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序论:在您撰写水力学实验报告时,参考他人的优秀作品可以开阔视野,小编为您整理的7篇范文,希望这些建议能够激发您的创作热情,引导您走向新的创作高度。
本学期我们进行了七周的水力学实验,从这些实验中我学到了很多。
例如,所有实验都是需要耐心地去测量一组一组的数据,还需要在实验后认真处理核对每一组数据。这些实验加强了我的动手能力,并且培养了我的独立思考能力。特别是在做实验报告时,因为在做数据处理时出现很多问题,如果不解决的话,将会很难的继续下去。
例如:数据处理时,遇到要进行数据获取,插入图表命令,这些就要求懂得excel软件一些基本操作。通过这几次的实验,我不仅学会了如何正确使用实验仪器,还学习到了认真严肃的科研精神,并且激发了我学习新事物的兴趣,这些我个人觉得都是极为可贵的。
在实验开始之前,我认为最为重要的就是提前预习实验内容:包括实验仪器、实验原理、实验步骤以及实验分析总结。我认为这里面需要我们花费很多心思去思考体会,想出自己对什么有疑问,以便上课时向老师提问寻求解答。
以我们的电拟实验为例:当时我们做这个实验时反复做了很多遍,也向老师提出了一些疑问。在开始时,仪器需要校准。因为上下游电势差不是10V,仅仅这一点我们就搞了很长时间。最终我们得出的误差原因是因为电笔接触不好影响实验进行,所以我们更换了其他不可使用仪器的完好的电笔,实验才得以进行。其次,实验分析阶段是培养我们自己独立思考、分析问题和解决问题的能力的阶段。
在深入学习实践科学发展观活动中,我们把“强化基础地位,建设民生水利,推动科学发展”作为学习实践活动的主题,以开展“水利基础设施建设集中突破年”活动为载体,精心组织,合理安排,扎实开展学习实践活动,学习调研阶段各项工作深入推进,水利重点工作进展良好,切实做到了“两不误,两促进,两提高”。
按照县委的安排部署和学习实践活动第一阶段工作总体要求,近期,我们组织局领导班子成员深入基层,深入群众,通过座谈讨论,个别走访等形式,就建设民生水利,推进科学发展进行了专题调研,广泛听取了广大基层干部群众的意见和建议,现结合实际,就建设民生水利,推进科学发展作简单的探讨。
一、全县水资源及水利工程建设基本概况
我县属于内陆地区,区位上处在黄土高原沟壑地带,气候为半干旱半湿润类型,年平均降雨量为599毫米,年蒸发量1403.3毫米,是降雨量的2.3倍,县境内仅有达溪河、黑河两条主要河流,水资源十分短缺。全县水资源总量为2.25亿立方米,其中入境水1.17亿立方米,自产水为1.08亿立方米,人均占有量998.4立方米,耕地亩均占有量276.6立方米。按水资源总量、现有人口及全县耕地总面积计算,分别是全国的0.8%、43%、18%全省的7%、86% 51%和全市的13.4%、89%96.5%。至20__年底,全县共建有各类水利工程163处,其中:人饮工程136处,灌溉工程19处(含两河灌区),防洪工程6处,水库6座,建成集雨水窖32381眼,新增补灌面积44071亩,发展有效灌溉面积49909亩。人饮工程通村率90%,解决了17.7万人6.4万头畜的饮水困难,全县累计完成自来水入户3.3万户,入户率达到了63%。在主要河道修筑防洪堤13.11公里,保护耕地20__公顷,保护人口1.3万人。全县还有10%以的村没有水利工程, 近40%的农户没有通上自来水。水资源短缺、水利基础设施薄弱成为制约全县经济社会发展的瓶颈。
二、目前存在的主要困难和问题
在调研中我们发现,目前我县水利工作还存在着基础薄弱、管理滞后、工程老化失修、服务体系不健全等困难和问题,与科学发展的要求、与人民群众的期望、与全县经济社会发展的形势还很不适应。主要表现在:一是我县水利基础设施建设历史欠账较大,随着经济社会发展对水的需求日益增长,工程型缺水矛盾更加突出。二是农村饮水不安全问题十分突出。至20__年底,全县农村人口中尚有4.34万人存在饮水不安全问题,占农村总人口数的19.6%。三是水利工程老化失修严重,综合利用效率低。县城及几条河流的河堤建设滞后;县域内六座水库及部分农村人畜饮水工程均建于70年代,工程老化失修严重,防汛隐患突出;灌溉设施不全,渠系淤积严重,渠系水利用系数低,灌溉得不到保障。( r1 |3,! p’ f, z+ v* d3 p四是水环境恶化的趋势未得到有效遏制。目前,全县仍有大量的工业废水和城镇生活污水未经处理直接排入水域中,其中相当一部分进入了农村地区,造成地下水和地表水污染,这种状况直接威胁着广大农民的饮水安全。五是管理机制不适应水利发展要求。从调研情况来看,造成水利工程老化失修、效益衰减等问题,既有资金短缺的原因,也有机制上的根源。目前,大部分农村水利工程尤其是小型水利工程管理主体不明确,尚未形成一套良性的运行管理机制,水利工程的投入补偿机制未形成,工程水费收取困难,当前推行的农民用水户协会建设管理由于工程设施落后、思想认识不够等原因,也遇到了较大困难,造成工程日常管理维护经费短缺,水利工程使用周期缩短。五是基层水利工程管理不到位,导致农村人畜饮水工程供水不正常、供水秩序差,直接影响了农村群众正常的生产生活用水。六是水政执法还不到位。群众的节水意识、水法制意识还比较淡薄,人为破坏水利工程的现象时有发生,乱打井、乱取水、乱采砂的问题仍然存在,依法治水、依法管水的局面还没有完全打开。
三、解决水利发展突出问题的基本构想
按照建设民生水利,推动科学发展的总体要求,在深入调研,广泛听取各方面意见建议的基础上,我们提出了今后几年水利工作的总体思路和奋斗目标。
总体思路是:树立“一个理念”,突出“一个主题”,抓好“四个重点”。即:树立项目支撑,基础先行,改善民生,人水和谐的发展理念;突出建设民生水利、推动科学发展这个主题;主攻以支撑水利事业可持续发展为重点的项目建设,以水利基础设施建设为重点的民生改善工程,以完善体制机制,提升管理服务水平为重点的水利管理,以创建资源节约型、环境友好型社会为重点的节水型社会建设四个重点。
总体目标是:着力构建“六大体系”,切实抓好“六个关键”,努力推进“五个转变”。“六大体系”:一是防洪保安体系。加快流域综合治理,提高防洪、排涝保障能力,形成较为完备的防洪体系。二是全县农村安全饮水保障体系。积极争取完成4.34万人饮水安全工程建设任务,让城乡居民喝上安全水、放心水。三是农田灌溉体系。通过对中小型灌区全面更新改造,加快小型农田水利建设,全县农田有效灌溉面积和旱涝保收面积恢复到历史最好水平,保障粮食安全。四是城乡统筹协调发展的水资源水环境保障体系。对县境内的达溪河、黑河两条主要河流进行全面治理,依法保护水源,加强水资源配置,建立节水型社会。五是诚信健康的水利管理体系。建立健全完备的水利管理制度,使水利工程管理上台阶、上水平,有效提高农村饮水保障率、及时率。六是高效的涉水事务社会管理和公共服务体系。建设一支依法行政、作风过硬、技术优良、攻坚克难的水利建设和管理队伍。“六个关键”:把维护人民群众的根本利益作为水利发展的出发点和落脚点;把实现人水和谐作为水利发展的核心理念;把水资源配置、节约和保护作为水利发展的工作重心;把统筹兼顾作为水利事业发展的根本方法;把因地制宜、分类指导作为深化水利发展的重要措施;把坚持改革创新作为推进水利发展的不竭动力。“五个转变”: 在管理理念上,要加快从供水管理向需水管理转变;在规划思路上,要加快从无序规划向有序规划、合理规划转变,把水资源合理开发利用和节约保护相结合,站在全县水利科学发展的高度,科学谋划,合理规划;在保障措施上,要加快从治
理为主向预防为主转变;在用水模式上,要加快从粗放利用向高效利用转变,积极探索节水型社会建设的模式与途径,大力推广运用节水型器具,倡导文明的生产和消费方式,逐步形成节约用水的行为规范和社会风尚;在管理手段上,要加快从行政管理向综合管理转变,积极培育和发展农民用水者协会,鼓励群众参与水利管理、水价制定、水权转让等决策。四、实现水利科学发展的工作重点
建设民生水利,推动科学发展,就是要切实破解水利发展难题,实现水利可持续发展,不断满足人民群众和生态环境建设对水的需求,以水利事业的可持续发展促进全县经济社会又好又快发展。当前,要破解这些发展难题,就得从以下几个方面下功夫:
第一、争上项目,破解资金难题,在科学兴水上集中突破。当前,水利工作既面临着难得的发展机遇,也面临着严峻的挑战。就我县而言,水资源短缺、水利基础设施建设薄弱,农村群众饮水不安全等问题亟待我们去解决,而目前国家出台拉动内需的投资政策,加大对水利的投资,为我们提供了难得的机遇,我们一定要抢抓机遇,争上项目,重点围绕解决农村群众饮水安全、灌区续建设配套、水库除险加固、中小河流治理等方面积极论证,多方争取,确保到二0__年解决全县4.34万人饮水不安全问题,完成1座小(一)型和5座小(二)型水库除险加固任务,在08年完成达溪河灌区改造任务的基础上,争取在20__年完成横渠灌区续建配套任务,最大程度地发挥两河灌区的灌溉能力,提高农业生产效益。
一、湖区采砂管理逐步走上规范化轨道
鄱阳湖属省管河道,采砂自有史以来,*市就受省委托进行采砂管理。湖区采砂从*年开始进入小有规模、较有规模、规模与规范开采,20*年进入有(应急)规划、较大规模开采。在采区规划上,全湖区暂未设禁采期;20*-20*年分别设采区43、42、43、30个,其他因水下有光缆、渔业保护区、湿地附近区均划为禁采区;年采砂量估算约1500-3000万吨;采砂船按可采区限量办证进入采砂作业。在采区运作上,20*年以前,由市局审批,县(区)组织拍卖或协议;20*-20*年由市局审查,报省厅批准拍卖方案后,省、市水行政主管部门派员参加指导县(区)组织的拍卖经营权大会;每个采区经营权一年采期。在湖区采砂管理上,随着20*年《长江河道采砂管理条例》的颁布实施,间接地促进了湖区采砂管理工作,变一度无序开采,为规范、合理、有序开采。逐步实现了在法律、规划、经营权及资源合理配置利用与监管的基础上建立起来的管理体制,逐步做到了规划程序、管理程序、办证程序、处罚程序的落实。
二、湖区采砂规范化管理的内容与要求
湖区采砂的规范化管理,是形势发展的需要,是依法行政的需要,是规范水行政主管部门、规范采区买受人责权利的需要。在具体实施中,一要落实基础条件。建立省、市、县三级管理机构、队伍,明确管理职能。二要落实基本内容。制定采砂实施规划,明确管理范围和要求。三要落实规范程序。依照法规严格履行办证开采的手续,持证开采,规范开采。四要落实现场监管。建立采砂管理基地,做到集中停靠、持证准入、持证有序出入开采。五要落实法规及合同的约定。必须合法开采,对违犯水行政法规的非法开采行为及违犯相关法规的行为实施处罚。六要按照规定做好监管工作登记。对监管不力的要受到上级部门的责任追究;买受人无证、超功率、超采区范围、超船只数的,不接受处罚的,将被记录在案,屡纠屡犯的将取消在湖区采砂的资格。
三、湖区采砂规范化管理的具体措施
省政府的规章、规范性文件明确了采砂管理领导责任和管理主体责任,规定“县以上人民政府对辖区内河道采砂管理实行行政领导负责制”,“乡镇以下不直接管理河道采砂”。还规定“县以上人民政府水行政主管部门是本行政区域河道的主管机关”。水行政主管部门应履行管理职能,抓好具体实施工作:
(一)认真编制采砂规划,严格划分可采区、禁采区和可采期、禁采期。沿湖县(区)要在行政区划界线的基础上,落实依法、科学、合理、有序的“八字”要求,坚持勘界、线权分离、“三证”、接受上级管理和有争议不能开采的“五项原则”。采砂规划报市水利局审查,由省厅批准后实施。
(二)运用市场机制,组织可采区公开招标、拍卖。沿湖县(区)要按照公开、公平、公正、择优的原则,公开招标、拍卖采区。具体操作中,必须明确组织者和主持者,必须认真编制拍卖、招标文件资料,必须拍卖、招标公告,必须严格审查竞标人、投标人资格,必须组织召开拍卖、招标投标会,必须签订竞买、中标合同。
(三)严格执行采砂申请许可制度。凡申请在湖区采砂的单位或个人,应向当地水行政主管部门提出采砂申请,并进行登记。采区买受人、中标人应按水法规有关规定,提出采砂作业申请、作业计划书,当地水行政主管部门应根据采砂规划,就水下地形图、采砂对河势稳定、堤防安全、通航安全及采区毗邻关系等情况,提出明确的意见,上报市、省水行政主管部门审核批准,在与采砂船审查确认的同时,发放河道采砂准采证。
(四)落实湖区采砂管理费收费标准。依据江西省实施《河道采砂收费管理办法》细则的规定,按其采挖产地第一次成交额的5-10%计算采砂管理费。
(五)落实湖区采砂管理费缴交制度。凡办理了湖区河道采砂准采证的单位或个人,必须按规定一次性向市水行政主管部门缴交省、市、县的采砂管理费;如未缴清的,又需要续采的、许可需要延续或变更的,应向当地水行政主管部门提出申请,报市水行政主管部门决定是否办理延续或变更手续。
[关键词] 水利水电 工程 施工 技术
1前言
建国以来,福建省进行了大规模的水利水电基础设施建设。截止2007年末,福建省已建成的以防洪、灌溉为主的水库2948座,水闸3724座,有效灌溉面积952.91千公顷,机电排灌面积153.21千公顷,水利工程供水总量157.56亿m3,农村小水电总装机632.4万千瓦,修建围垦滩涂造地128.58万亩,江海堤防5825.68km[1];截止2008年8月,全省水电总装机达1025万千瓦[2],占全省电源总装机2502万千瓦的40.7%。
建国以后头30年,即上世纪50年代初到70年代末,福建大兴水利基本建设,改善农业生产条件,同时大办小水电,这个阶段的生产力水平较低,施工设备简陋,主要靠人海战术,水利工程施工技术落后。改革开放以后,特别是“七五”到“九五”期间,福建省迎来水利水电建设的高峰,全省集中力量构建防灾减灾五大防御体系,完成了千公里海堤、千公里江堤、千座险库除险加固,建成了大批水利水电工程。近30年来,福建广泛推广和应用新技术、新材料、新工艺、新设备,所以水利工程施工技术得到长足的发展,已逐步形成比较完整的技术体系,在筑坝技术、堤防与围垦工程施工技术、深软基础处理技术、地下工程施工技术、土工合成材料的应用技术、水利工程除险加固、机电与金属结构制造安装技术、工程施工组织与管理等均提高到一个新的水平,砌石坝、碾压混凝土坝等施工技术均在国内处较高水平,贫胶凝粗粒料筑坝新技术在施工围堰中的应用为国内首创[3]。
2我国水利工程施工学科发展现状与目标
2.1 我国水利工程施工学科发展现状
2.1.1 导截流工程。我国导流工程在规划、设计、科研、施工方面已处于国际先进水平。三峡工程三期碾压混凝土围堰最高124m,总方量168万m3,月浇筑强度达47.6万m3,建成后蓄水总库容达147亿m3,堪称世界之最[4]。
2.1.2 地下工程。随着我国一大批大型水电站、长距离跨流域调水工程的建设,我国地下工程的开挖技术、长隧洞掘进机开挖技术和极软岩中的长隧洞施工技术在理论和实践方面均有很大发展与突破,其施工技术水平和科技成果均进入世界先进水平,某些领域已处世界领先地位。溪洛渡水电站地下厂房断面尺寸为444.0m×31.8m×76.0m(长×宽×高),总开挖量为500万m3,是当今世界上最大的地下洞库之一。
2.1.3 土石方(坝)工程。自20世纪90年代,我国土石坝工程建设就呈现出很快的发展态势,进入21世纪后建设步伐明显加快。在建的清江水布垭混凝土面板堆石坝坝高233.0m,是世界上最高的混凝土面板堆石坝,拟建世纪第二高的砾石土心墙坝,在科研、设计、施工、监测等方面均积累了许多成熟的经验。
2.1.4 混凝土工程。通过三峡、小浪底、二滩和万家寨等工程实践,在混凝土骨料、外加剂、补偿收缩混凝土、抗冲磨蚀混凝土、塔带机混凝土筑坝等方面,技术上取得创新性的突破,形成了较系统的理论、技术专著和技术标准。经过近20年的研究和实践,我国碾压混凝土筑坝技术已达世界先进水平,在某些领域已处国际领先地位。
2.1.5 地基与基础工程。我国水利水电建设地基与基础工程技术水平总体上已达到或接近世界先进水平,但在一些重要方面与发达国家甚至国内其他行业相比还有差距,这是我们今后努力的方向。主要包括:各种地基的基础处理的基础工程工法都要向“更高、更难、更好、更快”的方向发展;应加强理论研究,争取在地基与基础工程理论上取得突破性成果;大力研制开发先进的地基处理和基础工程机械,提高施工的机械化和自动化水平;努力开发新的工艺方法,降低物耗,提高生产效率;注重施工环保问题等。
* 第一执笔人:曾金水,福建省水利学会施工专委会副主任,福建省水利水电工程局有限公司副总经理兼总工程师,教授级高工。
2.1.6 施工组织设计。大规模的水利建设实践,极大地提升我国的施工组织设计水平,现在的施工组织设计正朝着数字化、可视化、仿真化方向发展,数字化设计和可视化施工管理也将广泛应用于现场施工。
2.1.7 施工管理。目前我国已全面实现项目法人责任制、招标投标制、建设监理制和合同管理制;水利水电工程质量逐步提高,质量管理系统有一定的发展;水利水电工程的安全管理实现企业负责、行业管理、国家和群众监督的施工安全管理体系。但与国外发达国家相比,我国工程施工管理水平还有一定的差距。
2.2 我国水利工程施工学科发展目标
我国水利工程施工学科的发展目标是:提高我国整体施工技术和管理水平,开展和倡导水利工程施工技术、工艺、处理措施以及施工设备的研究,促进水利工程施工新技术、新工艺和新材料在本行业的推广和应用,加强施工管理体制方面的研究,依靠科技进步,实现施工技术和管理体制的创新,促进我国水利工程施工技术的发展。
3福建水利工程施工学科发展现状与主要成就
3.1 导截流工程
3.1.1 围堰工程。上世纪70年代以前,古田溪梯级、安砂等工程的施工围堰采用填石木笼围堰,上部采用浆砌石或混凝土混合结构允许汛期过水。上世纪80年代,水东水电站采用低流态高掺粉煤灰的混凝土拱围堰;水口二期围堰采用心墙式土石围堰,堰体防渗采用塑性混凝土防渗墙和土工膜,水口三期围堰采用碾压混凝土新技术。进入新世纪以来,围堰防渗技术又有新发展,金鸡拦河闸重建工程采用冲灌袋护坡的吹砂围堰,堰体采用高压摆喷防渗技术;尤溪街面下游量水堰(堰高13.54m,总方量0.42万m3),以及宁德洪口大坝的上游围堰(堰高35.5m,总方量3.2万m3)采用贫胶凝粗粒料筑坝新技术填筑施工围堰,成功建成中国第一座高35.5m的贫胶凝粗粒料主围堰,围堰建成后经受50年一遇超标洪水考验(Q=5400m3/s,水位超坝顶8m),围堰运行正常,安全可靠[5]。贫胶粗粒料筑坝新技术的研究,获2005年度福建省水利科学技术一等奖。
3.1.2 大江截流工程。早在上世纪70年代,施工能力低,处于半机械化状态下,我省在九龙江北溪引水桥闸施工中截流设计流量为1660 m3/s,采用民船抛投条石及填筑砂堤围堰闭气的方法截流,截流堵口时,流量1200 m3/s、龙口水位差1.33 m、流速4.88 m3/ s,断流一举成功,在当时是一大壮举。进入80年代,随着机械化水平的不断提高,我省的截流施工技术也随之提高。1989年9月,水口水电站二期围堰截流,设计截流量为1620 m3/ s,采用单戗堤双向进占立堵法,最高抛投强度为3158 m3/h,顺利实现闽江干流大江截流[6]。
3.1.3 围垦工程堵口截流。长乐外文武围垦工程堵口段处于开敞式海域,风浪大、水流急、潮差大,为解决粉细沙地基、大水位差、大库容量、高速急流、深水条件下的堵口闭气难题,改变过去贯用的山土闭气方法,采用充灌袋吹填沙技术应用于堵口截流闭气,同时比传统的堵口闭气方案缩短了施工工期45天。充灌袋吹填砂堵口截流闭气新技术应用,获2003年度福建省水利科学技术三等奖。
3.2 地下工程
3.2.1 地下厂房。21世纪以来,福建先后建成了棉花滩、周宁、街面等大型水电站的地下厂房。采用了岩壁吊车梁、系统喷锚支护等新技术。棉花滩水电站地下厂房主要洞室尺寸为:主厂房129.5m×21.9m×52.08m(长×宽×高) ,主变室137m×16m×20.1m,尾水调压室87.3m×12.0m×50m,采用预裂爆破技术进行开挖,施工质量好、速度快(主厂房开挖只用16.5个月时间,创当时同类规模主厂房开挖的国内记录)。
3.2.2 水工隧洞、竖井。福州市第二水源供水工程跨流域引水隧洞控制段,单头掘进长度达3.7km,是国内罕见的小洞径超长隧洞,工期紧、强度高、难度大。因有效解决了供气、光面爆破、通风排烟、排水、洞内高压送电、循环进尺等一系列技术难题,如采用水幕降尘和多级串接的混合式长柔性管通风技术,成功解决了超长单头掘进隧洞的通风排烟技术难题,在单头掘进长度3.5km时,月进尺仍达到150m,创造了国内同规模工程的施工记录,超长隧洞高强度施工技术研究获2004年度福建省科学技术三等奖。穆阳溪梯级周宁水电站,是一个高水头(最大水头437.2m)、高竖井(高453.25m)、长隧洞(长12.352km)、深埋式地下厂房洞室群,地下工程施工难度大,其中竖井总高453.25m,为国内已建同类工程之最[7],竖井开挖采用LM-200型反井钻机进行反导井施工技术,简化了施工工艺,掘进快、施工安全、开挖质量好。
3.3 土石方(坝)工程
3.3.1 吹砂筑堤。福建省在千公里海堤、千公里江堤及围垦工程的建设中,在天然砂丰富的个别地段,采用吹砂筑堤技术,就地取材,成本低、速度快,又起到疏浚河道的效果。如桔园洲防洪堤、龙洲防洪堤等工程均采用吹砂筑堤技术。
3.2.2 土石坝施工。上世纪50年代到80年代,福建省修建的各类大坝中,碾压式土石坝的数量最多,以灌溉为主的土石坝数量超过1900座,主要有均质土坝、土石混合坝。土石混合坝的代表作为1973年建成的山美水库,坝高76.5m,库容6.56亿m3,大坝填筑量为160万m3,因机械化水平低,主要靠人海战术,施工高峰期总人数达2万多人,经历3年9个月建成。
3.3.3 混凝土面板堆石坝施工。混凝土面板堆石坝(CFRD)是当今世界上坝工发展的主流之一。“八五”以来,福建省已建和在建的面板堆石坝共有7座,坝高超过100m的有3座,其中街面大坝的堆石体330万m3,最大坝高126m,大坝填筑工期仅用16个月[8],最高月填筑量达42万m3。混凝土面板防裂技术是混凝土面板堆石坝的关键技术, 1995年万安溪的混凝土面板防裂技术获水利部科技进步二等奖,经专家鉴定处当时国内的最高水平。结合芹山水电站混凝土面板堆石坝建设,福建省成功研究应用了新型复合GB铜止水结构,取得了良好的效果,总体技术达到国际领先水平,获得2001年度福建省科技进步二等奖。
3.4 混凝土工程
3.4.1砂石料生产
(1)天然砂石料生产。我省大中型水电站多数使用天然砂石料,经筛分加工成级配料,如水口、洪口、沙溪口、水东、高砂等。毛料开采采用大斗容挖掘机,配大吨位自卸车运输,或采用具有较高生产能力的采砂船配自航式驳船运输。如沙溪口水电站所需砂石料采用全盘机械化,设计砂石料系统生产能力为360 t/h,可满足混凝土月浇筑量5.5万m3,的要求。水口水电站砂石系统的设计生产能力为750 t/h,可满足高峰期月浇筑混凝土12.4万m3的需要。
(2)人工砂石料生产。我省人工砂普遍采用干制法生产,大型工程(如棉花滩)采用巴马克破碎机(B-9000) 制砂,如坑口、涌溪三级电站也采用干制法生产人工砂。人工碎石生产系统普遍采用PEF600×900颚式破碎机初碎、PEF400×600颚式破碎机中碎,然后用筛分机筛分成不同粒径的骨科,生产能力根据工程需要进行配置。如棉花滩水电站大坝混凝土工程量为611550 m3 ,根据混凝土月高峰浇筑强度为6.0万m3的需要,选择生产能力为500 t/h的破碎筛分系统。
3.4.2模板工程
我省混凝土坝施工的模板技术,在近20年有较快的发展,钢模板、竹木胶合板已大量取代木模板,模板的型式也大量采用大型组合模板、滑升模板、翻升模板、悬臂模板及预制混凝土模板等。如水口水电站大规模采用轻型组合钢模板,钢模板立模率达95%以上,广泛采用2.3m×3.0 m的悬臂模板,这种模板使用次数可达50次以上,每块模板吊装只配4~5人,仅10 min可完成拆装工序,施工工效高,经济效益显著,而且混凝土表面整齐美观。棉花滩碾压混凝土坝施工中,采用斜面可调式翻升钢模板,不但解决连续浇筑、快速上升的问题,还具有悬臂、可微调倾角、翻升、装饰等功能,取得较好的效果。
3.4.3混凝土浇筑
(1)混凝土施工机械化水平。近十几年来,我省大中型水电工程普遍采用先进的混凝土拌和设备和与之相配套的混凝土运输、浇筑设备、使混凝土施工达到较高的机械化水平。如水口水电站采用3座自动化混凝土拌和楼(其生产能力分别为150 m3/h、300 m3/h、112.5 m3/h), 混凝土运输采用2台起重量为30T平移式缆机配9m3蓄能式混凝土罐(主要用于大坝)及一台起重量20T平移式缆机配6m3蓄能式混凝土罐(主要用于厂房子),采用CAT38LCP65HP和D31P63平仓机,五棒高频振捣机等配套设备,实现了综合配套机械化作业,创造月浇筑混凝土量12.4万m3、年浇筑混凝土量118万m3的较好水平, 工程质量达我国上世纪90年代建设的5个百万千瓦级大型水电站的最好水平。
(2) “双掺”技术。
① 混凝土的掺合料。坝体混凝土掺粉煤灰,可大量节约水泥,改善混凝土和易性,增强混凝土密实性,降低混凝土绝热温升,提高抗裂性能等。自1978年以来,我省在大中型水电站施工中大力推广掺粉煤灰,在常态混凝土中的掺灰率一般为20%~30%,个别工程如南一水库大坝常规混凝土中掺灰率达30%~40%;在碾压混凝土中掺灰率达50%~70%,其中:坑口大坝R90100碾压混凝土的掺灰率达57.1%,棉花滩大坝R180100碾压混凝土的掺灰率达64.7%。
② 混凝土的外加剂。坝体混凝土掺不同类型的外加剂是改善混凝土质量和性能、节约水泥用量和降低成本的有效措施,我省不论是常规混凝土坝还是碾压混凝土坝都根据不同工程项目的不同要求,普遍采用合适的外加剂,如减水剂、缓凝剂、防裂膨胀剂、脱模剂、泵送剂等。
3.4.4碾压混凝土筑坝
福建的碾压混凝土筑坝技术行动早、推广快、技术领先,经过20多年大胆的研究和实践,福建碾压混凝土坝的施工,已形成了较成熟的技术体系,从砂石料生产到碾压混凝土配料、拌和、入仓方式、碾压、仓面养护,已形成配套技术,在国内知名度较高。1986年,福建省建成全国第一座碾压混凝土坝――大田坑口,采用高掺粉煤灰,全断面辗压,连续浇筑等工艺,从混凝土开盘算起只花6个月时间,建成一座高56.8m的大坝,在当时达国际先进水平, 1988年“福建坑口碾压混凝土筑坝技术”荣获“国家科技进步一等奖”,1990年“福建坑口碾压混凝土坝施工工艺”荣获“全国施工新技术优秀项目”。2000年建成的永定棉花滩2003年荣获“鲁班奖”。
3.5 砌石坝工程
砌石坝,是采用胶结材料(主要指砂浆或混凝土),把单个的石块砌筑联结在一起而成的一种挡水建筑物。过去,砌石坝的胶结材料是水泥砂浆,采用人工插捣砌筑;20世纪60、70年代,在闽、浙两省砌石坝率先采用一级配混凝土作为胶结材料,80年代推广到二级配混凝土,并采用机械振捣。目前,福建省已建的坝高15m以上的各类砌石坝总数约600座,数量居全国之首[9],其中砌石拱坝的数量最多,占砌石坝总数的70%以上,经过几十年的不断探索与创新,福建省砌石坝设计与施工技术(特别是砌石拱坝)逐渐形成自己的特色,施工技术在国内处领先地位。自1972年首次采用坝体自身防渗技术,成功建成仙游东溪砌石双曲拱坝(坝高57m)以来,福建砌石拱坝的防渗方面一律不设混凝土防渗面板或心墙,只靠迎水面的深勾缝及砌石体自身防渗[10]。目前,福建已建成并投入使用的坝高大于80m的砌石拱坝有9座(其中黛溪最高,为96.3m),全部采用自身防渗技术,全部运行良好、不渗不漏。
3.6 地基与基础
3.6.1 基础灌浆。目前,我省已建坝高超百米大坝有7座,在各种复杂地基处理过程中,我省的基础灌浆技术也得到快速的提高。我省钻孔设备从70年代以后使用液压式回转钻机到80年代小口径钻机,钻具方面以合金及金刚石钻头取代钢砂钻头,机械的自动化程度、工作效率和钻孔质量大为提高。灌浆机也不断更新换代,已能满足高、中、低压力的灌浆要求。灌材料主要有水泥、粘土及各种化学材料(如丙凝、聚脂、水玻璃等)。近十几年来,灌浆方法主要采用小口径钻孔、自上而下分段灌浆法或孔口封闭法;高压灌浆法;以及GIN灌浆法新技术;大工程已使用自动记录仪,实现灌浆施工机械化、自动化。如水口水电站基础灌浆采用小口径钻进,孔内循环灌浆技术;雷公口(坝高86.3m)砌石拱坝岩基复杂,采用高压帷幕与固结灌浆技术;街面面板坝址基采用GIN灌浆法[11],解决址基断层、裂隙发育,以及存在软弱夹层的特殊地质的防渗问题。
3.6.2 混凝土防渗墙。为解决堤坝基础的防渗问题,近年来,福建采用了形式多样的造墙的技术 ,如采用冲击及反循环钻机配合抓斗造墙,射水法造墙,高喷(旋喷、定喷、摆喷)造墙,深层搅拌桩造墙等施工技术,采用刚柔性相结合的新型防渗技术(即采用单管高压旋喷防渗墙或射水法防渗墙和铺土工膜防渗相结合的新型防渗技术)。其中最具福建特色的混凝土地下防渗墙施工技术是射水法造墙技术,该技术是福建水利水电科研院自行研制的,目前投入使用的为射水法“三代机”,可适用于纯土质、砂质、砂土质以及粒径小于100mm的砂卵石地层,最大墙深可达30m。
3.6.3 深软地基处理。福建省地处东南沿海地区,城市防洪工程及围垦工程大都建在砂基及软弱基础上,随着技术的发展,福建江海堤防的基础处理,广泛采用深搅法、爆破挤淤置换法、挤压法、高喷法等方法;围垦工程的深软基础处理,广泛采用打设塑料排水板等土工合成材料应用的新技术。如泉州晋江下游岸线整治的堤防工程建设过程中,根据不同地段的地质条件,分别采用高压旋喷桩、振冲碎石桩、沉管灌注桩、锚杆静压桩(大淮水闸软基)对基础进行处理。如过桥山和白水等大中型围垦工程软基处理中采用多项新技术,即海堤基础水下插设塑料排水板;海堤基础水下铺设土工织物和加筋软体排;实施海堤施工过程加荷监测和控制,较好地解决了围垦工程深软基础处理的技术难题,取得良好的效果,其中过桥山围垦工程已被编录“中国围海工程”工程实例。围垦工程深软基础处理应用研究,获2003年度福建省科学技术奖三等奖。
3.7 施工组织设计
福建省自1988年在水口工程引进项目管理软件P3以来,在一些大中型水利水电工程项目中,逐步推广应用项目管理软件,以优化施工方案,提高了施工组织设计水平。目前福建省水利施工中应用较多的还有梦龙项目管理系统、微软的project等。网络计划的应用实现了进度计划、资源平衡、网络绘图、成本分析、项目跟踪等全方位动态管理,能方便地进行工程网络计划的修改、调整和工程成本的控制、管理,大大提高大中型工程施工组织与施工管理水平。
3.8 施工管理
福建省水利工程施工质量管理水平总体较高,上世纪70年代的华安水电站、80年代的池潭水电站、90年代的桑园水库均获水利部优质工程奖,万安溪混凝土面板堆石坝及水口水电站工程的施工质量均处国内最好水平,2000年建成的永定棉花滩荣获“鲁班奖”。随着中国加入WTO,福建省各水利施工单位陆续进行了ISO9001质量管理体系的认证;进入新世纪,福建省水利水电工程局有限公司、中国水利水电第十六工程局有限公司等施工一级总承包单位,还进行职业健康安全管理体系、环境管理体系的认证,不断提高工程施工质量、安全、环境管理的总体水平。
4学科发展的目标与方向
4.1 学科发展的目标
福建水利工程施工学科的发展目标,应以我国水利工程施工学科的发展目标为中心,根据福建省的具体情况,努力在“四新技术”的研究、推广、应用方面有新突破,提高我省水利工程施工技术和管理的整体水平。
4.2 学科发展的方向
根据福建水利工程施工学科发展在国内所处的水平,结合福建省水利“十一五”科技专项规划[12],学科发展的方向是:
4.2.1 研究贫胶凝粗粒料筑坝新技术与新工艺。贫胶凝粗粒料坝是介于混凝土面板堆石坝(CFRD)和碾压混凝土重力坝(RCC)之间的一种新坝型,具有广阔的应用前景。其显著的特点是:胶凝材料用量少,对筑坝材料要求低,坝体和地基受力条件好,是一种环保性能、力学和大坝安全性能都很有竞争力的新筑坝技术。近年来,福建省分别在龙岩白沙大坝、宁德洪口大坝及尤溪街面大坝3个工程的围堰施工中进行生产性试验,已取得初步的技术成果,但该技术在大坝主体工程的应用有待进一步研究。
4.2.2 研究长距跨流域调水工程关键技术。闽江“北水南调”工程长距离输水、输水防渗等方面关键施工技术问题的研究。
4.2.3 研究海堤堤身、堤基渗漏除险技术。根据福建省千公里海堤不同的地质条件及堤身结构特点,分析堤身渗漏病险原因,在总结海堤除险加固经验的基础上,研究提出适用我省不同类型海堤的可靠、实用的渗漏除险技术,建立我省海堤渗漏除险技术的标准化系列模式。
4.2.4 研究深软淤泥海堤新堤型关键技术。针对深软淤泥常规方法筑堤工期长、投资大、堤身变位大、抗风浪能力低等问题,研究一种全新的堤型,即施打两道预制混凝土连续墙,墙顶设拉结梁,中央填充土料,形成抗风浪强、可快速施工的直立式墙中填土新堤型。重点研究新堤型受力机理、预制混凝土墙体结构和施工方法等。
4.2.5 研究爆炸挤淤软基处理技术应用。爆炸法处理水下软基技术在我省海堤、防波堤、护岸等水利工程中已陆续采用,研究爆炸挤淤法在围垦工程软基处理中的应用,重点分析研究其适用条件、施工工艺、质量检测措施、工程造价等,以确保工程设计、施工顺利进展。
4.2.6 研究砌石拱坝裂缝成因分析及处理技术。福建省石料丰富,砌石拱坝一直是我省经济实用的主流坝型,建设的数量多,坝高也不断向百米级突破,但不少砌石拱坝出现裂缝现象,研究砌石拱坝裂缝成因、分布规律、对大坝安全运行的影响以及裂缝处理技术措施。
4.2.7 加强工法的开发创新。工法是以工程为对象,运用系统工程的原理,把先进技术和科学管理结合起来,经过工程实践形成的综合配套的先进施工方法,服务对象是工程,核心是工艺,具有系统性、科学性、实用性,它不单纯是施工技术,是企业管理与技术标准的重要组成部分。加强工法的开发创新,围绕工程项目的核心工艺,针对关键技术,不断革新施工方法,并搞好先进工法的推广和应用,以提高施工企业整体技术和管理水平 。
5存在问题与建议
5.1 存在问题
自建国以来,福建省在水利工程施工学科尽管取得了长足的发展,一些施工技术达到国内较好水平,但与国内其他的水利大省、建筑大省相比仍有较大的差距。具体表现在:
(1)水利工程施工自动化、信息化、智能化的水平较低;
(2)新型材料研究少,新型材料推广与应用技术落后;
(3)原创性新工艺的研究较少;
(4)水利工程施工质量、安全、环境管理的总体水平不高;
(5)水利工程施工队伍综合素质不高,专业化、机械化水平低,施工技术积累少,施工工法的开发创新落后于福建省的其他行业。
5.2 建议
当前,我国已进入全面建设小康社会新的历史时期,确保福建省的防洪安全、供水安全、粮食安全、生态安全,着力改善民生,促进海西经济又好又快发展,已经对福建水利建设提出新的要求。为促进福建省水利工程施工学科的发展,提出以下几点建议:
(1)加强水利工程施工自动化、信息化、智能化管理的软硬件建设。如水利施工企业必须建立信息管理平台,实现了内部办公、信息、数据交换的网络化,大力推广应用项目管理软件等。
(2)加大科技投入,结合项目带动,促进新型材料研究与施工的应用。
(3)结合福建省情,重点推进贫胶凝粗粒料筑坝新技术与新工艺的研究,以及深软淤泥海堤新堤型关键施工技术的研究。
(4)借鉴其他行业经验,鼓励施工企业实现标准化管理,鼓励施工企业进行质量管理体系、职业健康安全管理体系、环境管理体系的认证,实现标准化管理,提高水利工程施工质量、安全、环境管理水平。
(5)加强水利施工队伍建设和人才培养工作,引导现有二、三级水利水电施工队伍向专业化队伍方向发展,加强水利工程施工工法的开发力度,促进技术创新及技术积累。
参考文献:
[1] 福建省水利厅.2007年福建水利统计公报.2008.
[2] 郑家松.福建电网科学发展报告――坚持科学发展观走节约型发展电网之路[J]. 海峡科学, 2009,(1): 55-62.
[3] 何光同. 贫胶凝粗粒料新坝型在街面量水堰中的研究与应用[C].中国碾压混凝土坝20年――从坑口到龙滩的跨越[A]. 北京.中国水利水电出版社, 2006.
[4] 中国科学技术协会. 2007~2008水利学科发展报告. 2008.
[5] 赖福梁, 林琳.贫胶凝粗粒料筑坝新技术在洪口水电站的设计与实施[J]. 中国水利, 2007, (21): 50-52.
[6] 施工专业委员会.水利水电施工技术综述[J].水利科技,2001, (B08): 7-11.
[7] 谢德瑞.反井钻机在周宁水电站高竖井开挖中的应用[J]. 水利科技,2006, (1): 31-32.
[8] 徐在民. 福建在建的四座超百米高坝[J]. 水利科技, 2005, (4): 16-17.
[9] 全国水利水电施工技术信息网组.水利水电工程施工手册[M].北京:中国电力出版社, 2002.
[10] 曾金水.福建省砌石拱坝自身防渗技术[C].中国水利学会首届青年科技论坛[A]. 北京: 中国水利水电出版社, 2004.
[11] 李祖发.GIN灌浆法在街面水电站面板坝趾基灌浆中的应用[J]. 水利科技,2006, (4): 21-22, 43.
[12] 福建省水利厅.福建省水利“十一五”科技专项规划, 2006.
课题组成员:
1、曾金水,福建省水利学会施工专委会副主任,福建省水利水电工程局有限公司副总经理兼总工程师,教授级高工。
2、涂启龙,福建省水利水电工程局有限公司副总工程师,高工。
1、提高思想认识,把科学发展与水利事业紧密联系起来。水利工作在保障社会经济发展中发挥着举足轻重的作用,是否把握科学发展观、思路是否正确、眼界是否宽广、工作是否创新,决定了我们能否把科学发展与水利事业联系起来。开展学习实践活动,就是调整治水思路,把握水的自然规律,推进传统水利向现代水利转变,确立人水和谐的治水理念,不断提升水利服务发展能力。我们要充分认清新时期、新形势、新特点,准确把握新任务,在查找差距中更新思维,克服自满情绪,克服固步自封,克服因循守旧,努力改变不符合科学发展的思想观念,增强忧患意识、危机意识、创新意识、进取意识,弘扬创业创新创优精神,真正把科学发展观的要求转化为谋划发展的正确思路上来,进一步弘扬“献身、负责、求实”的水利行业精神,团结拼搏,开拓创新,埋头苦干,扎实工作,努力成为贯彻落实科学发展观的模范,在实践中创新管理理念和领导方法,扎实推进我处工程管理的和谐发展、科学发展。
2、坚持以人为本,努力营造单位的和谐氛围。坚持以人为本,是科学发展观的核心。对于基层水管单位来说,坚持以人为本的理念,可以营造和谐的发展氛围,为水利事业的健康可持续发展奠定坚实基础。我们江都闸管理所职工较多,职工业务素质相差大,职工业务的专业又多,平时矛盾和冲突时有发生。要实现单位的和谐发展,核心是以人为本。为此,我们认为应该着重从以下几方面入手。
首先是倡导文明新风,不断提高职工综合素质。人才是一个单位健康可持续发展的重要保证。我处是“全国文明单位”,又获得了全国五一劳动奖状,就更应该重视对职工的文明教育和培养。因此,我们应当在全所范围内大力倡导男女平等、尊老爱幼、互爱互助、见义勇为的社会风尚;在单位内部形成人人学文化、学业务的氛围,不断促进职工综合素质的提高,从而促进单位内部的和谐氛围。
二是关心职工生活,为职工解决实际困难。贯彻落实科学发展观就是要坚持群众路线,真诚倾听群众呼声,真实反映群众愿望,真情关心群众疾苦,多为群众办好事、办实事。我们要做到想职工所想、急职工所急,时时处处想到职工、关心职工,特别是要及时解决在外施工的职工生产、生活中遇到的困难,让每一个职工都能安心、积极努力地为单位的发展作出自己的贡献。
关键词:水力学;教学改革;水文气象
水文气象学是研究水圈与大气圈界面上发生的物理规律、过程及其演变规律的一门学科。它既是应用气象学的一个分支,又是水文学的重要组成部分。目前大气、陆地和海洋水分循环系统综合模型的研究,使水文气象学的发展受到了广泛重视[1]。2011年6月南京信息工程大学率先成立水文气象学院(以下简称“我院”),并于同年进行大气科学(水文气象方向)本科专业招生,为解决洪涝、干旱、台风、山洪、泥石流等极端水文气象事件培养复合型人才。水力学是高等工科院校不少专业特别是水利类专业的一门重要技术基础课。笔者借鉴已有的教学手段,结合水力学课程特点,积极探索理论学习和动手实验相结合、多种教学手段并存的教学模式,力争取得水力学课程的最佳教学效果。
一、根据课程特点,确定教学主线
1.水力学课程特点
水力学课程具有概念多、公式多、推导多、计算难的特点。其研究内容包括“水静力学”和“水动力学”;研究方法主要是利用物理学和理论力学中相关的运动规律和原理,运用高等数学中的积分、求导等计算方法,推导水力学公式,用于挡水、输水及泄水建筑物的计算和设计,具有较强的工程实践性。
作为一门应用范围相当广泛的技术基础课,水力学教材种类繁多。但目前不同机构或部门组织编写的教材基本上是采用20世纪50年代前苏联洛强斯基的课程体系框架[2],在很大程度上能够满足目前水力学教学的需要。对于水文气象学这个新兴的专业,没有经验可以借鉴。为了较好地保证教学工作的顺利进行,分别以吴持恭主编,高等教育出版社出版的《水力学》(第4版)教材(国家级精品教材)和赵振兴等主编的《水力学实验》作为课堂教学和实验用书。
2.确定教学主线,探索“教―学―做一体化”模式
水力学基本原理、工程应用和水力学实验是该课程的三大组成部分。基本原理和理论是课程的基础,工程应用是基础的应用和体现,水力学实验可以验证、加深和巩固理论课所学知识,三者相辅相成,是一个不可分割的整体。
教学方法或手段是教师向学生表达教学内容、传授课程知识的途径。在理论性和实践性较强的水力学课程教学过程中,坚持启发式教学,重点讲清基本的概念、原理和方法。根据教学内容,分阶段进行课堂总结,将相关内容连贯起来,变零散知识为整体知识,提高学生综合分析问题的能力。
由于水力学涉及高等数学、大学物理、理论力学等知识,理论推导复杂、概念和方法多且易混淆,学生普遍反映这是一门难学的课程。为了充分调动学生的积极性、主动性和创造性,我院成立了水力学兴趣小组。按照教学进度,安排小组成员参与实际工程设计,使学生变被动为主动,极大地提高了其学习兴趣和解决问题的能力。
水力学试验是揭示水流运动规律的一种重要手段。通过观察水流的静止和机械运动现象,了解水流运动的一般规律,学会量测水力要素和使用基本仪器的方法,掌握基本的实验技能;培养学生分析实验数据、整理实验成果和编写实验报告等方面的能力以及良好的实验室工作习惯和科学素质,为今后的工程设计和科学研究打下必要的基础。
二、水力学课程建设与实践
1.教学内容灵活化
基于“教―学―做一体化”教学模式,应针对不同内容,采取不同的教学方法。如三大方程是重点,应详细讲解。另外,我院购进了全套的水力学实验设备,每套设备有2台仪器可供使用,一次实验安排2~3个实验内容,保证每个同学均有机会动手操作。课余时间,实验室对学生开放,鼓励其进行创新性实验研究。
2.教学手段多样化
多媒体可将水力学中很多难以用语言表达清楚或学生很难理解的水力现象展示给大家,把抽象、难懂的问题变得直观、易懂,因此其成为水力学课堂教学中的重要手段。但由于该课程自身的特点,全部使用多媒体并不能达到较好的教学效果,因此,采用多媒体和板书相结合的授课方式,可大大提高教学质量,达到事半功倍的教学效果。同时在教学中鼓励学生参与教学,在课堂上采用学生讲课、讨论、提问等方式,从而增强学生的参与意识,活跃学习氛围。
参考文献:
[1]尹义星.普通水文气象学课程探究式教学模式探讨[J].安徽农业科学,2013(27).
关键词:给排水科学与工程;水力学;实验教学;教学效果
中图分类号:TV13;G6423文献标志码:A文章编号:10052909(2016)03009904一、水力学课程特点
水力学主要研究液体的宏观机械运动规律及其在工程实际中的运用。水力学课程为后续相关专业课程,如水泵与水泵站、给水排水管网系统、建筑给水排水工程、给水水质工程学、排水水质工程学的深入学习打下牢靠基础。因此,学好水力学课程尤为重要。
水力学是一门理论性质较强的专业基础课,如何让学生对单调枯燥、抽象繁杂的教学内容产生浓厚兴趣并加以充分吸收,如何调动学生的热情和积极性,如何更进一步提升水力学的教学质量,是一直以来高校水力学教学研究的重点,也是土建学科教师共同面临的教研问题。
(一) 培养目标定位
通过课程的学习,学生需要了解和掌握水力学的基本原理与实际运用,最终形成扎实的理论知识和应用能力。结合工程实际问题简化分析水力学问题,并具备常规实验动手能力,主要包括水静力学分析计算与水动力学三大典型方程的灵活运用、水流形态的判断及其沿程和局部水体损失的确定计算,注重学生面对实际水力问题的分析计算能力和基本实验动手能力培养,为后续相关专业课程的学习奠定良好基础。
(二) 理论教学部分
水力学的理论教学用时占到本课程总学时的70%,主要是传统“粉笔+黑板”板书教学和多媒体讲解及展示教学相结合,并辅以一定的讨论和检测习题来巩固完善水力学教学。刚开始,必须掌握静水压强、静水总压力计算分析和水动力学三大基本方程,只有精通水静力学和水动力学的基本知识,才能在后续水头损失、有压管道、明渠恒定流、堰流、渗流等内容学习过程中游刃有余,水到渠成地完全掌握各种典型实际水力分析工程运用。水力学教学本身抽象性和理论性很强,有较多的计算方程及其附属的方程运用条件,再加之实际环境类型的差异及水质条件参数的变化,使水力学讲解授课和学习掌握存在相当难度,对工程力学、大学物理、高等数学微积分等基础知识储备有一定要求,这就需要学生在平时掌握过程中清楚各个方程的详细推导过程,包括等式方程的等效替换、适度变形和方程使用前提及在该条件下的参数确定,遇到与之对应的具体水力学问题,可以按照等式方程形成原理,写出适合实际问题的水力学方程。
此外,水力学教学课时相对紧张,在理论教学部分要针对给排水科学与工程培养计划量体裁衣,有别于土木工程、水利水电工程等专业的水力学教学,重点突出水动力学中的“水头损失”、“有压管道”和“明渠”相关分析计算,让学生掌握与管道、明渠相关的水头损失及水流形态判断确定及分析计算,而堰流部分多是水利水电工程为主要教学内容,渗流多是岩土工程岩土水力学的主要研究内容或是地质工程、地下水科学等专业的教学重点。鉴于此,课堂授课的例题讲解,要多以市政管道、室内管道、水泵站、大坝修筑、自来水厂、污水处理厂等为主,让学生更关注本专业领域所涵盖内容,培养学生结合实际问题的分析能力。
(三) 实验教学部分
实验教学是水力学授课的重要环节。水力学的实验教学用时占到本课程总学时的30%,主要在实验室通过水力模型模拟实际工程中的现象,基于化学试剂在水中呈现的不同颜色,来清晰地观察不同外部因素驱动下的水流形态及所形成的水力现象,对课堂理论教学起到补充作用。学生通过动手实验和观察实验,并结合课堂理论知识,使整个水力学的学习变得轻松。实验教学能让学生动手参与并思考问题,积极性显著提高。
值得重视的是,指导教师的水力学实验选择和教学安排对水力学教学效果影响较大。水力学实验的典型性是实验选择的一个重要方面,而水力学实验的全面性更值得思考,要选择能反映多个水力学知识点的综合性实验,特别重视涉及核心知识点的实验。例如,雷诺实验中层流和紊流形态的观察区分,阻力实验中水损的形成,及阻力存在下对水流形态的作用影响。教学中可以让学生观察具体的实验装置和器具,回忆并讲解理论知识,查漏补缺、强化理解,也可以让学生结合生活实际工程中的水力现象,来分析其涉及的水力学知识,如泵站水泵的吸水管路、压水管路设置安装、室内用水器具的管道衔接及其水力成因,将抽象空洞的理论知识与生活生产实际紧密结合,让学生意识到水力学知识对社会发展的巨大贡献。
二、提升教学质量探索
(一) 强化基础课程教学
学好水力学需要掌握好工程力学、大学物理、高等数学等基础知识,否则在水力学学习过程中容易发生概念模糊,公式记忆不清晰等现象。例如,研究液体黏滞性、牛顿内摩擦定律、真空度等知识会涉及大学物理的相关知识,讲解静水压力、液体平衡微分方程、静水总压力的分析计算会涉及高等数学中的微积分原理,水静力学中具体水工构筑物受力分析会涉及工程力学的力学分析内容。如果高等数学、工程力学、大学物理等基础知识掌握不到位,在分析具体水力问题时就会力不从心,感觉找出解题思路却难以继续计算下去而不了了之,更多的时候甚至会对整个题目无从下手,这样发展下去会极大地消弱思考热情,教学成果大打折扣。因此,授课教师在课堂应根据学生的知识接受情况,决定是否需要温习回顾以前的基础课程内容。在合理控制教学进度的同时,让学生理解知识点。
(二) 激发学生学习兴趣
兴趣是最好的老师。在学生刚刚接触水力学课程的时候,就要突出水力学课程在整个专业领域的核心地位,要让学生明白学好水力学的重要性和必要性。事实表明:(1)水力学是后续专业课的重要基础,不学好水力学,后续的相关专业课(给水排水管网系统、水质工程学等)和课程设计(水泵站设计、自来水厂和污水处理厂设计等),甚至包括毕业设计都很难顺利通过,即使在后续学习过程中,通过一定途径弥补以前水力学的弱势,也会消耗大量的宝贵时间,因此,在初期学习过程中,掌握好水力学知识显得尤为重要。(2)相当数量的高校在本专业研究生初试时就考查水力学,基于考取研究生的高难度要求,如果想在本专业继续深造学习,就应该不遗余力地学好水力学。(3)毕业后如果直接参加工作,施工单位、设计单位、自来水厂、污水处理厂等都不可避免涉及水力学知识。换言之,只要从事“水”相关的工作,水力学内容就必不可少。另外,水力学教学中知识本身的丰富性及其与工程实践的联系性将促使初学者高度关注,极大地增加了初学者的学习兴趣,引导并不断培养学习兴趣对水力学讲授至关重要。
(三) 创新课堂教学方法
水力学课程理论性较强,概念理解困难,公式计算较为复杂,单一选择“粉笔+黑板”传统教学模式势必会降低教学效率,教学内容易受限制。与此同时,仅仅采用传统的多媒体教学,学生可能跟不上教学进度,课堂学习难度加大。板书教学与多媒体教学结合,教学效果显著[1-2]。在公式推导与理论分析方面,板书教学具有无可替代的教学优势,其讲解速度较慢,推导过程清晰,使学生紧跟教师思路而不落后,较为容易掌握。在水力学作用效果及实验现象描述方面,多媒体教学更加直观、深刻、形象,使学生迅速洞察其中奥秘,明白变化流程,加深对知识的理解。课堂上例题分析与小组讨论结合有助于进一步提升教学质量,例题与习题讲解是强化理论知识掌握的重要方法,小组讨论便于发现知识体系中的新问题并进行探讨归纳。如在水静力学和水动力学知识掌握中,可让学生总结比较“静”与“动”分析中的异同点,巩固基本理论。
创新教学模式助力教学效果提升。有学者提出“三合一”分层教学模式[3]。第一,结合具体工程实践实例、生产实际讲授知识点,将课堂抽象的水力学理论分析结合具体工程实践,如水体动静结合的水力作用下大坝的建设施工。第二,自主学习课堂教学模式下的水力学教学探讨,教师定期设置教学内容,让学生自主探讨完成,并及时对疑难问题答疑和详细讲解,增强学生自主学习意识。第三,构建师生互动的启发式课堂教学,教师提出问题,或是给出部分引导条件,激发学生自主探索思考。
利用多媒体平台优化教学方法,通过动画视频展示让复杂的问题通俗易懂,尤其是在讲解复杂水力学现象的动态成因和静力分析、“动”与“静”耦合体系在复杂水力条件下的形成过程及水力分析时,通过多媒体演示,使学生豁然开朗。此外,针对个别基础薄弱的学生,可结合学生个体实际制定有效的学习计划,帮助学生巩固掌握水力学知识。
当前混合学习和移动学习日益快速发展, “微课”教学模式已成为当前我国教育信息化资源建设的重点和研究热点[4],涵盖了从中学到大学的整个教育历程[5]。“微课”的优点表现在:教学时间较短,教学内容较少,资源容量较小,资源组成/结构/构成情景化,主题突出等[6-9]。“微课”不同于一般单纯知识性的传统视频演示,而是模拟一对一的教学情景,针对一个很小的知识点,进行讲解。讲解具有“启惑”作用,既注重教师的教,更注重学生学习,区别于一对多课堂教学。“微课”教学模式可帮助教师拓宽教学技能,深化教学实践[10]。“微课”是一种很好的辅助教学模式,对教学重点或难点,可采用录制“微课”的模式进行讲解。“微课”应用于给排水专业水力学课程是一种新的教学模式。
(四) 提高学生动手实验能力
为促使学生更好理解理论知识,加强实验教学显得尤为重要。尽管学生在课堂上已经掌握了水力学理论知识,但是在学习初期学生可能产生许多疑虑,即并不确定这些理论知识是怎样运用于实际生活生产,甚至会怀疑这样复杂的理论知识在实际情况下是否有效。水力学实验正是将理论与实践工程结合的实验探索,而实验参数的调整和不确定性正是实际水力现象的可能变化途径。直观的动手操作实验能让学生很快明白实验方法步骤及其与实验相关的理论知识分析,实验所引发的新问题必然引起学生的积极思考,以期运用所掌握的相关理论知识解决实际水力学问题,动手实践可显著提升学生自主思考的能力。
不同于一般的物理化学实验,不同的水力学实验需要相对独立的实验仪器。“先教师示范、后学生模拟”是水力学实验的通用流程。一般情况下,在进入水力学实验中心后,教师先讲授实验背景、实验核心理论、实验流程,紧接着教师会示范模拟并讲解,其次是学生动手实验并观察记录,而后是教师指导实验并解析实验中的问题,最后归纳总结、整理仪器、离开实验中心。实际教学中,可分小组实验,但各组进行的试验一般相同,而实验最终结果差异较大,甚至部分小组实验难以完成,针对这些差异的讲解也是实验教学的重要组成部分,会让学生直观地认识到外部因素对实验的偶然性影响和理论知识对实验指导的必然性作用。实验完成后,教师要督促学生及时完成实验报告书并批阅反馈,不仅让学生明白实验报告所涵盖内容,而且培养学生对实验现象、实验数据处理的能力。
(五) 引导大学生自主创新
随着社会和科技的发展,知识创新已成为各行各业不断发展的动力。当前大学生的能力评估已经不单纯依赖于考试成绩,大学生知识创新活动是另外一种展示大学生风貌和知识水平的方法[11],也能一定程度反映高校的人才培养质量。在水力学的教学过程中,激发学生以水力学知识进行自主创新是课堂教育与实验室教学的升华。因此,应当积极引导学生参与各项竞赛活动或一些社会团体举办的具有开发大学生自主创新能力性质的活动,如“全国大学生挑战杯”“中国给水排水杯”“力诺瑞特杯”“大学生节能减排社会实践与科技竞赛”等。大学生参与这些竞赛将有助于提高大学生专业知识水平、动手能力、自信心与自主创新能力。大学生自主创新的方法不局限于各种竞赛,由于各方面条件限制,大学生也可以通过撰写论文、申请发明专利或实用新型专利等形式体现自身的自主创新能力。当前,大学生在自主创新过程中可能遇到诸多问题,例如,普遍缺少科学精神,教育体制存在缺陷,创新平台有待搭建,缺少自主创新能力等级评价体系等[12]。因此,在创新的过程中,学校和教师需要加强科学精神的宣传工作,积极为学生搭建各项创新平台,不断提高学生自主创新能力。应以学生为主,教师为辅,积极开发学生的创新能力,只有这样,学生的自主创新能力才能提高。
三、结语
水力学是一门理论性较强的专业性基础课,对本科生后期学习相关专业知识影响很大。在传统的教学基础之上,在教学过程中激发学生学习兴趣与提高学生专业知识水平是一项重要课题。充分利用当前信息化技术优势,采用多元教学模式,如自主互动、“粉笔+黑板”教学方式、视频动画等多媒体,甚至新型的“微课”教学模式。教学规律与专业化人才培养需求相结合,传统教法与新形势下现代教法并轨,将学生能力素质培养放在首位,有针对性地设计教学内容,积极推动和引导学生参与社会实践,提升学生自主创新能力和专业知识水平。
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