排水体系（共7篇）
排水体系 篇1
1 背景介绍
英国是多雨国家,每年都有部分地区遭遇洪水侵袭,因此对海绵城市的设计格外重视。英国通过设计可持续排水体系,即Sustainable Drainage System(SuDS),使其在管理地表水资源过程中利益最大化。加拿大称为最佳管理实践(Best Management Practices),此概念于20世纪末把暴雨雨水管理措施纳入其体系中。美国称为低影响开发(Low ImPact Development),澳大利亚称为水敏性城市设计(Water-sensitive Urban Design)。2015年英国食品与农业部(DEFRA)总结了可持续排水体系的4种优势:水资源总量、水资源质量、宜居性以及生物多样性。其中,水资源总量指对洪水危险管理的支持、维系并保护自然水循环;水资源质量指管理地表径流质量以防止污染;宜居性指为人们创造并保持更好的居住场所;生物多样性指创造并保持更好的自然环境。
这种自然方法通过减缓、控制水资源进而管理建筑物周围及其所在社区内的地表径流。该理念强调大部分雨水应就地减排或收集,而不是直接排入城市排水系统,尽量降低瞬间聚集的大量地表水所带来的洪水危险。可持续排水体系适用于城市以及农村地区,现有社区或新建社区皆可。《2010年洪水和水资源管理法案》(Flood and Water Management Act 2010)规定:建造商有责任进行景观开发,以使屋顶排水以及行车道排水渗入绿地,而不是直接涌入城市排水系统(见图1)。2015年4月6日以来,英格兰受洪水影响区域及周边地区的所有新社区开发必须设置可持续的排水体系,这是管理地表水排放的一项主要原则。英国国家规划政策规定:规划部门必须给予可持续排水体系规划许可的优先权。
2 可持续排水体系的技术形式
可持续排水体系有多种形式,可以进行地上或地下设计,包括种植、采用专业工业产品。根据英国食品与农业部(DEFRA) 2015规定:可持续排水体系的设计通过多种技术手段,就近管理并使用雨水,以期获得最大利益(见表
1)。其核心理念为可持续排水体系管理系列(SuDS ManagementTrain),即通过一系列技术手段共同组成必要流程,以实现控制地表径流的频率、流速、流量,并将污染源控制在可接受范围。因此,多数实例均采用几种或多种技术手段以实现总体目标。设计人员可根据地方文脉,借用系列方法创造绿色走廊,与动植物栖息地联系在一起,并赋予其娱乐、教育以及宜居性。
3 英国安捷伦(Agilent)社区案例
可持续排水设计有多种技术手段,下面以安捷伦社区为例着重介绍缓冲蓄存水箱。
3.1 地理位置
该场地位于爱丁堡南昆斯费里福斯湾(Firth of Forth)南部海岸(见图2),占地14hm2左右,是安捷伦科技公司原址,公司2010年搬迁至别处后,场地一直处于空置状态。
3.2 项目概况
住宅开发规划许可于2012年获得,设计包括450栋新住房开发,混合了独立、半独立、联排住宅与公寓,以及1500m2的商业,总平面图由EMA建筑师事务所设计完成(见图3～5)。
3.3 可持续排水设计:缓冲蓄存水箱
安捷伦项目开发要求设计地下排水体系以解决地表水径流并降低洪水危险,设计采用4种缓冲蓄存水箱(AquaCell),提供适应不同需要的组合:环保水箱(AquaCell Eco)、卓越水箱(AquaCell Prime)、精品水箱(AquaCell Core)、加强水箱(AquaCell Plus)。环保水箱呈黑色,针对埋深较浅以及非交通区域而做出独有设计,如家庭花园以及类似的景观区域;卓越水箱呈灰色,既可适用常规交通区域,如停车场(12t以下的车辆),也适用于景观区域;精品水箱是深蓝色,适用于常规和重载交通区域,可行驶轿车、货车(重达44t);加强水箱是浅蓝色,适用于深埋,可以和其他3类组合,具有良好性能。安捷伦新住宅开发项目采用多种水箱组合,因加强型水箱可深埋,故置于最低层,中间是精品水箱以保证承载力,最上面根据景观区域或交通区域可分别采用环保型或卓越型,如公交车回转半径处设计安装了2100个缓冲蓄存水箱,从下往上依次为加强水箱(浅蓝色)、精品水箱(深蓝色)和卓越水箱(灰色)(见图6)。
3.4 启示
这4种类型缓冲蓄存水箱易安装、工期短,组合安装完成后外裹土工布或土工膜,适用于多种综合开发项目。暴雨期间,水箱提供蓄水功能;雨后,水箱可以通过水阀控制,使蓄水缓慢排放至土壤中,也可通过一定处理为居民提供中水,如冲洗厕所等。缓冲蓄存水箱能为居民提供成熟的方案,从而解决短时暴雨所带来的大量地表径流。从短期和长期来讲,可有效降低社区洪水危险。所有水箱均埋置于地下,不影响任何地上空间场所设计,可结合场地开挖共同施工,降低洪水危险,有效利用水资源,增强社区生物多样性以及宜居性,为新社区建设提供重要参考。
摘要：世界上任何一个国家,城市中的水资源管理都是难题,这已成为水资源本身和城市基础设施之间的一场战争。传统城市排水体系有诸多缺点,如地表水径流增加了洪水危险及污染,尤其是暴雨。在过去几年,中国多个城市因强降雨导致洪水肆虐,造成人员伤亡及财产损失。城市为水资源发掘空间固然重要,但更重要的是社区能对可持续排水体系作出贡献。本文以英国安捷伦社区(Agilent)为例,对可持续排水体系展开论述,该体系以地下缓冲蓄存水箱(AquaCell)为主要技术手段,从而实现蓄存雨水井能释放回自然,降低洪水危险,有效补充地下水源。
参考文献
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对合流制排水体系改造的探讨 篇2
关键词：排水体制,截流式合流制,污水处理
0前言
合流制排水系统是将城市生活污水、工业废水和雨水径流汇集在一个管渠内予以输送、处理和排放。按照其产生的次序及对污水处理的程度不同, 合流制排水系统可分为直排式合流制、截流式合流制和全处理式合流制[1]。城市污水与雨水径流不经任何处理直接排入附近水体的合流制称为直排式合流制排水系统。国内外老城区的合流制排水系统均属于此类[2]。
随着工业化的不断发展。污水对环境造成的污染越来越严重, 必须对污水进行适当的处理才能够减轻城市污水和雨水径流对水环境造成的污染, 为此产生了截流式合流制。截流式合流制[3]是在直排式合流制的基础上, 修建沿河截流干管, 并在适当的位置设置溢流井, 在截流主干管 (渠) 的末端修建污水处理厂。该系统可以保证晴天的污水全部进入污水处理厂, 雨季时, 通过截流设施, 截流式合流制排水系统可以汇集部分雨水 (尤其是污染重的初期雨水径流) 至污水处理厂。但另一方面雨量过大, 混合污水量超过了截流管的设计流量, 超出部分将溢流到城市河道, 不可避免会对水体造成局部和短期污染。并且, 进入处理厂的污水, 由于混有大量雨水, 使原水水质、水量波动较大, 势必对污水厂各处理单元产生冲击, 这就对污水厂处理工艺提出了更高的要求。
在雨量较小且对水体水质要求较高的地区, 可以采用全处理式合流制[4]。将生活污水、工业废水和降水径流全部送到污水处理厂处理后排放。这种方式对环境水质的污染最小。但对污水处理厂处理能力的要求高, 并且需要大量的投资和运行费用。
1国内污水管网的现状
1.1 污水管网设计管径偏小, 施工质量差
过去大部分城市都存在污水管网设计管径偏小的问题, 其主要原因是资金困难, 不建污水管网, 利用直排式合流制管网输送污水。城镇公用设施建设也没有规划, 甚至设计部门即使设计好的污水管网, 也因为资金问题, 将管径改小或者根本不建。也有设计者设计经验不足, 设计水平不高的问题。
1.2 污水管网疏于管理
由于污水管网大部分是合流制管道[1], 所以, 利用率普遍不高。有的城镇在修路时虽然建了污水管网, 但由于以下几个原因, 导致污水管网埋在地下十几年, 没有得到充分利用:①当时的污水管网施工质量没保障;②所设计的污水管网, 管径偏小;③随着规划的变更, 致使污水管网不能利用;④下游污水管网没有修建。
1.3 污水管道规划不合理
很多城市以前建设欠缺规划, 导致排水许管道的规划不合理。很多城市存在着已建城市居民区、甚至现在正在施工的住宅小区, 在设计阶段就没有按照雨、污分流来布局, 导致居住区仍为合流制污水管道, 给以后的分流制污水管网建设带来更大的困难。
2改旧合流制为分流制
将旧合流制改为分流制, 这是一种彻底的改造方法。由于实施雨、污分流, 可以将污水全部引至污水处理厂进行处理, 杜绝了污水直接排放对水体的污染。同时, 由于雨水不进入污水处理厂, 处理水的水质水量可维持较小的变化范围, 保证出水水质的相对稳定, 容易做到达标外排。要实施分流制, 对于现状条件的要求较高, 不论是住宅区还是工业企业, 其内部的管道系统必须健全, 要求有独立的污水管道系统和雨水管道系统, 便于接人相应的城市污水、雨水管网;同时要求城市街道的横断面有足够的位置, 允许新增管道的铺设。一般城市由于建设年代久远, 地下管线基本成型, 地面建筑拥挤, 路面狭窄, 如若将合流制改为分流制, 存在投资大、施工困难等诸多现实问题, 很难短期内做到。
2.1 保留部分合流管, 实行截流式合流制
大部分城市, 如果水体环境有足够的自净能力, 可以采取截流式合流制排水系统[5], 保留老城区部分合流管, 沿城区周围水体铺设截流干管, 对合流污水实施截流, 并视城市的发展状况, 逐步完善管网, 改为分流制。这种过渡方式, 由于工程量相对较小、节约投资、易于施工、见效快, 已得到广泛应用, 并取得良好效果。旱季时, 截流式合流制排水系统可将污水全部送入污水处理厂。雨季时, 通过截流设施, 只能将部分合流污水输送至污水厂处理, 超出截流水量的污水排入附近水体, 不可避免会对水体造成局部和短期污染, 而进入处理厂的污水, 由于混有大量雨水, 使原水水质、水量波动较大, 势必对污水厂各处理单元产生冲击, 这就对污水厂处理工艺提出了更高的要求[6]。另外, 这也存在着一定的隐患, 就是如果在夏季暴雨季节, 大部分雨水和污水由于合流体制的问题, 将会使部分污水不经过处理, 直接经过雨水管道排人下游, 直接污染下游的河道, 可能会对下游的城市或者村庄形成严重的污染。所以这样建设也只是权宜之计。但是在短时间内可以充分发挥效益。
2.2 设置合流污水调蓄构筑物
有些城市因周围水体稀疏, 环境容量有限, 自净能力较差, 不允许合流污水直接排入。这种情况下, 可在截流干管适当位置设置合流污水调蓄构筑物, 将超过截流干管转输能力及污水厂处理能力的合流污水引入调蓄构筑物暂时储存, 待暴雨过后再通过污水泵提升至截流干管, 最终进入污水厂进行处理, 基本上保证水体不受或少受污染[7]。这种调蓄构筑物往往占地面积很大, 并且雨水量不是一个定值, 合理确定合流污水调蓄构筑物容积有较大难度;再者, 调蓄合流污水量最终再通过污水泵提升至截流干管 (极少数有高差利用的城市除外) , 造成日常运行与维护管理的不便, 也增加污水处理厂的负荷及运行费用, 所以不提倡采用, 只有充分论证无实施分流制的可能性后才予以考虑。
2.3 对溢流混合污水进行处理
如果城市周围水体自净能力有限, 水体环境相对脆弱, 采用截流式合流制排水管渠系统, 在溢流合流污水排入水体前, 必须进行处理。针对合流污水水量大、浓度低的特点, 可采用一级处理, 选择筛滤、混凝沉淀、投氯消毒的处理工艺。合流污水经处理后, 污染物浓度可显著降低, 从而大大减轻对水体的污染。同样, 该措施由于考虑雨水的处理, 与前种情况存在类似的不足:日常运行费用高, 且分散处理设施远离城市集中污水处理厂, 在运行、维护、管理等方而均存在诸多不便[8]。
根据我国城市水污染控制技术政策要求, 应加强城市市政排水管网的改造、调整和建设, 做到雨、污水分流, 为城市污水集中处理创造条件。因此, 对于城市旧合流制排水管渠系统的改造措施, 应优先考虑分流制, 在实施难度较大的情况下, 可考虑采用截流式合流制排水管渠系统。我国大部分城市, 其旧城区建设一般处在合流制盛行的年代, 很难在短期内改变现状, 为此, 我国对城区旧合流制的改造, 截流式合流制排水体系是最常用的方式。实施截流式合流制排水系统是一项复杂的工程, 往往历时较长, 一般要滞后于污水处理厂的建成, 这就可能导致城市污水厂建成后一段时期内, 其处理水量达不到设计规模, 而在截流管道完成后, 往往因截流倍数或截流措施选用不当造成污水厂处理能力不足, 应引起足够重视, 尽量保证两者在建设上的同步。同时, 由于水量剧烈变化, 会引起二级生化处理部分微生物大量流失, 导致出水水质恶化, 这就要求选择的污水厂处理工艺, 具有较强的抗冲击能力, 如氧化沟、SBR等生化工艺。
3结论
在排水体制的选择上, 我国存在着不切实际地选择分流制的问题。分流制虽然有很多优点, 但对于无法拓宽道路、改造原有小区排水系统的老城区以及像深圳等城市的住房阳台改成厨房或装上洗衣机等情况, 生活污水会直接进入雨水管道系统, 无法实施雨、污分流, 导致投资浪费和水体污染加剧。发达国家的实践表明, 为了进一步改善受纳水体的水质, 将合流制改造为分流制的费用高且控制效果有限, 若在合流制系统中建造上述补充设施则较为经济有效[9]。因此, 在排水体制的选择上应改变观念, 允许部分地区在相当长的时间内采用合流制截流体系, 并将提高污水的处理率作为工作的重点。在对老城市合流制排水系统改造时要结合实际制定可行方案, 在各地新建开发区规划排水系统时也需充分分析当地条件、资金的合理应用, 并从管理水平、动态发展的角度进行研究, 不要盲目模仿、生搬条款。对于已有二级污水处理厂的合流制排水管网, 应在适当的地点建造新型的调节、处理设施 (滞留池、沉淀渗滤池、塘和湿地等) , 这是进一步减轻城市水体污染的关键性补充措施。 [ID:5999]
参考文献
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排水体系 篇3
海底隧道所处的深海环境水压高、水源充足、无天然出口, 因此其防排水及结构体系设计应特别重视。首先, 隧道不能自然排水, 必须遵循“以堵为主, 防排结合”的原则, 并据此采取相应的技术措施;其次, 隧道结构体系必须考虑外水压力的作用, 外水压往往较大, 水荷载所引起的隧道结构施工与运营安全问题突出。表1所示为国内外部分海底隧道的防排水结构体系。
国内外的隧道工程对地下水的处理方式主要分为全封堵式和排导式两种。全封堵式可不设置衬砌背后的地下水排导系统, 而排导式在衬砌背后设置盲管、透水填层等地下水排导系统。对于海底隧道而言, 完全避免渗水难以办到, 防排水的主要目的是降低渗水、使隧道渗水量调节在可控范围内, 目前的措施只能做到“以堵为主, 限量排放”, 通过防水与排水相结合的方式, 尽可能地将隧道断面内的涌水或渗水封堵于隧道主体结构外, 排出积水、降低隧道衬砌外水压力并减少涌水量, 保证海底隧道的建设和安全运营。
1 海底隧道防排水系统设计研究与应用现状
海底隧道防排水系统设防要求普遍较高, 除喷射自防水混凝土、二次衬砌抗渗混凝土、各类聚合物防水板、注浆止水圈、伸缩缝和变形缝相关防水密封措施外, 还需按构造要求设置盲管、渗井、集水坑和水泵等排水措施。海底隧道防排水系统既可排出积水, 又可降低隧道衬砌外水压并减少涌水量, 保证海底隧道的建设与安全运营。
以日本的青函隧道[1]为例, 其采用新奥法施工。隧道整体采用全断面帷幕注浆, 材料为水玻璃和超细高炉矿渣水泥, 注浆终止压力为6~8 MPa。在自防水混凝土与二衬混凝土间设置防水板, 拱部混凝土与侧壁混凝土连结处设置止水条。另外, 排水系统是青函海底隧道重要设施之一, 在易渗漏部位的衬砌后部设置集水盲管, 并在隧道中央每隔4~5 m处设一处集水坑, 用于收集渗水。
国内厦门翔安海底隧道[2,3,4]多数地段设置排水衬砌, 对地下水采用多重防水的策略。一是保证隧道主体结构的自防水性能, 混凝土抗渗等级初期支护为P8、二次衬砌为P12, 两者之间采用2 mm厚PVC防水板, 同时加强施工缝等节点部位防水;二是采用分区防水技术, 将防水板与二次衬砌纵向分段隔离, 从而降低纵向水力联系, 防止窜水;三是及时注浆堵水, 采用超前注浆、回填注浆和补充注浆等多重注浆方式封闭地下水的通道;四是完善排水系统, 隧道底部设置1 500 m3的集水坑, 渗水经集水坑抽排到洞外。现场施工效果表明, 二次衬砌未开裂、无湿迹, 防排水设计和施工效果很好, 隧道已通车运营一段时间, 未发现明显渗漏现象。
但是, 目前海底隧道设计也存在防排水的原则和方法不统一、排水量过大、水压力作用机理不明的问题, 而强突水断层破碎带条件下的隧道结构体系及防排水技术, 已成为隧道建设环节中至关重要的技术。
2 海底隧道衬砌外水压力的研究现状
各国对于隧道衬砌外水压力的规定不尽相同。前苏联[5]在1970年将衬砌外水压力作为设计的永久荷载, 日本土木学会[6]在1984年明确了水压力为各类隧道结构承受的重要荷载。我国的规范[7,8,9]规定:隧道防排水应采取“防、排、截、堵结合, 因地制宜, 综合治理”的原则;铁路、公路及地铁隧道设计对地下水采取疏导为主, 设计荷载并不考虑水压力。当隧道位于地下水位以下时, 设计荷载应考虑地下水对隧道结构的作用, 衬砌外水压力通过渗流分析确定, 对于一般地段和简单工程可采用静水压力乘以折减系数的方法解决[10]。
设计规范的进步与工程技术进步密不可分, 早期的隧道施工主要采取“以排为主”的处理原则, 在设计中很少考虑水压力, 这种设计原则使后期隧道受到严重病害。后来, 各国逐渐对衬砌外水压力予以重视, 要求在设计中考虑水压力。对于衬砌外水压力取值, 目前仅有几种估算方法[11,12,13,14,15,16,17]:①折减系数法, 折减系数β根据项目具体情况在0.15~0.9间, 此法主要被澳大利亚、美国和日本等国采用;②全水头法, β值取1, 美国、德国和法国多采用;③可能最大水头值, 巴西、加拿大等国常将隧洞所承受的静水头计算到地表面, 据此计算设计水压力。这三种方法以折减系数法应用较广。另外, 各科研单位通过实际工程计算和取值, 总结了一些经验之法, 如解析法、数值计算法。
目前对于围岩、注浆圈、衬砌和排水系统组成的渗流场, 如何确定衬砌外水压力还有待研究。笔者认为, 在衬砌结构的设计过程中可引入荷载-结构模型, 结合衬砌结构的耐久性对衬砌外水压力作用围岩的整体稳定性进行系统研究, 将是一个切实可行的办法。
3 海底隧道合理的地下水排放量及确定方法
对于海底隧道而言, 合理设置防排水系统极为关键, 但具体采用全封堵式、全排式还是限排式, 则应根据项目的地质情况、设计埋深、水下深度、隧道设计断面形式等进行确定, 若采用限排式方案需进一步确定排放标准。
3.1 海底隧道衬砌类型及排水方案
对于新奥法海底隧道的地下水处理, 常用的有全封闭、限量排放和全排放3种方式。全封闭法在衬砌初支和二次衬砌之间设置防水板及排水管, 围岩水直接流入排水沟。通过注浆的方式加固破碎围岩, 并保持排水系统保障畅通。这种方式一次性投资较小, 但增加了运营费用。限量排放法在衬砌初支和二次衬砌之间设置防水板, 施工要求高, 破碎围岩需要注浆加固。由于二次衬砌受水压力高, 会出现一定的渗漏现象。这种方式的一次性投资大, 但长期运营节省了费用。对于围岩较好的地段, 可以采用全排放衬砌;这种方式大大节省了成本, 但对工程地质提出了较高的要求。
全封闭和限量排放都不能完全适应复杂的工程状况, 制定方案时应根据工程所处的水文地质条件和结构耐久性要求、后期运营维修等情况进行有针对性的设计。
3.2 国内外海底隧道结构允许排水量
对于海底隧道而言, 完全避免渗水是不可能的、也是不必要的, 因此主要的工作是降低渗水, 达到可接受的水平。但是允许排水量取多大值合适, 却难以界定, 青函隧道海底段[1]排放量为0.273 6 m3/ (m·d) , 而挪威海底隧道达到0.432 m3/ (m·d) 。海底隧道渗水量取多大合适, 尚需根据各国规范和工程具体情况进行研究。
在设计厦门翔安海底隧道时, 其防排水标准的确定基于数值计算分析, 分别对软弱围岩注浆后渗水量、初期支护渗水量、运营期间软弱围岩段盲管渗水量及水底基岩裂隙地段渗水量等计算后, 再结合进行排水经济性分析。
需要指出的是, 考虑到海底隧道地质情况的复杂性及施工的不确定性, 通过数值分析得出的全隧道排水量仅是个参考值、其数值偏小, 在施工过程中还需要在不同施工阶段进行实测, 综合考虑结构的安全性、可靠性和运营期间的经济可承受性。
4 隧道长效防水新材料研究与应用现状
随着新奥法隧道设计和施工技术的逐步推广和应用, 在隧道初期支护与二次衬砌之间设置防水材料收到了良好的防水效果。原西德在20世纪70年代的隧道修建中, 采用装配式衬砌的合成树脂垫片、结构接头处止水以及树脂和沥青防水膜组成的复合防水技术。90年代后, 国外在隧道防排水技术上采用了渗透灌浆来阻隔渗漏和加固土层;后来, 又出现了喷射灌浆、冷冻截水等一系列新方法。
目前用于隧道的防水材料主要有水泥、砂、石、防水剂为主料配制的刚性防水材料和各类防水板、防水涂料等柔性防水材料, 但在使用上均存在一定的不足:
1) 柔性防水板材本身难以与基面紧密贴合, 安装铺设时的冲击刺破和接头处理不良缺陷都易导致渗漏水发生。
2) 对防水面平整度要求较高, 如遇壁面有较大空洞和凹凸, 防水板与二次衬砌之间难以紧密贴合, 二次衬砌挤压会使防水板受拉伸, 使防水板断裂破坏。
3) 防水板的接缝处是薄弱环节, 防水处理不好易导致整个防水体系失效。
4) 柔性防水板难以封闭基面围岩和初衬表面裂隙, 渗漏水在防水板后的空间内扩散, 对二次衬砌造成影响。
5) 在地震等强外力作用下, 围岩产生塑性变形、应力重新分布时, 围岩及初期支护产生变形, 基面凸起处的防水板易产生穿刺性损伤进而造成防水系统失效。
6) 防水板主要采用人工焊接工艺铺设, 效率低、且会对防水板造成一定的损伤, 存在质量隐患。
由于隧道建设中防渗漏要求越来越高, 各国积极开发新型防水材料来解决这一问题, 其中喷膜式高分子防水材料受到广泛认可。英国在喷膜式隧道防水材料的研究中取得了较好的成果, 其采用甲基丙烯酸甲酯类材料 (MMA) 作为防水层, 防水性好、强度形成快、对环境友好, 且可用于不规则的基面及微湿的混凝土界面。该防水体系已在英国国内获得了较广泛应用 (图1) , 如Croydon Cable隧道、Thames隧道、Butetown Lint隧道, 以及新加坡采用英国喷膜防水技术修建的Marina Bay Crossing隧道。英国典型喷膜式防水体系构造, 见图2。
新奥法于20世纪70年代传入我国, 至此隧道防水设计开始使用复合式衬砌的形式, 并在两层之间设置防水层。此种方法在进行试验后, 防水效果明显, 使我国隧道防水技术有了新进展。80年代后, 逐渐在施工缝内采用止水带, 隧道的渗漏水有了局部的改观。20世纪90年代以后, 随着国外一些隧道防排水技术、防水材料及施工工艺不断被引入中国, 国内的防排水技术也在工程实践中得到了一定的发展, 隧道渗漏水的状况有了改观。目前, 西南交大研究的丙烯酸盐喷膜防水涂料已有工程应用, 相比于传统防水板具有一定的优势, 但仍需进一步改善。
结合国内外研究及使用现状, 喷膜式防水材料较传统的塑料板材、卷材具有更优异的施工及使用性能, 耐久性更好。然而现有的喷膜防水材料, 无论是高聚物、反应性树脂还是有机盐类, 仍然是以覆盖粘接、填充为主, 涂膜与初衬混凝土易于形成“两张皮”的结构, 未能给混凝土结构实质性的补强增效及协同受力的功效, 隧道防排水结构的长期耐久性仍有待提高。因此, 有必要对高分子材料渗透注浆技术及反应性树脂喷膜防水技术, 以及组合式喷膜防水材料及应用技术进行更为深入的研究。
5 结语
排水体系 篇4
全球范围内来看,30%～50%的陆地已受到面源污染的影响,并且在全世界不同程度退化的12亿hm2耕地中,约12%由农业面源污染引起。关于控治面源污染的研究在国内外已有很多,其中农田控制排水是一项新的农田水分调控模式,国内外研究证明,农田控制排水能取得控治农田面源污染、提高农作物产量、提高水资源利用等效果,所带来的环境效益、经济效益、社会效益都很明显。在我国,农田控制排水研究尚处于起步阶段,农田控制排水机制等都有待改进;多智能体(Agent)系统作为一种集分析、推理、决策等于一体的智能系统,其实际上也是计算机语言编程和一系列的电子器件等的组合,将其引入农田控制排水机理研究当中符合农田控制排水多目标性要求,将进一步促进多目标的和谐统一,推动农田控制排水智能化、网络化、自动化的发展进程。
1 国内外农田控制排水概况及多目标分析
1.1 国内外农田控制排水发展概况
农田控制排水在国外的试验研究已经有10年之久,在瑞典,Ingrid Wesstrom在瑞典南部农田进行了排水控制试验,通过调整排水强度、排水系统排水闸门的高度控制农田排水量,从而减少农田排水中氮、磷养分的输出;在美国与加拿大,也已广泛进行试验与推广农田控制排水技术,本项技术主要是通过控制地下排水闸的高度来实现的,从而可以控制农田的排水量,进而减少农田养分流失,在美国北卡罗来纳州进行了14项农田控制排水试验,取得了很好的农田水管理效果;在欧洲、日本,农田控制排水的试验研究也取得了很多成果,集中表现农田控制排水朝自动智能化方向发展。
在我国,农田控制排水作为一项全新的农田水分调控模式,国内相关的研究还处于初始阶段,但是所取得的研究成果颇多。
1.2 农田控制排水目标分析
农田控制排水是一个多目标的水资源调控措施。农田控制排水在我国的试验研究表明,它在农业面源污染控治方面起到了很好的功效,如稻田排水是南方地区氮磷损失和面源污染的主要途径,控制排水可减少地面排水量和排水中氮磷浓度,尤其是降低径流中氮磷浓度,从而减少稻田氮磷损失,有效地防治了农业面源污染;农田控制排水有效的调控了农田水位以及地下水位,满足了农作物生长发育需求,进而保障及促进了农作物的产量;农田控制排水在水资源调控利用方面也有突出的功效,如在降水期间,控制排水系统能有效的调控与储存多余的水,起到防洪作用的同时也为农田灌溉提供了用水保障;在防止土壤盐碱化方面,农田控制排水存在不利的方面,即控制排水一定程度上减少了盐分等的排放量,引起了农田土壤含盐量增加,为解决这个目标与其他目标的矛盾,则需通过个目标的协调来实现;农田控制排水其他的目标主要体现在生态景观效应、社会经济效应等方面。
农田控制排水多目标体系如图1所示。
2 多智能体(Agent)系统
多智能体系统是由多个智能体组成的智能体社会是一种分布式自主系统。智能体是一个能够感知外界环境并具有自主行为能力的以实现其设计目标的自治系统。智能体的特性有以下4项。
(1)反应性:
智能体处于一定的环境中,它通过相应的电子器件(感应器)能够感知环境,并对环境的变化及时地做出反应以满足其目标。
(2)主动性:
智能体不但能够简单地对环境做出反应,而且能够主动发动某种动作行为,执行某个操作,以满足设计目标。
(3)自治性:
智能体具有一些其他智能体不能直接访问的内部状态。在这些状态的基础上,智能体无需靠人或其他智能体的干预,自主地决定其自身行为。
(4)可通信性:
通信指智能体之间可以进行信息交换,智能体可以和人进行一定意义下的“会话”。任务的承接、多智能体之间的协作和协商等都以通信为基础,而且智能体的通信内容不涉及假的信息。
个体智能体的研究内容有:①智能体的概念及分类;②推理能力,包括智能体对自身的信念、期望、意向的推理探讨以及对其他智能体的知识和行为的推理研究;③自适应和学习能力研究;④ 智能体机构分析。
多智能体的研究内容有:①多智能体组织分析;②多智能体之间的协调与协商分析;③ 多智能体的合作;④ 多智能体一致性行为分析;⑤多智能体之间通信研究。
3 基于多智能体(Agent)的控制排水机理探讨
农田控制排水的最终目标是实现农田的可持续性生存与发展,要实现这个目标,则需要对农田控制排水的各分目标进行协调统一,进而解决分目标之间的冲突,多智能体系统就能很好的解决各个体之间的冲突矛盾。多智能体系统协同决策理论起源于人工智能领域,其体现了自主性、自治性、适应性及协作性等关键属性,智能体系统已应用于很多领域,现就引入多智能体系统技术来探讨研究农田排水机理。首先,利用智能体系统的属性特点,建立农田控制排水分目标的智能体系统,通过个体智能体系统本身的推理、适应等能力来实现各分目标;其次就是通过多智能体系统之间的组织、合作、协调等相互作用来消除各分目标之间的冲突,智能的深化农田控制排水机理理论,实现各分目标的和谐统一,为农田控制排水提供决策支持系统,保障农田的可持续性发展。
3.1 分目标智能体(Agent)系统分析
根据农田控制排水的多个目标,建立对应的各个目标智能体系统,即农业面源污染控治智能体系统;提高农作物产量智能体系统;防治农田土壤盐碱化智能体系统;其他目标智能体系统。以下为各分智能体系统分析。
(1)农业面源污染控治智能体系统的目标是根据农田化学元素的转移规律而决策于控制排水,进而防治农业面源污染。该Agent个体系统的推理能力主要表现在,智能体系统对化学元素的动态变化的检测加以认识推断,如根据土壤中N元素的转化运移数学公式:
结合外界检测数据进行自我推断自我分析,得出针对本目标的控制排水决策,同时,强化其对外界化学元素变化的应对推理能力。农田控制排水Agent在强化自己推理决策能力的同时,自适应能力和学习能力也得到提升,主要是对化学元素的转移以及环境变化进行内部的调整学习,逐渐对外界的动态变化适应起来,慢慢积累适应环境(化学元素变化)变化的能力,完善控制排水的参数体系。Agent的机构组成主要包括化学元素动态变化实时数据检测体系、化学元素动态变化的数学模型体系、参数标准的完善体系、逻辑分析体系及决策体系。
(2)提高农作物产量智能体系统的目标是根据农作物各生育阶段要求实时调控农田水位与地下水位,保障农作物生长所需要的物理性水环境条件。系统的推理主要是根据已有的试验数据成果(即农作物生长发育各阶段的最优农田水位以及地下水位范围)与水量平衡数学模型(地表水量平衡数学模型与地下水量平衡数学模型)以及未来的农作物水位生产函数,同时,结合外部环境的检测数据及作物生长情况,进行推断计算控制排水的决策。农田水位及地下水位是一个动态变化的过程,该智能体系统推断计算排水的过程中,不断地统计分析控制排水的变化规律,不断地感知外部环境的变化趋势,重新调整推理逻辑体系以适应动态变化要求,逐渐强化自己的自适应能力和学习能力。系统包括农田水位监测体系、地下水位监测体系、农作物生长发育监测体系、分项决策推理体系等。
(3)提高水资源利用智能体系统的目标是防止洪涝、控治面源污染的同时,提高对洪涝等水资源的利用。该项系统的运行推理理念是根据外部气象变化、农田蓄水情况、地下水位情况等基本条件,同时引入了风险评估机制与原理,结合实际情况与风险评估原理来决策控制排水资源,实现提高水资源的利用率。系统的适应能力与学习能力的研究主要集中在对外部检测数据以及发展趋势与风险管理等的适应学习上,体现在学会适应洪涝变化情况、强化风险管理机制与水资源利用的结合、完善水资源的管理利用机制等上。系统机制主要包括气象监测体系、农田水情况监测体系、风险评估体系、水资源管理利用体系等。
(4)防治土壤盐碱化智能体系统与控治农业面源污染智能体系统存在一定的矛盾,其将在多智能体系统的协调合作下解决。该系统是通过对土壤中盐碱含量的监测,推断出土壤盐碱含量的变化趋势,进而根据土壤盐碱含量的技术参数,对控制排水进行对应的推理决策,系统适应学习能力是针对排水量与排盐碱量的变化关系规律,逐渐积累两者之间的变化经验,得出最优的排水量排放。系统包括土壤盐碱含量的监测体系、盐碱含量动态变化归纳体系、控制排水决策体系等。
(5)其他目标对应智能体系统。系统的目标主要包括优化农田生态景观、提高社会经济效益等。系统的推理主要是依靠相应的评价方法以及经济计算公式等进行的数学计算,推理能力的提高表现在对数据的处理之上。系统包括调研数据处理体系、数学模型优化体系、控制排水生态效益管理体系等。
3.2 多目标智能体(Agent)系统协调研究
通过对各分智能体系统的探讨分析,基本了解了分智能体系统的结构以及推理运行机制,本节就各智能体系统之间的通信、组织合作、协调运行进行研究探讨,分析基于多智能体系统的农田控制排水机理。
3.2.1 各智能体(Agent)系统目标之间的冲突分析
控治农业面源污染智能体系统目标与防止土壤盐碱化智能体系统目标相矛盾,即在减少排水量能减少农业面源污染的同时阻碍了盐碱成分的排出等矛盾;控治农业面源污染智能体系统目标与其他目标智能体系统也存在一定的矛盾,即减少农业面源污染的同时增加了化学元素在农田的累积,进而产生农田本身的面源污染,影响生态景观,也造成一定的经济损失,此时,农业面源污染智能体系统目标自然和提高农作物产量智能体系统目标产生冲突,该系统与提高水资源利用智能体系统目标的冲突不大。防止土壤盐碱化Agent系统目标与提高农作物产量智能体系统目标存在一定冲突,即防止盐碱化需要加大增多排水量排水次数,此必将影响农田水分的动态变化,进而影响作物的生长发育,防止土壤盐碱化智能体系统目标与提高水资源利用智能体系统目标之间的冲突是,水资源的存放量以及存放变动之间的矛盾,防止土壤盐碱化智能体系统目标与其他智能体系统目标的冲突不是很大。提高水资源利用智能体系统目标与提高农作物产量智能体系统目标的冲突很明显,通过减少排水量及排水次数提高水资源的利用势必扰乱农作物生长发育所需的优化水位,影响农作物的产量;提高水资源利用智能体系统目标与其他智能体系统目标的冲突不大。提高农作物产量智能体系统目标与其他智能体系统目标的冲突不大。
3.2.2 各智能体(Agent)系统之间合作组织、协调
各智能体系统首先进行的是本身排水决策分析,即通过自身的体系机构分析排水策略,然后通过智能体系统之间的协议进行通信交流,通信交流路线有C25种,通信交流进行组织合作分析,计算推断多目标的排水决策,其主要基于专家设定各目标权值或一些试验参数来协调各目标之间的冲突,如控制农业面源污染智能体系统得出的排水决策(排水量、排水频率、排水时间等),其将自身的排水决策与其他各个智能体系统排水决策进行通信交流,根据各个目标的评定权值以及相关技术参数进行重新排水决策计算分析(如加权值相加算法来确定总的排水决策,如5个目标的各排水量分别为P1、P2、P3、P4、P5,它们对应的权值分别为:f1、f2、f3、f4、f5,则排水总决策P= f1×P1+f2×P2+f3×P3+f4×P4+f5×P5,其他如排水次数、排水频率等亦可通过选定的数学方法进行计算分析)。
基于多Agent系统农田控制排水机理研究,就是以智能体本身特性为基础,建立多目标的个体智能体系统,个体智能体系统运用本身的推理、学习、自适应等能力,得出各自本身的排水决策,进一步利用多智能体系统之间的组织、合作、协调等智能方式进行分析,最终得到多目标的排水决策,实现多目标的和谐统一,多智能体系统运行如图2所示。
4 结 语
本文通过对农田控制排水的多目标性分析研究,阐述了农田控制排水下各个目标的排水要求。由于各目标的排水要求以及排水目标存在一定的矛盾或冲突,在此引入多智能体系统技术。不同的排水目标对应不同智能系统,智能体系统实际上是利用计算机编程语言实现的程序系统,各自的程序系统完全体现了控制排水目标的结构性和复杂性。程序系统中存在不同的外界参数和内部计算的推理代码,结合外部感应电子器件以及农田控制排水历史记忆等,可以实现各个控制排水目标。在各个智能系统之间,可以建立一个权重数据库以供协调和沟通各个智能系统,达到实现统一的农田控制排水目标。因此,建立农田控制排水多目标对应的个体智能体系统,运用智能体系统的技术结构特性来强化和实现农田控制排水的各分目标,同时,运用多智能体系统之间的合作、组织、协调等智能手段来实现农田控制排水多目标的和谐统一,促进农田控制排水机理的智能化、网络化发展,最终实现灌区的可持续性生存与发展。
参考文献
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排水体系 篇5
1 一般路段的地下水排水设计优化
我省对于土质挖方段的地下水排水设计,一般采用路基换填透水性材料,同时设置盲沟、渗沟的方式,以排除可能渗入路基的地下水,保证路基的强度和边坡的稳定性。具体设计方案为:
路基换填透水性材料的深度一般为80cm;在路堑边沟底部设置纵向渗沟,渗沟采用矩形断面,沟宽80cm,深度分为45、50、80cm等几种,深度的选择同边沟的型式有关。渗沟内填充3～6cm碎石或沙漏,渗沟底部放置直径为10cm的软式透水管;在换填底部设置横向盲沟,一般段落横向盲沟间距为20m,盲沟内填充砂砾,盲沟底部应放置直径为5cm的软式透水管。挖方段的起终点处均设置一道横向盲沟;渗沟和盲沟均采用渗水土工布包裹,底面及四周20cm高度的土工布涂沥青以防渗(具体如图1)。
此种设计模式一般能够满足冻融深度在1.5m以下的辽宁中西部地区冻融要求,但若施工过程中路面面层与基层隔年施工,在未铺筑沥青混凝土面层时则仅能满足1.3m左右的冻融深度,容易导致路基冻胀。而在东部山区,冬季气温较低(如西丰县最低气温达零下42℃),冻融深度较深,沈吉、西开等项目所在地最大冻融深度将近1.7～1.8m,而且地下水系发达,原设计的路基换填80cm、路面厚度70cm左右,显然无法满足冻融要求,尤其是面层与基层隔年施工,更容易引发路基冻胀。在施工过程中发现此问题后,设计方面根据地区差异及时进行了优化,将路基换填深度优化为1.0～1.2m左右,收到了很好的效果,因冻胀引起的路基纵向裂缝明显减少。
2 特殊断面挖方段地下水排水体系优化
辽宁省目前的路基土质挖方段排水设计中,对特殊路段进行的专项设计较少,这样对于施工经验不够丰富的施工队伍,则不能根据现场实际情况对排水体系进行优化,硬套标准图进而造成排水不畅的情况。现结合近年来施工管理实际,介绍以下五种情况的现场排水优化做法:
2.1 横向半填半挖路段
对于横向半填半挖路段,一般设计上对于填方路基要求采用合格的路基填料;对于半侧挖方路基段(仅指土质)要求换填80cm深度的透水性材料,并设置盲渗沟。若施工单位按常规方式施工,则在路基全路幅80cm路床范围内会出现两种填料,而且会出现挖方侧设置盲沟、填方侧无盲沟的现象,有可能造成排水不畅或地下水冲蚀填方路基等现象(如图2)。
建议按以下方式进行优化:
(1)填方侧路基填料应尽量采用质量较好的开山材料进行填筑,并保持在全路幅换填深度内填、挖方材料的一致性,避免路基不均匀沉降和换填范围内的排水不畅。
(2)对于正常横坡段,若挖方侧原地面横坡处渗水,可考虑将渗沟挖深,以截住渗水面将水纵向排出;若地下水丰富、渗水量较大,可做全断面的横向碎石盲沟将水排出,填方一侧的盲沟出口宜结合实际地形设置在排水沟外侧。盲渗沟的尺寸及盲沟的间距应根据渗水量的多少和路线纵坡的大小而设计,但在路线竖曲线的最低点应设置大断面的盲沟,使横纵向水能够顺利排出。
(3)对于靠山体超高路段,如山体渗水量较小时,采取将内侧渗沟挖深即可实现排水功能;如渗水量较大,应在加深渗沟的同时设置全路幅的单向坡盲沟,盲沟可接至渗沟,有条件时宜将盲沟出口设置在填方侧排水沟外侧,进行横纵向同时排水,同时应注意换填底面横坡的适时调整。
在具体施工过程中,个别复杂段落按以上方式重新优化后效果非常明显,渗沟出口的出水量明显增大、排水顺畅。
2.2 整体土质挖方段
(1)对于正常横坡路段,按照设计提供的标准断面设计即可,盲沟坡度同路基横坡一致为2%,与两侧纵向渗沟连接。
(2)对于路基超高段,采用顺超高方向整体式路基的横向盲沟与曲线内侧的纵向渗沟连接。当曲线外侧地下水较丰富时,曲线外侧渗沟应加深至路基曲线内侧路基换填底部标高以下,以避免外侧地下水直接流入路基换填层,横向盲沟和曲线内侧渗沟正常设置即可。对于曲线外侧地下水较少时,盲沟基本不发挥作用,建议取消。
2.3 石质挖方段中的土质挖方段落
若挖方段仅中间一段为土质挖方,渗沟长度也应顺纵坡延长至填方段,保证地下水顺利排出。土质挖方段的起终点均应设置一道横向盲沟,横向盲沟间距根据地下水量大小设置。
2.4 对长缓坡土质挖方段
若土质挖方段里程较长、排水出口较远,而且路线纵坡较缓时、应加大渗沟断面,并加大渗沟纵坡(以大于1%为宜),使纵向排水具有一定的水位差,便于地下水的顺利排出。
对于丘陵式波浪起伏的路段,尤其是土质挖方段内夹杂的小段填方路段,应根据排水出口的位置进行整体段落(含填、挖方段)的地上、地下水综合排水设计,形成明、暗有效衔接的排水体系。
2.5 对于地下水系特别发达的一般土质挖方段
在正常设计的基础上,一般采取以下三种措施:
(1)加深换填深度。
(2)加大渗沟深度及横断面尺寸,以实现加大排水断面的目的。渗沟底部标高宜在换填深度以下不小于20cm,确保边坡水不进入换填层,换填层内的积水能顺利排入渗沟。
(3)加密盲沟密度,保证横向排水的畅通。盲沟间距可调至5～10m。
3 施工中的注意事项
(1)盲、渗沟施工应在挖方段换填完成(如设计有换填要求)并检测合格后进行施工。
(2)盲渗沟施工中一定要按照图纸要求采用测量仪器进行放线,放出地下盲渗沟的边线、底面高程,以保证排水的横纵坡度能够满足设计要求。基槽施工要求垂直开挖,挖至接近设计标高15～20mm时采用人工修整,直到设计标高。测量人员对开挖后的基槽几何尺寸及地面高程进行复核,合格后方可进行下一工序。
(3)土工布、透水管、粒料、乳化沥青、路基换填材料等必须符合设计相关要求,并且保持表面洁净没有杂物。
(4)盲沟与渗沟连接位置保证粒料密实,同时应将盲沟的软式透水管插入进渗沟的软式透水管中,以形成贯通的排水体系。回填夯实时要注意保护软式透水管,避免管道破损。
(5)渗沟的出口位置要超出挖方路段、设置在填方路段上,渗沟出口5m内纵坡尽量做大,一般不小于3%,以便于形成较大的水位差,使地下水顺利排出。
(6)渗沟出口位置可用干砌片石加大出水面积,设置的干砌片石长度应不少于5m,同时渗沟的软式透水管应位于干砌片石末端底部,并注意采取保暖措施;施工结束后应清除易封堵渗沟出口的粘性土及混凝土等废料,保证出口畅通,防止结冻。
(7)渗沟与挖方路基顶面换填层之间应形成通畅的排水通道,避免出现粘土等不透水夹层,必要时挖方边沟内侧侧壁应采用砂砾或碎石回填。
(8)路线纵向挖填结合部处,土质挖方段与填方高度小于1.5m处换填底面应顺势衔接,并于最低点设置一道盲沟。
(9)换填设计变更加深后,渗沟应随之加深,并且渗沟底面与换填底面高差必须满足设计的高差要求,否则盲沟水无法进入渗沟排出。
4 结语
排水体系 篇6
关键词：应用型人才,创新型人才,实验教学体系,给水排水工程
培养高素质的给水排水工程应用型人才,推动我国水工业领域的科技进步,已成为我国高等教育给水排水工程学科教育教学改革的重任[1]。给水排水工程属于实践性较强的专业,实验是给水排水工程专业重要的实践教学环节。实验教学环节质量的好坏直接反映学生的综合素质和高校的人才培养水平,对培养新时期应用型的水工业人才至关重要[2]。因此,提高实验教学质量,是给水排水工程实践教学改革急需解决的问题。
1 给水排水工程实验教学中心的构建
我校给排水专业隶属化工与环境工程学院的环境工程系,目前已构建成一个集基础与创新相融合的共享型实验教学中心(如图1所示),该中心设有给排水专业基础实验室,面积850 m2,设备总资产达248万元,万元以上设备三十余套;中心还包括中央与地方共建高校特色与优势学科实验室—环境工程学科实验室和石油化工清洁生产工程技术中心,广东省高校石油化工污染控制与清洁生产工程技术开发中心等国家级、省级开放实验室。此外,还有正在筹建的石油化工工业实训中心,其中环境检测与治理实训部和工业与市政供排水实训部,将为给排水专业教师和学生进行科研、实习、实验等实践活动提供专业的场所。因此,给排水实验教学中心正逐渐成为专业技能培训、实验教学和毕业生实践相融合的校内、外基地,为保障学校的教育教学质量和科学研究水平提供保障。
2 给排水工程实验课程体系的设置
依托实验教学平台资源,根据专业自身发展,结合专业课程体系特点,突破原有学科与课程的界限,实行分层次的给水排水工程实验教学模式,将实验教学内容分为基础型实验、综合型实验和设计与创新型实验3个层次(见表1),让学生更多地进入实验室进行实践活动,有利于学生了解给水排水工程专业知识,掌握基本理论、实验方法和技能,同时锻炼其实验设计能力、工程实践能力和创新应用能力;有利于培养学生实事求是的科学态度和团队协作精神;有利于学生成为具有个体能力和团队意识的水工业应用型人才[3,4]。
3 加强实验过程管理,培养创新型应用人才
3.1 规范实验教学大纲
实验教学大纲是保证和检验实验教学质量的重要依据[5]。根据专业规范的要求,参照国内兄弟院校的相关专业,结合本校的实际情况和要求,指定专人撰写实验教学大纲,规定实验课程的性质、教学目标、教学内容、学时安排、教材及参考书等,经教研室与实验室讨论、修改,再由学院、学校组织专家调研、审核、批准后执行,并不断改进和更新,切实保证实验教学的顺利开展。
3.2 建立实验教学团队
实验教学团队是指在教学改革过程中,为加强实验室建设,提高实验教学人员素质,而对新组建的实验教学队伍的一个特定称呼[6]。在实验教学过程中,有计划、有目的地建立优秀的实验教学团队,建立有效的团队合作机制,制订短期或长期培养计划,努力提高给排水实验教学团队整体素质,特别是青年教师的培养,是学校教师队伍建设的重要环节,是学校学科建设的重要组成部分,也是推动学校可持续发展的关键因素之一[7]。目前,给排水工程专业本科实验教学团队已达18人,高级职称占50%以上,其中,教授5人,全部具有硕士及以上学历,博士学历5人,近4年承担省、市级科研项目37项,总经费达600多万元,发表学术论文上百篇,其中核心期刊占70%以上,为提高给排水实验教学水平,为学生创新精神和实践应用能力的可持续培养提供了有力保障。
3.3 以学生为主体,运用多媒体辅助实验教学
以往的实验教学方式都是以教师为主体,学生是知识的被动接受者[8]。我校给水排水工程的实验教学,力求以学生为主体,将学生推到实验教学的前台,使学生真正成为实验教学的主体,学生知识的获得不仅来源于课堂和教师,还来源于图书馆、网络和团队其他成员;指导教师担任“引路人”的角色,在关键时刻起到把关定向的指导作用[9]。
多媒体教学具有直观、形象、生动、立体感强、信息量大等特点[10]。运用多媒体辅助教学,有利于将难以理解的概念、理论变得一目了然,变抽象为形象;有利于集中学生的注意力,营造生动活泼的课堂气氛,充分调动学生的积极性;有利于增大教学信息量,扩大学生的知识面,丰富实验教学内容[11]。实践表明,多媒体技术在实验中的应用,增强了教学效果,提高了教学质量,促进了学生综合素质和创新精神的培养,为学生营造了一个生动而又灵活的实验教学环境。
3.4 实行科学管理,开放实验室
实验室管理是一项涉及面广、综合性强、复杂繁琐的系统管理工程[12,13]。我校给水排水工程实行独立的实验室管理体制,建立和完善了各类管理制度,做到有章可循,有法可依,使实验室的管理制度化、规范化、科学化、信息化;制定了各种激励机制,奖优罚劣、奖勤罚懒,充分调动实验技术人员的责任心和工作积极性;实行“实事求是、客观全面”的考核制度,使实验室的管理科学、规范、合理。
开放实验室是培养新时期应用型人才的重要基地[14,15]。传统实验教学大多采用让学生在某一时间相对集中进行实验的方式。而设计性、工程性的实验往往周期较长,每组进度不尽相同,很难将几个组统一在同一时间进行实验。为了解决这一矛盾,我校给水排水工程实验室加大开放力度,在预约时间内,实行“全天候”的开放管理模式,让每一位学生的个性都得到充分的表现和发展,对培养学生的创新意识、科研能力和开拓能力具有重要作用。
3.5 完善实验考评制度
我校给水排水工程的实验教学已经成为一门独立课程,学生实验成绩的评定采用平时成绩和考试成绩相结合的方式,各占50%。同时,还对学生成绩的评定做了新的尝试,把成绩评定的侧重点放在反映学生解决问题的能力、特别是创造性解决问题的能力方面,如注重设计性实验的方案设计;关注实验准备过程是否合理、完善;实验考试还突出实际操作和答辩等考核形式等。在实践中,由于这种考核方式能够较全面、客观、公正地反映出学生实验的情况,大大调动了学生实验的自觉性和积极性,有助于监督学生实验过程中的每一个细节,保证实验的准确性和正确性,提高了给水排水工程实验教学质量。
4 结束语
排水体系 篇7
一、给排水工程专业实践能力培养的意义
黑龙江工程学院作为一所普通高校,把目标定位在应用型人才的培养上,为了提高专业技术人才培养质量,实践教学得到了前所未有的重视。而应用型人才培养的质量更多地体现在学生的知识综合运用能力、工程实践操作能力、走入社会的适应能力等方面[1]。所以,近年来学校将以往的培养方案进行大胆改革,融入更多的实践教学环节,并在实践教学师资队伍的培养上以及实践教学的内容、组织、方法等方面有所改革和创新,重要的教学环节在学时上有所增加。以期使培养的学生能更好适应给排水相关行业(产业)的需要,提高学生在就业时的竞争力。
二、给排水工程专业培养模式现状
黑龙江工程学院的给排水工程专业拥有一支以教授和中青年博士(博士学历教师50%以上)为骨干、工程背景深厚的高水平专业师资队伍。给排水工程专业以全国高校给排水工程专业指导委员会制定的专业培养基本要求为指南,结合黑龙江工程学院的办学宗旨及学科优势,制定了人才培养目标。在三年的办学中形成了以基本素质与专业技术能力培养为主线,融入“大土木”工程文化教育,努力做到“厚基础,精专业,强实践,宽就业”,创建以提高就业能力和创新能力为目标的人才培养方式。在教学中突出本科生培养的主导地位,优化培养方案及课程设置,加强专业实验室的建设和创新型、综合型实验项目的开发。
三、给排水工程专业实践教学体系的构建
给排水工程专业隶属于黑龙江工程学院土木与建筑工程学院,在大土木平台下我们的课程体系统一划分为通识教育实践课、专业教育实践课以及综合教育实践课三部分(本文重点阐述专业教育实践、综合教育实践的改革),可以说每个教学环节都环环相扣。在抓好理论课程教学的基础上,将更多的精力投入到实践教学环节,为培养应用型工程技术人才打下坚实的基础。
(一)拓展实践教学
近年来,我们深入开展了国内给排水工程专业培养模式的现状调研,并结合多年的培养经验,初步形成了可行的实施方案,已经把部分确定可行的措施付诸实践,并利用学校修订人才培养方案的契机,聘请给排水专业专家、企业(行业)工程核心技术人员提出给排水工程专业培养模式修订的建议,对学生实践教学的内容、组织形式进行了更加合理、更适应于行业需求的调整。
在实践教学中,充分利用现有的教学资源,以学生为主体,以提高工程素质和从业能力为目标,设计与实践的内容尽可能接近工程实际、体现工程项目的系统性和全面性。
强化认识实习,让学生熟悉给排水专业知识框架。在认识实习中,由于学生还没有接触到实际的专业知识(只有大土木平台下对给排水专业一些理论认识),所以,除了必须清楚、具体地提出实习目的、意义外,还必须对认识实习中涉及的理论知识给予必要的讲解,因为在以往的实习中没有理论知识的铺垫,学生认识实习后印象不深,甚至混淆了污水厂与净水厂工艺流程,效果并不理想[2]。从2013级学生开始采用新的认识实习教学模式,取得了很好的教学效果。我们主要有以下几处变动:1.在认识实习动员中,增加理论授课,让学生了解到专业知识的大体结构和理论框架,熟悉水的社会循环是以给水工程、排水工程为核心的重要过程,及其在实际中的应用和本专业的重要性,并对实习参观的净水厂、污水厂的工艺流程,建筑给排水的相关理论给予详细的讲解,在参观之前布置思考题,让学生们带着问题去参观,充分调动了学生学习的主动性,最大限度地激发了学生的学习兴趣。2.在认识实习中,增加给排水专业重点实验室的参观,由教师给学生们分别展示给水处理与污水处理过程中的技术细节,这样学生在水厂参观的时候就不仅仅停留在感官认识上了,可以将水厂的处理构筑物与模拟实验的处理单元对应着理解,有助于学生对后续理论课的学习。
(二)强化工程实训
实训是学生实践教学的核心环节,通过实训练习不仅能增强学生的动手能力,也能让学生在实训过程中更好地理解专业理论知识。学校为此投入了大量的资金,修建了实训场地,购置安装了实训设备。学生可以非常清楚地观察到房间的给排水管道系统、卫生设备、附属设备,这些设备与我们的生活息息相关。通过实训收获更多的是,学生会潜意识地对身边建筑的给排水系统多加留意,“专业性”地与所学理论知识联系起来,而不是平日生活中的擦肩而过。学生在实训中可以进行实际操作,例如学生可以亲自进行管道的法兰连接、承插连接、热熔连接,通过实验对各种管材之间的性能、各种阀门的开启方式进行比较。相信在课堂上教师把管材之间的区别或是各种管材的适用条件讲得再生动,也不如学生通过亲自观察、动手实验给人印象深刻,实训期间也可以通过实践技能大赛增加学生们学习的积极性和趣味性[3]。
(三)将生产实习、毕业实习与工程实践有机结合
生产实习、毕业实习是应用型人才培养方案中的重要教学环节。通过校外实习或参与实际工程项目的设计、施工,在实践中全面提升学生的工程能力和解决问题能力。生产实习也可以说是顶岗实习,学生在掌握给排水管道、水处理构筑物、泵站设计施工等专业理论知识后,深入到工程一线,亲自参与到实际工程的施工及管理。毕业实习的特点是锻炼学生的综合能力,这一环节为毕业后工作奠定基础并开阔眼界,同时了解新技术、新工艺、新设备。
(四)毕业设计选题贴近工程实际
毕业设计是完成教学计划达到应用型本科生培养目标的最后环节。这一环节几乎覆盖了学生在大学期间所有专业理论知识,更涉及专业理论的综合、交叉内容,在设计的过程中需要解决很多在实际工程中可能遇到的工程问题、技术问题,在设计中教师应提示学生不能仅仅为了完成设计而设计,而应引导学生勤于思考,初步选定几个设计方案后,通过理论计算、工程造价分析并结合工程实际应用价值、社会效益等综合考虑选出最优的设计方案,所以说,毕业设计可以很好地展示一个学生的综合素质,也可以对工程实践能力的培养效果做出全面的检验[4]。同时,在毕业设计环节中教师也应积极鼓励学生结合曾经实习单位或是签约单位的实际工作开展毕业设计,学生能在企事业单位富有经验的工程师和指导教师的共同指导下,从书面理论真正过渡到工程实践,切实感受到参与工程实践的氛围,在完成毕业设计的同时,积累了很多在校无法学到的知识和经验。目前,我们将同样的改革思路应用在了建筑环境与设备工程专业的毕业设计中,取得了非常好的效果,学生在毕业答辩中的优异表现就是改革方案成功的最好说明。
(五)开设综合性、实用性和探究性实验
以黑龙江工程学院给排水专业创新团队科研项目和重点实验室研究项目为依托,结合企业在生产和设计过程中的具体要求,开设实用性强的综合性和探究性实验,鼓励学生参加大学生创新活动、教师的科学研究活动、面向实际工程的创新实践活动,不断提高学生的动手能力、创新能力[5]。
2014年6月黑龙江工程学院人才培养方案修订。结合社会对给排水专业人才的需求和给排水专业教师的优势,本专业设定了三个综合性实验研究方向;城镇污水处理技术及资源化利用研究;寒区饮用水源污染控制及供水管网优化研究;环境功能材料研制及应用研究。目前,通过上述三个方向对本专业的本科生进行有目的的培养,学生专业素质得到了普遍提高。
(六)组建专门指导团队
给排水工程专业组建的指导团队主要由教学和科研骨干教师及企业协作单位工程核心技术人员组成,实践实训基地由学校与协作单位共建,其中专业教师在《黑龙江工程学院“十二五”师资队伍建设规划》的要求下,都具备至少一年的工程实践经历,通过这样的师资队伍建设,在提高教师社会服务能力的同时也可以更好地促进学校与企事业单位、科研院所的交流与合作,促进产学研结合。
本文探讨了在应用型人才培养模式下,给排水专业实践教学模式的改革和创新。应用型人才的培养是一项系统的工程,是带有方向性和开创性的工作,这就要求我们高校教师时刻关注专业最新动态与发展方向,在教学的过程中不断地摸索与研究,才能培养出适应社会需求的高素质复合型工程技术应用人才。
参考文献
[1]郭永福,徐乐中.高校给排水专业实践教学模式的探索[J].中国现代教育装备,2011,(5).
[2]李芳,齐晗兵,崔红梅等.给排水专业认识实习教学方法探讨[J].价值工程,2011,(33).
[3]金亚凡.重视实践教学环节加强技能型人才培养[J].职业技术教育研究,2004,(5).
[4]朱越平.关于给排水专业实践教学与学生素质拓展教育融合策略[J].广东化工,2013,(9).