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關鍵詞:水循環經濟;生態文明建設;可持續發展
中國分類號:TV
文獻標識碼:A
黨的十明確要求,以科學發展觀為指導,大力推進生態文明建設。水是人類賴以生存和社會發展的必要資源,也是建設生態文明的紐帶。如今,水資源短缺和水污染構成的水危機成為社會經濟發展的主要制約因素。為了緩解水危機,保證水資源的持續利用,促進生態文明建設,需要從持續發展的角度建立科學的水資源管理體系,探求水資源開發利用和管理的良性循環,實行可持續水資源管理。發展水循環經濟對實現可持續水資源管理具有重要意義。
1水循環及水循環經濟
水循環是以河川流域為主的以及通過降雨~地下滲透-流出~蒸發等現象所形成的自然水循環系統。由于增加了人為的因素,自然水循環擴大成為社會水循環。有效建立水資源的社會水循環系統是綜合考慮社會需要、經濟健康和環境要求,這與生態文明建設的目標是一致的,因此社會水循環與生態文明建設有著密不可分的關系。
水循環經濟是一種先進的水資源經濟發展模式,它是建立在社會水循環系統分析的基礎上的,遵循循環經濟的思想,在水資源開發利用以及人類生產生活的各個環節,始終貫穿減量化、再利用、再循環的原則,重視采用新技術、新材料、新工藝,并以完善的制度建設管理體制運行機制和法律體系為保障提高水的利用效益和效率,最大限度地減輕和降低污染來實現社會發展的最終可持續性。
2水循環經濟發展效益特征分析
水循環經濟發展的效率特征強調在水資源利用過程中注重節水。節水應以科學發展觀為指導,在不降低人民生活質量和經濟社會發展能力的前提下,采取綜合措施減少用水過程中的損失、消耗和污染,提高水的利用效率,高效利用水資源。效益特征要求科學、合理地配置水資源,構建節水型經濟系統和節水型社會系統,實現水資源可持續利用。一方面要求根據不同用戶對水資源的要求,分質供水,循環用水,實現水資源在用戶系統內多次再利用與再循環的目標。另一方面要求因地制宜地通過結構調整優化配置水資源,將水資源從低效益用途配置到高效益領域,提高單位水資源消耗的經濟產出,實現人口、資源、環境與經濟社會的協調發展。
3水循環經濟與生態文明建設關系分析
建設生態文明,實質上就是要建設以資源環境承載力為基礎、以自然規律為準則、以可持續發展為目標的資源節約型、環境友好型社會。生態文明建設是全面的,有物質方面、精神方面、制度方面的,每個方面還有很多具體內容。水是生態文明建設的重要紐帶,在生態文明建設中起到重要作用。生態文明建設離不開水資源的可持續發展,水資源可持續發展要求水資源利用充分考慮對生態環境的保護,不以犧牲生態環境為代價,這也是水循環經濟模式追求的最高目標。水循環經濟模式的發展目標必須追求水資源利用的效率、效益和可持續性三者的統一,要求水資源利用與管理模式必須按照這一特征重新構建。因此,水循環經濟的發展與生態文明建設是高度統一的。
4大力發展水循環經濟,促進生態文明建設
隨著人口增長、城市化進程加快以及社會經濟的發展,生態文明建設對水資源的數量和水環境質量的需求越來越高,要解決水資源短缺與水環境污染問題,發展水循環經濟是必然選擇。
(1)切實提高生態倫理責任意識,促進循環經濟發展
生態文明作為一種新的社會形態,是從工業文明社會過渡到生態文明社會。正確處理好與自然的關系,建立和諧的生態倫理責任意識,可以使人們明確人類活動和水自然循環的相互關系,重新審視過去粗放的經濟社會發展模式,有利于建設生態文明,促進循環經濟發展,建立可持續的產業結構、生產方式和生活方式,建設資源節約型、環境友好型社會,增強可持續發展能力,在追求人與自然和諧的生態倫理關系中實現社會的可持續性發展。
(2)調整農業種植結構和工業產業結構,優化用水方式,提高水資源利用效率
統籌考慮城市和農村生活實際需要,把糧食作物、經濟作物等不同作物進行合理搭配,優化配水。水資源條件好的地方以水稻、經濟作物為主,水資源條件差的以棉花、豆類、小麥、高粱等為主。要在有條件的地方和郊區發展節水種植,推廣噴灌、滴管、滲灌等節水灌溉措施。
建立節水型經濟結構合理調整工業布局。對供水緊張的地區,通過關停并轉嚴格限制高能耗、高物耗和高污染的項目,控制建設耗水型大的項目,如限制發展造紙、化工等用水大戶,主要發展電子、機械、高新技術等產業,實現可持續的水資源管理。同時要用新技術、新工藝、新設備取代耗水多的生產設備,改革用水工藝,并實行一水多用,循環使用。
(3)因地制宜地創建綜合水循環系統,提高水的循環利用率
建設供水、排水、污水收集、中水回用實時信息監測網絡系統,完善取(用)水口自動監測管理系統,實現監測數據的自動采集、傳輸、處理,促進污水資源化;逐步建立城市雙管道排水系統,分質供水,優水優用,劣水劣用,按質論價,特別是城市集中污水處理廠的二級出水經處理后可以通過中水管道集中供應工業用水和環境用水,應積極推廣中水項目,提高水的重復利用率。
(4)建立最嚴格的水資源管理制度,優化水資源配置效率
要建立最嚴格的水資源管理制度,落實三條“紅線”。在實際管理中,要強化取水許可和排污許可制度,建立建設項目水資源論證制度和用水、節水評估制度,用水、環保審計制度,浪費、污染懲罰制度;加強取水許可監督管理和年審工作,嚴格取水許可審批。通過政府的有效控制,在用水的源頭上解決無節制用水和不平衡用水的問題。
(5)完善循環水成本價格機制和循環水利用優惠政策,促進水資源合理利用
充分發揮市場對資源配置的基礎作用,區分水資源的不同用途,制定出詳細可行的飲用水和循環水的成本和價格形成機制,逐步實行超額累進加價制度和階梯式水價制度;制定具體的循環水開發和利用的優惠政策,如稅收優惠、循環水項目的財政投入和補貼政策等,鼓勵高層建筑、辦公場所、社區內部、娛樂場所、運動場地、農業灌溉及綠地澆灌等進行循環水利用以及工廠內部循環水利用。
5結語
(1)水循環經濟模式的發展目標必須追求水資源利用的效率、效益和可持續性三者的統一,這與生態文明建設和水資源可持續發展是高度統一的。
(2)建設生態文明,需要發展水循環經濟,其中綜合水循環系統創建是發展水循環經濟的有效技術手段,優化產業結構和種植結構是優化配置資源的基礎,落實嚴格的水資源管理制度和完善水資源管理體制是實現水循環經濟的保障。
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關鍵詞:水循環經濟;開發利用;可持續發展;發展模式
水是重要的自然資源,是人類賴以生存和社會發展的必要資源。隨著社會經濟的發展,“水危機”日益顯現,人們對于水資源的開發利用研究也經歷了由低級向高級發展的過程。起初人們對水資源的研究僅僅局限于對水資源的開發利用,研究水資源的時空分布規律和運動規律,即著重于水資源自然屬性的研究。隨著人類的進步和社會的發展,特別是現代科技革命,使人們對水資源的研究產生了一個質的飛躍,逐步從水資源自然屬性的研究過渡到水資源的社會經濟屬性研究,從社會經濟系統的角度廣泛開展對水資源合理開發利用研究,這些研究領域包括水資源與經濟發展關系的研究、水環境安全的研究、水權水價的研究、水資源管理體制的研究等。隨著水資源的日益短缺,以水資源的節約使用、清潔生產、水循環利用、污水資源化為核心的水循環經濟理論與發展模式的研究逐漸成為當今水資源合理開發利用研究的最新方向。
1水循環經濟的概念與特征
1.1水循環經濟的概念
關于水循環經濟的概念,到目前為止學術界并未明確提出,大多數是在循環經濟的概念基礎上,從城市或產業的角度提出了一些近似的概念。
陳琨[1]從實施水循環經濟的模式方面,提出水資源循環經濟應該至少包括兩層內涵:一是在用水環節,對于跑、冒、滴、漏、污實現最小量化,最大限度地實現水的凈化、回收、循環利用,達到或接近水的零排放;二是尊重自然界水的循環規律,在區域范圍內,通過經濟、工程技術、立法等手段調整水的時空合理分布和利用,維護水的自然循環系統,使水資源得以永續利用。張鋇[2]從社會水循環的角度,提出了水產業循環經濟的概念,他認為,水產業的循環經濟應是一種在對水資源不斷循環利用基礎上的經濟發展模式,其中污水處理資源化、減量化和無害化,是水產業循環經濟的一條重要原則和標志。
正確而又合理的水循環經濟定義是水循環經濟系統分析、核算與制定水循環經濟發展模式的基礎。綜上所述,在對水循環經濟及其應用這一研究過程中,雖然各位學者給水循環經濟所下的定義,規定的研究對象、研究范圍等都有所不同,然而隨著社會的進步和研究成果的大量問世,彼此間的差異將逐步縮小。本文認為,水循環經濟首先是一種先進的水資源經濟發展模式,它是建立在社會水循環系統分析的基礎上,遵循循環經濟的思想,按照水資源節約、水環境友好的原則,在人們在生產和生活過程中,在水資源開發利用的各個環節,始終貫穿“減量化、再利用、再循環”的原則,重視采用新技術、新材料、新工藝,并以完善的制度建設、管理體制、運行機制和法律體系為保障,提高水的利用效益和效率,最大限度地減輕和降低污染,來實現社會發展的最終可持續性。
1.2水循環經濟的特征
根據水循環經濟的定義,通過傳統水資源利用模式和水循環經濟模式的對比分析可以得出,水循環經濟作為一種先進的經濟發展模式具有如下特征。
1.2.1發展目標上追求效率、效益和可持續的統一性
水循環經濟模式在發展目標追求水資源利用的效率、效益和可持續性三者的統一,要求水資源利用模式必須按這三大目標進行重新構建。
(1)效率特征要求水資源利用注重節水,節水應在不降低人民生活質量和經濟社會發展能力的前提下,在先進科學技術的支撐下,采取綜合措施減少用水過程中的損失、消耗和污染,提高水的利用效率,高效利用水資源。
(2)效益特征表現在中觀上水資源配置的高效益,要構建節水型經濟系統和節水型社會系統。例如,非農產業的用水效益大大高于農業,低耗水產業的用水效益高于高耗水產業,經濟作物的用水效益高于種植業,這要求通過結構調整優化配置水資源,將水從低效益用途配置到高效益領域,提高單位水資源消耗的經濟產出。
(3)可持續性是指水資源利用充分考慮了對生態環境的保護,不以犧牲生態環境為代價,這是水循環經濟模式追求的最高目標。可持續性主要體現在宏觀層面,要求區域發展與水資源承載能力相適應,塑造持續發展型社會;要求一個流域或地區量水而行,以水定發展,打造與當地資源稟賦相適應的產業結構;要求通過統籌規劃、合理布局和精心管理,協調好生活、生產和生態用水的關系,將農業、工業的結構布局和城市人口的發展規模控制在水資源承載能力范圍之內。
1.2.2管理環節上追求供水、用水和排水等環節的健康循環
發展水循環經濟的最終目的是為人類提供健康的水資源生存環境,水循環經濟要求水資源利用的各個環節和途徑都應追求健康循環,且貫穿于整個水的社會循環過程中。水循環經濟的健康、良性循環特征體現在水資源利用的各個環節中,需要貫徹以下三個基本原則。
(1)輸入端的減量化原則(Reduce)。要求在供水環節,減少進入生產和消費流程的水資源量,即用較少的水資源投入滿足既定的生產或消費需求,在經濟活動的源頭就做到節約水資源和減少污染。在生產中,要求采用清潔生產技術、節水技術和節水實踐,從而減少生產過程中對水資源的需求量;在生活中,要求人們使用節水器具和采用節水實踐來減少對水資源的過度需求,從而達到減少廢水排放的目的。
(2)過程控制的再利用原則(Reuse)。為了提高水資源的利用效率,要求從上一工序或過程排出的水資源能夠直接為下一工序或過程所用,水資源在生產過程中盡量多次重復利用。在生產中,要求企業采用清潔生產和先進技術,以便于排出的水能夠不經任何處理就能為另一用途所用;在生活中,鼓勵人們采取措施將生活水重復使用后用于沖廁、灌溉等用途。
(3)輸出端的再循環原則(Recycle)。要求生產和消費過程中的污水重新變成可以利用的資源而不是無用的廢水。廢水資源化通常有兩種方式:一是水資源循環利用后形成與原來相同的產品,二是水資源循環利用后形成不同的新產品,廢水資源化后形成不同的產品可用于不同的用途。再循環原則要求水資源相關者將失去功能的廢水恢復功能,從而可以再利用,以使水資源整個流程實現閉合。
1.2.3利用手段上追求科學技術、經濟與行政手段的一體化
先進的科學技術是循環經濟的核心競爭力,如果沒有先進技術的輸入,水循環經濟所追求的經濟和環境多目標將難以從根本上實現。水循環經濟的技術支持體系由五類構成,包括替代技術、減量化技術、再利用技術、污水資源化技術、系統化技術等。
有效的經濟政策是水循環經濟發展的重要推動力和必要保障。水循環經濟發展模式要求應充分發揮市場機制對水資源配置的基礎作用,充分利用價格、稅收和財政等各種經濟手段,包括建立征收水資源稅制度、上下游生態補償制度、污水資源化稅收優惠制度等,從而實現符合水循環經濟發展要求的3R原則。
法律和法規作為一種強制手段可以有效地推動水循環經濟的發展,也是所有發達國家普遍采用的重要手段。從目前法制建設的需要來看,我國在水循環經濟立法中存在著很多立法空白,極大地影響了水資源循環利用的順利進行,迫切需要制定新的法律法規來規范各種水資源利用的行為,例如:建立《節水型社會基本法》、《污水資源化利用管理條例》等法律和制度,是水循環經濟發展模式在管理手段上的重要特點。2水循環經濟國內外研究進展
在水循環的研究與實踐應用方面,近年來許多國家和地區結合自己的實際做了大量的工作。這些國家和地區包括:澳大利亞、美國、加拿大、納米比亞、日本、歐盟成員國以及西亞、非洲、拉丁美洲等國家。Asano等[3]認為水資源需求的數量和調配的范圍隨著人類生活與社會生產力的發展而不斷擴大,一方面社會生產力的發展需要擴展水資源的調配范圍;另一方面社會生產力的發展也提高了調水的經濟和技術實力。Metcalf[4]從污水再生的角度系統論述了污水處理、處置和回用的基本原理。Beekman[5]從節水減污的角度系統論述了水體保護、循環利用的基本原理。Lund[6]對調水的成本與風險交易以及對自然、經濟的影響進行了分析。Glenn-Marie[7]建立了國家層面水資源循環體系和水實物量核算投入產出表,并用于南部非洲國家(如納米比亞)的水資源核算,進而分析水資源對各部門經濟的影響,提出產業發展政策。
其中,澳大利亞無論在水循環研究方面,還是實踐方面,都頗為成功。從1977年開始,澳大利亞有關部門便開始著手再生水項目的可行性研究,為了成功舉辦2000年悉尼奧運會,澳大利亞政府相繼出臺了《國家水資源管理戰略框架》和《NSW城市和社區循環水利用導則》,并建立了相應的循環水管理機構、管理制度和標準;目前,在澳大利亞大約有500個污水處理廠,其中有一半從事循環水的開發,每年大約有150GL到200GL的廢水被循環利用。2004年,在澳大利亞國會資助下,澳大利亞技術科學與工程學院出版了《澳大利亞的水循環研究》報告。這份研究報告介紹了澳大利亞當前水循環利用情況,主要強調生活和工業廢水的處理程度和循環利用問題。報告討論了一系列問題,既有國際的,又有國內的經驗,并提出了未來水循環利用和管理的24條建議:水循環的定義、水循環經濟的必要性、循環水的水權問題、相關制度和標準的修訂和建立、循環水項目的可行性研究、循環水成本與價格方案與操作辦法、對污水處理過程的技術創新、循環水項目的投融資方式、國家水資源管理機構改革、公眾參與循環水項目的必要性等[8]。
隨著水資源的日益緊缺,在中國,許多城市將廢水循環利用作為滿足日益增長水資源需求的一項重要的戰略措施,對于水資源節約利用、社會經濟系統水循環利用的研究也逐漸開展起來,但仍處于起步階段,研究深度不夠,成果較少。代表成果主要有:陳志愷[9]的“堅持科學發展觀建設節水防污型社會研究”,賈紹鳳[10]的“社會經濟系統水循環研究進展”和陳琨[1]的“我國實施水循環經濟模式的途徑”等,這些成果對節水型社會的建立、社會經濟系統水循環的研究方向、社會經濟系統水循環的評價、水循環經濟發展模式進行了研究。在實踐方面,廢水循環利用主要在以下幾方面:農業灌溉,同時改善河流質量;作為工業冷卻水;市政用水,如草地和樹林;酒店和居民區沖洗廁所;經過處理的廢水再利用于城市景觀綠化;為了更加明確再生水項目執行的可行性,許多水資源短缺和污染嚴重的城市,如北京、天津、太原、大連和青島,已選擇部分地方和工業園區作為試點。
綜上所述,隨著水資源危機逐漸加劇以及人類對可持續發展目標的追求,傳統的以“擴大水資源供給”為目的的工程水利管理方式以及對水資源不合理的開發、利用方式已經不能適應可持續發展戰略對水資源合理開發利用的要求。傳統的單一管理方式逐步向水資源與經濟社會協調利用的循環經濟方式轉變,水資源與社會經濟之間關系的研究也逐步由過去的單一水文學向多學科交叉延伸。
3水循環經濟研究的新理論支柱
關于水循環經濟研究的理論基礎呈現出多學科交叉發展,可持續發展理論、物質代謝理論以及產業生態學理論逐步成為該領域研究的主要理論支柱。
3.1可持續發展理論
產業革命以來,人類活動對自然的兩重性愈加明顯,隨著人口問題、資源問題、環境問題——即全球問題的提出,可持續發展成為我國,也成為全世界二十一世紀發展經濟的主題。這就要求要將水資源合理開發利用提高到人口、經濟、資源和環境共同協調發展的高度來認識。可見,“可持續發展”的思想將推進水資源的開發和管理,并由此構成未來水資源管理的新理論。
首先,可持續發展理論要求水資源利用要關注流域尺度或區域驚尺度的可持續發展。由于水資源與水環境系統以流域尺度為基本單元,可持續發展在協調水環境系統與經濟系統的關系時,必須以流域整體思想為指導。恢復和逐步改善流域水資源環境系統的功能,是謀求可持續發展的必由之路。
其次,可持續發展理論要求定量描述并分析水環境系統與經濟系統的關系,使得水環境核算研究成為當前水環境經濟領域的最前沿課題。水環境核算包括實物量核算與價值量核算,實物核算是建立在水循環定量分析的基礎上,用實物單位描述經濟系統與水資源的輸入輸出關系;價值核算集中在水環境價值的內涵、類型及量化方法上,水資源價值核算將為水權、水價、排污權等水環境保護市場機制的形成奠定理論基礎。
最后,可持續發展理論要求水資源利用從循環經濟的角度考慮。循環經濟作為生態效率高、經濟效益好、資源消耗低、環境污染少的經濟生產模式,在全球范圍受到廣泛的重視,是對可持續發展的重要貢獻。
3.2物質代謝理論
人類社會發展的實質是物質生產和消費方式在不同時期的動態演進,也是人類對自然世界不斷進行改造的歷史。早在19世紀中葉,馬克思就曾注意到城市迅速發展導致養分循環代謝斷裂的問題(MetabolicRift),并且指出人類社會與自然界之間存在著相互制約、相互影響的重要生態關聯[11]。但這以后,很少有學者在此基礎上進一步提出物質代謝研究的重要思想或分析方法。
直到20世紀60年代,Kneese與Ayres以及Leontief等經濟學家重新意識到現代經濟社會中物質代謝過程的重要性,明確指出應當盡早開展關于物質流系統的研究,并且基于經濟學理論和投入產出方法分別提出了物料平衡分析的初步方法,用以解釋經濟系統的生產與消費以及外部性問題,從而推動了物質代謝研究開始逐漸應用于識別產業經濟結構及其導致的環境影響。1988年Ayres首次提出物質代謝(IndustrialMetabolism,也叫產業代謝)的概念,并且指出所謂物質代謝就是現代經濟體系運用勞動力要素將原材料轉化為產品與廢物的一系列物質過程的集合,這標志著物質代謝研究范疇正式確立并得到廣泛認可[12]。
進入20世紀90年代,產業生態學的建立和進一步發展為物質代謝理論和成果應用提供了切實的理論依據,促進了現代物質代謝分析技術的發展與繁榮,使得人們逐漸認識到現有的物質生產和消費模式,即物質社會代謝的結構與組織形式,是導致人類社會與自然生態系統之間尖銳沖突的本質根源。由此,以優化或重組物質代謝過程為目標,從根本上轉變現行經濟結構使之更加符合自然生態規律,已成為實踐可持續發展道路的主流方向之一。同樣,水循環經濟發展模式的研究也需要分析生產、消費等環節的水資源物質流代謝過程,從根本上提出符合水資源節約、高效的經濟發展模式,因此,物質代謝理論成為了水循環經濟研究的基礎理論之一。
3.3產業生態學理論
產業生態學主要以物質和能量代謝為主要研究內容。其主要采用物質利用強度、物質生產力、循環利用率三種指標分析社會經濟的物質代謝效率[13]。以生產部門的水資源為例,物質利用強度通過分析部門水資源消耗強度與其相應的經濟產出在整個經濟系統中所占比例,識別水資源利用效率;物質生產力則將水資源投入作為生產力要素之一,采用單位水資源的產品或產值指標來衡量水資源生產力水平。水資源利用強度越低、水資源生產力水平越高,說明經濟體系對于水資源投入的依賴性越小,系統的封閉性越好;水資源循環利用率則用于表征經濟系統內部產生的“廢水”或“水污染物”的再循環、再利用程度,循環利用率越高,說明耗散損失進入環境的水污染物越小,經濟活動對水資源、水環境的壓力就越小,而系統的穩定性也越高。
應當指出,雖然自然生態系統的構成與運行模式為重新組織現代經濟生產方式與消費提供了一個參照系,但是到目前為止產業生態學并未提出標準的社會經濟發展模式來保證這一戰略目標的實現,目前關注的焦點問題主要包括:(1)自然生態系統的資源代謝過程的組織和協調機理如何?對于現代社會的生產和消費以及污染物的循環利用有哪些現實意義?例如,水資源在社會經濟系統中的代謝規律如何進行定量描述?如何提高廢水循環利用率?(2)自然生態系統中的物質分解和再利用的方式有哪些?它們對發現水循環利用的新途徑有哪些啟示?例如,如何避免經濟系統中污水回收和再利用過程本身也可能導致的環境污染?盡管產業生態學理論尚未發展完善,但是其提出的一系列理論方法為水資源的社會經濟系統分析和循環經濟發展模式制定提供了重要參考價值,使水資源循環經濟按照自然生態系統的組成結構、運行規則重構社會經濟系統成為可能和可行。4水循環經濟研究新方法與手段
在對水循環與經濟發展關系研究的方法上,由于水的流動與循環,水環境系統與水社會經濟系統在不同時空尺度下進行能量、物質的交換并交互影響,現代水資源與經濟發展關系研究必須從系統的角度出發,研究水環境系統與水社會經濟系統的整體行為、演化規律及其相互作用,從區域、流域方面加強水資源循環、定量分析。為此,物質流分析技術(MaterialFlowAnalysis,MFA)與投入產出分析技術(Inputandoutput,I/O)成為了水循環經濟研究的主流方法。
4.1物質流分析技術(MFA)
物質流分析是根據工業代謝和社會代謝的概念,依自然環境為經濟社會系統提供的物質輸入,通過加工、貿易、使用、回收、廢棄等過程形成的系統內存儲,以及返回到自然環境中的物質輸出等環節過程進行各類物質統計。根據物質守恒定律,整個系統中的輸入量應等于輸出量與存儲量之和。物質流分析中,主要衡量的是社會經濟系統中的物質投入、產出和物質利用效率,只考慮通過研究系統邊界的物質輸入/輸出流,而對系統內部的物質流動結構不再細化反映。物質流分析提供了關于環境與經濟體系運行機制的整體理解,使得決策者能夠確定關鍵問題所在、選擇優先控制目標和相應政策方案,從而通過改善整個經濟體系的物質代謝效率來解決生態環境問題。因此,物質流分析已成為20世紀90年代以來環境管理和政策制訂的重要技術方法,廣泛為發達國家和國際組織所采用[14]。
從物質流分析和水循環經濟的相互關系來看,物質流分析的調控作用主要體現在以下幾個方面:
(1)減少水資源供應總量。在社會經濟活動中,需水的多少直接決定水資源的供應量和對生態環境的影響程度,水資源消耗的減少意味著水資源供應的減少,其對整個社會經濟和環境的意義是極為重要的。通過物質流分析,可以發現各部門、各環節水資源輸入量的多少,進而通過技術和管理手段,不斷提高水資源利用率和增加水資源循環利用量。
(2)提高水資源利用效率。水資源利用效率反映了水資源消耗與經濟發展之間的關系,其中生產技術和工藝是提高水資源利用效率的核心。通過物質流分析,我們可以分析和掌握水資源消耗和產值之間的關系,并通過技術、工藝改造和更新,減少水資源的消耗定額,達到盡可能少的水資源消耗獲得預期經濟與環境可持續發展的目的。
(3)增加水資源重復利用量。通過對生產過程的水資源利用的物質流分析,尋求提高水資源的重復利用率的途徑,可以增加水資源的循環使用量,延長水資源的使用壽命,減少水資源的初始投入,從而最終減少水資源的投入量。企業內部、產業間的水資源重復利用,中水回用,雨水和污水資源化利用等都是提高水資源重復利用的重要內容和形式。
(4)減少最終水污染排放量。實際上,在社會經濟活動中,通過提高水資源利用率、增加水資源循環利用量,不但可能減少水資源投入總量(新鮮水量),同時也可以實現減少污水排放的目的。因此,在發展水循環經濟的過程中,可以通過提高水資源利用率和循環利用率,實行節約用水,達到減少水污染物排放的目的。
4.2投入產出分析技術(I/O)
投入產出分析起源于美國經濟學家瓦西里•列昂惕夫的“投入產出分析”。列昂惕夫1931年開始研究“投入產出分析”,主要用于研究美國的經濟結構,1968年聯合國把它推薦為國民經濟核算方法,現已在許多國家得到推廣和應用。我國于1974年開始編制了部分產品的1973年投入產出表。一些省市和一些大中城市也編制了投入產出表。1988年底完成了國家1987年的投入產出表的編制工作。同時,各省、市、自治區(除、臺灣外)也都編制了本地區的1987年投入產出表。這些投入產出表不同程度地為中央和地方各有關部門應用于管理、決策,并取得了顯著成效[15]。
投入產出模型應用于資源環境問題的研究開始于20世紀70年代,Leontief和Ford[16]用投入產出模型研究空氣污染問題,Carter和Ireri[17]用地區間投入產出模型研究加利福利亞和亞利桑那州的水資源調配問題,Thoss和Wiik[18]用投入產出模型研究水資源管理問題,Hendricks[19]用投入產出模型研究水資源的供需平衡問題,謝梅等人[20]用投入產出模型研究北京的城市水資源系統,陳錫康[21]建立了山西省水資源經濟投入產出模型并研究水資源價值問題。
將水資源和環境問題納入投入產出模型中進行研究,為觀察經濟活動的水資源消耗強度和水污染物排放強度(即計算水資源消耗系數和水污染物排放系數)提供了前提,同時也為進一步利用投入產出表的消耗系數,將水資源消耗和水污染物排放置于國民經濟各部門的普遍聯系之中,為水循環經濟的物質流分析和價值流核算、循環水價格的制定等提供了良好的分析工具;此外,可以將投入產出模型與計量經濟模型相結合,預測社會經濟各部門未來水資源消耗量和水污染物產生量、排放量,根據水循環經濟發展目標,提出產業結構調整的合理化建議,為水資源可持續發展經濟模式的探索奠定了基礎。
5水循環經濟研究的重點問題
水循環經濟研究的目標首先是建立科學的水循環經濟理論體系;其次是技術體系適宜,經濟保持適度發展;第三是選擇合適的水循環經濟發展模式;第四是要建立良好的水循環經濟管理體制和經濟運行機制,這也是今后一個時期水循環經濟需研究的重點問題。
5.1水循環經濟理論體系構建的研究
水循環經濟理論體系的構建是水循環經濟走向實踐的重要基礎,需要從以下幾個方面著手:(1)不斷地尋求理論創新,建立起符合社會經濟規律的水循環經濟理論與方法體系,從而更好地指導水循環經濟發展的實踐;(2)加強對水循環經濟發展模式的研究和經濟學分析,從而不斷提高水循環經濟模式的運行效率,促進水循環經濟模式的推廣;(3)加強對于流域、區域、城市和工業園區等水循環經濟發展的長期分析,探索水循環經濟發展的內在規律,并逐步試點示范,從而更好地服務于水循環經濟發展戰略與政策的制訂;(4)加強對于水循環經濟運行的多角度分析,如市場、價格、技術、規劃、法律等,從而不斷充實和完善水循環經濟的內容體系;(5)加強水循環經濟與相關學科的對比與借鑒研究,從而不斷推進水循環經濟理論的完善與發展。5.2水循環經濟發展模式選擇問題的研究
水循環經濟發展模式的選擇體現在水循環體系的各個環節之中,包括供水、生產和生活用水、污水資源化、雨水利用等。其目的很清楚,一是節水,減少對自然水資源的索取,二是減少排放,減少對自然水生態的擾動。水循環經濟發展模式在人類實踐中早有應用,如節水器具,節水的綠色建筑,還有各種中水的回用等。總體來看,對這些模式的研究和分析還不夠深入,沒有更好地提煉總結,尤其是從經濟學角度的分析還有待加強。由于水循環經濟概念出現的時間較短,還難以評價各種模式實施的效果,這也都需要加以系統分析[1]。
(1)節約用水模式研究。長期以來我國農業采用大漫灌的灌溉方式,用水量大,利用率低,浪費嚴重。可見,我國農業節水潛力相當可觀,應大力研究和分析農業節水模式,通過節水灌溉和節水農業相結合的辦法實現農業節水。要加強對工業行業節水的經濟學研究,通過產業布局的調整和產業結構的調整,達到水資源節約利用和水環境污染控制的目的。在城鎮,要加強水的循環利用研究,控城鎮生活的用水浪費,減少城市給水管網和用水器具漏水損失,充分發揮節水的潛力。要研究和分析各種節水模式的成本和效益,通過成本和效益的比較,選擇最優的節約用水模式。
(2)清潔生產模式研究。近年來,世界上大力推廣清潔生產,廣泛采用循環利用經過處理的工業廢水。由于采取這一措施,20年來,日本和德國的工業用水的數量沒有增加。美國鋼鐵業在每噸鋼需要的280t水中,只有14t是注入的新水,其余用的都是循環水。至2000年,我國工業廢水的重復利用率已經達到70%以上,但與世界先進水平的90%~95%相比,還有不少的差距。根據我國目前的工業用水效率預計,2020年我國工業的年用水量將由現在的1100億m3增加到2000億m3,增加用水量約1倍。這就要求我們必須重視工業用水過程的研究,多角度地選擇清潔生產模式,改進工藝和流程,進一步提高多次重復循環用水,提高用水的效率。
(3)污水資源化模式研究。工業廢水資源化的觀念是對傳統工業廢水末端治理的革命,是工業廢水治理的努力方向;城市生活污水的處理可以考慮變集中處理為分散處理,分散處理的主要場所是居民住宅的屋頂。通過在城市建立中水系統,將生活、生產污水處理之后再次使用,從而節約大量的日常用水。經處理過的回用中水,主要可用于沖廁、體育場館、高爾夫球場、澆灌花草樹木、清潔道路、清洗車輛或基建施工、設備冷卻、工業用水及其他可接受其水質標準的用水。我國90%以上的城市水域遭到污染,城市污水(包括生活污水和工業廢水)以每年6.5%的速度增加,預計到2020年城市污水產生量將達到600億t以上。因此,污水資源化應是我國21世紀城市水循環經濟的著眼點,需要大力研究污水處理技術水平和污水資源化應用的方向。
(4)雨水資源化模式研究。由于自然和歷史的原因,在我國北方地區,尤其是西北黃土高原的部分地區極度缺水。按可利用水資源統計,當地人均可利用水資源占用量只有110m3,是全國可利用水資源占有量720m3的15.3%,是世界人均可利用水資源占有量2970m3的3.7%。目前在我國的西部地區有近1000萬人的飲用水極度困難。數百年來,西部地區居民積累了豐富的雨水匯集和利用的經驗,使他們得以在這里生存。面對發展的需要,這種傳統的集水方式受到了資金短缺的制約。為此,今后需要大力開展對西北地區雨水利用方式、雨水利用投融資方式等方面的研究。
(5)海水淡化模式研究。我國擁有1萬8千多公里的海岸線和300多萬平方公里的海洋管轄區,海水利用和淡化是解決淡水緊缺問題的有效途徑。據測算,中國城市的用水中約80%是工業用水,工業用水中約80%是工業冷卻用水。如果能夠用海水替代現有工業冷卻用淡水總用量的30%,就可以使沿海城市節約近20%的淡水資源,同時減少冷卻水對環境的污染。我國的海水淡化起步于20世紀60年代,目前在技術上還不夠成熟。今后,需要加強對海水淡化技術、海水對工業設備的腐蝕、海水淡化成本與效益、海水淡化產業化等方面的研究,使海水淡化利用成為我國解決缺水問題的重要選擇之一。
5.3水循環經濟技術創新問題的研究
“節流”與“開源”是解決水資源短缺的兩個主要途徑,在水資源供應不斷減少的今天,其核心在于水的循環利用,即通過污水資源化、雨水資源化、節約用水等措施,增加水資源的間接供應,盡量減少水的使用量,這樣不僅可以減少無效需求,減輕供水壓力,還可以相應減少污水排放和污水處理的負擔,減少對環境的污染。為此,循環用水可以說是實現水資源可持續利用的重要戰略措施。循環用水需要采取工程、技術、經濟和管理等各項綜合措施,特別需要不斷更新的污水處理技術、節水技術與設備的支持。
技術創新是為了實現一定的系統目標,考慮系統內外客觀因素的制約,對各種可能得到的技術手段進行分析比較,不斷研究和尋找新的最佳方案。對水循環經濟的技術創新研究,主要是從事技術科學的學者,要將水循環經濟的理念與思路引入水的供應、輸送、使用、排放、處理和回用等過程中,通過對循環過程中水資源消耗、水循環利用、污水處理、水污染排放的分析,提出減量化、再使用、再循環的工程流程或技術建議。
例如,在社會經濟系統中用水部門與行業中,各用水部門與行業都存在節水技術與相關設備;在污水處理廠,要實現污水的資源化利用,必須不斷更新處理設施和技術,以提高污水的處理水平;同樣,要實現污水的循環利用,需要對飲用水、循環水的管道系統進行技術改造。從經濟學的角度,還需要考慮不同技術項目的成本與效益,如引入新的生產流程與工藝以提高水循環利用效率所需要的投入及預期產出。對于企業和區域社會經濟發展來看,還要對比分析采取水循環技術的長期成本和短期成本,從而確定水循環技術的可行性。這些工作,需要根據各地的水資源條件、經濟社會發展狀況、科學技術水平等因素,對各類循環水的技術和設備進行系統的分類,并提出相關的技術識別評價指標,以為水循環經濟的發展提供理論指導。
2.描述陸地水體的相互聯系,了解河流的主要補給類型及特點,學會判讀河流流量過程曲線。
3.掌握世界與我國水資源的空間分布特點;結合水資源危機問題,指出解決水資源危機的措施。
【考點分析】
一、水循環過程及意義
1.水循環過程示意圖
注意:外流區域既存在海陸間循環,又存在陸地內循環,而內流區域只存在陸地內循環。
2.水循環的意義
(1)海陸間循環使陸地水得以補充,水資源得以更新,是最重要的水循環類型;內陸循環對陸地水的補充很少,但對內陸地區意義重大;海上內循環是水量最大的水循環類型。
(2)水循環對水圈、大氣圈和生物圈之間的熱量傳輸起著重要的調節作用。
(3)水循環過程不斷進行著勢能和動力的轉換,由此產生了流水的搬運、侵蝕和沉積作用,改造著地表形態。
(4)水是一種很好的溶劑,其在和巖石、土壤接觸的過程中不斷溶解并帶走其中的礦物質,從而促進了地球表面各種化學元素的遷移。
總之,水循環是地球表層最為活躍、最為深刻的物質循環之一。
二、河流流量統計圖分析方法
1.河流流量過程曲線圖的判讀
河流流量過程曲線圖展示了河流徑流的特征和基本規律,其是河水的空間來源和時間變化的總體反映。河流流量過程曲線圖是由縱橫坐標組成的坐標圖,具體判讀步驟如下:
(1)識別圖中坐標代表的地理事物的名稱、單位及該圖的表示方法,如代表幾個地理事物,各個地理事物是用什么形式來表示的。
(2)以橫坐標的時間變化為主線,分析河流水文特征,如流量大小、汛期及流量的季節變化、冰期、斷流情況,以及流量的年際變化情況等。
①閱讀圖中流量過程曲線,依據縱坐標中的流量數據(絕對值或相對值)推斷河流全年流量(或多年平均流量)的大小。
②分析圖中流量過程曲線的變化幅度,可以確定河流的枯水期、豐水期(或枯水年、豐水年),以及豐水期和枯水期流量的差值大小;河流是否有斷流現象,斷流出現在哪幾個月份;河流流量的季節變化規律(或年際變化規律)。
(3)流量過程曲線反映的主要內容。
①從縱坐標數值了解流量的大小。
②從曲線變化幅度了解水量的季節變化。
③從曲線高值區了解汛期出現的時間及時間長短。
④從曲線低值區了解枯水期出現的時間及時間長短。
(4)據流量過程曲線分析原因。
①流量是由河流的補給水源決定的。
②洪水期出現在夏秋季節、枯水期出現在冬春季節的河流,一般為雨水補給,但地中海氣候區河流剛好相反。
③汛期出現在夏季的河流,除有雨水補給外,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,除有雨水補給外,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,沒有冰川融水補給所致。
⑥若流量過程曲線變化和緩,則該河流多為地下水補給,也可能是熱帶雨林氣候區或溫帶海洋性氣候區的河流。
2.分析河流流量與沿線地理環境的關系
(1)地區。
以上三幅圖分別表示的是:東部季風區,北方河流流量普遍比南方河流流量小;西北地區河流夏季水量豐富,冬季有斷流現象;東北地區的河流有兩個汛期。
(2)天氣。
長江中下游地區6月份受到江淮準靜止鋒的影響,降水多,河流出現洪峰;7月份受西北太平洋副高影響,降水減少,河流流量減少。華北地區7、8月份受到雨帶影響,降水多,河流出現洪峰,而4月份時,雨帶還未到達,氣溫回升快,蒸發旺盛,且工農業需水量增加,河流流量小。
(3)氣候(北半球)。
根據各種氣候類型的特點可以判斷具體區域河流流量的變化規律,如下圖所示。
三、河流流向的判斷方法
河流流向取決于地勢的高低,即河流由地勢高的地方流向地勢低的地方。河流流向可通過以下幾個方面來判定。
1.根據等高線的彎曲方向判斷河流流向
如下圖所示:畫出一條輔助線,垂直于河流,穿越等高線。根據河流特點——河谷比周邊低,得出結論:河流流向與等高線彎曲方向相反。
2.根據湖泊或水庫上、下游的水位變化曲線判斷河流流向
湖泊有蓄洪補枯的功能,其使下游的水量年際變化比上游小,如下圖所示。
3.根據城市合理規劃圖判斷河流流向
一般情況下,自來水廠位于河流上游,受污染較小;化工廠一般布局在河流下游,對河流污染相對較大。
4.根據河水對河床沖刷的強弱來判斷河流流向
四、利用主要環節,探究生活實例
人們借助水循環示意圖,可以探究一些生活中的實例的成因。
1.沼澤地的形成
五、水資源短缺的原因及解決措施
導致水資源短缺的原因有自然原因,也有人為原因,但主要是人為原因。
人口劇增,工農業生產規模擴大,水資源需求量增大控制人口增長,節約用水,提高水資源利用率
水資源浪費嚴重節約、合理利用,水資源市場化,加強管理
水資源污染嚴重保護水源、防治污染、凈化污水、立法保護[HJ2.5mm]
【考題回放】
(2013年高考山東文綜卷)下圖示意某流域開發的三個階段(a)和三條流量變化曲線(b)。讀圖回答(1)~(2)題。
(1)該流域開發過程中
A.降水量增加
B.蒸發量增加
C.下滲減少
D.地表徑流減少
(2)假設該流域三個階段都經歷了相同的一次暴雨過程,在P處形成的流量變化過程與圖b中的①②③分別對應的是
A.Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ
B.Ⅱ、Ⅰ、Ⅲ
C.Ⅲ、Ⅱ、Ⅰ
D.Ⅰ、Ⅲ、Ⅱ
答案:(1)C(2)C
解析:該組題考查流域開發對水循環及下游地區河流流量的影響,主要考查考生從材料中提取有用信息的能力,讀圖、析圖能力以及對基礎知識的掌握程度。
(1)根據Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ不同時期該流域的開發示意圖可以歸納出植被覆蓋率減少,居民點增加,因此植物的蒸騰作用減弱,人類用水量增加,蒸發量會減少;降水量增加或減少主要與水汽輸送有關,據圖中信息無法判斷水汽輸送量的變化;植被減少導致植被保持水土的作用減弱,使地表徑流增加,地表水下滲減少。
(2)經歷同樣的暴雨過程,但由于植被覆蓋率逐漸減少,地表水下滲逐漸減少,使河流徑流量變化越來越大,洪峰時間提前,因此Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ三個階段對應的流量變化曲線應該是③②①。故答案為C。
【強化訓練】
2012年7月21日午后至22日凌晨,北京市遭遇61年來最雨,強降雨持續近16小時。此次特大暴雨致北京約190萬人受災,造成經濟損失近百億元。回答1~2題。
[TPY31.TIF,BP]
1.這次暴雨洪澇發生時,上圖中的水循環環節出現異常的主要有()
A.a,c
B.b,c,d
C.a,b,c,d
D.a,b,c,d,e
2.河流與湖泊具有水源互補的功能,下列四幅圖中(箭頭表示水源補給方向)正確表示河流汛期的是()[LL]
B.b
C.cD.d
下圖為我國某水庫常年平均月水位變化和月入庫水量圖,讀圖完成3~5題。
[TPY33.TIF,BP#]
3.該水庫所在地區最可能是()
A.淮河流域
B.太行山區
C.松花江流域
D.青藏高原
4.下列關于該水庫所在區域的說法,正確的是()
A.降水季節變化較小
B.該水庫水位隨著入庫水量的增加而升高
C.6~8月水庫水位在持續升高
D.冬春季節水庫入庫水量多于出庫水量
5.該水庫5月份達到最低水位,其原因可能是()
A.5月份入庫水量少
B.居民生產生活用水量大
C.工業用水量增加
D.為防洪釋放水庫蓄水,騰出庫容
6.下圖表示某河流水文觀測站測出的該河流春夏秋冬四季氣溫、降水量和徑流分配狀況。該地河流徑流量最小的月份出現在()[LL]
7.該河位于我國()
A.西北地區
B.西南地區
C.東南地區
D.東北地區
8.對于該河的敘述正確的是()
A.若M河道為該河主航道,則該河段的水流由東北流向西南
B.若該河段為自西向東流,則N河道將慢慢變淺
C.若河流上游修筑水壩,則河心沙洲的擴大速度將減慢
D.河心沙洲常發育在河流上游水流較快的地方
9.下面是北京某高中地理研究性學習小組圍繞北京的水資源搜集的材料和提出的相關問題,請你結合材料回答。
材料一北京市城市中心區與郊外平原區的相關數據比較表(mm)。
年平均降水量轉化為徑流的總降水量轉化為地表徑流的降水量轉化為地下徑流的降水量年平均蒸發量
(1)比較北京城市中心區與郊外平原區年降水量的差異,并說明原因。
材料二近年來,北京市在進行人行道改造過程中,部分采用了質量很好的透水磚,從而代替釉面磚、水泥等不透水的材質,鋪設“可呼吸地面”。
(2)鋪設“可呼吸地面”之后,下圖中四個環節的變化分別是:a(增加/減少);b(增加/減少);c(增加/減少);d(增加/減少)。
(3)鋪設“可呼吸地面”的這種做法對城市生態環境的有利影響主要有哪兩個方面?
10.讀南美局部地區圖及相關資料,回答下列問題。
材料一奇基塔湖為阿根廷北部大鹽湖,位于科爾多瓦省東北部的洼地內,鹽度為175‰。
(1)描述A、B兩河河流特征的差異,并分析成因。
(2)B河許多河段出現巨大鵝卵石與細沙共存的現象,簡要分析其原因。
參考答案及解析:
1.B暴雨洪澇發生說明c環節降水增加,d表示地表徑流增加,降水增加主要是b環節水汽輸送量增加造成的。
2.D河流汛期,河流水位高于湖泊水位,從上游來的洪水部分進入湖泊。
3.A由圖可知6月份入庫水量最大,這說明6月份降水最多,可能為江淮地區。
4.C根據入庫水量和水位變化,可以判斷出6~8月水庫水位在持續升高。
5.D5月份水庫水位最低,但入庫水量不是最少的,這說明水位低是人為因素所致。結合6月份入庫水量判斷,最可能為騰出庫容,D正確。
6.A圖示徑流量最小的是冬季的第二個月。注意:冬季的第一個月是12月,第二個月才是1月。
7.D從沙洲面積來看,一年中該沙洲在4月份和8~9月分別出現了面積減小的情況,這說明該河流有兩次汛期,應該位于東北地區。
8.C若M河道為該河主航道,受地轉偏向力作用,M河道北側是侵蝕岸,因此該河段的流向為自東向西;若該河段為自西向東流,則N河道將逐漸變深;河心沙洲常發育在河流下游水流較慢的地方;若河流上游修筑水壩,大量泥沙被攔截,則河心沙洲的擴大速度將減慢。
9.(1)城市中心區降水量多于郊外平原區。原因:①城市“熱島效應”使中心區氣流上升更加強烈;②城市上空有大量煙塵,凝結核較多。
(2)減少增加增加增加
(3)有利于大氣降水下滲,形成地下水;增加城市地面和空氣的濕度。
10.(1)A河為外流河,流程短,流域面積小,流速快,流量小,以高山冰雪融水補給為主,夏汛,徑流的年際變化小。原因:上游發源于安第斯山,下游為熱帶沙漠氣候;源頭距海近且落差大。
關鍵詞:下墊面;產匯流;植被變化;城市化;水文模型
中圖分類號:P343.9文獻標識碼:A文章編號:16721683(2013)03011107
隨著經濟社會的迅速發展,水土保持、植樹造林、水利工程、城鎮化建設等人類活動對下墊面變化的影響不斷加劇。由于人類活動和氣候變化改變了下墊面變化,導致流域入滲、蒸散發、徑流等水文要素發生一定的變化,從而引起流域產匯流過程的變化。較長時間尺度上,氣候變化對水文水資源的影響更加明顯,但短期內,土地利用/覆被變化是水文水資源變化的主要驅動要素之一[1]。土地利用/覆被變化水文效應研究已成為目前乃至未來幾十年全球研究的熱點和前沿問題[2]。
20世紀90年代以來,有關國際組織實施了一系列國際水科學計劃,如IHP、WCRP、IGBP、GWSP等,探討環境變化下的水循環以及相關的資源與環境問題。因此,變化環境(即全球變化和人類活動影響)下的水循環研究是21世紀水文科學研究關注的重點[3]。產匯流過程是水循環研究的重要內容,同時產匯流理論研究是水文模擬的基礎,因此,進行流域下墊面變化對產匯流過程的影響研究是十分必要的。
本文通過梳理國內外研究成果,從林地、草地、耕地、居工地、景觀變化及水土保持措施等方面闡述了下墊面變化對產匯流過程的影響機制,并剖析了各類下墊面變化的水文效應研究方法的優缺點,總結了當前研究存在的問題及未來研究的關鍵問題。
1相關研究階段的劃分
下墊面變化對水循環的影響研究始于20世紀初,主要集中在森林與水相互作用的研究。19世紀后期,隨著人口的增長,許多森林被砍伐。隨之產生的一系列后果引起人們的關注,從而開始一系列的科學研究。早期的森林水文研究重點是關注森林的變化(主要是森林砍伐)對森林流域產水量的影響,采用的研究方法是對比流域試驗法和流域自身對比法。這類研究最早可追溯到1900年瑞士Emmenal山區的兩個小流域對比實驗[4]。1909年,美國設置第一個對比實驗流域探討森林覆被變化對流域產流的影響,并建立水文實驗站致力于研究森林水文問題。而這一階段多數的研究結果表明,森林的開采會導致徑流量的增加。
進入20世紀50年代以后,隨著“流域模型”概念的提出,人們開始把水循環過程作為一個完整的系統來研究。1970年Onstad和Jamieson[5]首先嘗試利用水文模型模擬土地利用變化對徑流影響,標志著下墊面變化對水循環影響的研究由萌芽時代開始向起步階段過渡。此后,土地利用/覆被變化的水循環影響研究由傳統的統計分析方法轉向基于物理機制的水文模型方法。這一時期,森林植被變化對流域產水量影響的研究達到,并致力于下墊面變化影響徑流形成機制的研究,也更加注重對水循環過程的研究。同時,城市化引起的土地利用變化對水循環過程的影響也受到關注,一般采用單位線法對其進行分析。
20世紀90年代初,土地利用/土地覆蓋變化(LUCC)被國際地圈生物圈計劃(IGBP)與國際全球環境變化人文因素計劃(IHDP)作為核心計劃之一聯合發起以后,迅速引起許多學者的興趣與關注,特別是與人類活動密切相關的土地利用/土地覆蓋變化的水文效應越來越受重視。隨著地理信息系統(GIS)、全球定位系統(GPS)及衛星遙感技術(RS)在水文學中的應用和分布式水文模型的迅速發展,下墊面變化的水循環影響研究進入到一個新的發展階段,人們開始綜合利用以上幾種方法研究土地利用/土地覆蓋變化的水文效應,如水文模型與統計學方法相結合的方法、模型耦合法、模型對比法等。總結過去100多年來下墊面變化對水循環影響研究所走過的歷程,可以將其劃分為萌芽階段、起步階段和發展階段(見表1、圖1)。
重點萌芽階段120世紀
初至60
年代11900年,瑞士Emmenal山區的兩個小流域對比實驗1森林砍伐引起一系列后果(洪水等)1試驗流域法1小流域、較小空間尺度1森林的變化(主要是森林砍伐)對森林流域產水量的影響起步階段120世紀
70年代
至80
年代11970年,Onstad和Jamieson[5]首先嘗試利用水文模型模擬土地利用變化對徑流影響1注重徑流形成機制及水循環過程研究1特征變量時間序列法1空間異質性不大的流域、較長時間尺度1從特征參數的變化趨勢上評估土地利用/覆被變化的水文效應
發展階段120世紀
90年代11992年,土地利用/土地覆蓋變化(LUCC)作為核心計劃之一被聯合發起1變化環境下流域生態水文過程演變的影響機制1水文模型法和綜合法1中大尺度流域1對水文效應的變化進行機理性的解釋2下墊面變化對流域產匯流影響機制現狀研究人類活動改變了下墊面狀況、局地氣候,從而直接或間接地影響降雨徑流關系和產匯流過程。影響水循環過程的土地利用/覆被變化過程,在區域尺度上主要包括植被變化(如毀林和造林、草地開墾等)、農業開發活動(如農田開墾、作物耕種和管理方式等)、城鎮化建設等[6];從全球尺度而言,植被變化是最主要的驅動因素[7]。本文主要從林地、草地、耕地、居工地、景觀變化及水土保持等方面闡述不同下墊面變化對流域產匯流過程的影響機制。
2.1毀林造林與草地開墾
森林植被對水量的影響可分為林冠截流、枯枝落葉層截持水、林地土壤水分入滲及貯水、林地蒸發散等方面。森林對產匯流過程的影響是通過影響降水與蒸散發來進行的。一般認為森林具有比其他植被更大的蒸騰量,并且森林冠層與枯落物具有截持損失功能,因此森林減少是流域產水量增加的最主要原因。
Bari等[9]分析了由于土地利用變化引起的年徑流變化,結果表明,森林植被蒸散發的增加可導致徑流的減少。Naik和Jay[10]對哥倫比亞1879年-1928年的實測徑流進行還原后圖1下墊面變化對水循環影響的國內外研究對比
Fig.1Comparison of the national and international research progresses of the impacts of underlying surface changes on the hydrological cycle
得到天然徑流過程,發現開墾森林造成蒸散發減少,從而導致年徑流有所增加。鄧慧平等[11]對梭磨河流域的日徑流過程模擬表明,隨著流域有林地面積和冠層最大截流量的增加,地表徑流、地表以下徑流、總徑流均減少。楊宏偉等[12]探討了典型流域土地利用變化對地表徑流的影響,研究認為林地面積的增加可導致年徑流量減少。
在國內,石培禮等[13]對我國森林植被變化水文效應文獻的綜合分析表明:不同地區森林植被變化對徑流的影響幅度相差較大,但在除長江中上游外的其他地區,森林砍伐或火災會降低林木的蒸散發,增加河川徑流。范世香等[14]在長白山森林生態系統定位站森林水文模擬實驗室,進行有林地與無林地的地表徑流模擬對比實驗,得出了森林能減少徑流量、調節徑流過程的結論。李毅等[1516]通過室內人工降雨試驗研究,同樣指出植被有增加入滲率、減小徑流系數、明顯降低徑流流速等作用。
但是,森林與水分的關系極其復雜,不同自然地理環境或相同自然地理環境下不同結構類型的森林對大氣降水的截留、林內降雨的再分配、地表徑流、地下徑流以及對蒸發散產生的影響不盡相同,由此而造成了水分大循環、小循環和水量平衡的時空格局與過程的差異[17]。因此,關于森林植被與徑流的關系,雖然大多數認為森林的存在會減少年徑流量,但是不能一概而論。郝芳華等[18]對黃河下游支流洛河,在其上游盧氏水文站以上流域進行產流模擬表明:森林的存在增加了徑流量,降雨量的增大能弱化下墊面對產流量的影響。
草地能在一定的條件下通過改變水分在蒸發、滲透、徑流和地下水間的分配,從而影響產匯流過程。草地枯落物通過對降水的吸納,使地表徑流減少,并增加對土壤水的補給。黃明斌等[19]研究發現在郁閉度相同的情況下,自然草地小流域的徑流量大于森林小流域,蒸散量小于森林小流域。雖然林地對產匯流過程的影響問題仍存在爭議,需進一步研究,但是草地明顯有增加入滲率、減少徑流量、降低徑流流速等作用。
2.2農業開發活動與城鎮化建設
理論上,農作物把土壤水和地下水散發到大氣中去,既改變了土壤水和地下水的狀況,也改變了小氣候的狀況,從而促進了水循環。開荒、坡地改梯田、擴大灌溉面積以及旱地改水田等農業措施,不同程度地攔蓄和耗用了地面徑流,增加地面水下滲機會,使洪水過程平緩。灌溉活動使地下水和土壤水得到大量的補充,土壤水分蒸發顯著增加,因此提高了局地降水概率,從而使流域水循環發生改變。
然而,隨著社會的快速發展和人口的迅猛增長,農業用地不斷得到擴展,同時土地利用的開發強度也不斷增加,極大地破壞了土壤結構,促使土壤壓實和結皮,從而使入滲速率和土壤蓄水量有所降低[20]。Van der Ploeg等[21]分析Elbe河流域100年來洪水頻率,發現農業機械化、土壤集約式耕作導致土壤物理性質的退化是雨季農業用地產生的地表徑流增加的主要原因。Costa等[22]對托坎廷斯河流域(面積76.7×104 km2)土地利用變化的水文效應進行了分析,結果表明,農業用地的增加,降低了入滲和蒸發,從而增加了年均流量。謝高地等[23]研究發現涇河流域河川徑流量減少的主要原因在于景觀結構中農耕地景觀比例的增大。總體來說,普遍觀點認為:農業開發活動具有增加年徑流量和洪峰流量的作用。
城市化中人工陸面的建設改變了城市下墊面性質,不透水的硬化地面增加而植被、土壤減少,從而引起產匯流特性的變化。產流方面由于硬化地面阻礙了雨水的下滲,徑流系數增大,地表徑流量增加;匯流方面表現為匯流時間縮短,峰量增高,峰值出現時間提前。Kang等[24]的模擬表明,城市化導致洪峰流量增加、洪峰滯時縮短。Bums等[25]對美國紐約市附近Croton河3個試驗流域(集水面積約為0.38~0.56 km2,分別代表高度城市化區域、中等城市化區域和未開發區域)的27場雨洪資料進行了分析,結果表明隨著城市化的不斷發展,洪峰流量不斷增加,洪水退水時間將減少。White和Greer[26]探討了Californa地區城市化的水文效應,認為隨著城市化程度的加劇,每日平均和最小流量、旱季徑流和洪峰流量都有顯著的增加趨勢。
許多學者對國內城市化發展迅速的城市也作了大量研究。葛怡等[27]對上海市區的研究表明,城市化大幅增加了徑流系數。史培軍等[28]對深圳市土地利用變化對城市水文過程影響的研究表明:隨著土地利用向著城市化方向發展,最大洪峰流量到來的時間提前,退水時間加快。鄭璟等[29]以深圳市布吉河為例,研究了長時期城市土地利用變化對流域水文的影響,認為建設用地的增加導致了流域蒸散發量、土壤水含量和地下徑流深度都有不同程度的減少,而地表徑流則有大幅增加。
總體而言,城市化導致了截流量和滲透量的下降,蒸發量造成的損失增加,徑流發生的速度更快,但不同地區城市化發展的程度不同,表現出的水文效應也有所不同。此外,城市化造成的“熱島效應”和“雨島效應”,也會增加城市降水,促進蒸散發,進而影響城市徑流。
2.3水土保持措施
水土保持措施通過改變微地形、地表覆被和土壤特性等邊界條件,影響降水的分配、蒸散發和徑流的產生機制,從而影響了流域的水文水資源過程。水土保持措施包括工程措施(如坡面工程中的梯田、反坡梯田、水平階及魚鱗坑等及溝道工程中的壩庫等)、植被措施(如植樹造林及種草等)和水土保持耕作措施等。
一般認為,水土保持措施通過改變下墊面變化,使入滲、蒸散(發)有所增加,而相應地減少河川徑流量與洪峰流量。穆興民[30]等通過建立降水-徑流統計模型分析了人工草、林及梯田、淤壩等對流域徑流量的變化,得出與之相似的結論。仇亞琴等[31]應用具有物理機制的分布式水文模擬模型(WEPL),模擬了不同下墊面變化情景下的水循環過程,結果發現:水保措施增加了植被的蒸騰量,相應減少了地表徑流和地下徑流的水平循環分量。總之,水土保持措施不僅增大了植被覆蓋度,而且改變了土壤結構,使土壤孔隙率提高,在一定程度上增強了下滲能力和蓄水能力,從而使徑流量減小。
2.4土地利用景觀格局變化
流域的景觀格局變化通過改變地形、地表覆被和土壤特性等邊界條件,影響降水的分配、蒸散發,進而影響了流域徑流的產生機制。流域土地覆被變化與流域徑流量的關系復雜,并非單一的覆被類型變化起主導作用,而是各種變化耦合作用影響了河流徑流[32]。
Germer等[33]通過對亞馬遜流域中森林和草地進行現場測量及對比分析,研究了土地利用變化對近地表水文過程的影響,結果表明,森林采伐變為草地,會改變徑流形成的機制,增加徑流量。Lahmer等[34]和Klocking等[35]人則認為:耕地轉化為草地、干旱的草場或草甸草地,對于大中尺度流域及其子流域的水文行為均未引起明顯變化,原因在于氣候溫和的自然條件下這幾種土地利用模式相似,水文行為只有在多山的河源區才有表現;而干涸的河谷轉化為自然濕地,造成蒸散發量的增加會導致流域夏季流量減少。Bewket和Sterk[36]曾對埃塞俄比亞丘陵地帶西北部典型流域進行了研究,發現引起河川徑流減小的原因是天然植被的破壞、過渡放牧、農田的不斷增加、桉樹作物的大量種植等。Calder[37]認為將熱帶濕潤常綠林(熱帶雨林)改變為草地或農田后,由于截留損失減少,徑流將大量增加;在年的尺度上,熱帶雨林將所有的凈輻射量轉變為蒸發,而任何其它形式的土地利用不可能產生更高的蒸發,因此將雨林改變為其它形式的土地覆被將引起年徑流量的增加。
王根緒等[38]以河西走廊中部的馬營河流域為例,建立了基于降水和耕地面積兩種因素的徑流過程統計模擬模型,分析了1967年-2000年土地利用變化對河流徑流的影響,結果表明,由于流域土地利用變化,尤其是上游林草地大規模轉為耕地,使流域年均徑流量減少28.12%,基流量減少3532%。李麗娟等[39]采用了特征變量時間序列法和降水徑流模型對陜西大理河流域的土地利用/覆被變化水文效應進行了研究,發現近10年來,耕地和草地面積有所減少,而林地和建設用地面積持續增加;流域年徑流和月徑流演化過程均表現出明顯的下降趨勢。綜上所述,大流域宏觀尺度上的景觀格局的變化對產匯流過程的影響比較復雜,是各種景觀類型變化相互耦合作用的結果。
3下墊面變化影響水文效應的主要研究方法
3.1對比流域試驗
早期的研究大都采用對比流域試驗的方法,包括:控制流域法、單獨流域法、平行流域法和多數并列流域法等。這些研究存在研究周期長、可對比性差的問題,這是因為尋找兩個地理和氣象條件完全相同的流域是不可能的,即使是同一個流域前后對比的兩個標準期里,各種條件也不相同,而且各項指標測量方法的可靠性以及測量的精度和誤差都有可能影響最終的結論[40]。因此對比流域試驗只適合集水面積較小的流域(l00 km2以下),不適用于探討大流域的土地利用/覆被變化的水文效應[41]。對比流域試驗的優點是排除了觀測期間氣候變異所產生的誤差,有利于揭示植被-土壤-大氣相互作用的機理。
3.2特征變量時間序列
特征變量時間序列法是選擇較長時段上反映土地利用/覆被變化水文效應的特征參數(如徑流系數、年徑流變差系數、徑流年內分配不均勻系數、蒸散發等),盡量剔除其他因素的作用,從特征參數的演化趨勢上,評估土地利用/覆被變化的水文效應[42]。雖然特征變量時間序列法具有很多優點,但它僅適合下墊面變化比較均勻、降水和土地利用空間差異不大的流域,而且這種方法缺乏機理機制方面的基礎,只能對土地利用/覆被變化的水文效應進行簡單描述[43]。其缺點是不能將氣候變化所產生的徑流變化從實測流量系列中分離,從而增加土地利用/覆被變化對水文影響研究的不確定性。
3.3水文模型
自1970年以來,水文模型的發展經歷了由經驗模型到集總式模型的發展過程,隨著GIS和RS的廣泛應用,又呈現向分布式水文模型發展的趨勢。在水循環的過程中,影響降雨徑流形成的氣候和下墊面因子均呈現空間分布不均勻性,分布式水文模型能夠充分考慮流域下墊面空間分布不均勻性,能有效地模擬人類活動和下墊面因素變化對流域水循環過程的影響,在研究人類活動影響方面具有獨特的優越性[44]。
流域生態水文模型是全球變化下流域生態水文響應研究的重要工具,是生態水文研究的前沿和熱點。流域生態水文模型一方面要充分描述植被與水文過程相互作用和互為反饋機制,另一方面要精確刻畫流域的空間異質性[45];可以耦合生態過程與水文過程,從機理上認識水文過程,同時,分布式生態水文模型的研制也為尺度轉換提供了一個可行的方法。
但是,水文模型的選擇依賴于獲取資料的詳細程度、時間和經費的限制,更重要的是取決于資料的可用性。此外,模型參數和輸入數據較多,往往導致模型比較復雜,可能造成模擬結果誤差較大[46]。目前,利用水文模型模擬手段研究下墊面變化對流域產匯流的影響,越來越受到國內外學者的關注。Bronstert等[47]采用WASIMETH模型模擬了Rhine河流域不同土地利用類型的降雨徑流過程。歐春平等[48]利用SWAT模型定量解析土地利用/覆被變化對蒸發、徑流等水循環要素的影響。
由于單一方法的局限性,多種綜合方法也更多地應用在下墊面變化影響水文效應的研究中,如水文模型與統計方法相結合、模型耦合法和模型對比法等。萬榮榮等[49]利用HECHMS模型,采用歷史反演法模擬了不同土地利用情景下對洪水水文要素的影響程度。周瑜佳等[50]應用SWAT和TOPMODEL模型,對贛江流域的源頭—梅江流域20年內的植被變化所造成的生態水文響應做出了模擬研究。雖然綜合法能夠彌補單一方法的不足,較好地模擬出下墊面變化的水文效應,但是其需要的數據資料量大,操作也相對比較復雜。
表2幾種流域下墊面變化水文效應研究方法的優缺點比較
Table 2 Comparison of the advantages and disadvantages of
several research methods of the hydrological effects caused by
the underlying surface changes
方法1優點1缺點原型觀測1排除了觀測期間氣候變異所產生的誤差,有利于揭示植被-土壤-大氣相互作用的機理1研究周期長,可對比性差,較大尺度流域上操作難度大水文統計1剔除其他因素的作用,計算比較容易、操作簡單、物理意義明確1缺乏機理機制方面的基礎,不能將氣候變化所產生的徑流變化從實測流量系列中分離水文模擬1比較準確的刻畫流域的水文效應,能對水文效應的變化進行機理性的解釋1依賴于獲取資料的限制,模型參數和輸入數據較多,比較復雜生態水文模擬1在不同的時空尺度上揭示不同環境條件下植物與水的相互作用關系1技術不成熟,發展不完善,應用不廣泛集成方法1彌補上述幾種方法的不足,較好地模擬土地利用/覆被變化的水文效應1需要的數據資料量大,操作相對比較復雜4結論與討論
下墊面變化對水循環的影響研究始于20世紀初,主要集中在森林與水相互作用的研究。到目前為止,根據其發展歷程可以將其劃分為萌芽階段、起步階段和發展階段,并會更加注重下墊面變化對水循環影響的過程和機理研究。林地、草地、耕地、居工地以及水保措施主要是通過改變截留、入滲等降水的重新分配過程及蒸散發狀況,進而影響產匯流過程。而土地利用景觀格局的變化并非是單一的覆被類型變化起主導作用,而是各種變化耦合作用影響了徑流。
對于土地利用/覆被變化水文效應研究,早期的流域對比試驗法適用于較小流域;特征變量時間序列法適用于下墊面變化比較均勻、降水量和土地利用空間差異不大的流域;基于物理機制的水文模型法能夠比較準確的刻畫流域的水文效應,能對水文效應的變化進行機理性的解釋。其中,流域生態水文模型是生態水文研究的前沿和熱點。由于單一方法的局限性,多種綜合方法也更多地應用在下墊面變化影響水文效應的研究中。同時,也不能忽視野外原型觀測實驗在現代水文水資源研究中的重要作用,“原型觀測+數值模型”相結合的技術途徑可能是一個發展趨勢。此外,未來變化環境下,用分布式水文模型來預測下墊面變化對水文水資源效應的影響是一個新的趨勢和發展方向。
下墊面變化對水循環的影響已成為國際前沿領域問題。過去一段時期的研究已取得了很大的進展,但同時仍然存在許多問題亟待解決和研究。例如,如何定量化區分氣候變化與下墊面變化對水循環的影響;研究尺度、研究區域、研究對象、研究環境及研究方法等條件的差異性,使下墊面變化對水循環影響的研究結論存在不一致性;以及加強GIS、RS等現代技術的結合與基于物理機制的分布式水文模型的應用等。這些都是未來研究的關鍵問題及研究方向。
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關鍵詞:Re-flow節水系統;大學生;營銷策略;創新創業
一、Re-Flow節水系統
Re-Flow節水系統是ReFlow公司在淡水資源寶貴,大型水循環系統造價高的大背景下于2015年推出的一項名為G2RSystem(簡稱Re-Flow)的家用水循環系統,它可以將生活中用于泡澡、洗手、洗衣等各種清潔用途的用水進行回收,存儲于馬桶水箱或儲水設施中實現重復利用。Re-Flow家用水回收系統安裝簡單,可方便放置于浴室,由一個連接頭回收泡澡或洗衣時的清潔廢水并將廢水存儲至系統的超大水箱中,經過過濾等處理后回流到馬桶水箱等儲水設施中,可用于沖洗馬桶、植被澆水及洗車等用途,該系統看似簡單,但可以在解決日常家庭中耗時、耗力、浪費空間等問題的同時節約30%的家用淡水消耗,是一項比較劃算的長遠投資。
二、Re-Flow節水項目的可行性分析
Re-flow節水項目的可行性可以從兩個方面進行闡述:一、Re-Flow家用水循環系統是在淡水資源短缺制約社會可持續發展,大型水回收處理裝置造價昂貴的環境下,在家庭基本生活經驗的基礎上應運而生的一種家用節水裝置。因此,該節水項目符合社會發展的規律,能夠迎合大眾的消費需求。二、對于作為實踐經驗有限,主要以市場調查、環境分析、理論分析為主的大學生創業群體而言,Re-Flow家用水循環系統對于社會經驗不足的大學生具有很強的實際操作性,適合大學生創業群體創業。因此,中國大學生引進美國Re-flow創新節水項目,在為全球的可持續發展添一份力量的同時,促進大學生創業群體的提高與發展具有一定的現實意義,該項目是切實可行的。
三、Re-Flow節水項目的營銷策略分析
企業在多樣的市場中不可能對所有的顧客提品和服務,公司需要根據自身經營范圍選擇進入最有經濟價值的細分市場,有效的目標營銷需要三個步驟:一是選定不同需求和偏好的顧客群,同時分析他們的特征。二是選擇一個或多個即將要進入的細分市場,三是針對具體的目標市場,逐步建立和傳播公司具有特色的市場供應品。
(一)市場細分與目標市場的選擇
一般來說,水循環處理系統主要分為工業水循環處理系統和家用水循環處理系統。工業水循環處理系統是對工業部門中循環利用的冷卻水進行降溫和水質處理的設備,主要的消費對象是各個工業企業。家用水循環處理系統是由一個連接頭來回收泡澡或洗手、洗衣時多出的清潔廢水,然后存儲在系統的超大水箱中,經過過濾等處理后回流至馬桶水箱等儲水設施中,可以用于沖洗馬桶,花園澆水及洗車等用途,主要的消費對象是居家生活的大眾消費者。居家生活的大眾消費群體按照工薪的收入水平來劃分,被分為藍領、白領、金領。藍領工薪階層的消費者收入水平不高,家庭負擔較重,月收入剛好滿足正常的生活需求。購買家庭水循環處理設備的可能性不大;金領工薪階層的消費者收入水平偏高,但生活節奏較快,無空閑來購買家用水循環處理設備的可能性比較大;白領工薪階層的消費者收入水平一般,家庭負擔不是很重,購買家用水循環處理設備的可能性大。家用水循環處理系統在中國擁有著巨大消費市場。全國現有固定人口有135404萬人(2010年,最近人口普查),流動人口9749—19498萬,城市人口占38996—48745萬,合計約有近5836萬個家庭將成為準客戶。這些準客戶大部分是大、中城市的一些居家生活的白領工薪階層的消費者。因此,鎖定的目標市場是大、中城市的一些居家生活的白領工薪階層的消費者。
(二)Re-Flow系統的4PS策略
1.產品策略作為營銷組合中最基本同時最重要的要素,可以直接或間接地影響到其他要素的管理。依據目標市場的需求,Re-Flow作為一款耐用品,具有較高的使用年限與價值,相較于陶瓷衛浴產品的笨重與昂貴,Re-Flow更加輕便,并且解決了傳統收集廢水繁瑣、費時、占地的缺點。新產品的出現與生產要符合科技的未來潮流、符合消費者的現時心理、銷售量與成本的關系等。其次,新產品構思篩選后,只有具有更加明確具體的產品概念才可以配合打開銷路,并使之在消費者眼中形成一種潛在的產品形象。在節約資源成為一種時尚的當下,節水設施的潛在市場十分巨大,調查問卷作為幫助企業建立吸引力最強的產品概念的利器,將結果分析后將“再利用”作為產品亮點概念,來樹立產品形象。亦如汰漬洗衣粉的出生,首先將產品概念做好,給消費者留下印象,再打開產品銷路。
2.營銷渠道策略
Re-Flow系統作為一款節水衛浴產品,其價格的變動幅度無論大小都不會對消費人群造成太大的影響。而在具體營銷過程中,預計分三階段:(1)創業初期(水平渠道系統)。在創業初期,因資金、人力、生產技術、營銷資源不足,無力單獨開發市場機會,基于此,應該通過與兩家以上的企業橫向聯合,共同開拓新的銷售機會的渠道系統。這也與混合捆綁銷售的定價策略相協調。(2)創業中期(通路“直銷”)。繞過中間環節,直接供貨給零售終端,并非直接向最終消費者銷售。通過直接控制零售終端,從而提高市場的輻射力和控制力。企業一方面通過授權,嚴格界定銷售區域和范圍;另一方面通過銷售隊伍,加強對市場終端的服務與控制。這樣既可以避免市場價格混亂、竄貨現象,又可牢牢控制終端網絡,從而贏得市場。(3)創業后期(基于互聯網的分銷渠道)。企業創業后期,由于建立了公司的產品品牌,與消費者之間的信任度日漸提升,加上當今社會互聯網的迅猛發展,本公司會應用互聯網提品和服務。這樣,數以百萬的消費者通過互聯網搜索與本公司直接聯系,進行電子化購買。
3.價格策略
家用水循環處理系統大規模的生產銷售還處于規劃階段,對于產品的價格策略設想如下:(1)創業初期(混合捆綁)。處于創業初期,公司知名度比較低,消費者對公司的產品的信任度比較低,公司將推出馬桶、浴缸和家用水循環處理系統混合捆綁,顧客可以捆綁購買,也可以分開購買。(2)創業中期(撇脂定價)。創業中期,家用水循環處理設備在市場上有足夠的購買者,需求缺乏彈性。基于此,把家用水循環處理設備定價定得較高些,使消費者產生高檔的印象。高價使得需求減少一些,產量減少一些,單位成本增加一些,但不致抵消高價帶來的利益。這不僅有利于生產成本的回收,而且有利于企業品牌的建立。(3)創業后期(滲透定價)。隨著企業的經營發展,企業的生產成本和經營費用,會隨著生產經營規模的擴大而下降。所以本公司會將家用水循環處理設備的價格定得相對較低,以吸引大量顧客、提高市場占有率。
4.促銷策略
成功的市場營銷活動,不僅需要制定適當的價格、選擇合適的分銷渠道向市場提供令消費者滿意的產品,而且需要采取適當的方式進行促銷,正確制定并合理運用促銷策略是企業在市場競爭中贏得競爭優勢的必要保證。為了加強對于水循環系統信息的傳遞以強化消費者對產品的認知,從而激發消費者的購買欲望、誘導消費、擴大銷售。一般采取的方式有:(1)線上推廣。主要通過互聯網廣告與廣播等方式實現,通過與百度、搜狗、谷歌等搜索引擎合作,將廣告投放至搜索結果頁面排序前幾位,使消費者能第一時間關注到我們的產品;通過與地市級廣播電視臺合作,大量廣播本公司產品的廣告提高產品的知名度。(2)線下推廣。實體店作為目前衛浴等節水產品的一大銷售渠道,采用柜臺推銷的方式,即通過與各大商超合作,將產品投放至各個商場,在商場內設立品牌柜臺,由品牌營業員進行推銷。其次,會議推銷,廣泛參加各種此類產品的交易會、展覽會,使產品得到集中推銷,來收獲良好的產品推廣效果。(3)公共關系。企業形象作為目前消費者購買產品時的關注焦點之一,是消費者在無形之中對比不同品牌產品的標尺,因此,在銷售的同時提高企業形象至關重要。通過贊助資源保護事業,贊助部分水資源短缺的地區,免費安裝本公司的家用水循環處理設備,響應國家的節水號召,塑造企業品牌的良好形象。綜上所述,中國大學生通過引進美國的Re-Flow節水項目,并對美國Re-Flow公司創新節水項目進行中國市場調查分析了解,制定了符合中國消費市場的營銷策劃方案,這大大提升了大學生將理論知識應用于實踐的能力,從而促進大學生進行自主創新創業。與此同時,該項目的進行積極的響應了國家對創新性人才的培養政策,對于大學生創新創業具有一定的指導意義。
作者:林秋萍 韓鑫 杜雪 閻貝貝 單位:德州學院經濟管理學院
參考文獻:
關鍵詞:海河流域;陸面過程;地下水開采;水循環;模擬研究
中圖分類號:P641 文獻標志碼:A 文章編號:1672-1683(2016)04-0054-06
Abstract:By improving the hydrological parameterization schemes of the land surface model (CLM3.5) using the Distributed Time Variant Gain Model(DTVGM) which was developed independently,embedding a module which reflects the impact of groundwater exploitation on water cycle process,considering domestic water,industrial water and ecological water,a large-scale land water cycle model was developed which could describe the nature and human process of a basin.The Haihe River Basin where groundwater is extracted seriously was chosen as the study area,using high spatial and temporal resolution meteorological element data sets of China established by the Institute of Tibetan Plateau as atmospheric forcing drivers,this paper conducted simulation test for the water cycle process in 1980-2010 in the Haihe River Basin, and analyzed the impacts of groundwater exploitation activities on the water cycle process.The results showed that:groundwater exploitation caused the decrease in runoff and soil moisture in the overall basin;the evapotranspiration in the overall basin increased, and the spatial variation of water cycle elements was large.
Key words:the Haihe River Basin;land surface processes;groundwater exploitation;water cycle;simulation
近年來,人類對水資源的開發利用日趨廣泛,極大地擾亂了自然水循環過程。尤其在地表水資源量無法滿足用水需求或地表水污染嚴重的地區,持續開采地下水不但會造成地面沉降、濕地減少、海水入侵以及地下水污染,而且會導致陸地水資源的枯竭[1-2],同時由于更多的水分被抽取至地表,引起局地土壤濕度和地面溫度的變化,進而影響水循環過程[3-7]。因此,考慮地下水開采活動對流域水循環影響研究是十分必要的。
已有很多學者就地下水開采活動對水循環的影響進行了研究探索:束龍倉和Xunhong Chen以內布拉斯加州普拉特河谷為例,采用Visual MODFLOW研究了地下水開采對河流流量衰減的影響,認為地下水位高出河水位的值越大,抽水對河流基流量減少的影響越明顯,對河流滲漏增加的影響微弱[8];賈仰文等綜合考慮水文氣象、地下水開采、南水北調等因素的影響,建立了海河流域二元水循環模型,得出不同規劃水平年水資源管理推薦方案[9-10];王中根等針對海河流域的地下水超采問題,利用較為成熟的流域地表水模型SWAT與地下水模型MODFLOW構建了海河流域地表水與地下水耦合模型,用于評估地下水開采對流域水資源的影響[11]。這些模型主要基于水量平衡,側重于對降雨徑流和水分收支的模擬與計算,缺乏對能量平衡的考慮,無法表達陸氣界面的水氣能量交換過程[12]。雖然水文模型研究在耦合社會經濟水循環、嵌入人類活動模塊方面有了一定進展,但是為了適應全球氣候變化研究,水文模型還需要從大尺度和高精度模擬方向進行新的突破[13]。陸面過程模式作為水文模型和氣候模型聯系的橋梁,可以作為大尺度水文模型發展的基礎。耦合陸面過程模式和水文模型可以保留水文模型的水量平衡模擬方法,尤其是產匯流過程等,而能量平衡、植被作用等采用陸面模式參數化方案進行描述,以此改善陸面模式對水文過程描述的不足,提高模式模擬預報的精度。
由于受到地下水農業灌溉、河道取用水等高強度人為活動的影響,海河流域地表產匯流非線性特征明顯,水文過程模擬的不確定性較大。夏軍等[14]結合水文非線性系統方法與分布式流域水文模擬技術自主研發了一種分布式時變增益水文模型(DTVGM),其特點在于能模擬人類活動影響下的降雨、徑流等水文變量之間非線性關系[15],對下墊面實時反應能力較強,尤其在海河、黑河、黃河等半干旱-半濕潤流域的模擬效果較好,且計算消耗小[16]。因此,本研究利用DTVGM的產流機制改進CLM3.5的產流過程,同時嵌入地下水開采對流域水循環影響的模塊,并考慮經濟社會用水,構建能夠描述流域自然-人文過程的大尺度陸地水循環模型(CLM-DTVGM),然后以中國科學院青藏高原研究所基于Princeton 再分析數據建立的一套中國區域高時空分辨率地面氣象要素數據集作為大氣強迫驅動,設置兩種模式(無人類活動影響S1和僅考慮開采地下水S2),對海河流域過去30年的地表徑流、蒸散發和土壤濕度進行模擬,分析地下水開采活動對海河流域水循環過程的影響。
1 研究區和數據介紹
1.1 研究區
海河流域(圖1)位于東經112°-120°,北緯35°-43°之間,總面積約31.8萬km2。按照流域西北高,東南低的地勢,大致可分高原、山地和平原三種地貌類型。流域西部和北部的高原及山地占流域總面積的60%,流域東部和南部以農田為主,也是主要的人口居住地,占流域總面積的40%。海河流域多年平均降水量為539 mm,自20世紀50年代以來,降水總體上呈現逐步減少的趨勢。流域年平均氣溫為10.8 ℃,年內變化較為平緩。海河流域作為嚴重的資源性缺水地區,水資源供需矛盾十分突出,用不足全國1.3%的水資源量,承擔著全國11%的耕地面積和10%人口用水任務 [17]。由于流域內地表水資源非常匱乏,主要通過開采地下水進行灌溉,區內已形成大范圍常年性淺層地下水位降落漏斗,地下水超采是地下水位下降的主導原因[18]。近50年來,海河流域累計超采地下水高達1 900 億m3,目前地下水年開采量約占流域總供水量的2/3[19]。大范圍超采活動已使海河流域地下水處于不可持續狀態,嚴重威脅該地區的可持續發展。
1.2 數據介紹
已有的可用于陸面過程模式輸入的再分析數據產品,在中國區域上往往存在著系統偏差,如以Princeton 數據。因此,本研究采用中國科學院青藏高原研究所開發的中國區域的長時間序列、高時空分辨率的陸面模式驅動數據,簡稱ITPCAS數據集。該套數據以國際上現有的Princeton 再分析資料、GEWEX-SRB 輻射資料以及TRMM 降水資料為基礎,利用中國氣象局常規氣象觀測數據進行校正以消除系統偏差,并通過空間降尺度的方式,得到最高時間分辨率為3 h、最高水平空間分辨率為0.1°的再分析數據(包含近地面氣溫、近地面氣壓、近地面空氣比濕、近地面全風速、地面向下短波輻射、地面向下長波輻射、地面降水率)[20],可以滿足國內陸面過程研究的需要。
經濟社會數據為2000年的數據。其中人口、GDP、農田面積數據是基于國家統計局城市社會經濟調查總隊編纂出版的《中國城市統計年鑒2000》,并由中國科學院資源環境科學數據中心(/english/default.asp)處理為分辨率1 km×1 km的柵格數據。這組數據在本研究中被處理為0.25°×0.25°的分辨率,以適應陸面模式的要求。
工業、生活和農業的單位用水數據來自《中國水資源公報2000》(表1),并且在流域內保持固定不變。
2 研究方法
2.1 模型介紹
CLM3.5模式是NCAR的新一代陸面過程模式,是在CLM3.0的基礎上對陸面參數和水文過程加以改進,引進并完善了徑流、地下水、碳循環和凍土過程,其具體物理過程在文獻中有較為詳盡的描述[21-22]。CLM3.5原有的地表產流采用TOPMODEL模型中的SIMTOP參數化方案,即根據蓄滿產流和超滲產流的機制來計算,其中關鍵參數是計算單元的飽和因子,其依賴表層土壤的不透水面積,計算較為復雜。
本研究采用DTVGM模型的時變增益因子來改進CLM3.5中的產流模型,即考慮降雨徑流的非線性關系,以及產流過程中土壤濕度不同引起的產流量變化,通過時變增益因子簡化了水文循環系統的輸入輸出之間復雜的非線性關系,達到與一般Volterra泛函級數相同的模擬效果。
在對CLM3.5產流模塊改進的基礎上,構建人類活動影響概化模型(圖2),并成功嵌入CLM-DTVGM中。為了滿足每個時間步長內的總需水量Dt,人類需要從附近的河流和含水層汲取水源,從河流中和含水層汲取的水量分別記為Qs和Qg,而開采的水資源量主要用于人類生活Dd、工業生產Di和農業灌溉Da三個方面。其中,生活和工業用水主要消耗于蒸發,而剩余的水量作為廢水(Dg)返回河道;農業灌溉用水則作為有效降水降落到土壤表面,并繼續參加隨后的產流等計算過程。
在圖2中的水資源開采部分,從河流汲取的地表水供水量Qs在CLM3.5中主要從每個格點的總徑流(地表徑流與地下徑流之和)中扣除;而從含水層中汲取的地下水供水量Qg是在計算陸地水儲量時扣除,因此有:
在圖2中的水資源利用部分,工業和生活產生的廢水量Dg視為α(Di+Dd),且被直接從模式格點柱內移除,不再參與格點柱內的計算(α為工業和生活用水中返回河道的廢水比例),而模式中的蒸發量相應地增加(1-α)×(Di+Dd),到達地表的有效降水量也因灌溉而增加Da。
基于這種人類活動影響概化模型,模擬設置了兩種情景:無人類活動影響(S1)、考慮開采地下水(S2)。通過比較兩種情景的模擬結果,可以探討人類對水資源開采利用對水循環過程產生的影響。本次模擬的區域范圍設為112°-120°E,35°-43°N,時間范圍是1980年-2010年,輸入數據空間分辨率為0.1°×0.1°,輸出數據的空間分辨率為0.5°×0.5°。其中,需水量采用2000年統計值(表1)。
2.2 參數率定與模型驗證
DTVGM 模型的參數見表2,在進行數值模擬前需根據實測流量資料進行參數率定。本文采用海河流域灤縣和觀臺水文站的實測流量資料率定上述參數。圖3為灤縣站(1997年-2006)和觀臺站(1997年-2006)實測及模擬年徑流過程,可以看出實測和模擬年徑流過程總體上一致,率定的參數能夠有效地模擬研究區域的徑流過程。
3 結果分析
3.1 兩種情景下海河流域年平均徑流深時空變化
基于S1和S2兩種情景模式,由CLM-DTVGM對海河流域1980年-2010年徑流進行模擬,得到地下水開采活動影響下的海河流域多年平均徑流深空間分布變化情況)如圖4、圖5)。兩種情景下海河流域多年平均徑流深整體分布趨勢大致相同:從西北至東南逐漸增大,其中平原區和入海口處徑流較大,山區徑流較小;S2比S1情景下徑流深有所減少,尤其是在東部平原區變化較為明顯,這與東部平原區地下水開采較為嚴重有關。
3.2 兩種情景下海河流域年平均蒸散發時空特征
基于S1和S2兩種情景模式,由CLM-DTVGM對海河流域1980年-2010年蒸散發進行模擬,得到多年平均蒸散發空間分布情況(圖6、圖7)可以看出從西北到東南,兩種情景下海河流域多年平均蒸散發逐漸增大,這與海河流域降雨的空間分布呈現出較好的一致性。考慮地下水開采活動后,局部地區尤其在平原區的取用水高值區和入海口地區,蒸發變異更明顯。
3.3 兩種情景下海河流域土壤濕度時空特征
S1和S2兩種情景下,海河流域1980年―2010年多年平均土壤濕度(地表以下3.43 m)空間分布模擬結果如圖8、圖9所示,可以看出兩種情景下多年平均土壤濕度空間特征基本一致,其中山區偏低,東北、西部及西南較高,總體表現為東北、西南高于中部地區,這主要受氣溫和降水空間分布的影響。考慮地下水開采活動后,研究區局部的土壤濕度有較為明顯的變化,整個流域呈降低現象,在平原取用水高值區降低程度較為明顯。
4 結論和討論
本研究采用構建的CLM-DTVGM和中國科學院青藏高原所氣候驅動數據集,選用無人類活動影響和考慮開采地下水兩種情景,對過去30年海河流域地表徑流、蒸散發和土壤濕度變化進行模擬分析,得到如下結論:地下水開采導致海河流域地表徑流整體上呈減少趨勢,但在不同空間分布上影響程度不同,其中東部平原區地表徑流減少較為明顯;地下水開采導致流域蒸散發整體上呈增加趨勢,但平原區的取用水高值區和入海口地區蒸散發呈減少趨勢;地下水開采導致海河流域土濕整體上呈下降趨勢,考慮地下水開采活動后,研究區局部的土壤濕度有較為明顯的變化,其中在研究區東北部和西部山區土壤濕度有一定增加,平原取用水高值區土壤濕度降低。
Zou等[23]用采用CLM3.5陸面參數化方案的區域氣候模式RegCM4對海河流域1970年-2000年的陸面過程進行了模擬,得到的多年平均地表徑流約為48.8 mm。本研究不考慮人類活動過程的情景下模擬的多年平均地表徑流約為35 mm,略小于Zou等模擬結果。不過,本研究模擬時期為1980年-2010年,屬于氣候變暖和人類活動加劇時期,海河流域地表徑流已經呈現了減少的趨勢[24],所以本文模擬結果也相對合理的。Zou等模擬的多年平均蒸散發為534.7 mm,本研究不考慮人類活動過程的情景下模擬的多年平均蒸散發為440 mm,蒸散發模擬偏小可能與近年來海河流域地表徑流減少有關,與徑流的模擬結果保持一致,并且2006年研究資料顯示海河流域多年平均蒸散發為425.4 mm[25],進一步驗證了模擬結果的可靠性。
實際上,海河流域地表徑流、蒸散發和土濕變化的原因很復雜,包括降雨量減少,氣溫增加等氣候變化以及水資源過度開發利用等,在今后的研究中還應設置不同的模擬情景,分析其他要素對水循環過程的影響。
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【關鍵詞】 工業鍋爐 爆管 原因 分析
工業鍋爐是指以向工業生產或生活用途提供蒸汽、熱水的鍋爐,一般是指額定工作壓力小于等于2.5MPa的鍋爐。其爐管是鍋爐的關鍵部件之一,長期承受高溫、高壓、煙氣、水蒸汽的腐蝕與沖刷,工作環境十分惡劣,一但出現爆炸開裂往往將造成巨大的人身傷亡和財產損失。為更好地預防鍋爐爆管事故的發生,主要從鍋爐的設計制造、安裝和使用管理等方面對爆管的原因進行分析,以尋求預防該類事故的方法。
1 事故特征或現象
(1)水冷壁管或對流管束破裂不嚴重時,可以聽到汽水噴射的響聲,嚴重時會發出明顯的爆破響聲。(2)爐膛由負壓變為正壓,蒸汽和爐煙從爐墻的門孔及漏風處大量噴出。(3)水位、汽壓、排煙溫度迅速下降,煙氣顏色變白。(4)給水流量增加,蒸汽流量明顯下降。(5)爐內火焰發暗,燃燒不穩定,甚至滅火。(6)爐排上有黑煤堆,灰渣斗內有濕灰,甚至向外流出水汽。(7)引風機負荷增大,電流增高。
2 事故后果或危害
一旦發生爆管事故,可能會損壞鄰近的管壁,沖塌爐墻,并且在很短的時間造成鍋爐嚴重缺水,使事故擴大。
3 原因分析
3.1 結構不合理造成的水循環破壞
鍋爐設計、制造不良,水循環不好;在檢修時,管子內部被脫落的水垢堵塞;由于運行操作不當,使管外結焦,受熱不均勻,破壞了正常水循環。
因結構不良引起的爆管有以下特點:(1)爆管多發生在鍋爐運行數百小時以內。(2)爆管前材料已有嚴重變形。(3)與爆管鄰近的爐管也可能有變形和承受高溫的跡象。(4)爆口處在水循環較弱的區域,爐管溫度達700℃以上,晶粒明顯脹粗。
3.2 材質不合格
管材未按規定選用和驗收,存在夾渣、分層等缺陷,或者焊接質量低劣,引起破裂。
材質的缺陷主要表現在:
(1)金屬的化學成分和機械性能不能滿足設計要求。(2)材料有嚴重的局部腐蝕。(3)材料有機械性損傷。(4)管材厚薄不均勻。因材質缺陷而發生爆管時,往往伴有合格材料通常不可能出現的裂紋,這可作為分析判斷時的參考。
3.3 安裝缺陷
關于鍋爐安裝的缺陷,其表現很繁雜,能直接造成爐管變形、泄漏的缺陷主要有:(1)在鍋筒的汽水分離器或鍋爐水管內留有異物。(2)爐管伸箱的長度過多。(3)水位表因安裝不正確產生假水位。(4)爐管對接時跑偏或未焊透。(5)沒有熱脹冷縮的補償。(6)機械損傷,管子在安裝中受較嚴重機械損傷。
3.4 水質不良造成的爆管問題
水質不符合標準,沒有水處理措施或對給水和鍋水的水質監督不嚴,使管子結垢或腐蝕,造成管壁過熱,強度降低。
3.4.1 水質不良造成爆管的主要原因
(1)結垢增加熱阻,從而使管壁溫度增加,金屬強度降低。(2)結垢減少爐管流通截面積,增加流動阻力,降低循環有效壓頭,當結垢嚴重時甚至堵塞管道。
3.4.2 結垢引起爆管的特點
(1)爆管是由于長期過熱產生的,爆口有金屬蠕變和鼓包現象。(2)同一根爆管上可能有若干個爆破口。(3)爆管一般出現在高溫區或同一循環回路的水循環相對較弱的區域。(4)爆管處因處于高溫下長期工作,因此有明顯的氧化腐蝕現象,也有脫碳現象。(5)爐管普遍結垢嚴重,金相檢查,珠光體球化,晶粒長大。
3.5 定期排污操作不良問題
定期排污的作用主要是排除鍋爐內泥垢等沉積物,為了保證鍋爐安全運行,維持正常的爐水標準,進行正確的定期排污操作是完全必要的。定期排污不良,會破壞鍋爐水循環,造成爐管局部缺水、過熱以至爆破。
由定期排污操作不良而引起的爆管有以下特點:(1)爆管是短期過熱造成的,爐管無明顯的蠕變鼓包現象。(2)爆管發生在與排污口鄰近的1~3根管子上,與爆管相近的爐管也有變形或過熱現象。(3)爆破口拉得很薄,通常900℃。
3.6 缺水問題
缺水是鍋爐運行最忌諱的事。嚴重缺水時,管子缺水部分過熱,強度降低。目前介紹缺水的資料很多,本文不贅述。有關局部缺水所發生的爆管,往往容易被忽略。
3.7 超負荷問題
鍋爐的超負荷運行是不安全、不經濟的,但超負荷運行并非必然導致爆管。當在超負荷運行中增加了爐膛的熱偏差時,則可能引起受熱弱的爐管水循環發生倒流、停滯,由此造成爆管。這時爆管的部位一般在爐膛四角受熱相對較弱的區域。由于目前生產的工業鍋爐一般都注意到循環回路的劃分,下降管截面選取的裕度也足夠,所以在超負荷運行時只要不發生爐墻開裂、倒塌,爐管大面積結焦等機械性故障,一般不致發生爆管事故。
3.8 煙灰磨損
處于煙氣轉彎,短路或被正面沖刷的管子管壁被煙灰長期磨損減薄。煙氣中灰濃度越大,撞擊的次數就越多,受熱面的磨損越快,引起管壁不斷減薄,不能承受鍋爐內壓而爆管。
3.9 吹灰不當
吹灰管安裝位置不當,使吹灰孔長期正對管子沖刷。
3.10 爐在點火升壓過程中操作不當
點火升壓速度過快,受熱不均,長時間低負荷運行,致使水循環被破壞,水冷壁管在爐膛內高溫火焰的輻射下得不到水的有效冷卻,導致局部越溫爆管。或者停爐放水過早,冷卻過快,管子熱脹冷縮不勻,造成焊口破裂。
3.11 給水溫度低
給水導管位置又不合適時,給水不能與爐水充分混合,而集中進入爐管,使爐管因溫度不均勻發生變形,造成脹口處漏水,甚至發生環形裂紋。
4 爆管的預防措施
(1)檢修時及時修復管子的缺陷。(2)做好水處理工作。保證鍋爐使用合格的水質;在運行中堅持爐水化驗制度,按規程做好定期排污工作。(3)鍋爐運行中,嚴格執行安全操作規程,嚴密監視鍋筒水位的變化,經常檢查、及時發現并立即消除設備出現的故障。
5 結語
鍋爐是具有爆炸危險性的一種特種設備,其爆管是一個由量變到質變的過程。嚴格按照國家相關安全技術規范設計、制造、安裝和使用管理,從根本上解決鍋爐爆管問題,有效地防止鍋爐爆管事故發生。
關鍵詞: 地理學 學科體系 學科定位
1.地理學學科劃分
地理學是研究地理環境的科學,即只研究地球表層這一部分人類環境。地理環境可分為自然環境、經濟環境和社會文化環境三類。根據研究對象的不同,地理學相應地劃分為自然地理學、經濟地理學和人文地理學[1],有些把經濟地理學放在人文地理學里面,另外還有一類是地理技術學科。這三個分支學科,又包括一系列次一級的分支學科(圖1)。
圖1 地理學學科劃分
系統論認為,現實世界是由規模大小不同、復雜程度互異、等級高低有別、彼此交錯重疊,并且互相轉化的系統組成的有序網絡系統。我們可以從不同角度,根據系統的組成和結構把客體分為一系列層次,每一個層次就是一個等級的系統。此級別系統由比它低一級的子系統組成,而其本身又是更高級系統的一部分,系統和子系統的關系是整體與部分的關系。
依據上述觀點討論地理學的研究對象和分科,可將地理學分為三個主要組織水平和相應學科,即:①研究整個地理環境綜合特征的,稱綜合地理學;②分別研究自然地理環境、經濟環境和社會文化環境的為綜合自然地理學、綜合經濟地理學和綜合人文地理學;③分別研究上述三種環境中各要素的學科統稱為部門地理學[2]。如部門自然地理學、部門經濟地理學(包括工業地理學、農業地理學等)、部門人文地理學(包括人口地理學、文化地理學等)。
按照上述層次性觀點,自然地理學的分科主要涉及兩個層次:即研究自然地理環境整體特征的,稱為綜合自然地理學;研究自然地理環境各組成要素的,稱部門自然地理學。部門自然地理學包括氣候學、地貌學、水文學、土壤地理學、生物地理學等。它們以組成自然環境的某一要素為具體對象,著重研究這個要素的組成、結構、時空動態、分布特征和規律。雖然部門自然地理學各有分工,但是每一個研究對象的存在和發展變化,都是以整體的自然地理環境為背景的,而且不同程度地以其他組成要素為因素或條件。
2.地理學的學科性質
地理學與其他學科最大的不同是它的研究內容涉及范圍廣,從宇宙空間到地球內部都是地理學的研究范圍,只不過主要研究對象是地球表面。研究內容涉及自然的、社會的、經濟的、文化的,等等,自然方面又包括氣候、水文、土壤、植物、地質地貌等。地理學是介于自然科學和社會科學之間的學科,具有多學科交叉的特點。從圖1可以看出,地理學的各個分支學科在大學里都有對應的專業,如經濟地理學對應的有經濟學專業、人口地理學對應的有人口學專業、土壤地理學對應的有土壤學專業,這充分說明地理學涉及面廣。
3.地理學學科定位
地理學涉及面廣的學科性質,需要在地理教學中進行準確定位,否則就會陷入地理什么都學,但什么都不精,又什么都不是的誤區。實際上,地理學雖然與許多專業有交叉,但有自己的專業特點、自己的視角、自己的思維方式和學科體系。地理學與其他專業有交集的部分主要是在基礎知識方面,但對于地理學是基礎知識的內容,而相關專業則可能是詳細解讀。地理學側重點是事物的空間性、整體性、地域差異性及相互聯系性,而相關專業則是某一領域內進行深入細致的分析研究,課程內容一般偏微觀、比較專。由于側重點不同,在進行地理課程教學時,把握適當的度非常重要,特別對于部門自然地理方面。
地球表層的巖石、氣候、水體、生物、土壤等組成成分之間存在密切的相互聯系和相互作用,通過水循環、大氣循環、生物循環、地質循環等進行復雜的能量轉化和物質交換,從而形成一個完整、有序的自然地理環境[2]。自然地理學研究地球表面的自然地理環境,是地理學的基礎。自然地理環境由地球表層中無機和有機的、靜態和動態的自然界各種物質和能量組成,可以分為大氣圈、水圈、生物圈和巖石土壤圈。它們分別是部門自然地理分支學科氣象與氣候學、水文學、植物地理學、土壤地理學和地貌學的研究對象。另外,自然地理學還包括以地球的宇宙環境為研究對象的地球概論和研究地球內部環境的地質學。部門自然地理的內容比較多,有些內容還具有一定難度,如果要求學生什么都學,全面掌握,那么按通常分配的學時將難以完成,而且效果不一定好。這就要求我們把握地理的精髓,從地理角度進行教學,可以過濾掉一些微觀的、偏工科方面的較難理解的內容,而側重于宏觀的、空間的內容,著重研究對象要素的組成、結構、時空動態、分布特征和規律,重點關注研究的對象要素與組成自然地理環境的其他要素之間物質和能量的交換、相互聯系、相互影響、相互制約的關系。為了強調自然地理環境的整體綜合性,現在許多院校的地理專業都不專門開設部門自然地理,而綜合為一門自然地理學。這樣做的好處就是突出自然地理的綜合性特征,不足之處是內容偏少,較淺顯,而開設部門自然地理課程能很好地彌補這種不足,但如上文所述如果把握不好度的話,則學生不僅感覺學習難度大,而且容易偏離方向,體現不了地理專業性。如果能兼顧二者的優點,在進行綜合自然地理教學時,補充一些部門自然地理的知識,而在進行部門自然地理教學時,要經常性地強調自然地理環境的整體綜合性,這樣教學效果就會比較好。下面以筆者講授的氣象學與氣候學、水文學和土壤地理學三門部門自然地理課程為例,探討地理專業的課程定位問題。
(1)氣象學與氣候學課程定位
對于氣象學與氣候學,目前大多數高校采用的教材是由周淑貞主編,高等教育出版社出版的。此版本有些內容對于目前的高校地理專業學生來說,太深太難,且無多大實際意義。故教師在教學中必須與地理科學專業緊密結合,有針對性地對教學內容有所取舍。第一章至第四章為基本氣象知識,它是學好天氣學、氣候學的理論基礎,應重點掌握;第五章為天氣學,主要介紹天氣系統的概念及各種天氣系統的形成、演變過程,屬于應用性內容,從地理角度看不是重點內容;第六章至第八章為氣候學部分,主要介紹氣候的形成、分布及變化[3],氣候學與地理學的關系最密切,所以這部分是全書的總結和重點,學生應重點掌握。
到具體內容環節,第一章至第四章為基本氣象知識,但里面不乏一些難懂的內容,如第一章里的虛溫;第二章的有關輻射的基爾荷夫定律、位溫和假相當位溫、空氣溫度的個別變化和局地變化等;第五章第二節里溫帶氣旋的發生和發展;第四章則學生普遍感覺較難。對于這些較難的知識點,有些可以不要求掌握,有些可以只領會結論而不要求掌握整個推導過程。具體要視其重要程度及與其他內容的聯系程度而定。還有一些內容較多,但不是重點,典型的如第三章第二節地表面和大氣中的凝結現象,第三節降水;第五章第四節對流性天氣系統;第六章第四節里的地面特性與氣候;第七章第一節、第八章第一節等內容可以只作為了解性的內容。總之,要靠教師在教學過程中把握好度,抓住主線,分清主次,掌握重點,減少盲目性,學生學習起來就比較輕松,才能取得較好的教學效果[4]。
(2)水文學課程定位
水文學是研究地球上水的性質、分布、循環、運動變化規律及其與地理環境、人類社會之間相互關系的科學[5]。其研究內容可以分為兩大部分,一部分是水圈自身的水文現象及規律,另一部分是水圈與自然地理環境的其他圈層及人類智慧圈之間的相互關系,第一部分是基礎,第二部分是核心,特別水圈與自然地理環境其他圈層之間的相互關系是重點。
作為部門自然地理的水文學主導思想是以水循環、水量平衡為綱,將地球各圈層的水體,按水循環過程做系統的、有機聯系的闡述,使學生掌握各種水體運動、變化和相互轉化的基本理論及分析計算方法。一般選用的教材是由黃錫荃主編,高等教育出版社出版的《水文學》,本教材由下列四部分組成。一是水文學基礎知識:主要通過第一章闡述水及各種水體的物理、化學性質,水及水資源的空間分布。二是水文循環及水量平衡基本理論:主要通過第二章闡述水文循環基本過程、影響因素,各要素的物理機制和分析計算方法,水量平衡原理,以及水文循環的作用、效應等。三是水文循環具體過程的分析:由于水循環實質上是一個動態有序的大系統,按系統分析的觀點,本教材第三章至第五章分別闡述陸地表面、海洋、地下三個水文循環亞系統的水文循環具體過程及其理論,并闡明亞系統之間和亞系統內的子系統之間相互轉化的關系。四是人類活動對水循環的影響:隨著水資源開發利用的規模日益擴大,人類活動對水環境的影響明顯增強,大規模的人類活動干擾了自然界的水循環過程,改變著各個水體的性質,因此,水資源的開發利用和水環境對人類活動的反饋效應的研究,也已成為現代水文學研究的重要內容,故本教材第六章專門闡述人類活動對水循環、水環境的影響。從地理學角度看,第一章的內容是基礎,第二章水循環和水量平衡是水文學的核心內容,地球上各種水體的水文現象、水文循環過程及規律等都是水文學的主要內容,但從地理的角度,著重點更是各種水體通過水文循環過程的相互聯系和相互轉化,以及影響氣候、生態、塑造地表,實現地球化學的遷移,并給人類不斷提供再生的淡水資源等這些水循環的作用與效應。第三章至第五章的內容是水文循環具體過程的分析,分別闡述陸地表面、海洋、地下三個水文循環亞系統的水文循環具體過程及其理論,同樣,地理學側重于偏宏觀的內容,而對于各個水體水循環的微觀的、機理性的一些內容應投入較少的學時,重點關注亞系統之間和亞系統內的子系統之間相互轉化的關系。特別是陸地表面的各種水體的水循環是地理專業學生學習的重點,主要包括河流、湖泊和沼澤、冰川,其中河流又是重點掌握的內容,內容明顯多一些。而對于第四章海洋這一章,一般不會詳細講解,同時由于一些內容與地球概論、氣象氣候學課程內容有重疊,所以一般投入的學時較少,主要學習最后一節海洋效應的內容。第五章地下水也一樣,一般不會深入學習,主要從宏觀尺度上把握。
(3)土壤地理學課程定位
土壤地理學是研究土壤各物質組成和各個土層之間的物質遷移與能量轉換、各地理環境因素與土壤之間的物質能量交換,以及物質能量從地理環境輸入土壤,然后經土壤內部的遷移轉化再向地理環境輸出的過程[6]。可以看出,其研究內容也可以分為兩大部分,一部分是土壤自身方面的基礎知識,另一部分就是土壤與其他自然環境因素之間的相互作用,顯然,從地理的角度,我們更應重視第二部分內容。
土壤地理學一般選用的教材是李天杰主編,高教出版社出版的《土壤地理學》。本教材篇幅大,內容多[6],用36個學時學完全部內容不大可能。這就要求我們從地理專業角度,把握核心,分清主次,突出重點,有所取舍。具體到各個章節,筆者是這樣安排的:第二章土壤固相組成及其診斷特性和第三章土壤流體組成及其診斷特性,這兩章是土壤基礎知識,也是重點內容,要求學生熟練掌握。第四章土壤形成因素學說,這部分內容雖然充分體現地理專業性,但容易理解,所以總體掌握就行了,對一些細節的東西無需過多探究,這一章一般只花兩節課的時間,然后讓學生自己課后瀏覽。第五章土壤形成過程屬于提高的內容,它以前面的內容為基礎,需要詳細講解。第六章土壤分類屬于一般了解的內容,第七章主要土綱特征屬于綜合性的內容,有選擇性地進行講解,森林和草原土綱及水成型土綱里的鹽成土是重點講解的內容。第八章至第十章基本都屬于了解性的內容。
4.學科專業體系層次引導
對學生進行專業引導,一般分四個層次和步驟。①學生在入學開始學習專業課時,老師應該讓學生了解地理學的學科體系,一開始就使學生對所學專業形成整體性的認識。②接下來學生無論學到哪一門專業課都要知道這門課在學科體系中處在什么位置,屬于什么性質的專業課,學生首先就有了一個大的指導思想。③然后講授某一具體專業課程時,首先要弄清楚課程教材的基本組成和結構,這是最基礎的環節,教師在第一節課堂教學中就應該幫助學生理清教材的知識層次結構和知識的內在聯系。④最后各個章節的教學中,教師要分析教材各組成部分之間的聯系,弄清教材的層次結構,抓住主線,分清主次,確定教學重點與難點。筆者認為這些對于所有專業的大學生學習專業知識都是非常重要的,特別對于地理專業的學生更為重要。以學習水文學為例,各個層次引導如圖2所示。
圖2 水文學在地理學學科體系中的層次結構
參考文獻:
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[3]周淑貞,張如一,張超.氣象學與氣候學[M].北京:高等教育出版社,1997.
[4]胡巍巍.高校地理科學專業《氣象學與氣候學》課程教學探討[J].考試周刊,2009(50):184,209.
[5]黃錫荃,李惠明,金伯欣.水文學[M].北京:高等教育出版社,1985.
1. A、B、C中,其形成與水循環類型有密切關系的組合正確的是( )
①C―海陸間循環 ②B―海陸間循環 ③B―陸地內循環 ④C―陸地內循環
A. ①② B. ②③
C. ③④ D. ①④
2. 若乙為水汽輸送,a、b、c、d的含義和下列地理現象成因相符的是( )
①a―四川盆地多夜雨 ② b―云貴高原多地下河 ③c―東非高原形成熱帶草原氣候 ④ d―長江三角洲的形成
A. ①② B. ②③
C. ③④ D. ①④
3. 下圖為“我國南方某低山丘陵區某小流域水循環示意圖”。由于人類某種活動,使蒸騰作用顯著減弱時,可能直接導致( )
A. 該區域降水增加
B. 該區域地表徑流增加
C. 蒸發量不變
D. 地下徑流增加
下圖為某河流局部水系及甲地月平均徑流量曲線和降水量柱狀圖。完成4~5題。
4. 圖中甲地河流搬運能力最弱的時期是( )
A. 11月至次年1月 B. 2月至4月
C. 5月至7月 D. 8月至10月
5. 甲地徑流峰值顯著滯后于降水峰值的主要原因是( )
A. 蒸發旺盛 B. 河道彎曲
C. 地勢起伏 D. 濕地調蓄
據悉,2011年6月22日9時至23日16時,重慶萬州區出現了今年以來的最大的一次強降雨,導致山洪暴發,河水猛漲,山地滑坡,農田淹沒,房屋倒塌,交通中斷,損失較為嚴重。初步統計28個鄉鎮,123個村,18.3萬人受災,直接經濟損失達1.18億元。據此回答6~7題。
6. 這次暴雨洪澇發生時,上圖中的水循環環節出現異常的主要有( )
A. a,c B. b,c,d
C. a,b,c,d D. a,b,c,d,e
7. 河流與湖泊具有水源互補的功能,下列四幅小圖中(箭頭表示水源補給方向),正確表示河流汛期的是( )
A. a B. b C. c D. d
“花環式”海流發電站是用一串螺旋槳組成的,它的兩端固定在浮筒上,浮筒里裝有發電機。整個電站迎著海流的方向漂浮在海面上,就像獻給客人的花環一樣。下圖為花環式海流發電機示意圖。讀圖回答8~9題。
8. 假如水輪機轉子上部的凹面朝向南方,則借助的洋流可能是流經( )
A. 美國東岸的寒流 B. 澳大利亞東岸的暖流
C. 南美洲西岸的寒流 D. 亞洲東岸的寒流
9. 該洋流可能( )
A. 減緩北上海輪航速 B. 縮小海水污染范圍
C. 降低沿岸地區氣溫 D. 增加沿岸地區降水量
10. 下圖為四位同學分別繪制的某局部海域8月表面水溫圖(單位:℃)。四位同學繪制的圖中,正確的是( )
A. ① B. ②
C. ③ D. ④
讀圖,回答11~12題。
11. 圖中主要由風力堆積作用形成的是( )
A. ① B. ② C. ③ D. ④
12. 圖中③①②表示的地殼物質變化過程是( )
A. 從變質巖到巖漿巖 B. 從沉積巖到變質巖
C. 從巖漿巖到沉積物 D. 從巖漿巖到變質巖
下圖為目前世界主要板塊接觸關系示意圖。讀圖回答13~14題。
13. 圖中太平洋里的兩大群島都是( )
A. 火山島 B. 沖積島
C. 板塊擠壓形成的 D. 內力作用形成的
14. 下列說法正確的是( )
A. 圖中包含了六大板塊
B. 板塊的交界處都是消亡邊界
C. 最深處位于大洋中脊附近
D. 大洋板塊剛好和大洋邊界吻合
15. 下圖是沿甲―乙之間的地質剖面示意圖,圖中P類巖石的成因最可能是( )
A. 巖漿噴發 B. 沉積作用
C. 變質作用 D. 侵蝕作用
16. 讀“某區域地質剖面簡圖”,圖中甲、乙、丙三處的地質構造分別是( )
A. 斷層、向斜、背斜 B. 斷層、背斜、向斜
C. 向斜、斷層、背斜 D. 背斜、向斜、斷層
17. 研究發現,長江干流江蘇段河床在1985年前后平均沖淤狀態發生了明顯的轉變,由淤積轉變為沖刷。其主要原因是( )
A. 該河段平均流速下降
B. 該河段徑流量減少
C. 流域年降水量減少
D. 上游來沙量減少
讀沙塵暴的形成與消亡過程示意圖,回答18~19題。
18. 下列說法正確的是( )
A. 甲地的植被覆蓋率比乙地高
B. 乙地風速小于丙地
C. 乙地的海拔高于丙地
D. 甲地氣壓高于乙地
19. 甲地常見的地貌類型是( )
某學校組織野外地質考察,下圖為某同學繪制的地貌素描圖。讀圖完成20題。
20. 當地主要山脈的走向是( )
A. 南北走向 B. 東西走向
C. 東北―西南走向 D. 西北―東南走向
21. 讀以下兩幅區域圖,完成下列問題。
(1)左圖中①河流與右圖中②河流補給的差異是:①河流 ,②河流 。
(2)分別說出①、②兩河經流量季節變化和年際變化特點。
(3)請在下圖模式圖中選擇兩條豎線,畫上箭頭并注明水循環環節名稱,以正確表示上圖中丙地區大氣與地面之間的水分交換。
22. 2010年8月4日,在經歷重重波折后,14歲的荷蘭少女勞拉?德克爾終于可以嘗試獨自環球航行。據悉,如果一切順利,勞拉將于2012年9月20日抵達葡萄牙里斯本,完成整個航行,同時,她將創下環球航海的最低年齡紀錄。閱讀她此次環球航行計劃路線圖,完成下列問題。
(1)勞拉從荷蘭出發后,并未直接向西橫渡大西洋,而是先向南航行再橫渡大西洋,她這樣做有什么好處?
(2)當勞拉航行到A處時,該地的氣候特征是什么,請分析該地氣候類型的形成原因。
(3)若2011年1月勞拉航行至B海域,帆船速度 (較快、較慢),請說明原因。
(4)圖中A、B、C、D四地能形成大型漁場的是 。
23. 分析材料,回答下列問題。
材料1:來自青海省衛星遙感中心的衛星遙感監測顯示,中國最大的內陸咸水湖――青海湖的水體面積及水位已連續6年呈遞增趨勢。監測顯示的青海湖水體面積為4321.07平方公里,水位為3193.8米。與2005年相比,青海湖水體面積擴大了70.82平方公里,水位上升了0.35米。
材料2:青海湖流域圖。
(1)青海湖參與的水循環類型是 ,試分析布塔河的水文特征。
(2)運用水循環的相關知識,分析青海湖湖水高鹽度的原因。
(3)試分析青海湖的水體面積及水位已連續6年呈遞增趨勢的可能原因。
24. 讀圖,回答下列問題。
(1)地形:甲是 ,乙是 。地質構造:甲是 ,丙是 。
(2)簡要分析甲地地形的形成原因。
(3)簡要說明判定乙地地質構造的依據。
(4)由于交通建設的需要,欲在甲、乙、丙三地建設東西向隧道,簡要分析為什么不能選擇乙、丙兩地建設隧道的原因。
25. 結合材料,回答下列問題。
材料1:2011年9月14日,山東省政府印發《關于黃河三角洲高效生態經濟區未利用地開發利用的意見》,拉開黃三角未利用地開發大幕,在黃三角地區,除了已經摸底調查過的792萬畝未利用地,還有近1 500萬畝的淺海面積,每年新生土地近1.5萬畝。
材料2:
材料3:
(1)結合材料1、2可知黃河三角洲每年新生1.5萬畝土地的外力作用是什么?
(2)黃河泥沙輸送量只需要1 000多年的時間就可以將渤海填平,然而渤海卻并未被填滿,根據材料3解釋原因。
(3)材料3中A、B和C處的地質構造分別是什么?
(4)渤海是我國重要的石油產區。當鉆頭位于下圖中①、②、③層時,能分別探測到( )
A. 天然氣、水、石油 B. 水、石油、天然氣
C. 石油、天然氣、水 D. 天然氣、石油、水
26. 閱讀材料,完成下列要求。
材料1:2011年11月26日,第四屆徒步穿越丹霞山活動在廣東省丹霞山景區舉行。丹霞山是中國第八項世界自然遺產“中國丹霞”的首要組成部分。
材料2:丹霞地貌和“中國丹霞”六個風景區所在區域圖。
(1)分別指出六個丹霞地貌風景區所位于的省區:
①(赤水) 、②(山) 、③(丹霞山) 、④(龍虎山) 、⑤(泰寧) 、⑥(江山) 。
(2)六個風景區所在省份的主要地形區有 、 、 。