域面積大小以及流域內水系情況有關。
2.含沙量大小。
含沙量的大小與植被覆蓋情況、土質狀況、地形、降水特征和人類活動有關。
(1)植被覆蓋差,地勢起伏大,降水強度大的區域,河流含沙量大;反之,含沙量小。
(2)人類活動主要是通過影響地表植被覆蓋情況而影響河流含沙量大小。
3.水能蘊藏量。
水能蘊藏量大小由流域內的河流落差和河流水量決定。
(1)河流落差受地形影響。地形起伏越大,落差越大,水能資源越豐富。
(2)河流水量受氣候和流域面積影響。降水越多,流域面積越大,河流水量越大,水能資源越豐富。
(3)河流中上游河段落差大,水量大,一般以開發水能為主。
4.汛期及長短。
(1)外流河汛期出現的時間和長短,直接由流域內降水量的多少、雨季出現的時間和長短決定;冰雪融水補給為主的內流河則主要受氣溫高低的影響,汛期出現在夏季。例如,我國東部季風氣候區的河流都有夏汛,東北地區的河流除有夏汛外,還有春汛;西北地區的河流有夏汛。此外,有些溫帶地區流向高緯的河流有凌汛現象。
(2)流域內雨季開始早結束晚,河流汛期長;雨季開始晚,結束早,河流汛期短。例如,我國南方地區河流的汛期長,北方地區河流汛期較短。
5.有無結冰期。
有無結冰期由流域內氣溫高低決定。月均溫在0℃以下的河流有結冰期,0℃以上的無結冰期。例如,我國秦嶺―淮河以北的河流有結冰期,秦嶺―淮河以南河流沒有結冰期。有結冰期的河流才可能有凌汛出現。
6.河流的航運價值。
(1)河流的航運價值由地形和水量決定。地形平坦,水量豐富的河流航運價值大,因此,河流中下游一般以開發河流航運為主。(2)河流無結冰期,水位季節變化小,能保證四季通航。(3)天然河網密度大,有運河溝通,能四通八達。(4)內河航運可與其他運輸方式連接,即聯運價值大。(5)區域經濟狀況對運輸的需求大,河流航運價值大。
考點三:掌握水循環的過程、環節和意義
1.驅動水循環的兩大能量:一是太陽能,二是水的重力能。
2.識記水循環的主要環節名稱。
(1)垂直方向:蒸發(A、I)、植物蒸騰(F)、降水(B、D)、下滲(H)。(2)水平方向:水汽輸送(C)、地表徑流(E)和地下徑流(G)。
3.解讀水循環的主要類型、主要環節及其意義。
誤區警示:外流區域既發生海陸間循環,又存在陸地內循環,但以海陸間循環為主;內流區域以內循環為主。
4.說明水循環的地理意義。
維持了全球水的動態平衡; 緩解不同緯度熱量收支不平衡的矛盾; 使地球各個圈層之間、海陸之間實現物質遷移與能量交換;水循環影響全球的氣候和生態,并不斷塑造著地表形態。
5.理解人類活動對水循環的影響。
(1)人類活動影響水循環的四個環節。
人類對水循環的影響主要體現在:①影響地表徑流,如引水灌溉、修建水庫、跨流域調水等。②影響地下徑流,如雨季對地下水的人工回灌,抽取地下水灌溉等。③影響降水,如人工降雨等。④影響蒸發,如植樹造林、修建水庫可以增加局部地區的水汽供應量。
(2)人類活動通過三種措施影響水循環。
水利措施:①修筑水庫、塘壩等攔蓄洪水,增加枯水期徑流量,由于水面面積的擴大和地下水水位的提高,可加大蒸發量。②跨流域調水、擴大灌溉面積在一定程度上增加了蒸發量,使大氣中水汽含量增加,增加降水量。
農林措施:①“旱改水”、精耕細作、封山育林、植樹造林等能增加下滲,調節徑流,加大蒸發,在一定程度上可增加降水。②圍湖造田則減少了湖泊自然蓄水量,削弱了其防洪抗旱的能力,也減弱了湖泊水體對周圍地區氣候的調節作用。
生態措施:保護濕地資源(沼澤)、植樹造林(綠色水庫)、保護草原(綠色蓄水池)會產生有利的影響;反之,則會產生惡劣的后果。
考點四:流域開發的地理條件,開發建設的基本內容,綜合治理的對策措施
1.了解流域開發的地理條件。
從經濟效益、生態效益、社效益三方面評價其“優勢”和“存在的問題”。
(1)自然方面:從地形、氣候、水文、植被、礦產等方面進行分析。
(2)人文方面:從人口、聚落、交通、文化、農業、工業等方面進行分析。
2.了解流域開發建設的基本內容。
(1)資源開發:根據資源優勢確定流域開發方向。
水能資源開發――發電、養殖、旅游、航運、防洪等,有利于發展高耗能工業;水資源開發――旅游、灌溉、養殖、航運等;生物資源開發――旅游、教育等;土地資源開發――因地制宜,發展農、林、牧、漁等多種農業;礦產資源開發――建立礦產開發基地,建立相應的工業部門(利用廉價電力);旅游資源開發――做好旅游規劃,發展交通,發展旅游業。
(2)生態(恢復)建設:根據“環境污染和生態破壞”確定生態建設的內容。礦產資源開發導致植被破壞,產生的廢石、廢渣占用大量土地;不合理的開采引發地面沉降、滑坡、塌陷、泥石流等地質災害;礦產資源開發形成的廢渣、廢水中的有毒元素污染環境。
3.綜合治理的對策措施。
(1)對水土流失的治理措施:①調整農業結構,植樹造林、退耕還林還草等生物措施;②工程護坡、打壩淤地等工程措施;③進行小流域治理。
(2)對河流污染的治理措施:①關閉污染較重的小工業;②對工農業及生活污水進行治理;③減少枯水期用水,使流量增加;④調整生產過程,適當在洪水期排污。
(3)對生物資源破壞的治理措施:①建立自然保護區;②適當遷出保護區內的居民;③調整農業結構,控制人類活動(如交通建設);④加強宣傳教育。
三、題型回顧
例1 (2016年高考上海地理卷,第11~12題)“海綿城市”是指城市能夠像海綿一樣,下雨時蓄水,需要時“放水”。
(1)上海建設“海綿城市”,除能夠提高地下水位外,對地理環境產生的影響還有( )
A.加強城郊間熱力環流
B.防止海水倒灌
C.減緩地面沉降
D.減弱酸雨污染
(2)上海建設“海綿城市”可以采取的措施之一是( )
A.退耕恢復濕地 B.鋪設防滲路面
C.完善排水系統 D.增加綠地面積
【解題思路】第(1)題,考查水循環對地理環境產生的影響。由材料和題干可知,“海綿城市”能提高地下水位,同時也能減輕因地下水過度利用而出現的地下漏斗區,從而有利于減緩地面沉降,C項正確。第(2)題,考查人類活動對水循環的影響。由材料可知,“海綿城市”下雨時蓄水,說明利于雨水下滲。增加綠地面積,有利于雨水下滲,有利于海綿城市建設,D項正確;退耕恢復濕地,是濕地建設,并不利于雨水下滲,A項錯誤;鋪設防滲路面不利于雨水下滲,B項錯誤;完善排水系統,加速地表徑流下泄,不利于雨水收集,C項錯誤。故選D項。
【參考答案】(1)C (2)D
例2 (2016年高考江蘇地理卷,第7~8題)圖4為某流域森林火災后第1年、第6年兩次相同降雨條件下河流流量過程線圖。讀圖,回答(1)~(2)題。
(1)關于兩次徑流過程,說法正確的是( )
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年的河流徑流量大
(2)導致圖示徑流差異的關鍵環節是( )
A. 蒸發 B. 下滲
C. 蒸騰 D. 地下徑流
【解題思路】第(1)題,考查河流水文特征。森林植被具有涵養水源和保持水土的功能。森林火災后第6年的森林面積比第1年大,對雨水的涵養功能和保持水土的功能比第1年強,導致第6年地表徑流量較小,流量峰值小,河流含沙量小,而第1年的河流徑流量大,流速峰值大,A、B、C項錯誤,D項正確。第(2)題,考查水循環的環節。依據材料可知,降雨條件相同而森林覆蓋率不同,則圖中徑流差異主要是森林覆蓋率的差異所致,森林覆蓋率的大小與雨水下滲量呈正相關。故B項正確。
【參考答案】(1)D (2)B
四、命題預測
1.以文字、示意圖、區域圖為背景,考查水循環的過程、主要環節名稱及影響因素、水循環意義、人類對水循環的影響。
2.以文字、河流徑流量過程曲線圖或柱狀圖、區域圖為背景,考查河流的補給類型及河流的水文特征。
3.以區域圖為背景,以某流域為例,考查該流域開發的地理條件、流域開發與綜合治理的措施。
五、能力測試
1.圖5表示“海陸間水循環”,甲、乙表示地表。下列說法錯誤的是( )
A.甲處代表海洋
B.環節②參與地表淡水資源的補給
C.環節④代表水汽輸送
D.人類活動對環節③的影響最大
圖6中,甲圖是我國東部河流某河段示意圖,乙圖是河流A、B兩水文站測得的水位變化示意圖。讀圖,完成2~4題。
2.該河流的主要補給類型是( )
A.雨水補給 B.地下水補給
C.冰雪融水補給 D.湖泊水補給
3.B水文站洪峰流量峰值小于A水文站,主要是因為A、B水文站之間( )
A.河道淤積 B.河谷變寬
C.湖泊分流 D.湖水補給量減小
4.甲圖中AB段河流( )
A.由西北流向東南
B.由東南流向西北
C.由正東流向正西
D.由正西流向正東
降雨量指一定時間內的降雨平鋪在地面的水層深度;一定時間內的河流徑流總量平鋪在流域地面的水層深度叫徑流深度。圖7是“我國某地氣溫、降雨量和所在流域徑流深度統計圖”。讀圖,回答5~6題。
5.該流域河流夏季補給來源主要是( )
①雨水 ②季節性積雪融水 ③冰雪融水 ④湖泊水 ⑤沼澤水 ⑥地下水
A.①② B.①③
C.④⑥ D.⑤⑥
6.該流域可能分布在( )
A.東北地區 B.西北地區
C.四川盆地 D.青藏高原
7.閱讀圖文材料,完成下列問題。
天山作為“中亞水塔”,主導了新疆乃至中亞地區的水循環,其周邊干旱區分布廣泛,人類生存與生態系統受水資源變化的影響十分強烈。近年來,山地冰川融化加速,增加了水資源供給,使得河流對氣候變化更敏感,為合理利用干旱區有限的水資源,專家提出在該區域山前洪積扇建設地下水庫。
(1)簡述天山山脈被稱為“中亞水塔”的原因。
(2)比較說明甲河水循環與乙河水循環的差。
為未來培養具備“地理素養”的人,這就是地理教育的核心價值之一,也是基于信息化社會發展對中學地理課程,尤其是高中地理課程的基本要求。如此,也就決定了今天的高中地理課程的教育必須強化謀求“人”的內在素養與個體“創新”意識的統一。
所以,要達成謀求“人”的內在素養與個體“創新”意識相統一,尋找一種既能符合學生認知規律,又能較好地實現地理教育的核心價值的教學方式就顯得格外重要。筆者經過近幾年的教學實踐,發現在高中地理課程教學中采用“探究性”問題作為教學情景的課堂教學方式(以下簡稱“探究性”教學方式),是一種比較合適的教學形式。
一、什么是“探究性”教學方式
“探究性”教學方式是課程教學設計的重要組成,是基于學生學習心理活動基礎上,教師從學生的生活和社會關注點中選擇和確定某一研究,或探究問題作為教學情景,并將該情景應用于課堂教學,在與學生共同解決問題過程中傳授和學習新知識、應用新知識的課堂教學活動。該教學旨在通過發現或提出問題,使學生在真實的生活情境中模擬科學家探索未知,解決問題,并在此過程中獲得新知識,體會到探究過程和得到成功的愉悅。
這里需要注意的是:“探究性”教學方式與“探究性”學習形式是不同的。后者是指學生在教師的指導下,學生從自身的生活經驗出發選擇和確定研究專題,在研究問題過程中主動獲得知識、應用知識、解決問題的學習活動;整個學習過程學生一直是“策動者”和“執行者”。因此,“探究性”學習形式具有很強的自主性和自由性。而“探究性”教學方式是一種課堂教學活動,它的“策動者”是教師,“執行者”是師生雙方。也就是說,教師依據地理課程的安排,設計研究,或探究問題的情景,并以此情景在課堂上指導學生學習,在與學生共同解決問題的過程中,使學生掌握新知識、應用新知識的教學活動。從學習主體角度上看,可以說“探究性”教學的體驗過程與結果是日后學生主動,并能夠進行“探究性”學習的基礎。
目前,一些地理課堂教學中使用所謂的“探究性”教學存在著諸如:一些教師向學生提問的多,引導學生主動發問的少,教師“提問”的整體質量不高(思維性、啟發性、創造性提問少),以及課堂雖熱鬧但整體性差等問題。因此,這種課堂上量多質差的“問題”只是具有表象意義的假性“探究性”教學方式,是一種變相的“滿堂灌”教學。由此學生內在天然的自主探究與發現意識就得不到應有尊重與挖掘,情感、意志與精神得不到本來的塑造與發展,那么隱藏在學生內心的“創造性種子”的發芽就根本無從談起。也許學生能應付試卷上的各式“難題”,但當他面對真實生活中的地理問題時卻茫然無知,手足無措。所以,如果不盡快改變我們的課堂教學方式,真正地讓學生體驗探究過程,感受探究過程所帶來的喜悅,那么地理教育將很難還原其本來的面目。
二、什么樣的課程內容適合用“探究性”教學方式
與以往不同,今天的高中地理教學是在高中地理課程標準下進行的。依據課程標準的精神,其突出的特點是強化了案例教學,但如何使用教材中的這些案例,包括是否使用課程標準沒有的要求,這就為一線教師提供了廣闊的教學自主平臺。“探究性”教學方式能在一個充滿差異性、多樣性和多元化的社會里,教師可以根據課程內容,考慮學生的文化背景、個體需求以及個人的先天素質、后天“主觀”等多方面的“最大公約數”,選擇具有研究和探究的課題搭起探究性的情景舞臺。在這一舞臺上教師與學生共同來演繹“人與自然”的大劇,在師生情感交流中完成對新知識的傳授和吸納。
那么是否所有的地理課程內容都需要用“探究性”教學方式呢?答案是肯定的。根據“加涅的學習模式”理論,以及課程標準的精神,筆者認為高中地理的“必修1”與“必修2”中大多數課程內容使用這一教學方式將會使學生獲得更好的學習效果。高中地理“必修1”與“必修2”是高中地理課程中的地理原理課程,屬于理論地理的范疇。尤其是“必修1”的自然地理學,它具有內容抽象(部分)、信息量大、綜合性強、邏輯性高、難度大等特點;但它又是整個高中地理課程學習的基礎,是地理學“最底層”的東西。因此,“必修1”的自然地理學歷來就是高中地理教學與學習的“硬”內容。所以,為了達到課程標準和實現教學目標,有必要如將“必修1”等地理課程的部分內容放置在“探究”的層面上,對其進行“形象”化,進行“解剖”和分析。如此在與學生一起還原地理原理的過程中,找到師生共同的交流舞臺則至關重要,那么“探究性”教學方式不啻是一個較好的平臺。
三、如何進行“探究性”教學設計
雖然“探究性”教學設計是圍繞著課程內容這一核心進行的,但教學設計的關鍵是要創建“探究問題”的情景,搭起一個能凝聚學生注意力,支撐起課堂活動的“舞臺”。加涅認為,從學習的條件這一基點出發,必須建立一個有關單一的學習動作得以發生完整過程的框架或模型。依據“加涅的學習模式”理論,“探究性”教學設計的“探究問題”情景內容應符合學生身心特點和接受能力,而且探究過程作為“單一的學習動作”要貫穿于整個課程內容。筆者以人教版“必修1”第三章“地球上的水”中的第一節“自然界的水循環”為例來扼要說明“探究性”教學方式的設計過程。
1.解讀課程標準與課程內容尋找教學設計切入點
解讀課程標準中關于水循環的學習要求(運用示意圖,說出水循環的過程和主要環節,說明水循環的地理意義),我們發現:“自然界的水循環”一節內容在整個高中自然地理的知識構架上處于承上啟下的作用。它上承大氣環流,下接地表形態塑造。是海、陸、空相互聯系的“糾結點”。因此,這部分的學習能為學生未來接受更復雜的新知識打下良好的基礎。所以本節的學習內容包括兩大方面:一、相互聯系的水體;二、水循環的過程和意義。
相互聯系的水體這部分的教學目的是將靜態水的空間分布逐漸引導到動態水循環這一重點教學內容上。所以相互聯系的水體的教學著重點在于確定水圈和存在于地球表面各個空間水體的概念,以及水體三態(氣態、液態、固態)之間相互關系,這是進一步學習水循環的前提。這里必須指出其中各種陸地水體的相互轉化由于課程標準沒有具體的要求,因此,這一部分教學內容完全可以設計成作為進一步闡明水循環這一教學內容的環節。如第58頁圖3.2針對圖示可以將其設計成為解釋第59頁活動“黃河下游斷流”問題的教學環節。
另外,水循環的過程和意義教學內容,依據課程標準要求,學生必須能運用示意圖,即課本第59頁水循環示意圖,說出水循環的過程和主要環節,說明水循環的地理意義。這里具有三層含義:1.水循環的內涵以及水循環所在的空間位置;2.水循環具體環節以及各個環節的空間表達形式;3.水循環、水平衡對地理環境的影響。因此,根據課程標準,在教學中“水平衡”概念可以簡單提及與說明,而圍繞水循環的過程與環節是此節課的重點。
從地理學方面看,水循環主要體現在圍繞地表附近各個圈層之間的水分運動與交換,這是一個連續的動態過程。即我們對水循環過程的教學,要密切配合自然地理學的地表物質能量交換規律來進行。由于熱力狀況不同,水圈中的水可以為氣態、液態與固態。在熱力、地心吸引力等多種外力的作用下,地球上的水不斷的運動著并進行著三態的交替變化。由于受質量守恒定律的支配,水的循環運動保持著連續性。因此,它是沒有開始和結尾的巨大動態系統,包含著多種路徑的循環過程或環節。也正是水循環存在多種路徑或環節,而每一個路徑與環節對于人類社會的存在和發展都是不可或缺的。因此,如何利用好這些“不可或缺”就成為這一節課的如何“探究”的關鍵了,也就是說這些“不可或缺”是我們要尋找和創設的“探究問題”的落實處,是布置課堂情景的著眼點,是進行“探究”教學設計的切入點。
2.搭建“探究性”問題的課堂情境與教學環節
當確定“探究”教學的切入點后,我們就需要對設計“水循環”的地理原理及其各環節的“不可或缺”進行分析。從水循環各環節對人類社會存在以及發展影響上尋找“探究”問題,并搭建探究該“問題”的課堂教學情景舞臺,設計圍繞分析和解決“問題”的教學環節。與學生一起一邊“探究”,一邊學習新知識。
根據“水循環”實際就是水因熱力狀況不同,在水圈中以氣態、液態與固態三態形式存在并相互轉化。對人類而言,水的這種三態之間的轉化不僅僅體現在相互間能量流動上,它更大的影響是造成水的時空方面的變化。而水的時空方面改變正是千百年來制衡人類生存與發展的重要因素。
所以,筆者以西部大開發為背景,利用“海水西調”工程為話題,以探究“海水西調”的可能性為課堂情景來展開這節課的教學。
下表是本節課堂教學環節輪廓。
3.各個教學環節之間的“轉折鏈”設計
在設計各個教學環節過程中,需注意:由于每一環節是相對獨立的教學片斷,因此,各個環節之間要注重“轉折鏈”的設計,這樣才能使課堂教學過程流暢,課堂整體性強。一般而言,“轉折鏈”有四種形式:“丟包袱”形式、“設問”形式、“邏輯鏈”形式、“質疑問題”形式。
“丟包袱”形式一般用于下環節教學內容是上環節的基礎,如:從“2”到“3”環節的“轉折鏈”可以用“丟包袱”形式――“要知道這一設想是否可行,請我們一起學習下列關于水循環的知識”;
“設問”形式用于下一環節為上一環節“解釋”、“解決”或“闡明”某一問題,如:從“3”到“4”環節利用“設問”形式――“水運動是水環境中最為重要的,那么水的運動包含哪些內容呢?”
“邏輯鏈”形式常用在邏輯性強,關聯性密切的上下教學環節,如:“6”到“7”環節依據“邏輯鏈”方式――“明確‘海水西調’工程利用和改造水循環的哪一環節?判斷這一工程對我們會產生什么影響?那么,我們必須從人類介入水循環產生的問題說起”。
“質疑問題”形式的“質疑問題”主要來自學生。它可能出現在教師提供素材與學生日常生活經歷存在著巨大的反差,導致學生發自內心的“質疑”,“質疑”的學生在課堂上向教師提出他的“質疑問題”。可以說“質疑問題”是課堂教學的寶貴資源,教師如能把握得恰當,往往會收到意想不到的教學效果。將“質疑問題”用來做教學環節的“轉折鏈”,課堂教學同樣會起到良好的效果,如“1”到“2”環節,對解決水資源空間分配不均,學生通常想法是向資源短缺地區調淡水資源。但在上述教學環節設計中,用“海水西調”工程向我國西部干旱地區調海水――咸水,學生感覺詫異,并無意流入出“懷疑”,有的學生甚至會當場說:“這怎么可能?”,此時,對于“質疑問題”,教師的回答是:“不忙下結論,先看看這一設想的依據是什么”。
注重教學環節與環節之間“轉折鏈”的設計是“探究性”教學方式的重要步驟。需要教師預先估計好學生的學習心理與各方面的狀態,以及對某些問題的反應。當然,“轉折鏈”的設計不只限于一種形式,也可以兩種形式的組合呈現。
四、進行“探究性”教學設計應注意些什么
就教師本身而言,“探究性”教學方式是創設“探究問題”課堂情景從事教學活動的。所以在選擇“探究問題”需要注意以下幾方面問題:
1.“探究問題”情景的選擇可以是圍繞著新知識的所關注的,也可以是圍繞著本節課程的中心問題。前者如“自然界的水循環”用的“海水西調可行嗎?”的探究問題,后者如必修1第一章第一節“宇宙中的地球”可以以“地球上為什么有生命?”為探究問題作為課堂情景;此外,“探究問題”情景內容選擇不能與新知識的傳授相矛盾,應是服務于和有助于新知識的傳授和學生的吸納。
2.某一“探究問題”應盡可能從學生生活經歷和社會關注點上選擇,這樣容易激起學生自主學習和探究問題的興趣,容易帶動師生互動和交流;此外,“探究問題”選擇不一定是一些已經有了明確結論的“問題”;沒有定論,或是存在多項結論的“探究問題”作為情景背景,課堂氛圍可能更好,如“海水西調”,這樣可以發揮師生的想象空間和增進彼此的交流。
3.某一“探究問題”作為課堂情境需要始終貫穿,并服務于一章或一節的課程(不必拘泥于一節課,如課程需多節課完成,則注意兩課之間的“轉折鏈”設計),它是某一課程教學單元的載體,這樣的課堂教學主題凸顯、整體突出、體系清晰、結構完整。
4.“探究性”教學方式的課堂主題要明確,環節內容安排要合理。環節的權重(時間)依據環節在教學內容中的地位分配,但要適當,一般主題環節與輔助環節比例是約3∶1至2∶1;如“自然界的水循環”的教學環節“4、6、7”主題環節與“1、2、3、5、8”輔助環節比例。每節課的教學環節不易太多,大小環節共在十個以內。注重“轉折鏈”設計,使環節之間的轉折過渡要順暢。
總之,“探究性”教學方式能一改以往所謂探究教學的“問題”之間聯系不緊,授課、學習等教學環節松散等問題;它具有:教師容易與學生產生共同的話語;容易吸引學生的注意,拉近師生之間的距離;容易激發學生探究學習的興趣;容易進行課堂設計,設計出環環相扣的教學環節,并形成良好的課堂氛圍,課堂整體性強;容易達到教學目的,便于課堂組織等優點。“探究性”教學方式不僅注意教學過程知識的傳授與學習,如講授新知識教學環節;而且該教學方式還很注重學習過程的體驗和探究方法的掌握,如探究問題的課堂探討環節,更甚者該方式容易在課堂上表達出一種對人文情懷價值觀的認可和對科學探索精神的執著,體現地理教育對具有“地理素養”人才培養的追求。