水科学若干领域研究前沿(1)程力学毕业论文(2)
2013-12-12 01:10
导读：2环境水利 环境问题是21世纪全世界各国所面临的重要问题之一，环境水利学科基础研究主要涉及到河流水环境、非点源污染防治及治理、水污染处理工程
2 环境水利
环境问题是21世纪全世界各国所面临的重要问题之一，环境水利学科基础研究主要涉及到河流水环境、非点源污染防治及治理、水污染处理工程等方向。
河流水污染是近年来人们普遍关注的主要环境问题之一，我国河流水环境质量总体较差，有必要加强河流水质管理、治理污染和防止污染加剧。目前这方面的研究主要集中在：①研究河流水环境质量发展趋势。建立水环境质量监测网，跟踪研究水环境质量因子在河流中的变化情况，预测河流水环境质量的变化趋势；②河流水环境不确定性风险研究是世界性的难点和热点问题。由于河流的多用途性，使得河流水环境经常会遭到一些意想不到的破坏，而这种破坏是带有突发性和不确定性的，因此给河流水环境的风险研究提出了更高的要求；③建立河流生态环境预警系统。与河流水环境质量发展趋势相对应，如果某个或某些水环境质量因子的发展趋势向着河流生态环境质量恶化的方向发展，并接近生态环境可允许的边缘时，通过发出警报，使人们能够及时采取措施预防和治理；④河流水体的动态耗氧、复氧机理。研究河流的变化应尽量接近河流的天然情况，河流水体的动态耗氧、复氧过程正是基于此而提出的，研究河流水体的动态耗氧、复氧机理对于正确认识河流水体中氧气的耗用情况，进而研究河流水质的发展变化机理有重要意义；⑤江河生态环境最小需水量定量化理论和应用研究。江河生态环境是江河在长期的演化过程中形成和发展起来的较稳定的生态关系，研究江河生态环境最小需水量对保护自然界生态平衡、确定人类可引用的河水数量具有重要参考价值。
非点源污染方面的研究，集中在人类活动对地下水污染的预测和如何对污染物进行治理等方面。由于非点源污染需要综合和显示各种空间信息，利用GIS对空间数据的处理能力及模型的模拟能力，可研究不同的土地利用方式对流域水文和水质的影响。农业非点源污染是造成地表水富营养化的一个主要原因，研究湿地生态系统对农业非点源氮、磷等元素的削减能力，为减轻和控制富营养化提供依据。对湿地非点源污染的控制机理研究将对非点源污染的治理起到积极作用。
（科教范文网http://fw.nseac.com） 水污染处理工程方向的研究愈来愈受到重视，地下水污染是水污染中较难解决的问题之一。我国地下水和土壤污染相当严重，主要污染物是重金属离子和有毒有害有机物，据调查，超过50%的城市地下水受到不同程度的污染。受污染士壤和地下水的修复技术基本上分两类：物理
化学类型和
生物学类型。
物理化学类型包括隔离、泵抽取、地上处理、士壤清洗、萃取、固化和稳定化等；生物修复技术包括地上生物处理和地下现场生物修复等。物理化学类型能够彻底清除土壤和地下水中的污染，其缺点是严重影响士壤的结构和地下水所处的生态环境，而且成本非常高；相比，现场生物修复技术不会破坏生态环境，但是修复过程非常缓慢，效率低。目前出现了一种电动
力学修复技术，既能修复受污染的土壤和地下水而又不会破坏生态环境，成为修复技术的发展方向[7]。水污染治理机理研究集中在：微生物措施研究，利用有益微生物保护水源；研究曝气生物滤池中的气液固三相流，提高污水处理效率；研究深层均质滤料滤池处理微污染水的氧化机理等方面。此外，水污染经济损失评估、湖泊富营养化机理、生态环境评价指标体系等方面也是环境水利学科研究的热点问题。
3 农田水利
农田水利研究以农田节水、作物高产为中心，涵盖了节水灌溉理论与方法，节水灌溉综合技术体系，灌溉排水技术与方法等方面的研究。
土壤水与作物关系问题的研究是农田水利研究的基础，围绕着农田土壤水分的转化问题与农田水分的有效利用开展了大量的研究。土壤水研究现已从单学科走向多学科交叉，如水热和溶质的耦合运移，土壤-植物-大气连续体中的水热运移等。其研究特点亦从均质走向非均质，从点的研究走向面（或区域）的研究，从理论研究推进到应用研究。土壤水运移机理研究目前集中在优先流、土壤水参数的测定和确定、土壤水参数的空间变异性、土壤水分运动的随机模型等几个方面。
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为缓解农业用水紧张状况或为了提高灌溉水利用率、提高水分生产效率、增加用水者的经济效益或减少劳动力和动力消耗而采取的节水措施主要有：①输配水过程：渠系改建、渠道防渗、管道化输水灌溉、灌区现代化管理；②田间输水过程：水平畦田灌、喷灌、滴灌、渗灌、小管出流、波涌灌（浑水波涌灌）、膜上（下）灌、有限灌溉（限水灌溉、非充分灌溉、调亏灌溉）、集雨灌溉；③作物吸收转化过程：坐水种、机械保墒、化学保墒、秸杆（薄膜）覆盖等。近来，节水灌溉出现的新概念、新方法还有：地下滴灌、微喷灌、节水控盐灌溉、控制性分根交替灌溉、微咸水灌溉[2]等。
灌区现代化管理是获得灌区系统的最优运行、充分发挥工程效益的良好手段。灌溉排水规律的复杂、水资源日趋紧张、综合利用供需矛盾的增加都需要加强灌溉排水系统的集中管理。自动化、GIS、GPS、RS、水情自动测报系统等技术的发展，为实现灌区管理现代化提供了技术支持。实现灌区现代化管理，首先要有灌溉工程控制设备的自动化，其次有先进的系统运行软件对系统控制问题进行决策，从而建立灌区现代化管理决策支持系统，指导灌溉用水过程。
水平畦田灌是田面非常平整条件下的畦灌，要求供水流量大、土地平整精度高。用传统技术难以满足其精度要求，必须在进行大地测量后，采用激光平地技术。该技术在美国等发达国家被称为是地面灌溉最重要的进展之一[8]。波涌灌溉利用了致密层在发展中不断减小田面糙率与土壤入渗特性这一客观规律，逐次为以后各周期的灌溉水流创造了一个加速水流推进与提高减渗效果的新界面。浑水波涌灌溉则是利用含沙量较高的水进行波涌灌概，能够起到更加明显的效果[4]。地下滴灌是目前节水效应最为显著的灌水方式之一，它具有微灌的所有优点，又在生态环境保护方面效果明显，将农、水和生态等学科交叉融合，统一考虑地下滴灌技术参数组合与作物生长发育和水肥利用的关系，能较好地协调土壤水、肥、气等状况，防止土壤板结，为作物创造良好的生长环境，具有明显的节水增产效益。目前该领域的研究主要集中在以提高水肥利用率及根区水分养分运移过程的效率为目标进行的地下滴灌灌水技术参数的优化试验研究。微喷灌具有节水、调节田间小气候等特点，缺点是受风影响大，飘逸损失多。目前，国内外微喷灌工程对水滴分布函数、飘逸蒸发系数研究不够。节水控盐灌溉制度设计模型以作物生长对土壤水盐状态的响应为依据，在分析作物水盐模型和大田水盐平衡理论的基础上，研究淡水、微咸水交替灌溉条件下灌溉制度的优化设计，是节水灌溉制度的一种新的设计方法[5]。控制性分根交替灌溉是一种局部根系受累时既能满足作物水分需求，又能控制蒸腾耗水的农田节水调控新思路[6]。微咸水是我国北方地区重要的水资源，实施微咸水灌溉对北方地区水资源的合理开发利用，提高作物产量，开辟新的灌溉水源、缓解我国北方缺水状况将有重要意义。节水灌溉综合技术体系也叫节水农业技术体系，是为充分利用降水和可用水资源采取水利措施、农业措施和管理措施，提高水的利用率和利用效率，达到农作物高产高效的成套技术。是一项包括水源、输水、田间供水、生物和管理等子系统构成的系统工程[8]。该技术体系可缓解水资源供需矛盾，促进高产、优质、高效农业发展。在排水控制涝渍和盐碱化方面，目前采用的方法有明沟排水、竖井排水、二元结构水文地质条件下的竖井排水、暗管排水、辐射井排水等，研究内容主要集中在对田块、排域的排水模数等方面。分析节水灌溉技术的不同尺度影响，地理信息系统（GIS）在节水评价中的应用也是当前研究的热点问题。
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水科学的研究已经进入了一个全新的发展时期，研究的对象已经向微观和宏观两个领域的深层次发展，研究的尺度也呈现区域、流域、全球平行发展的态势，各尺度的转换问题研究是当今水科学研究的前沿课题之一。水科学与多学科的交叉仍然是水科学由理论转向实际的重要手段，高科技领域在水文水资源研究中的应用更加广泛；水资源评价已发展到在可持续发展思想指导下，不仅进行水量评价，而且包括水质、水资源保护、水资源经济、水资源管理等全方位评价的评价指标体系；水环境问题的研究中，点污染、线污染和面污染研究并举，并以非点源污染的研究领域有较大的开拓；加强了人类活动对水循环影响的研究；开发研制具有水文过程模拟、水污染控制、水资源规划与管理等功能的流域规划决策支持系统软件等。
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