修复在河流以及城市中的应用

第一篇：修复在河流以及城市中的应用

“什么是复原”

从城市复原热潮中的启示（1998）安·李·莱利 编者介绍

19世纪晚期和20世纪中期的早期环境运动主要关注自然土地、资源、和物种的“保护”与 “保存”。与此形成鲜明对比的是，许多都市环境组织在1980年左右才开始将关注点放在以前被破坏的都市环境系统的复原上。“复原”因此渐渐成为城市可持续发展议程的流行词汇。复原活动可能会有好多种形式，但是关注点通常都是清理受污染的土地（经常被人们称为“褐色土地”），重新种植天然植被和复原小溪、湿地或者其他有水浇灌的元素。

在这个章节中，修复潮流先锋安·李·莱利围绕都市环境修复，特别是水道的修复进行了几个重要方面的讨论。她叙述了什么是复原而什么不是复原，而且还给小溪修复的过程。这是一个美国西部尤其活跃的一个运动。例子包含了在加利福尼亚州穿越圣路易斯中心的圣路易斯小溪。这个小溪是Berkeley Strawberry小溪的部分流域，例子中还包含了San Jose的Guadalupe河。复原天然物种和栖息地和运动紧密相关，在干旱和半干旱的城市和乡村作为一种节水技术的花园（用耐旱的植物）。其他关于复原主题的文章用到自然物种和永久培养，这些包括了《人类环境系统设计：景观、土地利用和自然资源》，还包括Rutherford H.Platt, Rowan A.Rowntree和Pamela C.Muick编写的《生态城市：保护和修复都市生物多样性》，Bill Mollison的《可持续景观结构：户外绿色建筑引导》，和 Andre F.Clewell和James Aronson写的《生态修复：准则、价值和新兴职业的结构》。

社会对生态复原做了一个定义，即意图改变地点来定义一个本土的历史生态系统的一种进程。这种进程的目的是模仿这种规定的生态系统的结构，功能，密度和动力

[其他]加入了更多人和社会的组成部分的有趣的定义是：意图修正人类对生物多样性和本土生态系统带来的破坏，通过和一种可以导致将自然和文化重新建立可持续和健康关系的自然再生进程。

用这些定义，修复者需要处理的第一个问题就是什么历史和本土条件需要被修复。在一些环境很可能是在一个特定历史条件下的针对自身条件的对水道的实践修复。例如当它成为正式地成为中心公园的WPA整体的进入城市景观。修复计划包括：例如溪流自然植物的修复和在历史WPA岩石对水道没有伤害的情况下对它的修复。可能有从17世纪晚期到现在的历史的水道已经作为一个降解工业污染的沟渠。你可能想用上个纪元的记录或者地图来决定修复的目标。

这在制度上或生态上可能不能在欧洲殖民这将景观改造成另一种东西来修复一个水道景观现有条件。例如，当我们客观的选择芝加哥河去修复，我们以前为了开凿船道已经对低洼地带进行了人工疏浚，现在我们不能让它变回原来的浅而且大片的草原湿地了，我们对于这个问题的办法就是利用河边的模型来引导对河道进行修复和恢复一些以前欧洲殖民地时期的湿地物种。

在城市方面，修复需要复杂的妥协和此消彼长，这种过程是在现今的土地利用和生态系统的基础上基于自然和人类建造历史的一种过程。一个好的惯例就是参考熟知当地原始景观的专家的意见来看是否有些许保存下来能提供一个已经退化的水道修复模型的自然河流、小溪、水道、或者湿地。

在生态和人类殖民地两个方面，如果我们要创造一个景观，我们需要努力创造一种比现存条件更好的可以自我持续发展的景观。这意味着水道会变得更平衡。对一个河流和小溪而言，这种平衡条件通常意味着不会过度腐蚀和有生锈沉积物。（腐蚀和生锈对小溪来说是天然的；我们只在我们已经在现存条件下建立极度的条件是才开始干涉）。这也意味着它有丰富的生物多样性而且不会经历极端温度、营养物、藻类生长，或者其他化学参数。如果水道的自然物理条件变回原来的样子，它将不会需要过多的介入来改正腐蚀，生锈或者污染问题。

河和小溪的物理条件包括溪边的树和灌木，河道和它的宽度，深度，池塘，浅滩和曲流。这条河也包括它的泛滥平原和特色平台，这些平台通常很老，而且坐落于现今废弃的泛滥平原之上。这些物理“结构”在河流生态系统中都有功能表现，包括水的走向和沉积物，洪水的储存和运输，还有就是创造陆生植物群落和野生动物的栖息地和水生动物的栖息地。最终，小溪动力包括沉淀物的运输，水的运输，河道的形成，泄洪平原和平台；和湿地的土地利用和植被种植。复原的目的是尝试还原这些结构，功能和动力来尽可能突破我们现代景观发展的限制。

有时，它帮助我们重新定义什么是复原而不是阐述他的主题。渔场修复不是一个鱼类孵化场，在这里我们花费很多在一定的容积把鱼养大，然后把它们放回河流，小溪或者湖泊中。大部分有贮存的鱼的河流或者湖泊不能供给鱼类的生命循环。结果，鱼类只能再度贮存。渔场复原需要再建一条河流、小溪或者湖泊野生遗传贮存，这是一个能够维持自足的可持续鱼量发展的地方，在这里鱼类可以根据自然条件选择适合生存的基因。上面说的修复意味着重新放种，重新选栖息地，重新移动栅栏进行迁徙；重新修复在这些条件下适合种群进化的遮蔽处，适宜温度和水质，并且这些物种可以靠他们自己生存下来。

修复不是景观，好的景观意味着要创造一个可以提供避难所、冒险、记号、娱乐、环境还有物质的场所。对修建高速公路，办公室结构，停车场，和房屋发展和水工程结构来说，景观是一种土地利用的改变。专业景观经常利用种植设计来构图、对混乱或者丢失树荫的补充或者覆盖，这是通常是我们不想看到的。尽管这些项目都是合法的，但这些不是复原。小溪的复原也不是创造一个有水穿过的“自然花园”。

沿着河道边种树和灌木的工程不是一种复原。即使这项工程用了天然的植被也不算。那些在洪水渠种植或者覆盖在上面的植被，或者试着去减少些对野生动物和祖先们来说的原始河流的已经丢失的价值但是已经不能作为自然水边系统的一部分的植被，都可以叫做景观。在这种情况下，我们不能修复。我们只能努力的减少或者补充这个项目对环境带来的伤害，然而，如果植被功能可以作为小溪生态环境的一部分，而且能够帮助减少水的流速，加强堤岸建设，创造漩涡冲刷泳池，阻止芦苇等杂物对河道的腐蚀，或者为鸟、鱼或者其他用过这些栖息地的哺乳动物创造栖息地。

[……] 当我们什么都不做的时候修复是能被感知的。自然的修复力通常是根据流域条件变化而变化适应的。作为修复的专家的一部分是批判，就是知道什么时候可以允许自然靠自身的变化进行调节，有多种人类活动可能导致溪流的改变，这些活动包括修建大把，规整溪流流向，分流水系，城市发展，火灾或者木材收集，挖电缆管道或者水渠的重新定位。像洪水，飓风地震，台风等自然灾害也可能影响，溪流会对上述影响作出反应，这些自然作出的调整往往得不到我们想要的结果。一个修复方面的专家可以给当地居民指出优势和修复所需要用的花费。在多数情况下，溪流会找到一种不需要介入的新的平衡。其他情况下，小溪会反抗那些试图操纵它吹出来、侵蚀或者通过精心设计的堤岸保护项目。有时候自然植被重新回归自然，比我们种植它的时候更有活力。这些不确定的因素强调了与当地的地质学家、水文学家和其他对当地小溪动力有专业知识的人的沟通。这对于溪流来说可能是一个很大的误导鄂工作项目，一个对纠正失衡的渠道和分水岭弊大于利的项目。

[……] 我们正在进入一个政府管控目的性和价值性很强的公共项目的纪元。利用多种目的性的理论对泛滥平原的管理已经在过去的几十年中在河流工程管理上得到广泛认可。这个概念,这是最大的社会效益管理河流冲积平原和洪水易发地区范围的目标包括减少洪水造成的损失,保护野生动物的栖息地,保护或改善水质、生态修复、侵蚀控制,提供娱乐,等等。[……] 创新在规避环境影响和现存问题的洪水管制项目中进行多次试验。河边散步被保留了下来，泛滥平原被改造成可以储存盒运输更多水量。再种植系统已经被混凝土、乱石、溪流堤岸上的桩材、海滨和湖滨所代替。复原的方法可以以一种令人兴奋地方式替换老方法，这种方法经常可以解决因为降性能伤害和提供环境优势的重要工程问题。他们试着回复小溪的自身结构（河边森林、曲流、水池、浅谈和其他物质特征）、自身功能（溪内栖息地，洪水储地，环境平衡、野生动物栖息地）、和它自身动力（即被它自身的形式，规模和蜿蜒程度所决定的）。通过做这些，修复可以减少过多的腐蚀，复还鱼类栖息地，帮助溪流从污染中复原，甚至减少洪水的破坏，作为一个双赢的方法。

城市化是如何改变流域和小溪的

在城市地区流域的概念变得更加复杂,因为受到了自然地形打扰;水可能会使通过雨水渠流走，在某些情况下可能会被转移流入其他盆地。在排水系统中一个通过自然或者雨水渠给特定点提供径流的区域被认为是一个流域的一部分。作为一个住在平坦部分的城市居民, 我等待着下雨，然后观察水怎样流入雨水管道从而识别我的雨水管道流入了哪个沟渠，这样来找出我的房子在哪个流域。

城市流域最糟糕的可能是泥泞的沉积物;使堤坝动摇蜕皮、植被稀疏；把油、汽油、和城市废物带入雨水道管;和住宅的倾倒垃圾地,庭院残骸包括家具、床垫、汽车电池。没有大树的树冠可能使河道比正常情况下更多的暴露在阳光下, 鼓励芦苇和藻类的增长。这些可以“窒息”通道,造成积水和水流交织。购物车在城市流域中有着很好的预测性，所以加利福利亚州的溪流委员会把购物车分类到城市小溪的“指示生物”。委员会因此指定金购物车奖为其最高奖项。

最糟糕的城市水域的物理改造是渠道的改性和支流地下洞涵的降级。河岸区域(沿着河流植被被很好浇灌的区域,与相关动物)被从河道淘汰或分开。删除河边地带植被导致水生生物营养物质的损失, 损失了阴影遮挡,增加堤坝侵蚀,河道的横向运动, 增加沉降,减少池深度。冲积平原与河道分开,因为渠道已经被下切或加深, 或之前的土地利用实践增加了大层土填补冲积平原, 或者是这些事情共同作用的结果。结构性障碍如堤坝、防洪墙、渠道化也是这种分离的原因。冲积平原是流域系统中最具生物生产力的部分也是洪水的存储和运输区域，但他们往往受到城市化的影响。

在所有的可以影响一个流域及其水文的土地使用变更中，城市化是迄今为止最重要的。这样的发展增加表面的不透水性,如沥青、混凝土、产生大量的雨水径流,比一个吸收雨水的正常流域更快的冲刷地面。城市化会增加流动的数量和峰值。水流通过径流流向小溪在降雨开始之后变得“光鲜”，减少降雨和洪水流的高峰阶段之间的延迟时间。

流域管理和修复程序可以解决城市化的影响,减少径流的增加，侵蚀和沉积。现场滞留的雨水(靠近建筑物、停车场)使用地点设计如自然流域等措施, 保存湿地、植树造林、雨水蓄水池和缓冲区可以延迟径流达到的峰值时间和减少峰值的总量, 在水输入流和河道之前过滤。

河岸恢复项目可以帮助增加为适应更大的城市流动的河道的稳定性。河岸的缓冲区和园林道路可以防止正在城市化影响下调整和扩大水路的结构的损害。原生林地和植被可以回到流域的斜坡。

确定你的溪流的需求

对于那些目标是有一个健康的流来增强他们的社区或城市的来说有五个主要关心的领域。你的第一个值得关注的问题应该是通过土地使用法规在新的城市发展的影响下保存现有健康的溪流。溪流常见的摧毁者是建筑物的布置太靠近河岸，造成侵蚀和洪水灾害因而产生费用，这些费用通常是由社区纳税人承担。如果你是常见的情况,你必须调和溪流和现有结构的冲突, 你的第二个问题是使用可行的最环保和审美敏感的技术用来保护溪流和结构。第三个需要你可能是为了由工程官员来维护的河道的环境敏感性谈判。你也或许会发现,为了恢复溪流, 最后需要删除涵洞、混凝土衬砌物, 你可能需要通过传统的处理设施和恢复方法来解决水污染问题和流域中生物充足水供应的需求。

所有五个问题将要求你与许多学科的专业人士交流, 他们都有自己的语言、传统、甚至文化和价值观。

首先,不管怎样,你需要确定你的溪流在不久的将来已经或可能面临的问题,你的目标在与管理或避免这些问题。在土地利用变化中你是否需要保护你的溪流，还是已经受到城市化的严重影响,你需要控制河岸侵蚀?您可能需要考虑以下的一个或多个作为你的管理目标: 计划和控制溪流的走廊

土地使用规划和地点设计可以保护自然水路由轻率的城市发展引起的典型退化，远离危险区域例如冲积平原和曲流河等区域。计划可以将危险区域指定为社区开放空间,公园,休闲区,小径,徒步旅行和自行车道,交通走廊。

地点设计标准和规范可以通过土地使用计划为一旦开发位于社区时如何正确地设计开发提供指导。地点设计保护措施可以叫溪流-走廊缓冲区, 最小化不透水表面和原生植被的影响以及探测雨水的管理。使用缓冲区的自然河边地带植被和自然洼地以及雨水滞留区域而不是下水道，通过减少雨水流和径流污染大大减少开发对溪流流的影响。缺点要求地点结构远离小溪，从漫滩流和改变溪流蜿蜒中降低未来财产损失的风险。适当的土地使用规划和地点设计通过避免问题的发生为一个社区节约成本。

第二个基本土地使用规划的表弟是轨迹规划。

沿着溪流流慢跑者和徒步旅行者的休闲步道很容易集成为可再生资产。计划在没有现有的未开发公共通行权后添加一个小道后来是很困难的, 但作为使城市和郊区中心更宜居的园林道路的一部分却正在进行中。

使用环境敏感的洪水、水土流失和通道不稳定性的解决方案 许多地区没有足够的缺点要求。如果你承接了结构在洪水灾害地区或者容易受到蜿蜒和侵蚀堤坝的溪流的损害的情况，你将要寻找可行的最具环境敏感性的技术对溪流和结构进行保护。通常,替代的修复可以代替传统的工程实践,以减少洪水和侵蚀破坏。

主流在城市环境中通常是失去平衡的导致了过度侵蚀或过度沉积。过度侵蚀是从平坦的表面增加径流引起的，如道路、车道和停车场。过度沉积通常是由上游建设、放牧、或砍伐引起的。流一般经过对城市化两个周期的主要调整。他们往往首先从建筑工地充满沉积物。之后通道变大以负荷建成城市的平整表面增加的径流。河和湖滨水区往往有水土流失问题,因为沿水路的多产自然植被被移除了。最适合补救这些问题的方法是再生长水道。有时候也需要改变航道。

使用环境敏感性维护策略

如果你有一个信道流已经变直,其自然的树和灌木物种也被移走来增加洪水在中通道流动的空间。你需要寻找方法来挽回它的一些环境和审美价值。如果你的溪流现在被官员分类作为防洪通道, 你将不得不在联邦和地方的标准下维护管道, 这些标准通常旨在最大限度地减少原生植被的生长。作为一个防洪通道,分配给你溪流的主要目的就是为洪水提供一个泄洪通道。老式的,传统的防洪项目在他们的目标不包括美学或生态价值。这意味着你将不得不提出一个替代的河道维护系统,允许你与防洪目标集成环境目标。而不是常规的每隔几年切除大部分管道的植被来增加信道容量,允许百分之15-25的植被保持并维持在这一水平会更环保。这可以提供一些环境价值的同时保持洪水的泄洪。此外,清除垃圾,碎片,家具,冰箱,旧靴子,购物车和其他物品,不仅提高了流的美学,还可以解决水土流失问题,增加泄洪通道的能力。这样清理项目是一个显而易见的让恢复启动的办法。用更自然的环境取代混凝土涵洞、通道

在许多城市,只有残留的之前修复的河岸环境依然存在。溪流经常被埋涵洞、地下作为雨水下水道。如果没有埋,它们包含在贫瘠的混凝土渠道中和被锁在链接的栅栏里。许多城市后悔失去的小溪和河流的历史、美学、环境价值试图减小一些伤害。威斯康辛州密尔沃基市,制定计划把混凝土从林肯溪镇的中心移走。普罗维登斯、罗德岛、为了恢复城市的滨水区移除了桥接一条河的混凝土板。埃尔塞里托到,城市纳帕,伯克利,加州;盐湖城犹他州,圣安东尼奥,德克萨斯州,普罗维登斯,罗得岛,已经挖开了小溪和河流和恢复了自然的通道。华盛顿贝尔维尤,圣。保罗,明尼苏达州,波特兰,俄勒冈州,丹佛,科罗拉多州,这些城市,计划让小溪见到“日光”要用手提钻钻开混凝土。

改善水质、供水和溪流生物栖息地

到目前为止,大多数在恢复溪流环境中关注的是水质和鱼类栖息地的改善。在过去的十年里,河流恢复项目涉及溪流堤坝修复和恢复已经成为国家和地方符合1987清洁水法案的修正案非点源污染控制要求的一部分。西北地区的adopt-a-stream网络在华盛顿特区的lzaak沃顿联盟等组织可以提供一个广泛的文献监测，文中的溪流生物获得充足的水供应问题可能涉及到一个复杂的水权制度,各州法律也不同。

第二篇：城市河流修复技术研究范文

环境污染与防治网络版第7期2008年7月

城市河流修复技术研究

王雪莲1

(北京锦绣大地农业股份有限公司，北京100049)

摘要面对城市河流生态系统退化的现状，综合国内外对于城市河流生态修复技术的研究进展和实践经验，指出中国目前在此领域存在的不足，并展望了未来城市河流生态修复技术的发展方向，为城市河流生态修复技术的发展提供理论依据。

关键词城市河流生态修复 发展方向

Research of technology about river restoreWang Xuelian.(1.Beijing Glorious Land Agricultural Company Ltd., Beijing100049)

Abstract:Facing to the current situation of river biogeocenose degenerating, in this article, it collects the domestic and oversea research improvement or practice experience on the technology of river ecological restoring in cities, points out the insufficiencies in this field in our country, and shows the theory base and expectation of the technology of river ecological restoring in cities.Keywords:city;rivers;ecological restore;development way

近几十年来，河流汇水区植被覆盖下降，城市各类污染排放，河流库坝工程建设，水资源过量开采，河流渠化、人工化、裁弯取直等对河流生态系统的结构、功能与动力学过程造成严重破坏，引发全球范围的河流生态系统退化与服务功能下降[1]。因此，如何对受损河流生态系统进行修复，使其重新回到健康状态已经成为人类亟待解决的环境问题之一[2]。

1城市河流生态修复的国外研究进展

1.1修复理论研究进展

最早的河道修复技术“多自然型河道”生态修复技术起源于欧洲，出于土木工程对生态环境破坏的反省，重点研究如何把生态学原理运用于土木工程，创建新的土木工程理论和技术。1938年德国SEIFERT首先提出近自然河溪治理的概念，它是指能够在完成传统河道治理任务的基础上，可以达到接近自然、经济并保持景观美的一种治理方案[3-6]。1962年由ODUM等提出将自我设计的生态学概念用于工程中，首次提出的生态工程概念[7]。1989年美国MITSCH和JORGENSN正式探讨生态工程概念并赋予定义，正式诞生了生态工程[8]。之后不断论证了生态学原理运用于土木工程中的理论问题，奠定了“多自然型河道生态修复技术”的理论基础。20世纪90年代以来，美国将兼顾生物生存的河道生态恢复作为水资源开发管理工作必须考虑的项目，1998年出版了《河道廊道的恢复：理论、内涵与实务》[9]。当今欧美经济发达国家已普及了“多自然型河道生态修复技术”，以实现、再生“自然与人的和谐共处”的生态环境建设生态河流、生态道路及生态城市。近年逐渐推广应用到世界各国。1作者：王雪莲，女，硕士研究生，工程师，主要从事湿地设计、运行、维护和管理以及湿地除污机制的研究。

日本在1965年围绕河流引起的问题开展了新的河流治理，推行了“城市综合治水对策”，河川管理目标为“治水、利水与环境”。日本河流研究者将河流水域、河洪空间及河畔居民社区当作一个有机的整体，认为河流管理对象应该包括河流水量、水质、河流生态系统、河流水循环、河流水洪空间、河流与河畔居民社区的关系。20世纪90年代，日本实施了“创造多自然型河川计划”，强调用生态工程方法治理河流环境、恢复水质、维护景观多样性和生物多样性，形成良好的河流景观与滨水环境，建设城市水网并加强绿化，水边空地要具有舒适开阔的空间，为各种娱乐活动提供适宜的场所，并重视生物多样性。

在城市建成区，沿河流规划的生态网络，则通常与滨水景观改造和水环境整治相结合。如加拿大多伦多市曾于1998年完成《加里森溪流链接规划》。该计划结合城市排水系统整治，试图恢复一条因城市开发而消失的小河，重现河流及两岸景观，同时通过建设沿河绿带，沟通和连接现有公园绿地，在城市中心区构建融休闲、交通、绿化于一体的生态网络[10]。

1.2修复技术与实践

在河流生态系统修复策略方面，1965年德国的Emst Bittmann在莱茵河用芦苇和柳树进行生态护岸实验，可以看作最早的河流生态修复实践，此后著名的塞纳河、多瑙河等都采用了近自然的河流治理方法。

20世纪70年代末瑞士Zurich州河川保护建设局将生态护岸法发展为“多自然河道生态修复技术”[11]，对河流治理重视恢复植被和建设自然护岸，并于1983年颁发的河流保护法规中明确的规定了在河流整治中，应该从生态学的观念出发，在河道整治工作中应对生态和景观方面存在缺陷的河流双方面同时予以改善。

有研究表明，欧盟进行城市河流生态修复主要分为以下4类[12]：

（1）对消逝的自然景观的恢复，主要的措施包括软化河渠，重新恢复河流的自然曲线。允许河流在洪水高峰期进行可预期的洪泛。保留边渠，开挖U型湖泊与河道，更多的恢复河流漫滩地，恢复建设河流的怡人与舒适的景致。

（2）结合防洪与生态环境保护，建设双赢策略。扩大漫滩地的面积，增加防洪的蓄水量，降低地面，定期的洪泛，恢复原始自然的地形特征，为生物提供多种生境。

（3）为鱼类提供更多能够产卵的生境，重现建设河流渠道，设置鱼类游走路线，铺设砂砾及沙子岸滩等。

（4）重置那些没有更大经济效益的耕地，将其改变为河滩地。肥沃的耕地可以转化为蕴含丰富营养物质的河漫滩，可以协助河流改善水质。

随着修复实践的发展，河流修复己经从单纯的结构性修复发展到生态系统整体的结构、功能与动力学过程的综合修复。从修复的范围来说，河流修复不光包括河道本身，还应扩展到河漫滩乃至流域[13]。河流生态系统的退化是人为干扰与自然干扰累积作用的结果，修复规划中必须考虑两者之间的相互作用机制[14]。有人提出了“目标期望”的思想[15]，将保证生态系统的完整性作为修复的指导思想与目标。从管理角度对此进行论述，河流及

其水资源的管理方式也是河流修复能否成功的重要影响因素[16]。还有人借鉴景观生态学的等级思想，分别以河岸带与流域两个尺度开展研究，提出了与各自尺度相对应的群落组织和景观组织水平的修复措施[17]。河流修复是一项综合性、系统性的活动，必须综合考虑水文、土地利用、地貌、水质、生物与生态等，甚至娱乐、经济、文化等方面[18]。

在城市河流生态修复的方法与具体措施上，很多学者也相继开展了研究，如FISCHENICH[19]提出了城市河流修复与流域管理的相关技术，详细阐述了城市化对城市河流的影响、城市河流水环境质量下降的经济损失及城市河流生态修复面临的挑战等；DEASON [20]提出了被污染的城市河流净化的方法，为其他河流污染治理提供了参考；CASAGRANDE[21]对人类活动在湿地生态修复中的重要作用进行了剖析；UDZIEL 等[22]运用条件价值法(CVM)对城市盐碱湿地修复的非市场价值进行了评估；TENT等[23]针对Hamburg河直线化严重、生物多样性消失的现状，采用非政府组织、公众参与的方式，对该河中畦鱼的生活习性进行了研究，以期通过改善其生活条件来达到修复河流生态的目的； JORMOLA[24]对国际上利用流域洪水过程改善城市河流生态环境的历史进行了简要回顾，并列举了利用洪水管理修复城市河流的实例；BRI11Y[25]研究了修复城市河流鱼类栖息地的方法等等。很多的国家都认识到湿地对建设生态城市的重要，各种关于城市河流保护、恢复、重建、规划等方面的研究项目和研究组织相继出现，并取得了一定的研究成果。

综合来看，河流生态修复的主要技术方法包括缓冲区恢复、植被恢复、河道补水、生物—生态修复、生境修复等技术。其中，生物—生态修复技术是目前河流生态修复的重要方法[26]。相关研究主要集中在生态系统修复策略及生态系统中的水质、水量、滨水区等要素的修复方面。尽管相关生态修复工作己进行了大量的理论研究和实践探索，而关于恢复中的生态学过程和机理的研究很少，缺乏证明恢复过程中的生态系统是如何进行及如何自我调节的理论和实验体系，尚未形成比较系统的河流生态修复的理论与方法体系。2我国城市河流生态修复的研究与实践

2.1理论研究进展

我国对城市河流生态修复治理的研究也是从“水利工程”角度逐渐引申过来，逐渐产生了“生态水利”、“生态水工学”等概念。同时也有从“环境整治”“景观设计”角度研究城市河道、滨水区、湿地的修复建设。

刘树坤[27-35]在其访日报告中，就自然环境的保护和修复、湿地生态系统的生态修复、水电站建设中的生态修复、大坝建设中的生态修复、河道整治与生态修复、河道景观建设和管理等进行了探讨，其中包括比较具体细致的修复思路、步骤、方法、措施等，为今后我国开展河流修复工作提供了参考。阎水玉[36]指出保持河流的自然地貌特征、维持自然水文过程、控制城市河流水污染、综合规划城市河流与城市建设的关系是发挥城市河流在城市生态系统中作用的基本方法。董哲仁[37]提出了“生态水工学”的概念，分析研究了人类对

河流生态系统的胁迫，从生态系统需要角度，提出了改善河流生态系统、修复河流生态环境的工程措施及思路。罗新正[38]阐释了还河流生存空间、疏浚水网通道等河流生态建设的原则。叶亚平等[39]则以扬州为对象，提出了水资源保护、水环境改善、水安全保障、水生态建设为主体的水生态系统建设对策。王超[40]则比较全面地提出了水安全、水环境、水景观、水文化、水经济五位一体的城市水生态系统建设模式。

另外国内对河流的植被结构、功能及管理的研究工作也较多。黄瑜[41]融合水文、经济、生态学等相关知识，分析城市小水系生态系统重要服务功能，提出城市小水系生态服务功能价值评估方法及其在城市规划管理工作中运用的初步设想。季永兴[42]分析了城市河道建设与生态城市建设之间的关系，认为城市河道的建设与整治是城市规划的一个重要内容。何松云等[43]提出城市河流生态恢复的尺度包括工程安全尺度、生态系统尺度、景观尺度、亲水尺度、时空尺度和经济尺度，同时指出为顺利开展河流生态修复实践,需要在理论、技术、水利工程设计规范、水利法等方面进行深入研究工作，认为留给河流一定的侵蚀、搬运、堆积自然作用空间是河流生态修复的重要课题，主张创造条件发挥河道生态系统的自我恢复功能。白世强等[44]从水、土、生物、功能4方面诠释了健康河流的概念，并认为城市河道生态修复的目标是恢复其健康，应依据健康的标准采取工程和生物手段进行修复。

总的来说，国内对城市河道的生态修复研究工作集中在近十年，除水利、环境、景观等层面进行研究生态修复外，还考虑了“文化”、“经济”层面的修复目标，并提出河道修复与城市规划建设之间密切关联。

目前国内研究在某些方面还存在不足：（1）缺乏对河流生态过程修复的机理研究；（2）缺乏从大尺度流域角度考虑河岸、河内、上下游的整体生态修复；（3）当前的研究大多只停留在对河流某一指标(鱼类指标、流量指标、水质指标、生物栖息地指标等)的生态修复，未考虑河流整体生态系统修复。

2.2修复技术与实践

目前，我国很多城市都相继开展了城市河流修复工作。

北京市近20年对城区河湖水系的治理大致可分为3个阶段[45]：

（1）以防洪建设和供水建设为主的阶段。20世纪80年代，北京为解决城市供水和防洪排水问题对城区河湖进行整治。

（2）以水资源保护及景观建设为主的阶段。1999年北京市完成筒子河和“六海”的清淤工程；2000年完成京密引水渠昆玉段、长河和双紫支渠治理工程；2001年完成昆玉河、玉渊潭、南护城河、通惠河和清河一期综合整治工程； 2002年治理万泉河、小月河和菖蒲河。该阶段对河湖水系采取污水截流、底泥清淤、两岸绿化、河底采用混凝土衬砌防渗等工程措施进行整治。

（3）生态修复为主的阶段。前一阶段对河道的改造，尽管使河边有了林带、绿地，但硬化堤岸的建成割裂了水体与土壤的关系，导致水体自净能力下降。因此，从2002 年

起北京开始生态河道建设，并于2003年竣工；2003年开始温榆河绿色生态走廊的建设；2004年末进行凉水河生态河道的建设等。这阶段的主要特点是采用卵石和叠石加固河堤、设计部分生态堤岸、设置生物浮岛和放养食藻的鱼类等。经过生态修复的河道，景观效果和生态功能都有明显的改善。

四川成都府南河的治理是城市河流治理的成功范例。府南河公园是一个以水的整治为主题的生态环保公园，受到污染的水从府南河抽取上来，经过公园的人工湿地系统进行自然生态净化处理，最后变为“达标”的活水，回归河流。该公园的创意由美国贝·达蒙女士提出，该项目也获得了世界人居奖等3项国际大奖。

合肥的护城河经过多年的改造和建设，如今形成了由逍遥津、包河公园、银河公园、鱼花塘、玻泊山庄等组成的环形风景区，成为城市中心区市民日常休憩的开放式公园，也使合肥市得到了园林城市的美誉。

苏州市在城市发展建设中，保持了三纵三横加一环的河网水系及小桥流水的水城特色，保持了路河平行的基本格局和景观，城市改造取得了很好的效果。著名华裔建筑师贝聿铭曾这样评价苏州：“苏州之所以成为苏州的关键在于水，建筑物还是其次的”。

其他大中城市如沈阳、哈尔滨、太原、天津等也相继开展了城市河道生态修复和景观重建工作等等。

国内的城市河流治理仍处于探索阶段，很多工作仍着眼于修复河流某一方面的功能，如国外在兼顾景观的同时，更侧重生态修复和重建等方面的工作，国内则较多地考虑景观建设，生态修复工作还有待加强。城市河流生态修复和景观建设缺乏相应的理论指导，未形成系统的河流建设和管理模式，未综合考虑河流建设与经济社会发展、水资源、旅游、居民需求、文化等方面的关系。

3未来城市河流生态修复技术的发展方向

（1）城市河流建设要更多地考虑其与所在地区之间的关系，根据城市的发展规划制定合理的建设目标、策略、方法等；

（2）城市河流建设要更多地考虑如何推动当地经济发展和满足城市居民的需求，探索如何使生态修复、景观建设和文化有机融合的方法；

（3）城市河流生态景观建设要充分结合当地的经济基础、经济发展需求及水资源特点，寻找适合地区特点的城市河流景观建设策略；

（4）重视河流景观建设的管理工作，探讨合理的管理机制，实现河流景观建设“投资一收益—更多投资—更大收益”的良性循环；

（5）结合水利与生态学等相关学科，开展有关流量过程与生态修复之间密切联系的研究，从机理上修复包括河流流量、生物等在内的整个生态系统；

（6）形成完善的生态系统修复评价的指标体系，从宏观上能够对生态系统修复状况准确把握；

（7）积极开展相关问题的实践活动，为相关理论的研究积累经验和奠定基础。

参考文献

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593-596.责任编辑：陈泽军（收到修改稿日期：2008-01-21）

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第三篇：河流生态系统修复技术研究进展

河流生态系统修复技术研究进展

摘 要：河流生态系统受到人类活动的干扰和损害，河流生态系统修复技术日益受到重视。本文介绍国外河流生态修复理念和工程技术的发展历程，阐述我国河流生态修复的现状和实践。通过我国河流生态修复的成功实践案例，对河流生态修复技术和方法进行了简要介绍。

关键词：河流生态修复技术进展

导论

河流是物质流、能量流和信息流的载体，是一个一个连续的系统，同时也是连接生物系统的廊道，河岸植物群落对生态系统起着保护作用。但随着我国经济社会发展、科学技术的进步，人们重新认识和利用河流。从生态、环境保护等多维的角度，系统地研究和整治河流，已经成为水利工作者必须面对的重要课题。

人类活动直接影响着河流生态系统，特别是城市河流生态系统，主要体现以下几方面：（1）人类生产生活排放的废物，主要表现在污水对河流水质的污染；（2）人为对河道状况的改变，如挖砂作业，水泥护岸，河床的硬化以及河道的裁弯取直和断面形式单一化等；（3）对流域内生物组成部分的过度利用，如过度捕捞，流域内植物的破坏等；（4）对水资源的过度利用，使河流的径流量不能满足基本生态功能的需要，如水电站的兴建。国外的研究进展

随着修复实践的开展，河流修复已经从单纯的、结构性修复发展到整个系统整体的结构、功能与动力学过程的综合修复。如Ernst Bitttmann在莱茵河用芦苇和柳树进行生态护坡试验。随着河流生态修复技术方法的日渐成熟，发达国家于20世纪90年代尝试开展流域尺度下的河流生态修复工程。例如，美国已经开始对基西米河、密西西比河、伊利诺伊河、凯斯密河和密苏里河流域进行了整体生态修复，并规划了未来20a长达60万km的河流修复计划。

国外广泛应用于河流修复实践主要有8项措施，这些措施是：（1）恢复缓带；（2）重建植被；（3）修建人工湿地；（4）降低河道边坡；（5）重塑弯曲河谷；（6）修复浅滩和深塘；（7）修复水边湿地、沼泽地森林；（8）修复池塘。国内的研究进展 我国对河流生态修复的研究虽仅有二三十年的时间，我国生态学和水利学的学者开始从不同角度开展河流生态修复研究，探索修复受损河流生态系统的技术手段。董哲仁于2003年提出了“生态水工学”的概念。郑天柱等人分析其修复效果，认为河流流量、含氧量、生物多样性是河流生态修复的关键因素；高甲荣等在分析传统治理概念的基础上，提出了河溪的自然治理原则，并探讨其应用的基本模式。有学者从河流廊道的空间结构和生态功能的分析出发，提出了河流生态修复的概念和技术。赵彦伟等人研究了河流生态系统健康的概念、评价方法和发展方向，提出河流健康评价包括水量、水质、水生生物、物理结构与河岸带5大要素的指标体系。近年来，张博等人研究水培植物对城市污染河道水体净化效果分析，表明水插生根培育的植物对污染水体净化效果良好，可作为城市河道生态修复技术中的生态浮床工程，一种实用的植物培育栽种方式进行推广使用。

目前，不少城市河道对生态河堤的构建，也都取得了良好的生态和社会效益。比较成功的案例有：江苏镇江市运粮河生态堤岸示范工程，长沙市洋湖湿地公园等工程。河流生态系统修复技术 4.1多方位生态修复技术体系

随着城市化进程的加快，河道水环境受到了不同程度的破坏，严重制约了城市水生态的可持续发展。由于各地区河道的污染源不同，污染状况的多样性和复杂性使得单纯依靠物理修复、化学修复或生物修复技术均无法有有效保障河道水环境得到彻底改善。多方位生态修复技术体系，是一种多管齐下的水环境整治模式，以“综合治理、技术集成、统筹管理和长效运行”为基本原则，采取“外源截留、内源控制、人工净化和自净强化”的关键措施。

4.1.1控制污染外源

对水质污染严重的河道必须进行源头治理，控制入河污染物。通过工程措施控制点、面源污染，采取雨污分流排水的方法，来达到减少河流污染的目的。根据河流自净的特点，制定合理的排污计划，包括排污口位置和排污时间等内容，并按照现场的实际情况，对水体的环境容量进行合理利用，从而逐步改善河道水质。

4.1.2内源污染控制技术 内源污染主要指进入湖泊中的营养物质通过各种物理、化学和生物作用，逐渐沉降至湖泊地质表层并积累在底泥表层的营养物质，底泥疏浚是水域污染治理中普遍采用的措施之一，疏浚底泥意味着将污染物从水域系统中清除出去，可以较大程度削弱底泥对上覆水体的污染贡献率，进而解决内源释放而造成的二次污染。物理疏浚的方法较为简单，而且应用已较多。生态疏浚仍处于研发中，但已经有一些生态疏浚的方法和技术被投入使用。随着生物技术的发展，大规模大面积地利用植物、微生物来修复污染底泥前景广阔。综合经济和处理效果来看，底泥修复应发展疏浚和生物处理相结合。

4.1.3河流稀释

通过水量调度、增加污染河段水量来降低污染物质在河流中的浓度，对水质的变化具有决定性的影响。

4.1.4人工强化生物技术

（a）河道曝气、复氧：河道曝气技术即人工向水体充入空气或纯氧，加速水土复氧过程，强化水体的自然净化过程，去除河流中的污染物从而改善河流的水质。利用过水建筑物复氧，利用河水流经过水建筑物时的翻腾、紊动等实现复氧，促进河流的自净，改善河流的水质。

（b）砾间生物膜法：砾间生物膜法主要是以砾石为填料，在其表面形成生物膜，水中的污染物在砾间流动过程中与砾石附着的生物膜接触，被吸附，氧化分解，从而使河流的水质得到改善。

（c）生态浮导技术：生态浮岛对水质净化最主要的功效是，利用水培植物的根系吸收水中的富营养化物质，使得水体的营养得到转移。

4.2一般河道生态修复技术

一般河流生态修复的主要技术方法包括缓冲区地貌、植被恢复和生物强化修复等技术。

4.2.1缓冲区地貌、植被修复

缓冲区是河流生态系统与陆地生态系统进行物质、能量、信息交换的一个重要过渡带，受地表水以及地下水的影响具有明显的边缘效应。植被可以通过影响河流的流动、河岸抗冲刷强度、泥沙沉积、河床稳定性和河道形态而对河流生态系统产生很大的影响。同时，合理分布的植物还有助于减轻洪水灾害、净化水体、截留来自农田氮和磷以达到保护水质的目的，并可提供景观休闲场所和多种生态服务功能。

4.2.2生态护坡和生态沟渠

生态护坡是利用石头、木材、多孔环保混凝土和自然材质制成的柔性结构等构建，对河岸进行加固，防止河道淤积、侵蚀和下切，同时多孔护岸材料为植物的生长提供了有力条件，为水生动物提供栖息地。护岸的透水性也保证了地表径流与地下水之间的物质、能量的交换。生物强化生态沟渠充分利用现有沟渠条件，在不同渠段选择利用砾间接触氧化、强化生物接触氧化等措施，逐级净化水质，在达到分级净化水质功能的同时，将净化设施与地表景观融为一体，美化河流景观。

生态护坡是与周围环境相协调，与现代文明发展相适应的开放性生态系统，其设计应综合考虑各方面的因素，遵循水力稳定性原则、生态和谐原则、因地制宜以及经济高效的原则。生态护坡设计的方法与材料主要有四大类，植被护坡、土工材料复合种植基护坡、生态基护坡以及植被型生态混凝土护坡等。结束语

在我国河流生态系统修复的实践中，借鉴发达国家经验的同时，应立足国情，综合考虑我国的发展状况以及自然条件，研究适合的战略方针、理论技术。应充分利用生态系统自身的调控功能，实现生态系统的自我修复，重点是减轻对河流生态系统的胁迫，包括治理和控制水污染，保持最低生态需水量等。在不断探索河流生态修复技术的同时，还应加强对修复后生态河流的维护和管理，从而实现河流生态系统长期的健康和稳定。

参考文献

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第四篇：PBL教学法在口腔修复临床教学中的应用

PBL教学法在口腔修复临床教学中的应用

刘晓晨 孙东涛

PBL的全称是Problem-Based learning，即“以问题为基础”的教学模式，由美国神经病学教授Barrow、于1969年在加拿大的麦可马斯特大学首创，目前已成为国际上较流行的一种教学方法[1]。PBL教学法强调把学习设置到复杂的、有意义的问题情境中，通过让学生合作解决真实性的问题，来学习隐含在问题背后的科学知识，形成解决问题的技能，并形成自主学习的能力[2]。PBL教学法在医学院校理论课程中的应用已为广大师生所欢迎，但在临床实习教学中较少应用。近年来，随着患者群体教育水平不断提高，维权意识不断增强，临床上医患纠纷有逐步增多趋势。在这种新形势下，患者对医生的要求也越来越高，如何让实习生尽快适应临床医生的角色，在有限的时间内得到病人的接受和认可，是口腔临床教学所面临的突出问题。

1口腔修复临床教学的特点

口腔修复学是一门要求掌握多学科知识的综合性学科，要求学生不仅要掌握义齿修复及口腔内科、口腔外科的理论知识，也要了解相关学科如口腔医学美学、材料学、技工学、生物力学等知识，同时技术性、实践操作性非常强，是本科阶段最难实践的学科。一个修复体从开始接诊到试戴完成所包含的临床及技工步骤达到10~20步之多。很多操作如牙体预备都是不可重复和不可逆性的，存在一定的风险。学生在实验室模型上进行的操作与临床病例又有很大的差异，临床上由于操作视野局限，牙齿位置及病人的配合程度不同，要求学生需要有更娴熟的操作技能。

最新流行病学资料显示，牙列缺损在我国成年人中的发病率约为87%，因此口腔医学专业本科毕业生具备良好的口腔修复学知识十分重要，这对指导学生临床实践、帮助其为患者制定全面口腔治疗计划十分有益。而目前我国在口腔医学专业本科生教学中，口腔修复学的教学时数十分有限，因此，如何利用有限的教学时间取得良好的教学效果，是值得分析和探讨的一个课题。传统的口腔修复学教学以理论课授课为主，使用全国统编教材，实验作为口腔修复学教学的辅助内容，课时数较少，主要以模型上的少量简单义齿制作为主，难以模拟真实的口腔情况，部分医学院校安排有少量的临床见习。由于学生对口腔修复学的临床实践缺乏感性认识，而口腔修复学本身涉及到生物力学、美学、心理学等多学科知识，因此，学生在口腔修复学课程的学习中存在一定的困难。在我国目前的教育体制下，讲授型教学仍然是口腔修复学理论教学的主要形式，其优点是知识传递效率较高，但对学生的学习过程、学习心理、学习兴趣方面重视不够，因此，为弥补不足就要大力加强口腔修复学实验教学改革，充分利用实验室的小课堂学习环境，帮助学生更好地理解、消化口腔修复学理论知识，提高学生分析问题的能力，从而不断提高口腔修复学的教学质量，最终达到提高医疗水平、更好地为患者服务的目的。

2目前口腔修复临床教学存在的问题

对于初次进入临床的实习医生来说，缺乏医生角色适应性，表现为不自信，不能将所学理论知识与临床实践相结合，缺乏沟通技巧训练，临床治疗中缺乏临床应变能力和组织协调能力，更不用说在病人口腔内操作了。所以传统临床教学要花大量时间观摩带教老师的接诊过程，等到实习医生慢慢自信起来敢于接病人时，实习时间已所剩无几。临床实习是学生过渡为医生的一个非常重要的阶段，遵循学生认知和学习发展规律有计划地组织实习教学活动，是取得良好学习效果的关键。[3] 3 PBL(Problem-Based Learning)教学模式在口腔修复实习中的运用

3.1首先要让学生了解PBL教学法的过程及实施的目的和意义

学生自愿组合，2~3人为1组。要求学生以教课书为主要依据，将实习内容分为固定义齿、可摘局部义齿、全口义齿3个基本部分，查阅相关文献后，归纳总结每个部分的适应症、操作步骤、操作要点及注意事项。

3.2集中进行相互交流和讨论由每组选出1个代表分别上讲台汇报讨论结果，提出论证依据，遇相同之处简讲;其他学生有不同观点或需补充的，在下面可自由发言。教师除认真听取同学发言，弄清哪些问题已解决，哪些概念还不清楚外，还要把握讨论的方向，使问题的讨论与新知识的学习相结合。有些学生还将查阅的资料和文献整理后写出文献综述，指出疾病诊断及治疗的最新进展、不足和尚需解决的问题，使其他学生有进一步的思考空间.3.3总结、评论及补充讲解

讨论结束时，教师对每一位学生的发言和思考问题的广度、深度进行点评，结合本次课需要学习的相关知识进行必要的补充讲解。同时结合多媒体课件重点展示每个部分临床典型病例及注意事项。学生可以在接诊患者前利用课件快速复习临床操作要点，同时利用课件提供的图片、视频和病例，增强医患沟通。并且学生在临床接诊和牙体预备中，时刻提醒自己可能出现的差错和不足，避免不必要的纠纷。讨论

4.1在口腔临床实习教学中引入PBL教学法的优点

在PBL教学实施过程中及结束后分别对2004、2005级口腔专业学生进行了调查，绝大多数学生对PBL教学方式适应良好。通过不断讨论学习，学生对口腔修复门诊常见病例已不再是抽象的、模糊的，而是清晰、具体的。围绕着问题开展各种交流，使学生的自学能力迅速得到提高，自学习惯逐渐养成。以学生为中心的讨论式教学模式，变被动学习为主动学习，激发了学生的学习热情，鼓励学生的参与意识，提倡和培养了学生自主学习的能力。[4]此外，PBL教学实施过程中，师生角色发生改变，对教师综合素质有了更高要求。所谓教学相长，教学实施过程同样是教师严密逻辑思维、综合临床知识和提高教学意识的过程.我国目前的教学制度，要求学生必须在有限的时间内完成教学大纲所规定的内容。对于口腔修复学这门技术操作性非常强的学科，引进PBL教学法确实能缩短学生从理论学习到临床医生转变的过渡期，学生能够从容地接诊病人并得到患者的配合和理解，这无疑会使学生受到鼓舞和增加自信，同时促进了医患关系的和谐，有更多临床实践的机会，为成为合格的口腔医生奠定坚实的基础。[5] 4.2 PBL教学法应用于口腔修复学教学的优势

口腔修复学理论以教师在课堂讲授的方式进行，教师以讲为主，学生以听为主。在学习过程中，受教师水平和教学时间所限，教师难以和学生进行知识难点的充分的双向沟通。传统口腔修复学实验课的内容主要是制作活动矫治器，内容比较简单，与口腔修复学理论课之间的联系不甚紧密，对帮助理解、掌握口腔修复学的理论知识作用有限。但是，我们在口腔修复学实验课中运用PBL教学法，采用分组教学形式，便于师生间双向交流和沟通，教师可以随时发现学生在学习中存在的问题并予以指导。[6]在这种学习过程中，可以充分发挥学生主动学习的积极性，同时可以引导学生开展协作学习，通过信息共享来开阔视野。通过在口腔修复学实验课中运用PBL教学法，可以将口腔修复学的理论课、实验课更紧密地联系在一起，弥补了口腔修复学理论课教学时数少的局限性，帮助学生更好地理解和掌握所学理论知识，从而提高了学生分析问题和解决问题的能力。学生之间还可以共享学习成果、互为补充，并经过教师总结后取得较为全面的认识。在学习过程中，学生可以根据自身需要，灵活安排课外学习方式，有助于树立终身学习的良好习惯。

4.3 PBL教学法在口腔修复学教学中存在的问题

PBL教学法应用于口腔修复学教学需要相适应的教学环境。[7]首先，实施PBL教学法需要足够的教师资源，既包括教师的数量，也包括教师的质量。因为PBL教学法对教师的要求更高，教师必须转变按章节进行口腔修复学教学的习惯，同时，还要提出口腔修复学授课中的问题，并对解决问题有更全面的知识，这就要求口腔修复学的教师要投入相当的时间和精力来考虑每次授课中的每一个细节，考虑学生可能遇到的问题，只有充分准备，才有可能取得良好的成效。而当前大多数医学院校教师资源不足，这是阻碍PBL教学法大面积开展的一个原因。其次，在口腔修复学教学中实施PBL教学法，需要学生有良好的自我学习能力。我国现行教育体制下培养出来的学生自主学习能力明显不足，调查结果也显示，约有1/3的学生认为学习的主要障碍来自主动学习能力不足。学生从小学开始一直习惯于填鸭式教学，改变学习习惯也需要一个适应的过程，需要在教师的帮助、引导下循序渐进，而不能急于求成。第三，在口腔修复学教学中实施PBL教学法，需要教师进行合理的口腔修复学课程设计和教学时间安排，应当增加实验课小班教学时数、设置合理的教学内容以及合适的教学场地，以适应新的教学秩序。[8]同时，PBL教学法的实施还需要良好的信息资源做基础，以保证学生能够方便、快捷地获取各种学习所需要的信息资源，如图书馆资源、网络资源等。但是，目前一些医学院校还难以达到这些要求。从以上分析可以看出，传统教育环境下，在口腔修复学教学中推行PBL教学法还面临着许多有待解决的问题。

综上所述，在口腔修复学教学中积极推行PBL教学法，一方面，可以帮助学生更好地理解和掌握所学口腔修复学理论知识，提高学生的学习兴趣，引导学生主动学习;另一方面，该教学法的实施需要相应的教学环境，才能取得较好的教学效果。因此，在现行教育体制下，应该将传统教学法与PBL教学法进行优势互补、取长补短，逐步进行教学结构的合理调整，这样才能达到全面提高教育质量的目的。参考文献

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第五篇：DTU在城市路灯监控中应用

GPRS在城市灯光管理监控中应用 建设照明监控系统的必要性

随着城市建设的发展，城市照明建设越来越注重于城市的形象，道路照明和景观照明的要求和数量不断增加，今后城市照明管理部门除了管理城市道路照明外，还将参与城市景观灯的管理。因此各级政府和市民对城市的建设、道路照明和景观照明提出更高的要求。希望实现城市照明管理的现代，使城市管理水平达到国内领先水平。

1.1 现行的控制方法

现在采用控制方法以分散时控方式为主，即在路灯配电箱中安装定时器，按预定的时间自行开/关灯；而有些景观灯开关通常是人工手动控制方法。

1.2 现行控制方法的缺陷

现行的方法既不能及时调整开/关灯的时间，更无法及时反映照明设施的运行情况，并且故障率高、维修困难。随着城市的不断发展，控制范围越来越大，现行的控制方法无法及时反映照明设施的运行情况，使得维修工作十分被动。运行过程中的故障只有等待巡视人员到达现场才能发现，或者被动地等待市民的电话反映，因此难以做到及时维修。

在遇到一些领导视察、国宾接待、举办大型活动等特殊任务时，由于缺乏灵活的控制手段，必须临时派出大量的人员到现场手动操作照明开关箱或者临时通知各景观灯单位，因此在时间十分紧迫的情况下，无法满足圆满完成任务的要求。

此外，由于缺乏灵活的控制手段，花费大量经费建设起来的各类景观灯，难以充分发挥应有的效能。城市照明监控系统的效益分析

2.1 社会效益分析

随着社会文明的不断发展，路灯已不再局限于街道照明，而是发展为表现城市景观、体现城市形象的重要标志。因此，现代社会对路灯的管理和维护也提出了越来越高的要求，这些要求包括根据光照度变化及时开/关灯、随时调整景观灯的开/关灯时间并进行应急调度、及时发现故障并立即进行修复等。

目前各城市管理部门所采用的控制方式已很难保证城市照明系统的正常开关灯和运行，特别是当照明控制箱或线路出现问题时，就有可能造成大面积灭灯，产生较坏的影响。同时由于缺少实时监测手段，无法实现故障的及时发现和维修。随着政府和市民对照明管理和维护要求越来越高，照明管理部门的管辖范围也越来越大，为了及时发现故障并立即进行修复，仍然采用检修车上街巡灯的方法越来越难以胜任。

采用城市照明自动化监控系统以后，全市范围的全夜灯、半夜灯和景观灯的开/关均可实现自动控制。同时，由于照明自动化监控系统具有自动报警和巡测、选测功能，调度人员可以在故障发生后的数秒钟内及时了解故障的地点和状态，为及时进行修复提供了有力的保障。路灯维护及时，可以极大地减少对照明管理部门的投诉、减少道路交通事故的发生，有利于城市的治安，产生极大的社会效益，从而进一步提高城市的形象。

2.2 经济效益分析

2.2.1 节约路灯维护费用

路灯自动化监控系统将传统的“巡灯查找故障”改为“值班等待报警”，不仅减少了“巡灯”人员和车辆损耗，降低了维修成本；而且在检修车出所之前已经知道了故障的准确地点和基本状态，因而缩短了维修时间、提高了检修效率；由此将产生了极大的经济效益。

2.2.2 节约大量的电费支出

无线照明监控系统能提高开/关灯的可靠性和可检查性，避免白天亮灯情况的出现；同时，系统采用光控和时控相结合的控制方案，在预置的时间区段内根据光照度决定路灯的开或关，既能在阴雨天自动延长照明时间，又能在晴好天气自动缩短照明时间；这些措施既可满足市民对道路照明的需求，又避免了路灯的无谓开启，减少了开灯时间,从而节约了大量的电能。

根据已建的照明监控运行表明，采用照明监控系统后，每天大概可以减少路灯开灯时间25分钟左右。如果按每天运行十小时计算，则可节约4.2％的电费支出。

如果通过对照明线路的改进，增加路灯的半夜灯控制方案或景观灯在非节假日采用只开部分景观灯的控制方案，因此可节约大量的电费支出。

2.2.3 提高灯具寿命，降低运行成本

以外由于减少了开灯时间，延长了灯具寿命，降低运行成本，进一步提高了经济效益。

2.2.4 实现自动传送电费功能，减少电费支出

无线照明监控系统具有远程自动抄表和计量电费功能，每天、每月、每年的照明用电能够及时的自动采集、计算、存储、打印，随时了解用电情况，实施有效管理，降低支出，提高经济效益。对景观灯还可采用双计费功能，实现政府开灯与各景观大楼业主自行开灯分别计费的方式，减少政府与大楼业主为电费的相互扯皮的现象，保证双方的利益。

2.3 实现照明系统的管理现代化

城市照明监控系统能将采集到的数据自动进行存储、统计，并能随时进行查询和打印，为管理现代化提供了基本条件。系统设计依据

本方案依据北京嘉复欣科技有限公司业已完成的照明监控系统和结合当前无线监控技术的最新发展，并根据各城市照明管理部分对照明监控系统的技术需求编制而成。设计原则

4.1 可靠性

由于系统的服务对象是广大市民，稍有差错即会产生严重的社会后果；同时监控设备长期在野外运行，工作环境极为恶劣；因此必须充分考虑系统的可靠性，要求监控系统能够长期稳定地运行；同时要求监控系统在个别设备出现故障的情况下仍能稳定运行，不影响或者少影响照明系统的按时开启和关闭。

4.2 先进性和实用性

设备须符合相关国内、国际标准，整个系统应是目前国内最先进的，并长期处于国内较为先进的水平。同时，应以实用为原则，不可脱离实用性而盲目追求先进性，从而造成华而不实、浪费资金，降低可靠性。

4.3 可维修性

系统的设备模块化设计，并且各单元部件具有故障定位指示，便于设备维修。

4.4 可扩展性

硬件采用模块化设计，软件采用组态化设计，使得系统扩展、升级均不必改变现有设备的状态。

4.5 通用性

硬件设备具有通用性，通过不同的软件参数设置，可以实现不同的功能。

4.6 经济性

尽可能采用成熟的先进技术，选择性价比高的方案和设备，既要考虑初期建设费用，也要降低今后的运行维修费用。系统主要技术指标

5.1 系统容量：1个主站，1万个监控点。

5.2 可以实现群控和组控

系统终端根据需要可以把全夜灯、半夜灯、各种景观灯分为不同功能组，实现群控和组控。

5.3 通信方式

根据用户的具体情况、通信技术的发展，本方案建议采用GPRS通信方式。

5.4 工作环境温度

照明监控室外通信终端的工作环境温度范围满足－30℃ ～ +65℃。

主台为0℃ ～ +40℃。

5.5 数据采集精度

为了保证亮灯率的统计，交流电流、电压、有功功率、功率因数采集精度优于 1.0 %。照明控制方案

6.1 分组控制

系统可以根据不同类型的照明控制要求，把全市路灯和景观灯分成若干组，分别采用时控方案或时控和光控相结合的控制方案，自动遥控开/关全夜灯、半夜灯和景观灯；也可以手动对全夜灯、半夜灯和景观灯进行遥控开/关操作；在特殊情况下，可以实现白天亮灯。

6.2 时控和光控相结合的路灯控制方案

目前,路灯控制方案主要有时控法和光控法两种。

时控法的主要缺点是不考虑天气对光照度的影响，每天在固定的时间开/关灯；从而造成阴雨天光照度严重不足但没有开灯，或者晴朗天气虽然到了固定开灯时间但光照度仍然充足，白白浪费电力；关灯时间的固定不变，同样出现类似的不合理现象。此外，随着季节的变化，定时器需要人工频繁地调整。光控法的主要缺点是在光线不足的白天，或者夜晚有强光照射时都有可能发生误动作。

为了克服两者的不足，本系统采用时控和光控相结合的路灯控制方案。该方案基于模糊控制理念，以当地365天日出日落的时间作为基本条件，设定一个有效的开/关灯时段，在此时段内根据光照度的具体情况自动执行相应的开/关灯命令；若该时段结束时光控仍未起作用，则在该时段结束时，监控终端自动按时控方式开/关灯。

光控时段值和光照度值均可在线修改，软件界面如右图所示。此方案可根据当天的实际光照度及时地开/关灯，既可节省大量电力，又可产生较好的社会效益。

在特殊情况下，系统也可以实现白天亮灯。

根据已建的照明监控运行表明，如果原来是采用日出日落时间作为开关灯时间的话，则在采用时控和光控相结合的控制方案后，每天大概可以减少路灯开灯时间25分钟左右。如果以每天平均开灯10小时计算，则可节约4%左右的电费。

6.3 景观灯控制方案

景观灯控制采用分组定时控制方案，即可以把不同地理位置和要求的景观灯分成若干组，对不同组采用不同的定时控制方案。

采用先进的全组态设计，通过中央控制室微机的设置程序，可任意设置一年中的开/关灯时间以及每周固定的开/关灯时间。通过群控方式，可将景观灯进行分组，不同组采取不同的控制方案；也可通过选控方式，将相应的饰灯逐点控制，更增强了系统的灵活性。照明监控通信系统

7.1 系统通信方案的选择

正确选用系统通信方案，是城市照明监控系统得以成功运行的必要前提，在照明监控系统中目前可采用的通信方案主要有无线专用网、移动通信网中的GSM短消息、USSD和GPRS通信方式。根据要求本系统通信方案选择无线移动公用网的GPRS通信方式。

7.2 系统GPRS通信方案特点

GPRS(General Packet Radio Service)是通用分组无线业务的英文简称，是在现有GSM系统基础上发展出来的一种新的承载业务，目的是为GSM 用户提供分组形式的数据业务,具有“永久在线”、“高速传输”等优点。特别适用于间断的、突发性的和频繁的、少量的数据传输，也适用于偶尔的大数据量传输。

相对于原有GSM拨号方式的电路交换数据传输方式,GPRS网络采用的分组交换技术，具有以下优点：

(1)永久在线。即用户无需为每次数据的访问建立呼叫连接。

(2)高速传输。数据传输速率理论上最高可以达到171.2kbps,目前传输速率可以一般达到40kbps。

(3)流量计费。用户只需要为接收和发送的数据报支付费用，因此相对运行费用较低。

(4)快捷登录。一般只须10秒即可登录互联网。

GPRS 采用与GSM 同样的无线调制标准、同样的频带、同样的突发结构、同样的跳频规则以及同样的TDMA帧结构，其分组数据信道与当前的电路交换的话音业务信道极其相似。因此，现有的基站子系统从一开始就可提供全面的GPRS 覆盖。下图为通信系统组成框图：

监控中心的前后台监控微机接入Internet（可采用DDN专线、ADSL等多种方式），GPRS终端与监控中心建立连接，监控中心与GPRS终端通过GPRS网络，实时传递指令和数据。

7.3 GPRS系统构成和组网方式

GPRS的应用非常广泛，几乎所有行业都能用到GPRS的无线数据传输。但每种行业的实际需求和复杂的应用环境都大不相同，所以每种行业都会有自己独特的功能要求和组网方式。目前GPRS的组网方式有以下四种可行的组网方案：

1）方案一：中心采用ADSL等INTELNET公网连接，采用公网固定IP或者公网动态IP+DNS解析服务。此种方案向先INTERNET运营商申请ADSL等宽带业务。

1、中心公网固定IP：监控点直接向中心发起连接。运行可靠稳定，推荐此种方案。

2、中心公网动态IP+DNS解析服务：客户先与DNS服务商联系开通动态域名，监控点先采用域名寻址方式连接DNS服务器，再由DNS服务器找到中心公网动态IP，建立连接。此种方式可以大大节约公网固定IP的费用，但稳定性受制于DNS服务器的稳定，所以要寻找可靠的DNS服务商。此种方案适合小规模、对实时性要求不高的场合中应用。

2）方案二：中心采用主副GPRS-DTU，采用移动内网动态IP+移动DNS解析服务。

此种方案客户先与移动DNS服务商联系开通移动动态域名，监控点先采用域名寻址方式连接移动DNS服务器，再由移动DNS服务器找到中心移动动态IP，建立连接。中心也用GPRS-DTU做接收端，但GPRS无线方式的中心不如有线方式的稳定，所以采用主副两个GPRS-DTU作冗余备份。主中心GPRS-DTU接收端掉线时，所有监控点自动转到副中心GPRS-DTU接收端。此种方式也可以大大节约固定IP的费用，但并不是所有移动公司都提供DNS解析服务，所以要在有DNS解析服务的省市才能采用此种方案。此种方案适合小规模应用。此种方案时时性和稳定性较差，不推荐使用。

3）方案三：中心采用主副GPRS-DTU，采用移动APN专网固定IP。

此种方案客户先与移动申请APN专网业务。移动为客户分配专用的APN，普通用户不得申请该APN。用于GPRS专网的SIM卡仅开通该专用APN，限制使用其他APN。得到APN后，给所有监控点及中心分配移动内部固定IP。此种方案中心也像方案二一样采用主副两个GPRS-DTU作接收端，冗余备份。但此种方案较方案二而言，无需DNS解析，本身具有移动内网固定IP，减少中间环节，稳定性增强；且所有数据都在移动GPRS的APN内网传输，无需经过公网，安全性增强。此种方案无需负担宽度专线月租费用，性价比合理，推荐使用。

4）方案四：中心采用移动内网固定IP地址，监控点采用普通的移动动态IP

此种方案客户先与移动服务商联系，可以就近从移动GSM基站引入光纤专线，开通移动内网固定IP，监控点先采用普通的SIM卡并开通GPRS功能，通过移动内部网关与中心建立连接。此种方式也可以大大节约固定IP的费用，各监控点也无需设置固定IP。此种方案实时性较好，由于监控点使用动态IP，稳定性稍差一些，推荐使用。

5）方案五：中心采用APN专线，所有点都采用内网固定IP

此种方案客户中心通过一条2M APN专线接入移动公司GPRS网络，双方互联路由器之间采用私有固定IP地址进行广域连接，在GGSN与移动公司互联路由器之间采用GRE隧道。为客户分配专用的APN，普通用户不得申请该APN。用于GPRS专网的SIM卡仅开通该专用APN，限制使用其他APN。得到APN后，给所有监控点及中心分配移动内部固定IP。移动终端和服务器平台之间采用端到端加密，避免信息在整个传输过程中可能的泄漏。双方采用防火墙进行隔离，并在防火墙上进行IP地址和端口过滤。

对与照明监控系统而言，由于系统组成的监控点较多，实时性要求较高，因此建议采用第五种通信组网方式。为此照明监控中心的服务器将需要专线方式接入移动公司的GPRS网络，所有的监控终端都采用特定IP地址，以保证监控信息的可靠、安全、及时的传输。系统控制中心（调度端）设计

8.1 通信端系统框图（见下页）

照明监控系统调度端采用前、后台机连网工作方式，选用带看门狗的适合连续工作的工业控制计算机。一般情况下，前台机作为监控工作站承担遥测、监控、调度等工作；后台机平时自动备份前台机的数据，当前台机出现故障的情况下，可以随时切换顶替前台机工作；从而极大地提高了系统的可靠性。同时，考虑到计算机网络技术的发展，系统具有网络接口，接入服务器、管理工作站等，系统就可以很方便地组建为路灯管理处局域网，通过网络实现照明监控数据和图像信息共享。

系统外部的计算机均可通过拨号上网，采用加密查询的方式访问相应的各类最新和历史数据。同时，系统也可以通过电话语音方式查询当前的最新情况，或指定相应的电话号码和告警方式实现电话语音告警。整个系统的网络化设计为今后的生产管理与办公自动化的实施奠定了良好的基础，同时保留了足够的软件与硬件扩展接口，以便现有的监控系统能随着网络技术的飞速发展，发挥越来越大的作用。照明监控终端

9.1 照明监控终端的基本性能

照明监控终端（RTU）选用深圳宏电科技有限公司生产的STC-205型系列照明监控终端。该终端选用工业级芯片，允许在－40℃～+80℃的环境温度下的连续运行；采用多CPU与DSP协作工作方式，其中关键芯片采用国际最新表面贴装芯片，通过数字信号处理（DSP）技术，实现交流采样方案，交流电流、电压采集精度优于 0.5%；设备设计、生产全过程进行ISO-9001质量控制；印制板焊接采用波峰焊技术消除了人工焊接的漏焊和虚焊；每台整机都进行100小时高温上电老化排除了早期失效，有效地保证了设备的出所质量，现场开箱率达到100%，平均无故障时间达到10万小时。照明远程智能监控终端的采集和控制的内容包括：

遥测：1路三相电压、12路电流及有功功率和功率因数、2路直流（测光照等）

遥控：6路继电器输出，触点为交流220V12A，一组常开和常闭触点

遥信：8路隔离开关量输入

通讯：2路隔离232或485接口，MODBUS协议

射灯等各种不同底灯型。

具有远程抄表接口。

具有远程自动调压接口。

具有单灯监测接口。

具有加装防盗线模块接口。

9.2 照明监控终端主要功能

9.2.1 自动报警

当采集到的交流电流、电压超过上下限时能自动报警。

当白天亮灯或晚上熄灯时能自动报警。

当供电停电时通过自备电源运行，同样能自动报警。

9.2.2 独立运行

当发生中控室微机或通信线路发生故障时，终端会根据预先设定的程序定时自行开/关灯，以确保路灯照明线路的正常运行。

9.2.3 监控终端断电运行

监控通信终端内可装有不间断电源，具有断电运行功能，能在供电线路断电时及时告警，使有关部门在第一时间获知并抢修，同时具有防盗报警功能。不间断电源能防止过分充/放电，保证长期使用。

9.2.4 抗干扰能力

由于监控终端一般均安装在干扰较大的环境中，为了保证系统可靠工作，终端的软硬件设计中采用了下列多种抗干扰措施。

对现场采集的模拟量和开关量信号在硬件上采用隔离和限幅等防强干扰措施。在软件上采用数据滤波处理，保证了数据的准确性。

对开关量输出采用软件连续循环置位输出的处理方法，保证了输出的可靠性。

对强干扰信号造成的运行出错采用软硬件自恢复电路处理。保证在无人值守时也能可靠运行。

对采集到的高压交流信号实行多重防电脉冲冲击和防雷保护措施，已在实际应用中获得了极好的效果。

9.2.5高可靠的变送器电路

选用交流电压、电流二次互感，具有输入输出完全隔离、精度高、功耗低等优点，加以输入端的多重防护措施，极大地提高了传感器的可靠性和精度。

9.2.6通用化设计

终端所有工作参数都可通过终端或中控微机中的设置软件包进行在线设定和修改。工作参数包括：站号、通信参数、现场物理量参数、模拟量的计算方式、采集方式、矢量设置和组合报警等内容。用户可随时根据现场情况（如全夜灯、半夜灯、景观灯等各种类型）自行组态各终端的工作参数，从而既保证了监控终端设备的通用性，又保证了系统具有极大的灵活性。

9.2.7 防盗报警功能

在照明控制箱门处加装箱门开关，但外人打开加箱门时能自动向主台报警，保证照明设施的安全。

9.3 照明监控终端扩展功能

9.3.1 远程抄表功能

终端设备具有RS-485抄表接口，可以自动读取电子电表的数据。实现系统的远程抄表功能。

9.3.2 远程自动调压接口（选配）

照明监控终端设备具有控制调压设备的接口，如果配有北京嘉复欣科技的节电器，则通过此接口可实现对节电器的远程控制和调压。

9.3.3 防偷盗照明线路报警控制接口

终端提供与防偷盗照明线路报警模块接口，只要系统配上珠海新东武电业公司研发的照明线路防盗线报警模块（见第14节），即可随时采集照明线路情况，发现有偷盗线路时可立即报警，保障照明线路和设施的安全。

9.4 照明配电控制箱设计

照明配电控制箱可以有两种方式：其一，对原有的配电箱进行改造，增加若干互感器、自动/手动开关等器件即可；其二，根据要求重新设计照明配电箱。

以上两种方案将根据现场具体情况而定。