環(huán)境學(xué)科背景下水文與水資源工程專(zhuān)業(yè)教學(xué)改革與實(shí)踐

[摘 要]隨著我國(guó)社會(huì)和經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，水資源呈現(xiàn)出水質(zhì)性缺水問(wèn)題，水文與水資源工程專(zhuān)業(yè)的培養(yǎng)目標(biāo)也發(fā)生了相應(yīng)的調(diào)整。文章探討了在水文與水資源工程專(zhuān)業(yè)加強(qiáng)環(huán)境類(lèi)課程的教學(xué)，提出在水文與水資源工程專(zhuān)業(yè)中應(yīng)開(kāi)展水質(zhì)分析、水生態(tài)系統(tǒng)、水質(zhì)模型和水環(huán)境經(jīng)濟(jì)四個(gè)方面的環(huán)境類(lèi)內(nèi)容的教學(xué)，在教學(xué)實(shí)踐環(huán)節(jié)增加相應(yīng)的實(shí)習(xí)內(nèi)容，以適應(yīng)我國(guó)社會(huì)和經(jīng)濟(jì)發(fā)展的需要。

[關(guān)鍵詞]水文與水資源工程專(zhuān)業(yè) 環(huán)境類(lèi)課程 教學(xué)

[中圖分類(lèi)號(hào)] G642 [文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼] A [文章編號(hào)] 2095-3437（2013）08-0061-02

一、前言

水文與水資源工程專(zhuān)業(yè)是以地球科學(xué)基本理論為基礎(chǔ)，以水資源為主要研究對(duì)象，通過(guò)系統(tǒng)學(xué)習(xí)水資源的分布、形成、遷移和轉(zhuǎn)化等方面的專(zhuān)業(yè)知識(shí)和技能，為人類(lèi)社會(huì)和經(jīng)濟(jì)發(fā)展服務(wù)的一個(gè)新興專(zhuān)業(yè)。水文與水資源工程專(zhuān)業(yè)在我國(guó)大致經(jīng)歷了三個(gè)發(fā)展階段：陸地水文階段、水文及水資源利用階段和水文與水資源工程階段[2]。水文與水資源工程專(zhuān)業(yè)發(fā)展的總趨勢(shì)是，越來(lái)越注重水環(huán)境問(wèn)題的教學(xué)與研究。

我國(guó)當(dāng)前面臨的主要水資源問(wèn)題可歸納為：水多、水少和水臟。由于我國(guó)所處的地理位置，決定了我國(guó)的水資源存在南方多、北方少的空間分布不均問(wèn)題；由于受季風(fēng)氣候的影響導(dǎo)致我國(guó)水資源存在年內(nèi)分配不均的問(wèn)題，即夏秋季多、冬春季少的特點(diǎn)，大部分地區(qū)70%～80%的降雨集在3～4個(gè)月內(nèi)，從而造成水資源的時(shí)間上分配不均勻。隨著我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，水污染問(wèn)題也越來(lái)越突出，許多水資源豐富的地區(qū)出現(xiàn)了水質(zhì)性缺水的問(wèn)題。

根據(jù)當(dāng)前我國(guó)的水資源狀況和水污染的形勢(shì)，在水文與水資源工程專(zhuān)業(yè)中加強(qiáng)環(huán)境類(lèi)課程的教學(xué)和實(shí)踐已取得基本的共識(shí)，但對(duì)于加強(qiáng)哪些知識(shí)的學(xué)習(xí)和能力的培養(yǎng)還需要進(jìn)一步探討。由于各學(xué)校的辦學(xué)條件和辦學(xué)基礎(chǔ)不同，對(duì)水文與水資源工程專(zhuān)業(yè)的課程設(shè)計(jì)目前還存在比較大的差異，甚至部分學(xué)校還存在根據(jù)師資條件設(shè)置課程的現(xiàn)象。在這樣的情況下，探討并逐步明確在水文與水資源工程專(zhuān)業(yè)中增加哪方面的環(huán)境類(lèi)課程的教學(xué)和實(shí)踐是十分必要的。

二、水文與水資源工程專(zhuān)業(yè)具備的環(huán)境科學(xué)知識(shí)

環(huán)境科學(xué)專(zhuān)業(yè)所涉及的內(nèi)容十分廣泛，對(duì)于水文與水資源工程專(zhuān)業(yè)的學(xué)生而言應(yīng)具備以下四方面的知識(shí)。

（一）水質(zhì)監(jiān)測(cè)分析方面的知識(shí)

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，水污染現(xiàn)象日益凸顯。水文與水資源工程專(zhuān)業(yè)的學(xué)生應(yīng)具備水質(zhì)分析、水環(huán)境監(jiān)測(cè)方面的相關(guān)知識(shí)。了解每項(xiàng)水質(zhì)指標(biāo)的意義及其分析原理方法。水質(zhì)指標(biāo)大體可分為：物理指標(biāo)、化學(xué)指標(biāo)、生物指標(biāo)和放射性指標(biāo)。對(duì)于每一類(lèi)指標(biāo)所包含的內(nèi)容及其分析方法應(yīng)有所了解，熟悉我國(guó)對(duì)水環(huán)境的分類(lèi)和不同類(lèi)型水體的適用范圍。

（二）水環(huán)境生態(tài)系統(tǒng)的知識(shí)

水是生態(tài)系統(tǒng)的組成部分和物質(zhì)基礎(chǔ)。生態(tài)系統(tǒng)有其基本的組成：生產(chǎn)者、消費(fèi)者、分解者及無(wú)機(jī)物質(zhì)和能量。在水生態(tài)系統(tǒng)內(nèi)生產(chǎn)者主要是水中的植物、浮游的藻類(lèi)等自養(yǎng)型生物；消費(fèi)者主要為各種底棲動(dòng)物、浮游動(dòng)物等；分解者為各種細(xì)菌等微生物；無(wú)機(jī)物質(zhì)則包括氮、磷、硫、碳、氫和氧等組成生物體的各種宏量元素和微量元素；水生態(tài)系統(tǒng)中的能量主要來(lái)自于太陽(yáng)能。水是生態(tài)系統(tǒng)中十分重要的組成物質(zhì)，它是生物所需物質(zhì)的載體，同時(shí)也是生物體的重要組成部分。

對(duì)于水資源必須從生態(tài)系統(tǒng)的角度進(jìn)行認(rèn)識(shí)，將水資源的演化過(guò)程與生態(tài)系統(tǒng)的發(fā)展演化過(guò)程相結(jié)合起來(lái)。隨著生態(tài)系統(tǒng)的發(fā)展、演替，其相應(yīng)的水環(huán)境條件會(huì)發(fā)生變化。如在水體中隨著各種植物的增加，水體中的各種營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)會(huì)發(fā)生變化，進(jìn)而影響水中動(dòng)物、微生物的變化；由于人類(lèi)城市生態(tài)系統(tǒng)的發(fā)展，還會(huì)造成城市河段水體的水質(zhì)惡化等。

（三）水質(zhì)模型方面的知識(shí)

水質(zhì)模型是根據(jù)質(zhì)量守恒原理運(yùn)用數(shù)學(xué)語(yǔ)言和方法描述參加水循環(huán)的水質(zhì)組分所發(fā)生的物理、化學(xué)、生物化學(xué)和生態(tài)學(xué)等方面的變化規(guī)律、相互關(guān)系的數(shù)學(xué)模型。水質(zhì)模型是研究水環(huán)境的重要方法之一，通過(guò)模型模擬水質(zhì)變化過(guò)程可以進(jìn)一步認(rèn)識(shí)污染物在水體中的演變規(guī)律。水質(zhì)模型可以為分：零維模型、一維模型、二維模型和三維模型。根據(jù)不同的水體選擇相應(yīng)的模型進(jìn)行模擬，一維和二維模型在實(shí)際中采用得比較多。隨著分布式水文模型的發(fā)展，具有分布式特征的水質(zhì)模型也得到了快速發(fā)展。

水質(zhì)模型的建立可分為：模型概化、模型性質(zhì)研究、模型參數(shù)估計(jì)、模型的驗(yàn)證和模型應(yīng)用等步驟。水質(zhì)模型的計(jì)算通常需要求解高階的動(dòng)力方程。水文與水資源工程專(zhuān)業(yè)的學(xué)生可在學(xué)習(xí)水力學(xué)、數(shù)值法等課程基礎(chǔ)上開(kāi)設(shè)相關(guān)課程。

（四）水環(huán)境經(jīng)濟(jì)方面的知識(shí)

隨著水資源問(wèn)題的越來(lái)越突出，流域內(nèi)水資源爭(zhēng)端也更加激烈。如何平衡好流域內(nèi)水資源的利益問(wèn)題顯得十分重要。一般而言，經(jīng)濟(jì)比較發(fā)達(dá)的地區(qū)都位于一條流域的下游地區(qū)。同時(shí)，也需要更多的水資源來(lái)支撐經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。上游地區(qū)為了保護(hù)水資源而不能大力發(fā)展污染比較大的工業(yè)，這樣便造成了流域內(nèi)地區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的不平衡。如何補(bǔ)償上游地區(qū)為保護(hù)水資源而作出的犧牲，需要運(yùn)用環(huán)境經(jīng)濟(jì)方面的知識(shí)。因此，水文與水資源工程專(zhuān)業(yè)的學(xué)生應(yīng)具備水環(huán)境經(jīng)濟(jì)方面的知識(shí)，以便在處理水爭(zhēng)端時(shí)，能充分考慮各方面的利益。

三、加強(qiáng)實(shí)踐，提高水文與水資源專(zhuān)業(yè)學(xué)生運(yùn)用環(huán)境科學(xué)知識(shí)的能力

針對(duì)當(dāng)前水文與水資源工程專(zhuān)業(yè)環(huán)境科學(xué)知識(shí)實(shí)踐內(nèi)容較少的現(xiàn)實(shí)，有必要在課程設(shè)計(jì)上增加相關(guān)內(nèi)容，同時(shí)在實(shí)踐環(huán)節(jié)中加強(qiáng)對(duì)環(huán)境科學(xué)知識(shí)的運(yùn)用。

（一）適當(dāng)開(kāi)設(shè)水環(huán)境監(jiān)測(cè)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容

根據(jù)水環(huán)境監(jiān)測(cè)的主要內(nèi)容，在水環(huán)境化學(xué)課程或水環(huán)境保護(hù)概論課程中有針對(duì)性地增加水環(huán)境監(jiān)測(cè)方面的實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)的內(nèi)容主要為水質(zhì)分析中的常規(guī)指標(biāo)的分析，如水中溶解氧（DO）、pH、COD、氮、磷、葉綠素等指標(biāo)的分析。通過(guò)實(shí)驗(yàn)培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)際操作能力。

（二）在生產(chǎn)實(shí)習(xí)中增加水生態(tài)調(diào)查內(nèi)容

生產(chǎn)實(shí)習(xí)是水文與水資源工程專(zhuān)業(yè)學(xué)習(xí)過(guò)程中十分重要的一次實(shí)習(xí)，其目的在于通過(guò)實(shí)習(xí)，達(dá)到基本能綜合運(yùn)用相關(guān)知識(shí)的能力。為了提高水文與水資源工程專(zhuān)業(yè)運(yùn)用環(huán)境科學(xué)知識(shí)的能力，可以在生產(chǎn)實(shí)習(xí)環(huán)節(jié)增加水生態(tài)調(diào)查方面的內(nèi)容。如調(diào)查不同污染程度水體中底棲生物的種類(lèi)、數(shù)量的變化，調(diào)查不同污染河段中浮游動(dòng)、植物的變化，水體中葉綠素的變化等，進(jìn)而認(rèn)識(shí)水環(huán)境污染對(duì)水生態(tài)系統(tǒng)的影響。

（三）配備高性能計(jì)算機(jī)，提高學(xué)生運(yùn)用水質(zhì)模型的能力

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，對(duì)于水體中污染物的擴(kuò)散、遷移和轉(zhuǎn)化過(guò)程的模擬由零維和一維逐步發(fā)展到二維、三維；模型參數(shù)也由最初的DO、BOD參數(shù)發(fā)展到更多參數(shù)，如N、P、葉綠素等參數(shù)；模擬的對(duì)象由以前單純模擬水中污染物質(zhì)的遷移、轉(zhuǎn)化發(fā)展到大氣—水體、水體—沉積物等介質(zhì)中污染物的交換、擴(kuò)散等過(guò)程。隨著水質(zhì)模型維數(shù)、參數(shù)的增加和界面過(guò)程的加入，水環(huán)境模型的計(jì)算量也成倍地增加。采用高性能計(jì)算機(jī)來(lái)求解水質(zhì)模型是大勢(shì)所趨。水文與水資源工程專(zhuān)業(yè)的課程設(shè)置中應(yīng)有針對(duì)性地開(kāi)設(shè)水質(zhì)模型的建立、求解的相關(guān)內(nèi)容。如可以先讓學(xué)生學(xué)習(xí)如何建立并求解較簡(jiǎn)單的零維水箱模型或一維BOD-DO模型，然后再逐步引入其他參數(shù)。水環(huán)境模型的建立和運(yùn)用還可以融合到地理信息系統(tǒng)（GIS），使模擬結(jié)果可視化。通過(guò)建立和求解水環(huán)境模型，使學(xué)生初步具備運(yùn)用計(jì)算機(jī)解決水環(huán)境污染問(wèn)題的能力。

（四）小流域調(diào)查時(shí)增加水污染調(diào)查內(nèi)容，培養(yǎng)學(xué)生全流域管理理念

小流域調(diào)查是水文與水資源工程專(zhuān)業(yè)的比較重要的一次實(shí)習(xí)。目的在于綜合運(yùn)用所學(xué)的水文與水資源知識(shí)對(duì)一個(gè)流域進(jìn)行分析研究，其涉及的內(nèi)容較多。隨著水環(huán)境問(wèn)題的凸顯，在小流域調(diào)查過(guò)程中可以適當(dāng)增加水污染的調(diào)查，如流域內(nèi)點(diǎn)源、非點(diǎn)源的調(diào)查，上、下游水污染的關(guān)系。運(yùn)用環(huán)境經(jīng)濟(jì)學(xué)的觀點(diǎn)來(lái)分析水環(huán)境污染的經(jīng)濟(jì)學(xué)關(guān)系，如分析水環(huán)境污染的外部性、流域內(nèi)水環(huán)境污染的受益者和受害者及如何保持流域的可持續(xù)發(fā)展等。

四、結(jié)論

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，水文與水資源工程專(zhuān)業(yè)的人才培養(yǎng)目標(biāo)也發(fā)生了一定的變化。由于環(huán)境污染問(wèn)題越來(lái)越突出，水文與水資源工程專(zhuān)業(yè)人才也必將面臨新的機(jī)遇和挑戰(zhàn)。作為培養(yǎng)水文與水資源工程高級(jí)專(zhuān)門(mén)人才的高校，應(yīng)適應(yīng)社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的需求，在水文與水資源工程專(zhuān)業(yè)教學(xué)內(nèi)容中適當(dāng)增加環(huán)境科學(xué)的相關(guān)知識(shí)，在實(shí)踐環(huán)節(jié)中加強(qiáng)對(duì)環(huán)境科學(xué)相關(guān)知識(shí)的運(yùn)用，使培養(yǎng)出的人才更加能符合社會(huì)和經(jīng)濟(jì)發(fā)展的需求。

[ 參 考 文 獻(xiàn) ]

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[責(zé)任編輯：雷 艷]