能源与环境系统工程范文
时间:2023-03-24 22:39:22
导语:如何才能写好一篇能源与环境系统工程,这就需要搜集整理更多的资料和文献,欢迎阅读由公务员之家整理的十篇范文,供你借鉴。
篇1
二年以上工作经验 |男| 25岁(1990年4月26日)
居住地:徐州
电 话:164********(手机)
E-mail:
最近工作[ 1年3个月]
公 司:XXX水利水电工程局
行 业:能源/水利/环保
职 位:热能工程师
最高学历
学 历:本科
学 校:中国矿业大学
自我评价
为人诚恳正直,能吃苦耐劳,有较强的组织能力和团队精神,沟通协调能力好,办事稳重细心,有条不紊,敢于承担责任,有较强的自学能力和社会适应能力;专业知识较强,有4年无尘室电子厂房空调系统以及施工与管理经验,非常熟悉整个无尘室空调系统的原理以及操作与管理,熟悉空调系统主要设备的维护与保养。
求职意向
到岗时间: 一周之内
工作性质: 全职
希望行业: 能源/水利/环保
目标地点: 徐州
期望月薪: 面议/月
目标职能:热能工程师
工作经验
2013 /7—至今:XXX有限公司[1年4个月]
所属行业:能源/水利/环保
技术部 热能工程师
1.主要负责电子厂无尘室空调气化系统的施工与管理以及系统主要设备日常保养与维护;
2.负责电子无尘室空调系统的规划评估,以及相关施工的监督与验收;
3.负责空调系统的中央控制系统FMCS的运行,以及车间温湿度的调控;
4.负责厂区舒适性空调的运行于维护;
5.负责厂区化学品系统设备的运行于维护。
2012/7—2013 /7:XXX电子厂[ 1年]
所属行业:能源/水利/环保
技术部 热能工程师
1. 负责空调系统主要设备(包括冰水主机以及冷却塔系统,空调箱,空调末端装置以及热水系统主要设备,系统水泵等)运行于维护;
2. 协助处理空调气化课气化系统包括CDA系统,XX维护;
3. 协助处理厂务其他系统包括纯水系统以及废水系统的运行于维护。
教育经历
2008/9 --2012 /7 中国矿业大学能源与环境系统工程专业 本科
证书
2010/6 大学英语六级
2009/12 大学英语四级
篇2
【临床医学】
读研比例42.7%
临床医学专业是一门实践性很强的应用科学专业。它致力于培养具备基础医学、临床医学的基本理论和医疗预防的基本技能;能在医疗卫生单位、医学科研等部门从事医疗及预防、医学科研等方面工作的医学高级专门人才。该专业学生主要学习医学方面的基础理论和基本知识,人类疾病的诊断、治疗、预防方面的基本训练。具有对人类疾病的病因、发病机制作出分类鉴别的能力。
就业方向
主要到医疗卫生单位、医学科研等部门从事医疗及预防、科研等方面工作。
就业前景
随着高等医学教育事业的迅猛发展,医学院校办学条件得到较大改善,招生规模不断扩大,临床医学专业毕业生的数量和质量大大提高。但是在全国总的毕业生就业形势严峻的情况下,临床医学专业毕业生就业形势不容乐观。
临床医学领域高校推荐
上海交通大学、北京大学、复旦大学、北京协和医学院、中山大学、四川大学、首都医科大学、浙江大学、华中科技大学、第二军医大学。
【能源动力系统及自动化】
读研比例40.4%
能源动力系统及自动化专业研究将煤炭、石油、天然气等一次能源转化为电力、热能等二次能源的生产和利用过程;研究人工环境、制冷空调、低温生物医学等领域的科学技术问题;还研究风能、太阳能、生物质能等新能源的开发利用。伴随能源转换与利用过程排放的有害物质将造成环境污染,能源的生产必须高 效、清洁。能源与环境系统专业不仅对自动化控制十分依赖,而且是一个复杂系统工程,集合了热科学、力学、材料科学、机械制造、环境科学、计算机科学、自动 控制科学、系统工程科学等高新科学技术。能源与环境系统工程专业具有很宽的专业知识面,是一个能源、环境与控制三大学科交叉的复合型专业。
就业方向
从事清洁能源开发、电力生产自动化、能源环境保护、制冷与低温、空调和储能、空调与人工环境等领域的设计、研究与管理的跨学科复合型高级技术人才。
院校推荐
清华大学、西安交通大学、武汉大学、武汉理工大学、天津理工大学、河海大学、吉林大学。
【工程力学】
读研比例37.1%
工程力学专业本专业培养具备力学基础理论知识、计算和试验能力,能在各种工程(如机械、土建、材料、能源、交通、航空、船舶、水利、化工等)中从事与力学有关的科研、技术开发、工程设计和力学教学工作的高级工程科学技术人才。
就业方向
可到土木水利、机械控制、微电子技术、能源交通、航空航天等部门从事科学研究、技术开发和工程计算机软件的开发应用等工作;由于具备较为坚实的专业基础知识,较强的分析、解决问题的能力及计算机应用能力,也可到有关的高新技术领域工作(如信息科学、生命科学、新型材料等),还可从事教学工作。
推荐院校
北京工业大学、大连理工大学、福州大学、哈尔滨工业大学、合肥工业大学、华中科技大学。
【中医学】
读研比例33.3%
本专业培养具备中医药理论基础、中医学专业知识和专业实践技能,能在各级中医院、中医科研机构及各级综合性医院等部门从事中医临床医疗工作和科学研究工作的医学高级专门人才。本专业学生主要学习中医药学基本理论知识和中医临床医疗技能,具备一定自然科学和现代医学的知识,受到中医临床技能和现代医学临床基本技能的训练,具有中医各科疾病的临床诊疗和科研工作的基本能力。
推荐院校
北京中医药大学、首都医科大学、天津中医药大学、浙江中医药大学、暨南大学、延边大学、上海中医药大学。
【无机非金属材料工程专业】
读研比例31.4%
本专业培养具备无机非金属材料及其复合材料科学与工程方面的知识,能在无机非金属材料结构研究与分析、材料的制备、材料成型与加工等领域从事科学研究、技术开发、工艺和设备设计、生产及经营管理等方面工作的高级工程技术人才。本专业学生主要学习无机非金属材料及复合材料的生产过程、工艺及设备的基础理论、组成、结构、性能及生产条件间的关系,具有材料测试、生产过程设计、材料改性及研究开发新产品、新技术和设备及技术管理的能力。
篇3
一、引言
环境科学源于人们对于周围环境及其影响的高度关注,并随着众多环境问题的出现而迅速发展成为一门新兴学科. 它是一门介于自然科学、社会科学和技术科学之间的交叉学科,不仅涵盖地理学、生态学、物理学、化学、生物学等多个自然科学领域,还涉及经济学、社会学及政治学等社会科学领域. 环境科学的学科形成历史虽然不长,但其学科框架日趋成熟、研究方法逐渐丰富、研究范围快速扩展、多学科交叉的特点日益彰显。
从多学科到跨学科、从跨学科到学科交叉融合,环境科学经历了起源、发展并逐渐成熟的快速成长过程,同时也处于继续深入发展的重要关口. 一些基本的理论问题需要归纳整理,一些重要的科学问题需要明确,一些关系到学科未来发展的框架需要搭建。
二、环境问题与环境科学
对于环境科学( Environmental Science) 的定义,试将国内外一些主流的定义引用如下:环境科学是研究近代( 包括现代) 社会经济发展过程中出现的环境质量变化的科学. 它研究环境质量变化的起因、过程和后果,并找出解决环境问题的途径和技术措施( 马世骏,1983) .环境科学是以"人类-环境"系统为其特定的研究对象,研究"人类-环境"系统的发生和发展、调节和控制以及改造和利用的科学( 刘培桐,1994) .环境科学是研究"人类-环境"之间辩证关系,掌握其发展规律,调控二者间物质、能量与信息过程,寻求解决环境问题的途径和方法,谋求人类环境系统协调和持续发展的科学( 贾振邦等,2004)。
环境科学是以"人类-环境"系统为特定整体,针对不断变化的环境问题,通过自然科学、社会科学、工程科学的跨学科综合研究,逐渐形成的交叉学科群( 杨志峰等,2004) .环境科学是研究人类活动与环境系统之间相互作用关系,寻求人类社会与环境协同演化、可持续发展的途径与方法的科学( 郑度等,2007) .环境科学是研究和揭示人与环境相互作用规律、指导人类进行环境实践的科学体系( 左玉辉,2010) 。
从上面列举的环境科学定义来看,虽然表述有区别,但实质大同小异. 可以归纳整理为: 环境科学以复杂环境系统为研究对象、以各种环境问题为研究内容、以多学科融合交叉为典型特征、以揭示"人类-环境"相互作用规律为核心任务、以"人类-环境"协调和可持续发展为最终目标的学科群。
三、环境科学的发展趋势
1、国际上环境科学研究的趋势
环境问题科学委员会是1969年成立的,其目的为改进人类活动对环境的影响,着重于七个方面的工作:(1)生物地球化学循环(碳、氧、氮、硫、磷);(2)生态系统的动态变化和进化;(3)人类定居点的环境;(4)生态毒理学;(5)环境系统的模拟模式;(6)环境控制;(7)环境向题情报通讯系统。
七十年代初期,联合国环境规划暑(UNE)指出,为了人类生活及幸福,必须取得人类与自然环境之间的动态平衡,从而使人类的最高能力得以全面发展,并制订了研究规划(1972年),包括五个方面:(1)全球环境评价,为了提高环境质量,研究人类居住区的规划和管理,自然资源管理的环境前景 (2)环境的管理活动。(3)支持措施。(4)自然野生生物和遗传种源(包括水陆生态系统和栖息地)的保护。(5)能源问题。
2、我国环境科学的发展趋势
我国党和政府十分重视生态和环境保护问题。党的十二大政治报告别指出,必须"坚决保护农业自然资源,保持生态平衡"。这就需要专家、学者从事生态经济的研究,从理论与实践的结合上来研究经济发展与自然资源和生态环境的关系,把经济效益和生态效益统一起来,使我国的经济在协调的基础上更稳定、更迅速地发展"。
关于我国环境科学研究的发展趋势,环境科研工作者对此早就有所预见和观点.正如生态学家马世骏教授多次强调的观点,提出环境问题必须从生态平衡的观点去考虑。从生态平衡的整体观和经济观来研究,整体观点是生态系统的理论基础,经济观点是人类改造自然的基础。从这两个基本观点出发,同时考虑经济建设的经济效益和生态效益,生态观和经济观的统一,方能避免生态间题的片面思想,解决我国社会主义建设中面临的生态失调的问题。
六十年代以来,生态学的发展由于环境保护问题而获得巨大的动力;同样,生态学理论作为环境科学基础理论之一,对环境科学研究具有重要意义。七十年代以来,世界各国很重视生态学与环境科学两者之间的交叉研究。
也就是说,运用生态学原理改革工艺,用生态工艺代替传统工艺,所谓生态工艺,是应用生物圈物质运动规律,把生产过程纳人生物圈合理的物质循环系统,运用系统工程原理设计闭路循环的生产系统,实现资源的多次利用,或无废料排出的生产过程,实现经济效益、社会效益、和坏境效益的统一,这是解决环境问题的基本指导思想,同时是科学技术发展的必然结果。
当今,许多重大环境间题都是与生态系统有密切联系.如城市污水处理方面,要研究发展土地处理系统,充分利用生态系统发展生态农业研究,生态农业是以生态学理论为指导而建立起来的一种新型农业生产模式.充分利用太阳能的转化率、生物能的利用率及农业生产废物的再循环、提高农业生态系统的生产力,以达到保护生态,改善环境和永续利用资源和发展生产的目的。
此外,关于国土整治问题,它必然涉及到不同生产系统能源和物质循环问题。还要研究我国的环境区划问题,共中包括在环境本底、环境容量等研究的基础上制定城市与农村,工业与农业,人口与交通等方面的合理布局与规划。由此可见,环境科学技术要更好地为国民经济建设服务,必须重视生态系统的能源和物质循环研究.运用生态学观点和原理,以生态系统为中心,从不同侧面研究人与环境之间的关系,是现代生态学和环境科学研究的共同特点。
篇4
关键词:实践教学 应用型本科 热力环境控制
中图分类号:G64 文献标识码:A 文章编号:1008-925X(2012)O9-0117-01
《热力环境控制》是能源与环境系统工程专业的学位课,融合了热力发电厂、大气污染控制、固体废弃物污染控制和水污染控制等相关知识,是能源环境污染控制的基础课程,是动力工程专业和环境工程专业的纽带,是专业学科综合性和学科交叉性的体现,也是丰富学生知识体系和拓宽就业面的重要课程。
目前,《热力环境控制》的授课过程多偏重于理论讲述,对学生实践能力的培养却很少。针对以上情况,根据高级应用型人才培养的目标,论文提出《热力环境控制》课程构建实践教学体系的探索性意见。
1、教学模式
对于一门工科专业的学位课,实践教学环节的设置显得非常必要。在《热力环境控制》的实践教学内容上,除了设置基础性实验外,还应设置设计性或综合性的实验内容,同时还应为学生积极提供各种相关大赛的指导和帮助。在实践教学的环节中,应该给学生提供广阔的思维空间、充分的创作余地和必要的实验场所,从而实现理论知识的有效实施,达到理论联系实际的目的,最终使学生的的创新能力和动手能力得到很好的培养。
该课程的教学方式是将理论教学、实验教学、课程设计、参加相关大赛和毕业设计等贯穿于课程教学中,注重培养学生创新能力和动手能力的培养,努力实现教学内容本科四年不断线。在理论教学中,将实际案例,特别是学生认识实习中看到的实例穿插于其中,很好帮助学生对理论知识的理解和吸收,同时还能提高学生课堂学习的兴趣,激发学生探索问题的潜力。
2、教学内容
该课程的实践教学内容包含实验、课程设计、参赛作品的设计和毕业设计等。其中实验部分主要设计一些基础性的实验,如烟气中污染物浓度的测定、湿法除尘和碱法脱硫等,这些实验需要在老师的指导完成,主要是为了让学生通过实验更加深入理解相关的理论知识和掌握基本的实验技能,并很好培养学生的动手能力。
课程设计部分是让学生根据具体的实际案例,应用所学的理论知识,设计环境污染控制的方案,包含背景介绍、工艺流程图的绘制和说明及相关参考文献。课程设计环节在实施过程中,教师安排一定的课程给学生答疑和指导,学生不仅需要充分利用好所安排的课时,还需利用课余时间才能完成所要求的方案设计。在课程设计的过程学生拥有很大的自由度,设计能力和创新思维可以得到很好的培养,相关的理论知识也可以得到很好的强化,记忆更加牢固。
大至全国的节能减排大赛,小到学院举办的相关大赛,学生在校的四年期间将有很多机会参加各类大赛,动员和组织学生参加各类大赛可以也是实践教学的重要环节。在实施过程中需要在老师的指导下,根据各类大赛的主题,设计和创作参赛作品。在整个过程中,可能会遇到很多想不到的问题,组员之间的讨论,指导老师的答疑和提醒都很有必须。学生参加这些大赛,在作品的设计和制作过程中,相关的理论知识会得到很好的应用,学生的设计能力、动手能力和创新思维都可以得到很好的锻炼,同时,学生之间的协作能力也可以得到很好的培养。
在毕业设计环节中,老师给出相关的课题,让学生通过查阅资料、大量的实验和数据分析,最终得出结论。学生在这个过程中,遇到每一个问题,都需要独立思考,对问题进行分析,或还需要查阅资料,最后解决问题。在整个过程中,老师需经常的给学生进行指导,直到最后按要求完成毕业论文。虽然,这个环节并不是每个学生都能选上与《热力环境控制》相关的课题,但对于选上的学生,他们的相关理论知识会得到深刻的理解、消化和钻研,同时动手能力、应用能力、实验技能、分析问题和解决问题的能力都能得到很好的培养。
以上四个实践环节实施下来,学生在大学四年的学习过程中,所学到的知识将会根深蒂固,就不会出现常见的一边学一边的现象,而且期间培养的各种能力将会使学生在就业的时候具有绝对的优势。
3、考核方式
和课堂上的理论教学不同,实践环节主要是为了培养学生的实践能力和应用能力,其考核方式也截然不同。《热力环境控制》课程实践环节的考核主要是对实验技能、课程设计、作品创作、实物制作、实验设计和论文撰写能力的考核。考核方式根据实践环节的内容分三块设置:第一块,实验技能和课程设计作为课程总成绩的必要组成部分,分别占总成绩的20%和30%,另外50%为课堂理论考核部分。其中,实验技能成绩中,动手能力占70%,实验报告占30%;课程设计成绩中,工艺设计占60%,工艺说明书占40%。第二块,设定省级以上各类大赛为选修课,完整参加一个大赛,参赛者可获0.5个选修课的学分,获优秀奖者可获1个选修课的学分,获三等奖以上者可获2个选修课的学分。第三块,相关毕业设计部分的考核主要包含实验设计、分析问题、解决问题和论文撰写能力的考核,这块内容的考核可等同学校对毕业设计的考核方式进行。
通过《热力环境控制》课程实践环节的推进,学生的动手能力和应用能力有了很大的提高,收到了很好的教学效果,满足了我校高级应用型人才的培养目标。
参考文献:
[1]胡芳.理论教学与实践教学相结合的若干问题思考[J].中国电力教育,2012(11):97-98.
[2]黄民,郝静如,杨庆东,张怀存.面向应用型、创新型人才培养的机械工程专业实践教学改革[J].中国电力,2012(11):89-90,98.
[3]郭振军.机械电子工程专业实践教学改革的探索[J].大观周刊,2012,581(21):103-104.
[4]郭振军.机电传动与控制实践教学探索[J].大观周刊,2011,579(19):143-144.
[5]吕智海,郭岚敏,徐磊,范艳萍,姜志梅.基于就业为导向的康复治疗学专业实践教学探讨[J].中国康复,2012,27(2):154-155.
篇5
关键词;住宅 生态环保 设计方法
一、建筑的设计原则
1.以人为本原则
人是社会的主体, 不能以降低生活质量, 牺牲人的健康和舒适性为代价。生态住宅强调因地制宜,根据具体的自然环境,运用生态学、建筑学的基本原理及现代科技手段,合理安排住宅建筑与其他相关因素之间的关系,使住宅和环境等成为一个有机的结合体;强调为人类提供良好的室内空气条件和较强的生态气候调节能力,以满足人们居住生活的舒适。使人、建筑与生态环境之问形成一个良性循环系统,实现人与自然的交流。
2.节能、能源保护与再利用的原则
节能、保护能源是生态环保住宅的核心内容之一,在生态环保住宅的建设中对能源、资源一定要注意减少使用、回收利用、重复使用和循环使用。就是说在住宅建成后要尽量减少并高效利用如水、煤、电等不可再生资源,而且要充分利用如太阳能、风能、水能、地热能、生物能等再生性能源以及废弃物转换能源( 如沼气) 等的回收利用;同时在生态环保住宅的建设中应注意对废水和固体废弃物的处理及再生利用,如建立雨水收集系统及中水回用系统,雨水经处理达标后可以汇入中水系统使用,中水可以用来浇灌绿地、洗车、冲洗厕所等,从而形成了对水资源的多级使用和循环利用。再如:住宅小区内应建设垃圾的分类收集系统,在小区垃圾的处理上要注意垃圾的同收、再利用。
3.尊重自然、保护生态的原则
建设生态环保住宅的目的在于保护自然生态,促进人与自然和谐相处,因此在建设过程中,应建立正确的人与自然的关系。尊重自然、保护自然,尽量减少对原始自然环境的改变;熟悉建设场地的植被、树种、水系、山石等,严格保护当地的自然与文化遗产,保护建设地原有的景观特征和地方特色,维护生物多样性和保护良性生态循环。
4.整体设计原则
生态环保还强调整体设计思想, 结合气候、文化、经济等诸多因素进行综合分析, 切勿盲目照搬所谓的先进生态技术,也不能仅仅着眼于局部而不顾整体。例如, 热带地区如果使用保温材料和蓄热墙体就毫无意义。对于寒冷地区, 如果窗户的热性能很差, 用再昂贵的墙体保温材料也不会达到节能的效果( 因热量会通过窗户而迅速散失)。由此可见, 整体设计的优劣,将直接影响生态环保的性能和成本。
二、生态环保住宅的设计要求
1.能源系统
生态环保住宅的能源系统设计, 重点应放在建筑节能、常规能源系统优化和生态环保能源( 如太阳能、风能、地热能) 的利用三方面。
建筑节能方面, 首先应注意维护结构的保温隔热, 使建筑节能满足国家标准要求。研究表明, 设计体形系数小以及使用保温隔热层的建筑, 可大大降低建筑的能耗, 在寒冷地区的住宅建筑体形系数要控制在0.3 以下。常规能源系统设计必须优化, 避免因多种能源结构形式的重复建设而造成浪费, 应充分利用生态能源, 但生态环保能源的利用要因地制宜, 选择适合本地特点, 且性能好的技术与产品。太阳能是生态环保能源中最重要的一种, 是取之不尽, 用之不竭、广泛存在的天然能源, 其优点是资源丰富、洁净、安全、廉价。目前在住宅建筑中太阳能的利用主要有三个方面: 太阳能热水器、太阳能空调和太阳能电池。
2.水环境系统
水环境系统的设计应体现在节水、水的循环利用与水环境集成三个方面。在节水方面应重点加强节水器具的使用; 在水的循环利用方面, 重点应放在中水、雨水收集利用系统等方面;景观用水系统应专门设计并将其纳入中水系统一并考虑。水环境系统最终应符合两个基本要求: ①小区的整体节水量应达到国家标准; ②各类水质必须达到国家标准。在住宅小区, 可根据用途设置两套供水系统。A 系统专供饮用水, 这必须是符合饮用水标准的洁净水。B 系统专供使用水, 这个系统将洗菜、洗衣、洗澡水以及屋面雨水、地面雨水引入蓄水池内, 进行过滤、净化、去污等物理、化学处理, 再输入住户的“使用水管”,供擦地、洗车、绿化、水景、冲厕等使用。这个系统的水循环使用, 可节省大量的用水。
3.气环境系统
我国现行的环境规划中, 对住宅小区的大气环境尚未提出具体要求。但考虑我国住宅建设将来要与国际接轨, 生态环保住宅气环境应符合下列要求: ①生态小区的大气环境质量应能达到国家二级标准要求; ②房间应能实现自然通风, 以保证居室内空气新鲜; ③使用对人体健康无害的材料, 以减少有机挥发物(VOC) 的排放。
4.智能运行系统
智能运行是对住宅的日常使用、管理及综合用能、多能转换、自然空调、立体绿化等进行电脑智能操作运行, 借助数字技术准确估算住宅内外能量的吸收和转化数量, 对住宅的环境参数进行精确调控以维持舒适的环境条件。对突发事故如火灾、地震、入室盗抢等自动报警、监控等。
5.建筑与自然社会共生
生态环保住宅要有洁净的空气、水源与土壤, 不易受不良自然环境的危害, 能源和资源消耗降至最低程度。建筑物的围护结构―外墙、窗户、门与屋顶, 应该采用高效保温隔热构造; 可以充分利用太阳能; 良好的自然采光系统; 气密良好, 又有充分的自然通风条件。同时保持建筑周边环境生态系统的平衡,保护自然界绿色植被、森林、河流、湖泊、沼泽的生态环境,以发挥大环境自然空调的作用。
在社会环境中, 要注意居民的出行, 交往和交通问题, 创造可交往空间, 设立中心广场和具有魅力的开敞空间; 建立配套齐全、布局合理的生态基础设施; 创造便利于各个年龄层次人群的生活环境; 小区有商业、服务、文化娱乐活动等设施。
三、生态环保建筑的设计方法
1.选址和现场设计
选择一个好的地址对实现建筑物的生态环保设计至关重要。通常生态环保建筑选址应考虑的因素如下: ①与公交系统的距离要短,方便人们步行去乘公交车; ②尽量设在已经城镇化的区域内,有必要的城镇基础设施, 方便人们的日常生活; ③避免选择生态敏感区域, 以免对周围的生态环境造成影响; ④根据当地的气候条件和地理环境, 尽量选择便于利用自然能源的地段。一旦选定建设地址, 即可进行现场设计, 设计的基本原则为: ①要保护现场的生态完整性和生物的多样性; ②要尽量减少对附近水源系统的影响, 免除因暴雨造成的水土流失, 减少使用自来水进行浇灌; ③尽量降低周围热岛效应的影响, 使绿地面积最大化。
2.建筑布局设计好的建筑布局可以最大限度地利用现场的资源, 以减少建筑物的得热和改善室内的环境质量, 采用以下措施可以优化建筑的布局:
①利用已有的树木或其它植物来减少建筑物的热负荷;
②根据当地的纬度和主要风向, 对建筑物的朝向进行优化,最大限度地利用大阳能和风能等自然资源;
③利用已有的地形作为建筑物的围护结构, 可以减少建筑物的能源消耗;
④详细划分内部的使用功能区, 把不需要窗户的区域统一安排在建筑物的北面, 把使用功能相同的区域相互靠近, 以利于建筑物通风和空调系统的设计及节能。
篇6
1地理科学在科学体系中的地位
钱学森在20世纪80-90年代逐步完成了总结全人类研究的科学体系。概括起来分11个门类、5大巨系统、4项建设(图1、图2、图3、表1),下面分别表述原著与解解的内容。
附图
图1钱学森论人类的知识体系
Fig.1ThestatementofhumanknowledgesystembyQianXuesen
钱学森将当今人类对科学知识的体系,分为数学科学、自然科学、地理科学、社会科学、建筑科学、军事科学、人体科学、思维科学、行为科学、系统科学与美学11个体系。对上述人类知识体系解读,可以将自然科学、社会科学和地理科学作为客体世界的主要研究对象;而人体科学、思维科学和行为科学作为人类主体的主要研究对象;建筑科学界于客体与主体科学之间;军事科学实际上是指谋略科学(包括经济、政治、军事等),是在掌握所有科学基础上的智慧较量;美学是纵贯于各个学科的;数学科学与系统科学是横贯于各个学科的。因此有以下的科学分类网络系统(图2)。
附图
图2科学分类的网络体系
Fig.2Thenetworksystemofscienceclassification
在五个开放的、复杂巨系统中(图3),地理系统与星系系统、社会系统、人体系统、人脑系统并列,其中的物理、地理、事理、人理、脑理中的“理”都是指研究的“规律”。
钱学森提出的社会主义总体设计部(表1)中,除了政治文明建设、物质文明建设、精神文明建设外,特别提出地理建设,笔者将其修改为地理系统工程,并增加了人口、科教、城镇、资源、灾害、产业。
表1社会主义建设的系统结构(略有修改)
TablelThesystemstructureofsocialismconstruction
附图
2地理信息科学
20世纪70年代以来,随着航天技术的迅猛发展,来自外层空间的遥感、遥测、定位、通讯信息海量地增加;随着计算机技术的迅猛发展,处理与解决这些海量数据的能力大幅度地提高。地理信息系统、地理专家系统、管理信息系统、辅助决策系统应运而生,使得地理信息科学首先获得发展的机会。正是地理信息科学这门用高新技术武装起来的技术科学的发展,带动了整个地理科学的建立与发展。
附图
图3五个开放的复杂巨系统
Fig.3Fiveopencomplexgiantsystem
地理信息科学的主要内容就是天地信息一体化网络系统,包括航天信息网络系统(外层空间卫星之间的信息网络)、地面的网络系统、天地之间的网络系统三部分,是有线网络与无线网络连通的一体化网络系统。1998年笔者发表了“航天信息与地理信息一体化网络系统及其应用”的论文[5],2002年又发表了“论地理信息科学的发展”[6]一文。两篇论文基本上代表了地理信息科学的创始与发展,当前各行各业都在进行数字化或信息化的建设,实际上都是天地信息一体化网络中的部分子网络或子系统。地理信息科学中最重要的原创性的成果是遥感信息模型与地理信息编码模型。
随着遥感信息的大量获取,数学家以模式识别为工具对遥感信息进行图像处理与分类,使用的数学工具主要是数理统计的方法,把遥感信息看成是没有成因关系的随机变量;物理学家则把获取遥感的物理过程视为遥感信息的成因,因此采用反演的方法,使用辐射传输方程为主的数学工具,事实上不承认地理现象的不确定性;大多数地理学家将遥感信息当成系列成图的基础信息,快速、准确地制作系列地图。地图是符号系统,其信息量远不可与遥感信息量比较,地图学家把遥感信息转化成符号系统的系列图谱。遥感信息模型则是将地理复杂现象中的非遥感信息转变为归一化的影像信息,与遥感信息一起用方程、统计与相似准则结合,也即演绎逻辑、归纳逻辑与类比逻辑结合;确定性与不确定性(包括随机的不确定性、模糊的不确定性、灰色的不确定性、分形的不确定性)辩证统一;图像与方程(一个像元或一个图斑、一个方程)耦合;抽象思维与形象思维互动而建立起来的一种地理复杂信息模型[7-9]。这种信息模型只有在遥感技术的推动下才有可能产生。这种信息模型是遥感信息与地理信息连接的纽带。
地理信息系统本来就是为了制作地图而创建的,因此地图学家将从遥感中提取的系列地图存入地理信息系统,是顺理成章的。但是这种地理信息系统无论空间分析功能多么强大,也不可能进行模型计算,外挂、内嵌种种方式都不可能解决直接进行模型计算问题。系列地图存入计算机的图形库时,信息又是冗余的,因此带来一系列与计算机技术发展格格不入的疑难,最为典型的是数据挖掘,数据挖掘说明存在数据库中的信息有冗余。遥感信息模型的运算要求地理信息系统可以直接进行模型计算,由此地理信息编码模型应运而生[10,11]。传统的地理信息系统以图形的叠合(Overlay)为主;而能够进行遥感信息模型运算的地理信息系统则以像元或图斑中的多位编码的抽取(Extract)为主。这又是完全相反的途径。地理信息编码模型还是地理定量信息与定性信息转化的纽带,也是地理信息系统中属性库与地理专家系统中知识库联系的桥梁。
总之,天地信息一体化网络系统是开放的复杂巨系统,研究这个巨系统的地理信息科学的内容远远超过了3S(RemoteSensing,GlobalPositioningSystem,GeographicalInformationSystem)的范围,而是以天地信息一体化网络系统为核心的天—地—人—机系统。地理信息科学虽然是从属于地理科学的技术科学,但是地理信息科学的诞生与发展是引领地理科学成长的核心力量,因此本刊更名时,将地理信息科学与地理科学相提并论,突出了地理信息科学的重要性。
3地理系统工程
地理系统工程当前尚未被广泛认识,已经认识到的也仅仅是系统工程在地理学中的应用。当地理信息科学中的模型在实践中应用时,必然会涉及地理系统工程的可操作性。地理遥感复杂信息模型的建立,可以进行定量预报和回溯,因此为地理系统工程打下了工程的基础。国民经济的主战场主要包括人口、资源、生态、环境、灾害、城镇、基建、产业等8个方面,这8个方面是互动的。中国的人口问题、西部开发问题、21世纪水资源问题、能源问题、洪旱灾害问题、环境问题、生态农业问题、城镇体系问题、基建布局问题、产业结构动态调整问题以及相互之间的协调发展问题,无不属于地理系统工程。
地理现象是复杂现象,地理系统是开放的复杂巨系统。当研究西部开发时,如果国家各个部门各行其是,石油开发只考虑石油开采与输送管道;交通只考虑公路建设;铁路只考虑铁路建设;水利只考虑南水北调问题;城镇建设只考虑城市规划等,那么整体的西部地区有可能产生许多事倍功半的现象,例如修了公路没有物资运输;城市居民结构不尽合理;劳动力与产业结构不配套等。钱学森的社会主义总体设计部就是要把地理系统工程与政治文明建设、物质文明建设、精神文明建设系统地结合起来,地理系统工程仅是其中的一个子系统。而人口、资源、生态、环境、灾害、城镇、基建、产业是地理系统工程中的子系统。人口中的数量、素质、结构、分布是人口系统中的要素;资源中的矿产资源、水资源、生物资源、土资源、大气资源等又是资源系统中的子系统;大气环境、水环境、土环境、生物环境、地质环境是环境系统的子系统;交通、铁路、航运、航空、供排水、供电、供气、供暖、电讯、电视、计算机网络是基础建设系统的子系统等。系统嵌套系统,分层次子系统与交叉子系统,构成完整的、开放的、复杂的巨系统。
研究开放复杂巨系统的方法,首先是将系统分解为多层次的子系统,明确其中的交叉子系统;其次是从定性到定量地确定子系统中各个要素与指标体系;第三是根据指标(相似准则)建立模型进行预测预报;最后是检验该巨系统的效益与效率。当前大多数是分别研究人口、资源、生态、环境、灾害、城镇、基建、产业等子系统,在一个地区全面研究区域地理系统工程的有效实例不多,区域经济地理的研究还远远够不上地理系统工程。笔者曾在2000年底提出中国水资源、水灾害、水环境、生产用水、生活用水统一解决的洪水充分利用,全国水系网络化与渤海淡化的地理系统工程,中国科技报曾进行报道,之后笔者在“21世纪黄河系统工程方略”一文中进行阐述,首先所能进行的研究是虚拟地理系统工程。全国水系网络化与渤海淡化是21世纪的世纪工程,尚需有识之士共识,广泛地深入研究,进一步的论证。
如果没有以高新技术武装起来的地理信息科学的支撑,研究复杂的地理系统工程就是空想,然而所幸的是人们已经掌握了地理信息科学的许多关键技术,地理系统工程的实践指日可待。
4理论地理科学
地理信息科学一方面可以进一步为地理系统工程提供研究方法与手段;另一方面又为理论地理科学提供技术基础。从遥感信息模型发展到地理复杂信息模型再到地理数学[8],为理论地理科学奠定了坚实的基础。
理论地理科学中首要的是建立开放的复杂巨地理系统的理论;其次是地理类比的广义相似理论[13];第三是一般地理复杂模型理论与地理数学;第四是地理数学在部门地理—部门子地理系统工程与区域地理—区域地理系统工程中的应用。理论地理科学如果不能指导部门子地理系统工程的研究和区域地理系统工程的研究,那么就失去了理论意义。
如果没有以高新技术武装起来的地理信息科学的支撑,研究理论地理科学也是空想,然而所幸的是人们已经掌握了地理信息科学的许多关键技术,理论地理科学的建立指日可待。
5地理科学在可持续发展信息社会中的作用
地理学的发展经历了“地理环境决定论”、“人类中心主义”,然后达到了地理科学的可持续发展的阶段。地球上人类消耗的资源、能源是极其不平衡的,按照发达国家的水平,一个地球是满足不了全人类的需求的。可持续发展只有在信息社会中才能实现,人类一方面需要依靠科学技术开发资源,如太阳能的利用,靠基因工程使绿色植被更多地利用太阳辐射,靠纳米技术直接转化太阳能为电能;另一方面是靠信息技术节省资源、能源,如天地信息一体化网络系统就是信息社会的重要支柱之一,靠航天技术获取外层空间信息源,靠计算机技术建立信息网络。由此可见,地理信息科学在可持续发展信息社会中的作用[14]。随着地理信息科学的发展,地理系统工程与理论地理科学的发展,将为国民经济的主战场做出重要的贡献。
由上分析,可见地理科学与地理信息科学已经被广泛共识,地理系统工程与理论地理科学的发展尚不够充分,因此本刊更名为“地理与地理信息科学”是适时的,是既有继承性又有发展性的;是既有前瞻性又有现实性的。在这里我们希望地理科学界的同仁,切不要轻视技术,高新技术恰恰是新理论、新应用的强大推动力。
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篇7
关键词:有效教学;CDIO;实践课程;项目式教学
在能源危机和环境危机的双重形势下,可再生能源产业得到了蓬勃的发展。浙大宁波理工学院能源与环境系统工程专业为适应能源行业的需要,培养全面的能源领域人才,借2017-2020本科专业培养方案修订之机,增设了可再生能源相关理论课程,但一直缺乏配套的实践类课程,制约了学生相关实践应用能力的培养与提升。太阳能光伏产业是半导体技术与可再生能源需求相结合产生的新兴产业,也是当前能源发展的重要领域。因此,拟在条件和经验有限的条件下,先行先试,开设太阳能光伏发电系统设计相关实践课程。知识应用能力的培养,大部分都在实验实践类课程中进行,而传统的实验实践教学或多或少存在如下不足[1-2]:(1)“依葫芦画瓢”“照方抓药”等验证性内容比重大,学生未能充分参与到设计环节,学生主动寻找解决方案的过程被忽视,使得分析问题、解决问题的能力无从谈起,更不要说创新精神的培养;(2)片面地截取工程实践过程的部分片段,使得学生对整个工程创新实践全过程缺少体会,学生能力培养存在片面性,无法与实际工程项目有效接轨;(3)偏重结果而轻视过程,过于成品化的实验实践设备使得设计的思想、方法的选择和故障的分析改进等环节被淡化,致使学生在面对具体工程应用问题时出现无从下手的尴尬情况;(4)教学和考核方式单一,以教师为中心,学生在教师的指导下独立完成,教师根据学生提交的书面报告进行考核,缺乏团队合作能力和语言表达能力的培养。现代工程领域是“研发-设计-制造-运行-管理维护”等环节构成的工程链,需要的是创新能力、实践能力、管理能力兼备的复合型人才。传统的实验实践教学使学生获得的能力范围十分有限,使得学生欠缺工程意识、工程实践能力等工程师最基本、最重要的专业素质,无法适应当今社会及行业发展的需要。因此,新开课程必须进行积极探索,不能走传统实验实践课程的老路。基于上述背景,笔者以太阳能光伏发电系统设计为例,在有效教学理论的指导下,设计了基于CDIO工程教育理念的“一体两翼”有效教学模式,并进行了实践应用和教学效果分析,以期在完善本专业人才培养方案的同时,也能为同类实践课程的教学改革提供思路和借鉴。
一、相关概念释义
(一)CDIO
CDIO代表构思(Conceive)、设计(Design)、实现(Implement)和运作(Operate),是麻省理工学院等知名高校于2000年创立的一种“回归工程实践”的工程教育模式,具有实践可操作性、全面系统性及普遍适用性的特点[3]。该模式涵盖产品或系统从构思研发到运行改良乃至终结、废弃的生命周期全过程,强调综合的创新能力,让学生以主动的、实践的方式学习工程。CDIO强调理论知识一体化,知识、能力和态度的一体化,以及专业技能和人文素养的一体化,代表了当前工程教育的发展趋势和前沿进展。二十年来,CDIO在中国高等工程教育界逐渐萌芽、扎根、开花和结果,促进了工程教育教学改革与研究的蓬勃发展[4]:汕头大学于2005年首先开始研究实施CDIO工程教育模式,取得了明显的效果;此后,在教育部的积极推动下,国内先后有39所高校在机械类、电气类、化工类、土木类专业试点CDIO工程教育模式;2016年1月,全国“CDIO工程教育联盟”成立,标志着CDIO在中国的发展迈入新阶段。长期以来,很多学校根据各自需要,开展基于CDIO的工程教育教学改革,均取得了积极的效果[5-7]。到2021年,我国已有164所高校加入“CDIO工程教育联盟”。(二)有效教学有效教学(EffectiveTeaching)理论起源于二十世纪上半叶西方开展的教学科学化运动。当前,学界尚未形成对于何谓有效教学统一的看法。综观国内外相关研究成果,研究者对有效教学的界定主要是沿用经济学的效果、效益和效率的概念来解释:有效果指的是学有所得、所获,有效益指的是所学内容有价值、有用;有效率指的是学的过程和方法科学、简洁、省时[8]。有效教学的核心内容是以促进学生全面发展为目的而进行教学,学生在学习后有无进步或能力的提升是判断教学有效性的唯一指标[9]。如何提升教学有效性,进而提高人才培养质量是当前教育改革的核心追求,许多教育工作者已经进行了积极的探索和实践[9-11]。但需要指出的是,教学是一项系统性的复杂活动,涵盖教师、学生、教学目标、教学内容、教学方法和教学环境等多个要素,其有效性本身并没有一个统一的标准。实践中普遍认可的有效教学包括以下四个方面的基本特征[10-12]:(1)应有明确的教学目标,明确的教学目标不仅可以指导教师开展有效教学,还是评价教师教学效果的可靠依据;(2)学生应主动参与教学过程,有效教学以学生获得全面发展为目标,需要通过学生主动地参与教学过程而实现;(3)应强化课程设计和教学活动的组织管理,体现教师主导作用与学生主体地位的辩证统一;(4)教学气氛和教学环境要和谐、平衡。
二、基于CDIO的“一体两翼”有效教学模式设计
在有效教学理论的指导下,设计了基于CDIO的实践类课程“一体两翼”有效教学模式如图1所示。“一体”指的是学生完成课程项目遵照CDIO的构思、设计、实现和运作四个阶段有序推进,同时这也是整个教学过程的四个主要阶段。“两翼”指的是线下课堂和线上钉钉群。线下课堂一方面方便教师集中讲授一些必要的专业知识以及集中解答学生遇到的共性问题,另一方面给教师与学生、学生与学生之间进行面对面充分地交流讨论提供固定的场所和机会。钉钉是阿里巴巴集团倾力打造的免费沟通和协同的多端平台,有许多专注于提升办公与协同效率的功能,对于一门项目式课程的教学同样非常适用。线上钉钉群可以方便地实现课程通知(实时显示已读未读)、课程资料分享(长久保存)等基本功能,同时使课程学习的时间和空间得到拓展和延伸,师生之间、生生之间可以随时、随地、随身地进行交流讨论,大大提高效率。线下课堂和线上钉钉群有机结合、互为补充,推进整个教学过程按课程计划有序进行。该教学模式的进一步阐释如下。
(一)课程目标
增强学生的课程参与度,并从有形和无形两个方面提升学生的获得感:(1)课程结束时获得一个完整的实物作品和一份规范的设计报告;(2)工科学生四大重要能力的提升:工程师必备的工程基础知识;协调沟通、创新思维、语言表达、文字写作等个人综合能力;项目组织、设计开发和项目实施的工程系统能力;团队合作能力。
(二)课程任务
学生组队设计制作一套小型可移动式太阳能光伏发电系统,驱动一个小功率负载,如灯泡、小风扇等,各小组可自由选择,同时为装置设想一个应用场景。光伏发电系统需具备光伏板角度可调节以及电能存储的功能。课程任务为半开放式,除了满足规定的基本要求外,鼓励学生自由发挥,增加新功能(作为加分项)。
(三)教学过程
整个教学过程主要分成如下四个阶段。构思阶段(C):各小组查找资料了解太阳能光伏发电技术(要求提交参考文献清单)。然后,根据所学知识对项目进行分析,考虑实现的工艺、策略和方法等,讨论发展出初步的技术方案(要求提交小组线下讨论的照片、线上讨论截图、设计草稿)。设计阶段(D):各小组根据前期调研给出详细的设计方案,包括系统图、计算过程及结果、成本预算等,对方案进行可行性和可靠性论证(要求提交详细的设计文稿)。此阶段设置设计方案汇报答辩环节,通过后方可获得经费进入下一阶段。实现阶段(I):各小组采购所需材料和零部件(通过淘宝采购,要求提交与卖家的聊天记录截图),将设计成品化并进行调试,直到满足设计要求的指标(要求提交制作和调试过程的短视频)。运作阶段(O):各小组对项目进行总结,一是撰写项目设计报告,包括背景知识、设计方案、结果与分析等内容;二是进行汇报答辩,展示设计成果,如以短视频的形式演示完整的操作及实物作品运行情况。
(四)课程考核
课程考核注重过程性以及学生的参与,学生个人的最终成绩由个人表现和小组表现综合得到。小组表现包括小组平时成绩(各阶段要求提交的材料)、两次汇报答辩得分和设计报告得分。个人表现包括考勤和小组内部成员之间的互评得分。设置组内成员互评的目的是为了充分考虑每个学生在整个过程中的贡献度,从而调动学生参与项目的积极性。设计报告的成绩由教师根据评分标准进行打分,见表1,两次汇报答辩的成绩则由教师和其他各个小组按照评分标准的打分综合计算得到,见表2。
三、教学模式应用与有效性分析
2020-2021学年秋冬学期,本文设计的教学模式对浙大宁波理工学院能源与环境系统工程专业大四学生进行了实践应用,共有58名学生参与,分成10个小组。整个教学周期共16周,每周四节课,每节课45分钟,各周教学内容安排见表3。最后,所有小组都较为顺利地完成了学习,经过构思,设计,实现和运作,制作出了符合要求的实物装置,如图2(a)所示;有的小组则迎难而上、刻苦钻研,为装置增加了自动追踪光源位置变化的功能,如图2(b)所示;还有的小组更是大胆设想、另辟蹊径,将环保理念进行到底,利用废旧材料设计制作了可折叠的文件夹式光伏包,如图2(c)所示。在课程结束之后,对全班同学就课程预期目标的达成情况开展了问卷调查。共发出问卷58份,回收有效问卷56份,有效率为96.6%。问卷调查结果显示,86.1%的学生认为自己主动和全程参与了整个教学过程,师生之间、生生之间的讨论交流充分而深入,课程参与度很高;91.7%的学生认为由学生自己去查阅资料,边做边学、边学边做,相比以教师为主来讲授专业的工程基础知识,对知识的理解和掌握更加深刻、效果更好;整个教学过程对学生能力的培养和锻炼作用也得到了学生的认可,表4给出了学生对各项能力锻炼程度的评分结果(平均值±标准差,各项满分均为5分);而课程的有形产出———设计报告和实物作品,也让学生觉得非常有成就感和获得感,分别得到了83.3%和91.7%的学生的肯定;对于课程的整体评价,94.4%的学生认可这种以学生为中心、以教师为主导的基于项目的教学模式。综上可见,本文提出的基于CDIO的“一体两翼”有效教学模式在实践类课程的教学应用中得到了学生的广泛认可。表4学生对各项能力锻炼程度的评分
四、结束语
篇8
[摘要]文章在总结南宁市生态住区建设现状的基础上,从住区区域生态层建设、住区自身生态层建设、和谐住区的构建三个方面入手,对未来南宁市生态住区的建设发展进行了初步分析和探讨。
[关键词]南宁市;生态住区;建设
[作者简介]刘莉蓉,广西华蓝设计集团有限公司(原广西建筑综合设计研究院)城市规划所主任规划师,广西南宁530011
[中图分类号]F127 [文献标识码]A [文章编号]1672-2728(2007)10-0096-03
一、“生态住区’’建设的理论基础
目前,学术界对“生态住区”还没有统一的定义。国外学者O・Yanitsky提出,生态住区是根据生态学原理,综合研究社会一经济一自然复合生态系统,并应用生态、社会、系统工程等现代科学与技术手段而建成的社会、经济、自然可持续发展,居民满意,经济高效,生态良性循环的人类居住区。我国学者颜京松等认为,生态住区就是按生态学原理规划、设计、建设和管理的具有较完整的生态代谢过程和生态服务功能,人与自然协调、互惠互利、可持续发展的人居环境;田静等认为,生态住区是以当地自然环境为基础,以居住者为中心,以复合生态系统的原理为指导,由自然环境、人文环境组成的有机地域综合体。
以上对生态住区的定义侧重点虽然不同,但它们实际上都是以“可持续发展理论”和“复合生态系统”理论及相关生态学原理为基础,在对生态住区基本特征和内涵的理解上较为一致。生态住区的本质既是实现居住区的可持续发展,又是为了解决居住水平提高与环境保护之间的矛盾,尽量在当代与未来间取得平衡,在尽量不破坏基本生态环境的前提下,达到人与自然的和谐共生。
二、南宁市生态住区建设现状
近年来,由于发展机遇较多,南宁市各项事业发展较快,城市建设围绕着“以人为本,走可持续性发展道路”的宗旨,实施了一系列“致力于面向城市不同群体安居行动”的城市建设项目,使城市基础设施日臻完善的同时,人居生态环境得到进一步改善,南宁市步人了环境与经济互为促进的良性循环。自1995年以来,南宁市荣获了“国家园林城市”、“迪拜国际改善居住环境良好范例城市”、首届“中国人居环境奖”、“全国绿化模范城市”等一系列荣誉称号。特别是在2005年国际人居展和2006年房博会上,南宁市又推出了一批具有生态化倾向的“绿色住区”、“生态住区”、“健康住区”等,引起了人们的关注。
由于各种条件的限制,当前的生态住区建设实践不可能达到最理想的状态,人们所能做的是:在现有的社会经济条件和技术水平下,对资源、能源尽量的节约与利用、对环境尽量的减少影响、对污染尽量的防治、对居民需求尽量的考虑,也就是国家所倡导的要全面提高住宅小区节能、节水、节地、治污的总体水平。处于欠发达地区的南宁市所推出的“生态住区”和传统、一般的住区相比,也只是具有较多“生态”的内容而已。
从总体上来看,南宁的生态住区建设实践在住区的规划与选址、气环境系统、声环境系统、光环境系统、绿化系统等方面做得相对较好,可以在自然条件相近的城市推广其经验与做法;在能源系统、热环境系统、废弃物处置与管理系统、绿色建筑材料系统等方面存在欠缺与不足,需要逐步改善。
三、南宁市未来生态住区建设发展相关分析
针对南宁市目前生态住区建设方面的现状,并结合生态住区未来的发展趋势,对南宁市未来生态住区的发展从以下几个方面进行了初步的分析和探讨。
(一)住区区域生态层的建设
城市生态住区是以周围物质环境为依托而存在,主要由气、水、声等要素构成,区域的空气质量、给水的清洁程度以及噪音的治理对住区生态有明显的影响。南宁市一些楼盘的区位充分利用了南宁市已有的大型绿地,按照“借景”原则,布局在绿地周围,或者沿城市绿带、水带布局,形成碧水环绕、绿意盎然的环境基质。但南宁市好的景观资源是有限的,有的生态住区周边的地段已集聚了很多已开发和正在开发的住区,未来可开发的空间已很少。
随着城市发展越来越快,南宁建成区可供开发的土地越来越少,加上行政区划的调整和交通条件的改善,楼盘住区的郊区化似乎已经成为一种必然趋势。在未来的发展中,为使生态住区具有充裕的自然空间,在有条件的生态住区(尤其是大型住区),可在其边缘与城市统一考虑建立生态功能区,即EFA(Ecology Function Area)。EFA是生态型的人工复合生态系统或人类聚居地不可缺少的一个组成部分。它是对人类聚居地特殊的自然景观区域或人工建立的模拟自然景观生态区域进行有意识的保留或建设,作为监察人类行为对于环境干扰程度的水准基地区域,EFA对于维护人类聚居地的生态功能、提高居民生存环境质量、促进人类聚居地的持续发展具有重要作用。
因此,在新城区的扩张过程中,规划好各种用地,在大型住区附近或住区集中的地方建设EFA,不失为明智之举。如可利用南宁市丘陵、台地较多的特点,进行住区建设时在其周围保留部分的原始地貌和植被,利用南宁市优越的气候条件,加以人工的绿化和改善,既可作为人们休闲之地,又提高了住区的环境质量,使“绿城”成为更适宜人类居住的城市。
(二)住区自身生态层的建设
1.容积率和绿化率的冲突
在传统的住区建设中,开发商为了经济利益,尽可能压缩绿化用地,增加容积率和建筑密度,使得传统住区的居住环境质量水平不高,如自然通风、光照等条件不能让居民满意。随着社会经济的发展和人们生活水平的提高,对居住环境的质量要求越来越高。因此,住宅开发商为了增加卖点,吸引消费者的眼球,开始建设规模大、容积率低、绿化空地大、楼宇间距宽的住区,此举确实提高了人们居住地的环境质量,但却忽视了生态住区节约资源和能源的基本要求,与国家建设部所提出的建设“节地省地型”住宅区相悖。专家们指出,我国作为一个发展中国家,人均耕地面积只相当于世界平均水平的1/3,只有用好每一寸土地,才能可持续发展。
南宁市丘陵面积比较多,住宅用地更应当珍惜,要在保证人们舒适居住环境的前提下,对用地多、容积率低的住区严格控制。目前国家已经停止别墅用地的审批。针对南宁市的地形特点,有些做法值得提倡:依山就水,利用原有高矮起伏山地,建成错落有致、样式各异的楼房。同时尽可能地保留原有山地的植被,建成郊外公园。这样一来,高低错落的楼房间距离要比平地上的楼房间距离显得宽阔,既节约了建筑用地,又增加了住宅楼间的可利用空间用来绿化,而且比一般住宅显得更有特色。这样就能够缓解容积率和绿化率之间的冲突。
由于南宁市本身的绿化率较高,公共绿地面积较大,因此,靠近公共绿地的住区内部的绿化率不
宜太高,内部绿化面积不宜太大,以免浪费有限的土地资源。为了使绿化能达到预期的生态效果,改善人们的居住环境质量,在保证上文中提到的绿化率为35%的基础上,可以借鉴国外的做法,增加楼房屋顶的绿化面积和垂直绿化的比例。
2.新能源利用的变化
从调查结果来看,住区的新能源利用主要集中于太阳能的光热转化利用上,这似乎也符合因地制宜的规则,因为南宁市的光热资源相对来说是比较丰富的。但与处于同一纬度、太阳能天然优势基本相同的昆明相比,利用率与普及率远不及昆明。南宁市的普及率只有30%,而昆明市的太阳能普及率达60%。因此,要提倡推广利用太阳能,而且要在将来能够向深度发展,不能只局限在简单的光热转换利用上,可引进国外先进的科技和设备,把丰富的太阳能资源转化,以解决未来常规能源不足的问题。
另外采用太阳能热水器所遇到的问题是:夏季气温高时热水用量少,此时太阳能提供的热水充足有余;到了深秋、冬季、早春季节气候寒凉,太阳光照弱,热水温度不够,特别是每年的1、2、3月气候寒冷潮湿,阴雨连绵,而此时是需要热水量最多的时期,但太阳能几乎不起作用。南宁市的冬季虽然比较短,但寒冷潮湿,是一种令人更难忍受的阴冷,气温大都会降至16%以下,16摄氏度是人体对寒冷忍受程度的一个界限,低于这一界限,人就没有了舒适感。南方采暖不像北方那样纳入政府的福利政策,普通空调采暖能耗高,普通老百姓承受不起,而且舒适性差。因此,要考虑利用南宁市另外比较丰富的新能源――地热能作为太阳能的补充。
(三)和谐住区的构建
伴随着我国城市化进程的加快以及城市化水平的不断提高,中国小区楼盘式的开发模式使住区正在成为城市的主流居住模式,构成城市生活的基本单元,在社会生活中扮演着越来越重要的角色,成为构建和谐社会的重要组成部分。城市生态住区的建设和发展有赖于社会、经济、文化等意识领域的发展和促进,而住区生态文化和文明程度的高低反过来也会对我们社会主义精神文明的建设起到重要的促进作用。
和谐住区的构建主要表现在两方面,一是追求人与自然的和谐,二是倡导人与人之间的和谐。这两方面的关系就是住区生态文化的重要内容。
1.人与自然的和谐
随着社会的发展,居民素质的提高,居民要普遍形成维护生态、保护住区内外环境的生态意识,普遍形成保护环境、节约资源的消费行为。
就目前来看,南宁市住区在宣传教育人们爱护环境方面做的工作较多,效果较好,加上住区内部美化很好,人们生活在环境质量较高的住区里,从表面看来人与环境是和谐相处的。但一涉及更深层次、实质性的人与自然的关系时问题就凸显出来:生活中比较琐碎的节约能源和水资源的行为居民重视程度不够;居民虽知道垃圾分类的重要性,但真正能在生活中持之以恒去做的却很少。这都不利于节约型社会的建设。因此,随着社会经济的发展和居民素质与修养的提高,将来人们要在深层次上讲究人与自然的和谐。
2.人与人的和谐
住区内普遍形成人与人和谐共处的生态行为;普遍形成活泼健康向上的文化追求;普遍形成强烈的住区认同感和归属感,愿意为树立和维护住区形象作出不懈努力。
而根据调查结果来看,住区的居民交往存在诸多问题:由于现代人的生活节奏较快,人们往往没有较多的闲暇时间和住区内其他居民交往;住区内组织公共活动时,居民参加的次数较少。住区邻里关系主要是以一般为主,邻里之间缺少人文关怀与交流。
构建人文和谐社会,要加强人与人之间的交流与沟通,采取多种多样的活动方式来增强住区的凝聚力。如现在互联网在住区内比较普及,人们可以通过比较先进的网络进行快速便捷的交流。
篇9
关键词:环境工程;可持续发展;生态城市;节能减排
1生态城市建设的意义
地球是人们赖以生存的家园,而今全球范围都存在着环境的治理问题,城市污水的排放、生活垃圾的堆积、森林被严重砍伐、沙尘雾霾四起等问题已经成为不容忽略的环境难题,人们迫切需要一个行之有效的方法来改善目前恶劣的环境。而构建生态城市将成为解决全球环境问题的突破点,生态城市,顾名思义就是通过生态学的原理和相关的知识体系,来实现城市生态系统中人和自然环境之间的和谐共处,综合运用环境工程、系统工程技术等先进的科学技术理论和研究方法来协调和解决由于城市发展所造成的环境问题,实现资源的合理利用,提高生态系统的修复和调节能力,构建一个人类与自然和谐共存的桥梁,充分保护仅存的自然资源和能源,为实现城市可持续发展贡献力量。
2环境工程
环境工程是研究环境污染及其防治技术的原理和方法的学科,主要体现在对固体废弃物、工业和生活废水、废气、噪声、光污染、电磁波、以及如废弃电池等具有放射性的物质的防治技术方面;另外还有一部分人将环境工程的定义扩大到除研究污染防治技术方面问题之外,还应当包括环境系统工程、环境影响评价,环境工程经济和环境监测技术。
3生态城市建设的必要性
随着城市建设规模的扩张,城市化进程已经贯穿我国广阔的疆域,随着城市化的逐步展开,生态系统的破坏程度被急速恶化,从前极少出现的雾霾状况、饮用水污情况、地下水枯竭等情况已经不可避免的出现在人们的视野中,在人们的恐慌和焦虑的背后,我们不得不重新审视城市化发展所带来的积极的一面背后,对环境所造成的影响,因此建立生态城市已经成为众望所归。
3.1资源与环境的维护
随着我国人口的不断增加,城市聚集的人员越来越多,城市的建设和发展与资源的消耗往往呈现不可替代的关联性。而我们所熟悉的大部分资源都是不可再生的资源,并非是取之不尽用之不竭,资源的数量有限,一旦消耗用尽,人类就将会面临资源枯竭的局面。伴随着城市快速推进的城市化步伐,生态环境和资源的压力与日俱增,即便是拨付高昂的治理费用却依旧收效甚微,只能起到缓解作用,根本达不到根治环境污染的最终目的。而城市的建设和发展是一项持续性的工作,不间断的资源消耗成为城市合理化建设必须解决的关键问题,而实现资源的节约与循环利用则成为解决这一问题的关键。
3.2实现资源的可持续发展
资源问题已经是摆在全球人民面前的主要问题,人类在向资源索取物质,维持生活的同时,不应当以牺牲人类生存环境作为代价,可持续发展的城市规划是一项高瞻远瞩的举措,杜绝资源浪费现象,细致入微的分析可能存在的潜在资源和可循环利用的资源;从科技创新等高端科学技术领域实现资源的二次、甚至是多次循环利用,进一步节约资源,减少废弃物的排放;城市的可持续发展是关系到我国能否长期、健康、稳定发展的战略性问题,我们有必要对此问题予以重视,为开创一条通向未来的可持续发展之路而不懈努力。
3.3城市化发展推动区域经济
城市化的发展对区域经济的建设具有重要的推进作用,在建设城镇化的过程中,人们的生活水平以及生活质量也随之加强,但是对于区域的建设中,生态环境的合理规划问题往往被设计人员所忽略,缺少区域性质的系统的、整体的规划,在生态环境的建设及其恢复方面也缺少相应的安排,最终在规划领域形成空白,使生态系统的良性循环遭到破坏,单一追求城镇化发展的速度,而忽视城市形象和建筑功能上的节能设计模块,不仅不能充分地体现以人为本的价值取向,而且会扰乱正常的生态循环。环境的保护与城市文明的构建是相辅相成的,只有满足经济持续、环境优良、生态和谐等先决条件,才能建造一个具有潜力和发展空间的新型城市。
4环境工程在生态城市建设过程中的应用
环境工程在生态城市的建设过程中充当着一项重要的应用环节,已经成为目前国际上最为推崇的技术之一,在生态城市的建设中提供了很多支持和帮助,文章通过分析当前城市建设过程中存在的环境问题,结合环境工程技术和理论的指导,总结出机电生态城市建设过程中的经验,并提出了一下几项措施。
4.1污水回收利用
城市建设过程中出现的水污染和随处排放现象始终是城市管理者面临的难题,而在生态城市建设中针对这一情况主要采用集中处理和分散处理两种形式相结合的处理模式,形成区域内的水循环利用,将城市污水的利用率进行有效提高,将污水进行分级别处理,将生活污水和工业污水区别处理,既有针对性提高了污水处理的效率,又能够合理的利用水资源,实现循环利用。对于污染不是很严重的污水,经过简单处理达到基本用水标准后,可以用于城市绿化的浇灌以及保洁卫生等环节,同时在城市规划建设过程中,加强对污水处理厂的建设和扶持力度,要严格把关工业废水的处理步骤和合格标准,杜绝二次污染情况。
4.2固体废弃物循环利用
城镇生活中产生的固体废弃物是一项庞大的污染来源,针对固体废弃物的处理主要采用循环利用的方式来实现资源的有效利用,针对城市建设过程中的生活垃圾、工业废物堆积现象应该建立垃圾处置系统,同时还需要政府和相应的主管部门能够出台相应的政策和措施,加大对环保建设的宣传教育力度,提升人们的环保意识,推行垃圾分类收集,为后期的垃圾处理提供便利,同时也能够在一定程度上减少垃圾对环境的污染程度,通过废物回收的方式,使一些有二次使用价值的固体垃圾经过处理后再次被人们所使用,以此来降低资源的浪费现象。
4.3节能减排技术的应用
企业在生产过程中对资源的耗费程度是非常巨大的,在生态城市的构建中充当着难以替代的角色,企业的发展应当以节约低耗为前提,采用先进的科学技术作为支柱,对提高资源利用率有着不可推卸的责任。在条件允许的情况下,企业应当随着时代的进步而进步,不断优化企业结构,控制能源的消耗程度,逐步完善产业结构的政策调整,积极的推行能源的结构调整,运用高科技产品,才能够在激烈的竞争中保持优势,为生态城市的建设做出贡献。
5结束语
环境工程建设是生态城市建设和发展的原动力,只有将两者有机的结合在一起,才能够保障我国城市的可持续发展,有效的提升生态环境的质量,对构建和谐的城市生活、提升城市居民的生活质量具有重大意义。
作者:姜景阳 单位:黑龙江省环境监测中心站
参考文献:
[1]黄鑫宗,莫晓晴,胡源顺,等.环境工程建设的难点及应对措施探讨[J].绿色科技,2012(07):185-186.
篇10
关键词 地震灾害;生态系统;低碳均衡;重建模式;统筹
中图分类号 F062.2
文献标识码 A
文章编号 1002-2104(2010)07-12-08
doi:10.3969/j.issn.1002-2104.2010.07.002
5・12汶川大地震给四川生态系统造成了巨大破坏。大面积的崩塌、滑坡和泥石流,形成堰塞湖,大面积地表覆盖被摧毁,动植物生存环境被破坏。地震间接影响气候环境。地震及由其造成的次生灾害毁坏作为碳循环中重要组成部分的植被,造成灾区CO2吸收能力下降,碳循环失衡。地震中死亡的大量动植物残体在腐败过程中,滋生大量生态流行病虫害,比如炭疽、疟疾、鼠疫等等,排放出大量CO2,生态均衡被打破。地震成为自然灾害中对生态系统结构和功能破坏最强烈的灾害类型之一。在全球气候剧烈变化的大背景下,加上频繁的地震灾害,生态的健康发展成为了全球越来越关注的问题。特别是汶川大地震,对长江中上游地区生态造成了巨大破坏。本文将针对汶川地震生态结构表现出的高碳化问题,运用生态碳循环理论,采用统筹方法,构建灾后生态低碳均衡模式,通过实施生态重建工程,实现灾区生态系统的低碳化目标。
1 灾区生态系统的结构特征
1.1生态要素系统
中国环境科学研究院对汶川、安县、绵竹、彭州、什邡、北川、都江堰、茂县、平武、青川、文县、理县、江油、崇庆等14个重灾县的遥感数据显示了汶川地震对森林生态系统、草地生态系统、农田生态系统和其他生态系统造成了大面积的破坏(见表1)。
1.1.1森林生态系统
汶川灾区森林资源丰富,植被种类多样:该地震带南端的云南省有“植物王国”和“植物区系的摇篮”之称;四川的被子植物、蕨类植物种类数量居全国第二,裸子植物数量居全国第一。与其他植被组成相比,由于树木生活周期较长,形体更大,在时间和空间上均占有较大的生态位置,具有较高的碳贮存密度,能够长期和大量地影响大气碳库,因此森林生态系统在全球碳循环与碳蓄积过程中起着不可替代的重要调控作用。汶川大地震使四川林业受损严重(见表2),全省林地损毁493万亩,受损林木蓄积1947万m3,森林覆盖率下降0.5%。
1.1.2草地生态系统
四川草地面积约为0.2亿hm2,占全省幅员面积的42.0%,是四川省绿色植被生态环境中面积最大的生态系统。四川草地主要分布在西部少数民族地区和盆地四周边远山区,其中80%以上分布在甘孜、阿坝、凉山三州。四川草地分布区正是汶川大地震主要区域。草地植被固定了大气中相当大一部分c02,对调节全球气候发挥重大作用。草地生态系统地上碳库不明显,其碳储量绝大部分集中在土壤中。地表土层的破坏将会摧毁草地的根系系统,会导致土壤中有机碳的大量释放。地震是影响内陆草原土壤碳储量最为剧烈的自然活动因素。汶川地震造成的滑坡分布区域面积约48678km2,滑坡总面积711.8km2。大面积滑坡破坏草地的根系系统,使原来固定在草被中的碳素全部释放到大气中;滑坡破坏了原来的土壤结构,使土壤中的有机质充分暴露在空气中,促进了土壤呼吸作用,加速了土壤有机质的分解。
1.1.3农田生态系统
受灾地区共有农田20504km2,其中旱地11018km2,水田9486km2。由于灾区农田总面积70.23%分布于东南部的平原区,因此本次地震对农田的破坏不大。直接损毁农田33.59km2,其中旱地损毁28.94km2,占损毁农田面积的86.16%,水田损毁4.65km2,占损毁农田面积的13.84%。受损农田主要分布于西部山区,其中北川县和平武县农田损毁比较严重,农田损毁面积占了灾区损毁农田的70%。农田生态系统中的碳库是全球碳库中最活跃的部分,是在人类活动干扰下的生态系统碳流动过程。农作物通过光合作用固定大气中的CO2,一部分合成有机质,以食物、饲料等形式存在于植物体内,然后通过人和动物的消耗排放到大气中;一部分成为工业原料储存起来;还有一部分直接用于植物的呼吸消耗、残体腐烂分解释放CO2到大气中,形成农田生态系统的碳循环过程。
1.1.4湿地生态系统
四川湿地总面积42089.57km2,占全省土地面积的8.7%。四川省大于1km2自然湿地主要分布在四川西部,面积20518.22km2,占全省湿地总面积48.78%,是本次地震的主灾区。四川湿地植物主要以草本植物为主,兼有灌木和乔木,共有68科150属299种;湿地动物主要包括122种鸟类,224种鱼类,12种兽类,36种两栖类,15种爬行类。湿地是地球上生物产量最高、生物多样性最为丰富的自然生态系统之一,是生物多样性的特殊栖息地,是重要的碳汇,被破坏的湿地会释放大量的c02等温室气体。湿地生态是生态系统的重要组成部分,也是自然碳循环中的重要组成部分。
1.2生态环境参量
灾区地形地貌复杂,山高谷深,是众多河流的发源地或上游区。地震引起地质滑坡、泥石流增加,泥沙与砾石滑入河流,淤塞河道水库,抬高河床,破坏水体与水库容量,削弱区域防洪能力。灾区气候环境复杂、山体滑坡规模大、水体存在隐患、森林破坏严重,对生态环境造成严重影响。
1.2.1气候参量
在全球的陆地气候环境中,除典型的赤道雨林气候和极地冰盖气候外,受纬度带谱和垂直带谱影响,该地震带上涵盖了多种气候类型:暖温带季风森林草原气候,暖温带季风半旱生落叶阔叶林气候,北亚热带季风落叶常绿阔叶林气候,高原高山寒温带气候,中亚热带季风常绿阔叶林气候,高原高山亚热带季风气候等等,构成了复杂多变的独特气候环境。
1.2.2山体参量
汶川大地震诱发的大规模滑坡受地震烈度、地形结构、土质及构造运动等多方面因素的影响,使得四川、陕西和甘肃山区发生大面积山体滑坡。表3显示,地震烈度越
高,造成滑坡体面积越大,但滑坡个数却不是最多;地震烈度在9度时,造成的崩塌滑坡个数最多,占整个滑坡总数的三分之一以上。地震重灾区汶川县境内产生滑坡体206.5km2,151.08km2林地、16.13km2草地、5.11km2耕地遭破坏,崩塌的滑坡体填充的河流面积3.45km2,各类生态系统服务总价值损失22646万元。
1.2.3水体参量
汶川大地震产生近200个堰塞湖,较大的有35个,其中33个在四川。从短期来看,3―5年的时间里,这些堰塞湖不稳定,余震、雨季都有可能造成溃堤,对生态带来次生灾害。地震造成398座水库出现险情,库堤开裂受损,附属设施受到破坏,水库排水不畅;山崩和大量泥石倾泻到低洼地区的水库中,抬高水库的水位,考验堤坝承受能力。地震引发放射性元素活跃性增强、重金属分布被打破以及化工原料泄露等事件,径流、湖泊水体质量受影响。
1.2.4森林参量
森林具有二重性:当森林发挥稳固水土资源、调节气候的功能时,森林属于环境系统要素之一;当森林特指林木,作为食物链上的生产者时,森林属于生态系统要素之一。5・12地震使受灾区森林植被毁损严重,不少地方昔日青山如今满目疮痍。据四川省林业厅统计,地震造成四川地区泥石流堆积灾害迹地达343万亩,堆积量达42.96亿m3,森林水源涵养功能降低30.24亿t,水土流失潜在条件将使进人长江的泥沙达到10.74亿m3;森林碳汇储备能力每年损失78.1万t,损失价值2.5亿元,森林释放氧气能力降低67.38万t,损失价值2.7亿元。
1.3生态系统整体特征
灾区生态系统要素和生态环境遭到巨大的破坏,在灾区开展生态系统恢复重建,需要结合国际生态发展趋势和国内生态发展战略。这是一项规模宏大的生态重建工程,涉及到自然生态和人工生态,包括灾后恢复的保障系统、环境系统等各个子系统。因此,灾区生态系统是与国内外发展环境息息相关的开放复杂巨系统,其主要特征表现为涌现性、开放性、复杂性、巨量性,如图1所示。
1.3.1余震不断,熵值增大化
汶川大地震受灾面积大,受灾情况严重,受灾地区地形复杂、山体植被损毁严重、水资源受污染、农耕田大面积破坏等复杂的情况,导致生态恢复过程中不断涌现新的问题。余震不断,土壤中存贮的CO2被释放出来;山体、植被、水资源被反复破坏,泥石流掩埋了大量生命体,这些生命体在分解过程中向大气释放出大量温室气体。自然生态的碳平衡在余震中不断被破坏,新的平衡重建过程必然伴随人类使用大量石化能源,对灾区进行能量的输入,造成碳排放增加。这些不断涌现的新问题,打破了生态系统碳循环的有序性,系统内混乱程度加大,熵值增大。要克服熵值增大,就要以生态低碳为目标重建灾区碳循环模式,减少系统熵值,实现整个生态系统有序化。
1.3.2环境开放,结构高碳化
生态系统不断地与其所处环境发生物质一能量一信息交换,体现了系统的开放性。地震释放出地质深处大量有害气体,增加了大气中高碳气体总量;地震损毁大片地表植被,削弱了灾区植被固碳能力;重建资金主要投向城乡住房、公共设施、基础设施和重大产业重建,对林木、草地等植被的重建资金投入不足。灾后人类生产和生活快速恢复,但自然生态系统恢复缓慢,灾区人工生态系统和自然生态系统失衡,生态结构高碳化。灾后生态恢复,应该以人工生态高碳结构调整为主,发展高技术、低能耗的产业,使用可再生能源及太阳能、风能、核能等新能源,宣传低碳生活,鼓励低碳消费,构建生态系统的低碳结构。
1.3.3物种多样,生态复杂化
灾区地势上属青藏高原边缘昆仑山―祁连山―龙门山―大凉山向海拔1000―2000的中级台阶四川盆地的垂直过渡区,其物种多样,生态丰富:植物种类占全国的85%,滇北、川西有大量原始森林;动物种类多达1000种以上,其中兽类近200种,占全国的1/2,鸟类776种,占全国的66%,爬行类和两栖类有600多种,鱼类200余种。地震后,动物行为方式是否发生转变,物种基因是否发生突变,食物链是否发生改变,物种生存环境是否发生变化等等不确定性,使灾区生态变得更加复杂化。因此,生态重建要对灾后生态具体情况展开调查,并进行定性定量分析,如受灾地区的岩石、土壤、空气质量、水质等多方相互作用的自然环境分析,植物群落、动物群落以及人类社会震后的相互关系分析等等。这些错综复杂的关系需要在灾后恢复中妥善处理,重新确立生态均衡关系,避免灾后生态系统失衡。
1.3.4对象太多,系统巨量化
灾后生态重建的低碳统筹复杂巨系统包括自然环境、生物群落和人类社会三个子系统,而各子系统又包括其各自的子系统。其中,自然环境子系统包括水、空气、岩石、无机盐和有机质;生物群落子系统涉及植物群落和动物群落;人类社会子系统包括低碳农业系统、低碳经济系统、低碳制度系统、低碳文化系统等等。可见,这一系统是一个具有很高维度的复杂巨系统。面对这样的复杂巨系统,应该按照统筹方法,对灾后生态系统的巨量性化繁为简,以简驭繁,实现生态系统整体协调发展。
2 灾区生态重建的模式框架
灾后生态重建,是面对结构遭到重创的生态系统,按照生态碳循环理论实施的一项以建设低碳均衡结构为目标的生态重建工程。在灾区开展生态重建低碳工程,比在其他地区打破原有生态系统再重建低碳生态更节约成本。这项系统工程涉及到灾区生态的各个层次,需要按照统一的指导思想,遵循生态碳循环的规律,在多方协调与合作的基础上建立生态低碳均衡结构。如图2所示。
2.1统筹思想
低碳重建作为一种新型的、特殊的恢复方式,就是在灾后重建的实践中运用低碳均衡理论组织生态重建,实现生态恢复的低碳发展模式。这一创造性的重建模式,必须基于综合集成与统筹优选的思想,对灾后生态系统进行统筹恢复重建,寻找新均衡,实现灾区生态从简单恢复提升为科学发展式修复重建。灾后生态重建,是以科学发展观为指导思想,以人为本,尊重自然为原则,全面协调可持续发展为目的,统筹兼顾为方法,对灾区脆弱的生态系统重塑均衡,建设和谐生态。低碳统筹模式从自然生态和人工生态两个维度展开,针对自然生态和人工生态碳循环的不同特点,以自然生态的增汇和人工生态的减源作为实践方向,以尊重自然、保护生态为前提,在灾区发展典型的生态统筹重建模式。基于生态碳循环的观点,从碳源和碳汇两个角度人手,通过自然生态和人工生态的碳中和,实现低碳均衡。碳中和的实现有两个基本途径,一是在源上的替代、减少、提高效率,二是在汇处的吸纳、中和、末端处理。碳源处理,一般是通过能源结构调整、产业结构调整和技术创新来实现的,而碳汇则更多依靠制度手段,如制订优惠政策,鼓励植树造林和退耕还林,是生物固碳、扩大碳汇、减缓温室效应,减少CO2排放最经济和最有效的途径
之一。
2.2生态循环
生态碳循环是生物地球化学循环中重要的组成部分,认清楚这种循环规律,并改善生态碳循环,将有利于解决生态高碳化问题,建立生态均衡结构。生态碳循环过程中形成了许多CO2、CH4和N2O构成的碳源和碳汇。碳源对应碳排放过程,碳汇对应碳存储过程。碳存储和碳排放是两个具有相反运动方向的过程,构成封闭的碳循环。如图3所示。通过对碳存储和碳排放过程的人工干预,可以改变碳存储和碳排放的速度,从而影响作为环境参量的大气CO2混合比例。
从地球空间角度来看,不妨将存在大气中的碳统称为碳气圈,存在于地表土壤和岩石中的碳统称为碳壳圈,存在于地表以下的碳(比如煤炭、石油等石化资源)统称为碳核圈。那么,碳从碳气圈碳壳圈碳核圈的过程,即为碳存储;反方向的运动过程即为碳排放。这样就构成了碳在生态地球空间的循环,如图4所示。地球生态碳循环可以分为自然生态碳循环和人工生态碳循环两个部分。
自然生态碳循环过程中,绿色植被在光合作用下从碳气圈吸收CO2,将空气中的碳固定在碳壳圈,碳壳圈的碳经过地质运动,被深埋入碳核圈,经过生物地球化学反应,形成石化资源。这样完成了自然生态的碳存储过程。煤层自燃、天然气溢出等自然作用,将会把碳从碳核圈释放到碳气圈;林木燃烧、腐烂等自然作用,将把碳从碳壳圈释放到碳气圈:这些都是自然生态的碳排放过程。在当前自然生态碳循环中,碳存储速度快于碳排放速度,碳存储规模大于碳排放规模。
人工生态碳循环过程中,人类大量开采碳核固的石化资源,并燃烧石化资源向碳气圈排出大量CO2;人类劈山开路、开垦荒地,破坏了碳壳圈,释放出CO2。这就是人工生态碳排放过程。人类通过CCUS(CO2 Capture and Using/Storage)技术,将生产、生活、运输等过程产生的碳捕获下来,进行二次循环利用或封存到碳核圈,这就是人工生态碳存储过程。当前人类对石化能源依赖很强,消费很大,而碳处理技术尚不成熟,碳排放速度远远快于碳存储速度,碳排放规模远远大于碳存储规模。
由此可见,自然生态和人工生态两个子系统内碳循环不协调,子系统间不均衡。因此,有必要综合统筹自然生态和人工生态两个子系统,构建生态系统均衡结构。
2.3均衡结构
生态碳均衡就是人工生态系统和自然生态系统碳循环间达到一种相对稳定状态,在这种状态下,人工生态系统和自然生态系统都能够健康发展,任何一个系统的碳循环发生改变都会威胁到整个生态系统。因此,生态碳均衡可以从人工生态子系统和自然生态子系统两个方面来阐述,如图5所示。在人工生态子系统内,社会、经济、文化和制度相互作用,相互制衡,并决定人类的能源消费模式和人类向大气的碳排放量。人工子系统碳循环以废物、废气、废水的形式向外排放出大量碳,通过垃圾站、污水站以及碳捕获站等方式将碳收集起来,集中排放到自然生态子系统。自然生态子系统通过无机环境和生物群落的物理一化学作用,构成子系统内碳循环,同时降解和吸收人工生态子系统排出的废物、废气、废水,尤其是植物通过光合作用固定大气中的CO2,减少温室气体。排出人工生态子系统循环外多余的碳排放和自然生态子系统循环富余的碳存储合在一起,就是碳中和。碳中和的结果有三种:一是碳排放量多于碳存储量,碳中和后仍有多余的碳排放量;二是碳排放量少于碳存储量,碳中和后仍有多余的碳存储量;三是碳排放量与碳存储量相当,人工生态子系统和自然生态子系统形成完全碳中和。如果生态系统碳中和的结果长期处于第一种情况,那么多余的碳排放量将随时间累积起来,发挥累积效果,形成温室效应;如果生态系统碳中和的结果长期处于第二种情况,那么多余的碳存储能力将吸收以前排放的温室气体;如果生态系统碳中和的结果是第三种情况,那么生态系统实现碳循环平衡。
在低碳均衡结构中,人工生态子系统通过低碳社会、低碳经济、低碳文化和低碳制度改变人类的物质和能源消费方式,减少子系统的碳消耗,减少排放到自然生态系统中的高碳废物、废气、废水;运用CCUS技术,增强子系统内的碳存储能力。自然生态子系统通过增加生物群落中的绿色生产者,增强碳吸收能力;加强环境保护和建设,减少子系统内的碳排放。通过对生态系统碳循环的合理调节,可以实现整个生态系统的动态碳均衡。
3 生态重建工程的运行模式
生态系统作为典型的开放系统,在受到地震破坏后,可以通过自身动态调节达到平衡,但时间非常漫长。低碳生态重建是以低碳方式定向加速生态系统改善并达到生物群落和谐共存的演替过程。这种演替过程是不可逆的,但可以在关键环节实现突破性的进展,加快演替速度,缩短演替进程。
3.1运行演化
地震打破了原有生态系统碳均衡结构,土壤、动植物残骸、人类社会等排放出大量CO2,生态系统瞬间跃迁高碳区间振荡。如图6所示。在3―5年内,生态将处在高碳区间振荡。生态系统与外部环境进行能量、物质和信息的交换,系统内各要素相互作用,将形成新的生态有序结构。通过低碳技术对生态进行重构,将引导生态系统朝着低碳均衡方向演化,逐步形成低碳均衡生态新结构。因此地震灾后的生态恢复,是一个生态混乱程度不断降低,系统熵值不断减小的过程,需要一段较长的时间。树木尚需十年,动物的回归、食物链的修复、生态系统的恢复、低碳生态均衡的建立,则是一个更长久过程。发挥人类主观能动性,开展生态低碳重建工程,将会大大缩短生态系统结构调整时间,加速实现生态系统低碳均衡结构。
3.2重建工程
生态重建系统工程就是基于现有的社会经济基础及背景,充分发挥已经确立的或潜在的社会经济优势,对灾后重建过程中的社会物质和能量投入进行统筹优化,达到灾区生态系统效果最优化。它是以灾区人类生态系统整体优化为目的,通过在关键环节投入物资和能量,对灾区生态系统和人类社会经济系统进行整理和重组,形成一种有利于人类的、良性循环的生态系统的过程。如图7所示:灾区的植被、动物活动、人类生产生活规律被地震打破,生态系统的CO2等温室气体排放量远远大于CO2吸收量;通过植被恢复工程、节能减排工程、城市改造工程,建设低碳生态工业、低碳生态农业、低碳生态城市,实现灾区生态环境、生态社会、生态制度和生态文化的重建,最终达到灾区生态系统碳循环的低碳均衡。
3.2.1生态城市低碳化
生态城市是建立在对人与自然关系更深刻认识基础上的新文化观,是按照生态学原理建立起来的社会、经济、自然协调发展的新型城市关系。生态城市低碳化是市民以低碳生活为理念和行为特征、经济以低碳经济为发展模
式及方向、政府公务管理以低碳社会为建设标本和蓝图的城市化进程。地震给四川带来了巨大的破坏,灾区的重建又是一次工业化和城镇化的过程,参与重建的政府、企业等各方单位都需要更加重视经济发展与资源和环境的平衡,使得新建的城镇更加能够适应全球气候变化的挑战。
四川广元位于川陕甘三省交汇处,是5・12大地震的重灾区之一,是明确提出低碳重建的城市。依靠丰富的天然气资源,广元提出了能源转化行动,35家大中型企业的能源供应将逐渐从煤转化为天然气,预计每年可减少CO2排放123万t。到2015年,广元九成的出租车和公交车动力能源也将采用天然气。为增加碳汇,广元市计划到2015年,全市森林覆盖率从2009年的48%增加到53%,未来的产业结构也将向旅游业、茶产业、电子业等低碳产业转型。广元市对污水处理重建采用了蚯蚓生物滤池,数百条经过特殊培育的蚯蚓“清洁工”对进入滤池的污水和污泥进行生物净化,净化后的清水排入江河,处理后的污泥则变成了无害的蚯蚓粪,用作农田肥料。
3.2.2生态工业低碳化
生态工业是模拟生态系统的功能,建立起相当于生态系统的“生产者、消费者、还原者”的工业生态链,是以工业发展与生态环境协调为目标的工业模式。生态工业低碳化是在生态工业的基础上,以低能耗、低污染、低排放为目标的工业生产模式升级,是人类社会继农业文明、工业文明之后的又一次重大进步。低碳生态工业实质是能源高效利用、清洁能源开发、追求绿色GDP的问题,核心是能源技术和减排技术创新、产业结构和制度创新以及人类生存发展观念的根本性转变。
灾区工业百废待兴,其建设成本远低于工业发达地区。在重建过程中,应该顺应国际产业发展的新趋势,大力发展环保产业、大力发展绿色制造、大力发展低碳工业,建设资源节约型、环境友好型工业;大力发展低碳经济、节能与新能源产业,加快自主创新步伐,推进产业升级和结构调整。灾区政府应该采取有力措施,积极引导灾区工业走绿色发展的道路,抓好节能减排技术、绿色和气候友好技术,尤其是低碳技术的研发,加快节能环保和装备的推广应用。
3.2.3生态农业低碳化
生态农业是指在保护、改善农业生态环境的前提下,遵循生态学、生态经济学规律,运用系统工程方法和现代科学技术,集约化经营的农业发展模式,按照生态学原理和经济学原理,运用现代科学技术成果和现代管理手段,以及传统农业的有效经验建立起来的,能获得较高的经济效益、生态效益和社会效益的现代化农业。生态农业低碳化是在生态农业的基础上,以低碳理念为指导思想,以低碳能源为建设动力,将传统生态农业生产模式提升到以低碳技术为核心的新型农业生产模式。
在灾区发展低碳生态农业,应该开发安全优质农产品,并注重生态环境经营,同时积极对农村产业结构进行低碳化调整、优化和升级。安全优质农产品应该满足国家绿色农产品和有机农产品的标准。有机农产品不施用任何化学合成物质,绿色农产品严禁施用高毒高残留化肥农药,少用化学合成物,多用有机肥。这是从根本上解决农业生产过程中大量消耗化石燃料、大量排放温室气体的问题,是应对气候变化的重要途径,对灾区发展低碳生态农业十分有利。
3.3政策保障
生态低碳均衡模式的着眼点是人类与自然环境的和谐相处,核心是人类的可持续发展,目标是低碳均衡,本质是应对全球气候变暖。在灾区开展低碳均衡模式实践,应该结合灾区生态的实际情况,长远规划,统筹安排,在尊重自然规律的前提下,坚持以自然恢复为主,人工重建为辅的原则,制定相关政策制度,保障低碳生态的实现。
(1)总体规划,综合恢复,实施低碳政策。以可持续发展思想为指导,把灾区江河作为一个整体的大系统,从自然、社会、经济综合考虑低碳化进程,统筹安排、综合治理、宏观调控;建立相应的碳汇管理和经营体制,引导灾区群众在尊重自然的基础上过低碳生活。
(2)退耕修养,还林还草,实现低碳生产。阿坝州、山州、甘孜州、雅安、广元等灾区山多坡陡,在坡度大于25度的陡坡和水土流失严重的地段,应坚决杜绝开荒,已开垦的地段应尽快退耕还林;在绵阳、德阳、都江堰等成都平原西北部地区,土壤和水利条件较好、坡度较缓、水土流失潜在威胁较小,应实行林业和农业综合规划,推行农林复合经营体系,实行低碳生产。
(3)发展林木,建管结合,构建碳汇基地。大力发展灾区林木业,林木建设和管理相结合。对灾区,主要是尽可能多地保护现存森林碳库,改变天然林的采伐机制;在无林地上营造人工林;促进次生林的天然或人工更新,并加以保护;在农田和牧场上增种树木,发展农林综合经营系统;扩大人工植树造林,提高森林碳汇功能;发展速生丰产林,加强人工林的集约经营、提高生产力、增加碳汇,增加耐久木材产品;开展群众性的造林绿化,加快防护林和公益林建设。
(4)生态核算,效益补偿,建立碳汇市场。尽快建立经济生态核算和生态效益补偿制度,建立国内碳交易市场。鉴于灾区生态工程建设的长期性和全局性,通过政策、立法,在财政、税收信贷等方面进行扶持。参与碳市场交易,按照森林生态效益的高低对经营者实行补偿,这不仅对提高经营者经营的积极性是有益的,同时对提高灾区的生态意识,以全新的碳交易观念评价森林都是必需的,应尽快加以实施。