环境水力学论文

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2024年科学的小论文

科学的小论文篇7
水精灵是一种像果冻一样的东西。最近一段时间，一种被称为“水精灵”的玩具，出现在学校周围的玩具摊上。因色彩艳丽着实吸引了不少同学的眼球，不少人抵挡不住小贩的叫卖，常买几只带回家，用矿泉水瓶和玻璃瓶泡着可好看了。起初，我们班许多同学也加入了买了水精灵的行列。水精灵是个什么东西？为了满足我沉重的好奇心。我展开了对水精灵的调查。
水的压力真是无处不在，都和我们的生活息息相关，它在为人们默默地作出自己的贡献啊！
科学的小论文篇4
星期六早上，我打开冰箱拿鸡蛋，准备煎一个荷包蛋。我猛地一拉，发现横卧的几只鸡蛋经不住猛烈的摇晃，流出了鲜艳的蛋黄和透明的蛋液。而竖卧的鸡蛋却完好无损。这是为什么呢?我跑去问正在看报纸的爸爸，爸爸说：“你自己做个实验就明白了。是这样做的……”
经过做这个实验，我养成了遇见问题就要仔细思考，争取弄懂的好习惯。
科学的小论文篇5
去年夏天爸爸给我买了两只小巴西龟，它三角型的头上长着两只小黑豆似的眼睛，皮肤呈灰褐色，脖子上有许多褶皱，伸缩的弹性很大。小乌龟背上背着一个椭圆形的硬壳，一共分成十三块，腹部是黄色的还有一些花纹，真像一位将军身上穿的铁甲。
冬天来了，小乌龟变得懒洋洋的，慢慢的那只活泼可爱的小乌龟就开始冬眠了，这时的他就像一个小婴儿一样在熟睡，无论你怎么动它，他都不睁眼，再好吃的美味它也不吃了。
现在春天来了，小乌龟慢慢动了起来，眼睛也睁开了，也开始蜕皮了，有时我还会帮他一下。
我可爱的小乌龟快点动起来，美丽的春天来了！
科学的小论文篇6
在这个世界上有什么变化最快？当然是物价，看看现在，汽油价是一路飙升，今天才五元一升，明天就变成六元一升，后天就变成十元一升，气得你直瞪眼，也无可奈何。养宠物总不能把它放在路天地里睡觉吧，养轿车也一样，需要停放的地方。买个车库，近万元一平方米的地皮比车还贵，哪里出得起？租个停车位吧，可停车费一天也不下百元，一个月也得两三千，郁闷啊！不仅这些，出门要交过路费，养路费、bànzhèng费……

边界层理论的理解

浅谈对边界层理论的理解Introduction to the Understanding of Boundary Layer Theory学院：市政与环境工程班级：环工1302班姓名：王晓慧学号：1303841316摘要摘要：边界层理论在流体力学的研究应用方面具有重要的作用。

边界层理论以在流体中运动物体的表面附近的流体为研究对象，将流体力学和计算力学有机地结合起来以处理相应的问题。

它主要解决物体所受摩擦力，分离点位置以及其他相关的流体动力学参数预报问题。

主要阐述了边界层理论的基本原理。

基本假设以及研究方法，包括边界层原理，边界层方程的推导。

前提是在笔者所了解的范围内，加深对边界层理论的认识。

关键词：边界层边界层理论边界层方程Introduction to the Understanding of Boundary Layer TheoryABSTRACTBoundary layer theory has an important role in the study of the application of fluid mechanics.Boundary layer theory of moving objects near the surface of the fluid in the fluid as the research object,the fluid dynamics and computational mechanics organically combine to deal with the issue accordingly.It is mainly to solve the friction force acting on the object,the separation point location and other parameters related to fluid dynamics prediction problems.Mainly on the basic principles of boundary layer theory.The basic assumptions and research methods.Including the derivation of the boundary layer theory,the boundary layer equations.Premise is understood within the scope of the author.Deepen the understanding of the boundary layer theory.Key Words：Boundary Layer；Boundary Layer Theory；Boundary Layer Equations前言流体是气体和液体的总称。

环境水力学的发展趋势和前景展望

环境水力学的发展趋势和前景展望环境水力学是一门新兴学科,其研究内容尚在探索与发展中。

广义地讲,环境水力学研究与环境有关的水力学问题,除水污染、水生态问题外还有许多其它方面的问题,如水土保持、河道冲淤、洪水破坏作用、冰凌水力学等等。

美国环境与水资源研究所环境水力学技术委员会提出“环境水力学特别着重于将物理因素(水动力学、泥沙输移和地形条件)、化学因素(保守与非保守物质的传输、反应动力学和水质)和生物因素(生态学)作为一个系统来进行研究”。

从与水污染有关的水力学问题来说,环境水力学主要研究地面及地下水域中物质的扩散、输移和转化规律,建立其分析计算方法,确定物质浓度的时空分布及其应用。

工农业生产及生活中的污水、废热，未经足够处理，就排入河流、湖泊、海洋及地下水等水域中，污染水体，恶化水质，日益严重地影响生态、环境。

污染物在水体中会因与水体混合，随水流输移而稀释；也会因化学、生物作用而降解。

因此，水体本身有一定的自净能力。

环境水力学研究的方法有现场观测、模型试验、理论分析、数值计算等。

由于因素复杂，环境水力学具有跨学科性质，除流体力学外，还涉及化学、生物学、生态学的许多边缘内容。

它既是现代水力学的新分支，又是水资源保护和环境工程的重要组成部分，将日益受到重视而有着广阔的发展前景。

环境水力学的发展20世纪70年代以来,随着水环境问题研究的深入和相关学科及应用技术的发展,环境水力学无论在深度和广度上都取得了很大的进展。

a.远区紊动扩散与离散的研究从对规则边界中的恒定流动向复杂流动和非恒定流动发展,如天然河流、山区河流、分汊河段、交汇河段、潮汐河段、尾流、分层流等。

b.与污染近区有关的射流理论由规则边界中静止环境内的平面与单孔射流向复杂流动中的复杂射流发展,如横流、分层流、浅水域射流,潮汐流中的多孔射流、表面射流、旋动射流等。

射流理论在水污染问题中的一个重要应用是分析计算排污混合区。

1985年美国环境保护局推荐了5个污水排海稀释度计算模型(UPLUME,UOUT2PLM,UMERGE,UDKHDEN和ULINE),后经修改与完善,于1992年又推出了RSB和UM两个计算模型,1995年又将这两个模型并入含有远区稀释度计算的PLUMES软件,从而使PLUMES模型能进行近区和远区的稀释计算。

环境水力学论文

水利工程的建设对生态环境的影响和解决对策水利工程的建设对生态环境的影响和解决对策赵志鹏新疆农业大学830052摘要水利是属于国家基础建设的一个重要建设指标,它不仅是一个国家经济水平的重要衡量标准,更是关乎到国民经济可持续发展的重要因素。

目前,人们在意识到水利工程为人们带来方便的同时,也深深地意识到其对社会经济和生态环境产生了重要的影响。

尤其是在水利工程建设的过程中,它一般会破坏生态环境造成生态环境部平衡。

本文在肯定了水利工程建设巨大作用的同时进行了理性的思考,从规划、施工和运营三个阶段分别分析了水利水电工程对生态环境影响的诸多不利因素,提出了在水利水电工程建设中应避免或减少环境影响的措施。

关键词水利工程环境问题对策的探讨科学发展引言为了合理利用水源到达兴利除害的目的,需要修建水利工程,消除水资源在时间和空间上分配不均匀的问题。

水利工程依法面能够发挥发挥防洪、灌溉、发电、供水、航运等综合效益,给人们的生产、生活点来给多的安全和便利;另一方面,兴修水利工程势必会给生态环境平衡带来不利的影响,产生一些负面影响,因此,应从规划、设计、施工、运行等方面防止降低这些负面影响。

1水利工程建设对自然环境的影响1.1对水体的影响一般来讲,水利工程都是修建在天然河道上,随着其修建河流长期演化而成的生态环境将会受到很大的破坏,使河流局部形态非连续化和中一化,改变了其多样性的特点,水利工程的修建也会改变河流的自然形态,导致局部河流水深等变化,使下游的水文泥沙发生变化,由于河流的水文、泥沙是影响河流生态环境的原动力,水库建成后内部水面宽、水流迟缓,当水体受太阳辐射时由于水面的反射率小于路面的反射率,水面辐射值降低,水库内将具有特殊的水温结构,而1水温的变化则将会影响内部鱼类的繁殖,同时还将会影响内部水质,水利工程的修建将会导致局部水流降低,既使得水气界面交换速率及污染物迁移扩散能力降低,导致水质自净能力下降。

并会使水体的沉降作用增强,因而水体内重金属沉降加速增大污染,对水体产生了很严重的破坏。

环境水力学--绪论 ppt课件

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4）学习本课程目的
• 了解污染物在河流中混合输移规律 • 掌握基本原理和实用的估算方法 • 为后继课程和今后工作打下坚实基础
•学习要求：
–上课要主动参与、发现、探究
•将上课时的多媒体教案从教师手中转化为自己的认知工具，主动参与、发现、探究。
•独立完成作业
•同学之间相互交流，一起讨论，但一定要独立完成作业。
i. 射流污水相对于环境水体具有附加动量
ii. 羽流污水密度小于环境水体的密度，因而具有浮力。
iii.浮射流污水同时具有动量和浮力。
iv. 随流没有附加动量和浮力，污染物进入水
环境后就随同水流一起作迁移运动。
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4、环境水力学研究进展
我国从50年代起，就已对火电厂的冷却水问题、河口的盐水入侵问题和地下水的溶质运移问题等进行了研究。
• 环境水力学（污染水力学）则主要是研究水体中所含物质的运动规律，如浓度场。
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1）环境水力学及其研究内容
扩散、输移作用在排放口近区主要是射流运动性质，在远区则属随流扩散性质。
近区远区
排污口
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1、环境水力学有关概念
1）环境水力学及其研究内容
• 研究内容
1.水流紊流混合的基本理论 2.河流中污染物的混合与输移规律 3.潮汐河口及沿海岸地带污染物的混合与输移规律 4.湖泊及水库中污染物的混合与输移规律 5.河流水质模型
• 2）保守物质 Conservative Substances 指
扩散过程中污染物本身既不增生，也不衰减。
–环境水力学中又称为示踪物质（Tracer），即不考虑化学和生化因素而产生的转化和降解作用，有关化学和生化降解问题是水质动力学研究的重点。

水力学“课程思政”本科教学设计初探

水力学“课程思政”本科教学设计初探水力学是土木工程专业的一门重要课程，同时也是一个具有思政意义的学科。

通过水力学课程的教学，不仅可以传授学生相关的理论知识和技术技能，更重要的是能够引导学生树立正确的人生观、价值观和社会责任感。

本文将初探水力学课程在本科教学中的思政教育设计，讨论如何通过水力学课程来引导学生进行思想政治教育，并提出一些具体的教学设计建议。

一、水力学课程的思政意义水力学是研究水流的性质、规律和应用的学科，涉及水资源管理、水环境保护、水利工程等方面的理论和技术知识。

而在思政教育方面，水力学课程也有着重要的意义。

水力学课程可以培养学生的保护环境意识。

随着工业化和城市化的进程，水资源变得越来越宝贵，水环境也面临着日益严重的污染和破坏。

通过水力学课程的学习，可以引导学生了解水资源的重要性，认识到水环境保护的紧迫性，培养学生的环保意识和责任感。

水力学课程可以促进学生的创新思维。

在学习水力学的过程中，学生需要掌握水力学的基本理论和技术知识，还需要深入探讨水利工程中的实际问题，进行设计和研究。

这种学习方式能够锻炼学生的实际动手能力和创新思维，培养他们解决实际问题的能力。

水力学课程可以引导学生树立正确的人生观和价值观。

水力学与人们的生产生活密切相关，学生在学习水力学的过程中，不仅需要了解其理论知识和应用技能，还需要深入思考水资源利用和水环境保护方面的伦理、道德和社会责任等问题，培养学生的社会责任感和家国情怀。

二、水力学课程思政教育的教学设计建议1. 引导学生进行实地考察和实践操作水利工程是水力学的重要应用领域，教师可以组织学生进行水利工程实地考察和实践操作，让学生亲身感受水力学理论知识在实际工程中的应用，激发学生对专业的兴趣和热情。

通过实地考察，可以让学生了解水利工程对社会发展的重要性，培养学生的工程实践能力和责任感。

2. 设计项目实践课题，培养学生的创新能力在水力学课程中，可以设置一些项目实践课题，引导学生进行设计和研究。

课程思政教育在“水力学”课程教学中的设计与实践

课程思政教育在“水力学”课程教学中的设计与实践作者：崔玉洁刘伟王继保李卫明纪道斌来源：《教育教学论坛》2022年第12期[摘要] 水力学是研究以水为代表的液体在静止状态下的受力情况和宏观机械运动规律，并利用其解决实际工程技术问题的一门学科，是高等教育中涉水专业的主要专业核心课之一。

在传统专业课程教学过程中融入思想政治教育，可为大学生树立正确的世界观、人生观、价值观，是新时代立德树人的基本政治要求。

以“水力学”课程为例，基于课程的专业特点及育人目标，深入挖掘课程思政教育素材，提出“水力学”课程思政的建设举措，以及教学方法和教学评价的改进，以此增强学生对我国水力学应用的民族荣誉感，感受我国集中力量办大事的制度自信。

[关键词] 水力学;课程思政;教学案例;教学改革[基金项目] 2021年度三峡大学校级课程思政专题项目“水力学课程教学”（K2021001）[作者简介] 崔玉洁（1988—），女，湖北当阳人，博士，三峡大学水利与环境学院讲师，主要从事生态水利学研究;刘伟（1979—），女，江苏扬州人，博士，三峡大学水利与环境学院讲师，主要从事水力学研究;王继保（1976—），男，湖北宜昌人，博士，三峡大学水利与环境学院副教授，系主任（通信作者），主要从事水力学研究。

[中图分类号] G641 [文献标识码] A [文章编号] 1674-9324（2022）12-0092-04 [收稿日期] 2021-07-01引言青年学生是国家和民族发展的力量所在，青年强则国强，青年兴则国家兴。

目前高校大学生生活在信息爆炸的时代，他们思想活跃、爱好广泛，信息接触面广，但同时伴随着世界观、人生观、价值观还不太稳定，伴随着迷茫、困惑，亟须通过思想政治工作为学生答疑解惑[1]。

在宏观上，高校思想政治工作要回答为谁培养人、培养什么样的人、怎样培养人的根本问题;在微观上，高校思想政治工作要为学生解答怎么样理解人生、怎么样走人生之路、怎么样把个人的前途命运同国家的前途命运联系在一起[2]。

环境水力学

环境水力学环境水力学是一门多学科交叉学科，它集水文学、水质学、河流学、水土保持、河道工程和地理学等诸多学科为一体，综合研究人类活动影响下的河流、海洋、湖泊、水域、湿地等水环境的流体力学特性。

其中的水文学在环境水力学中起着核心的作用，河流水力学则是水文学的一个重要组成部分。

环境水力学研究的一个重要方面是河流的水文特征，比如水流的流出量、流速、深度形态特征以及水力结构参数，它也研究大陆水系的水文特征，比如河流源、分支、汇流等，大陆水系水库、湖泊、河岸水体和湿地联合形成的完整水文系统。

此外，环境水力学还涉及污染扩散、水土保持工程及其影响、水体生物学特性等，旨在更好的管理水系的全过程，减轻人类活动带来的环境污染和环境破坏，保障环境水资源的健康可持续利用。

环境水力学研究中，大量计算和数值模拟都很重要，这些模拟作为研究的重要工具和依据，其作用是建立比较准确的模型来表示水系中河道、湖泊、溪流和管渠、人类活动所造成的环境问题。

通过模型模拟，可以准确描述污染扩散的过程，从而为水环境的管理和保护提供依据。

环境水力学的关注点主要在水体流动环境，也就是水体内部的物质流动，以及水体外部的物质流入和流出。

比如：废水处理设备以及河流污染物的来源及分布状况，这种研究有助于提高环境水质，减少环境污染对生态系统的影响。

环境水力学的研究不仅对水环境的管理有重要的帮助，也为社会利益提供了可靠的服务。

比如把水力学计算与水资源利用进行结合，可以把水力学的理论应用到水利领域，促进水资源的可持续利用，为减少水资源浪费提供科学依据。

环境水力学是关注水环境管理过程中重要的一门多学科交叉学科，它研究和综合利用了水环境中的水文学、水质学、河流学、水土保持、排水工程等多学科知识，以把水资源管理科学、规范有效地运用，减少可能给社会带来的影响。

环境流体力学论文

/mg·L
62 (河中心)
0.74
0 0.74 0 1000 (左岸边)
1.48
岸边排放
0.07
0
（2）求带宽对中心排放：
W 4 2E y
对岸边排放：
x 1000 4 2 0.0481 50.2(m) 0.611 u
5
W 2 2E y
（3）求带长对中心排放： Lm = 0.1 岸边排放：
（1）求某指定点的浓度当中心排放和岸边排放时，断面上的最大浓度分别出现在该断面上的河中心和排放岸的岸边上。为便于计算，令
ck m
u ( y 2nW y 0 ) 2 u ( y 2nW y 0 ) 2 , E1 (n) exp[ ]，E2 (n) exp[ ] 4E y x 4E y x 4E y ux m 4E y ux
c( x, yห้องสมุดไป่ตู้
n

u ( y 2nW y 0 ) 2 u ( y 2nW y 0 ) 2 {exp[ ] exp[ ]} 4E y x 4E y x
4
c ck
n
(E E )
1 2

所以污染带浓度计算结果为：
污染源位置中心排放 0.74 62 1000
Key words：shear flow, discrete, natural rivers, damage zone
1
一、综述
概念：实际流动中，流速沿断面分布不均匀。实际应用中，常用断面的平均流速来计算物质在断面的输移量，由此造成了计算的物质扩散量与实际的扩散量不相等，两者之间的差值称为剪切流离散。废水排入水体后与河流的混合分为三个阶段：第一阶段，在离开排口后以射流方式和周围水体参混和扩散。当射流的动量或浮力作用逐渐消失以后进入第二阶段，如尚未扩散至河流的全断面，则将随河水运动，并由于紊动而继续横向扩散，如果污水的出流是恒定的时间连续源（即稳态情形）在本段将形成一条稳定的污染带。当扩散至全河段，并且全断面完全混合时进入第三阶段，以后沿纵向继续随流离散，即进入离散段，其离散作用用离散系数来反映，具体过程如下图所示。

从水力学的角度归纳渗流问题的计算

渗流计算水利水电工程的论文1渗流分析的基本理论1．1达西定律法国工程师Darcy经过渗透实践验证，渗流量q不只同截面面积a成正比例，还与水头耗损(h1－h2)正比，与渗径尺寸l成反比，带入土粒构造与流体特性的定性常数k。

1．2渗流连续方程渗流连续方程通常以质量守恒定律为基础，考虑可压缩土体的渗流加以引证，即渗流场中水在某一单元体内的增减速率等于进出该单元体流量速率之差。

对于每一个流动的过程而言，皆是在特定的空间流场之中发生的，沿着其边界发挥支配功能的条件，成为边界条件。

在开始进行研究的时候，在流场之内，流动的状态与其支配条件，成为初始条件。

边界条件与初始条件合称定解条件。

定解条件普遍是由室外测量数据或实验得出的，其对流动过程有着决定性功用。

找寻某个函数(假如水头)，让其在微分方程的条件下，又可以适应定解条件的便可认为是定解问题。

2渗流计算2．1计算目的坝体(堤身)浸润线的位置。

渗透压力、水力坡降和流速。

通过坝体(堤身)或坝(堤)基的渗流量。

坝体(堤身)整体和局部渗流稳定性分析。

2．2渗流计算的主要方法渗流计算求解方法一般可分为以下四种类型。

流体力学的解决方案:是一个严谨的解决方案，在边界条件符合定解时，能够算出渗流场中随便一点的值。

然而，解答的过程十分繁杂，并且适用范围窄，在现实运用上受到很多的制约。

水力学的解决方案:这种解法跟流体力学的解法有点相似。

就是根据某种假设，针对某种特殊的边界条件的进行的流体力学计算。

同样在实际工程应用上受到较多的制约。

模拟测试:根据以上那二种方式的劣势，对于现实中的.项目，原本常常经过水力学模拟测试来解答渗流问题。

数值模拟计算分析:通过计算机，在确定物理模型的情况下，第一步要求建立一个数学模型，然后利用相关模型对于具体问题进行求解，这有时也称为数值法，包括有限差分法和有限元法。

现在，以上这些渗流的计算手段里面水力学求解与有限元法在水利工程里面经常使用。

3水力学解法在水利水电工程上的运用对于上述问题利用水力学的方法进行求解，也就是利用流体力学的计算方法，进行一些边界条件的假设基础上进行，根据相关流体力学的要求，对于实际工况进行简化处理，还包括底层的渗透系数的简化处理等。

河海大学工程硕士学位论文编写格式规定

河海大学工程硕士学位论文编写格式规定1、适用范围本规定适用于工程硕士学位论文编写。

2、引用标准GB7713科学技术报告、学位论文和学术论文的编写格式GB7714文后参考文献著录规则。

3、定义学位论文是表明作者从事科学研究取得了创新性的成果或有了新的见解并以此为内容撰写而成，作者提出申请授予相应学位为评审用的学术论文。

工程硕士学位论文应能表明作者确已掌握了所从事工程领域的坚实的基础理论和宽广的专业知识；掌握解决工程问题的先进技术方法和现代技术手段；具有创新意识和独立担负工程技术或工程管理工作的能力。

4、印制要求论文必须用白色纸印刷，并用A4(210mm×297mm)标准大小的白纸。

纸的四周应留足空白边缘，上方和左侧应空边25mm以上，下方和右侧应空边20mm以上。

除前置部分外，其它部分双面印刷。

论文装订不要用铁钉，以便长期存档和收藏。

论文封面与封底之间的中缝（书脊）必须有论文题目、作者和学校名。

5、编写格式5.1 论文构成论文由前置部分、主体部分、附录部分(必要时)、结尾部分(必要时)组成。

前置部分包括封面，题名页，声明及说明，前言，摘要(中、英文)，关键词，目次页，插图和附表清单(必要时)，符号、标志、缩略词、首字母缩写、单位、术语、名词解释表(必要时)。

主体部分包括绪论(作为正文第一章)、正文、结论、致谢、参考文献表。

附录部分包括必要的各种附录。

结尾部分包括索引和封底。

6、前置部分6.1 封面6.1.1 封面是论文的外表面，提供应有的信息，并起保护作用。

6.1.2 封面上应包括下列内容：a.密级在右上角注明密级；b.“全日制工程硕士专业学位论文”用大号字标明；c.题名和副题名用大号字标明；d.作者姓名；e.工程领域名称；f.研究方向；g.导师姓名，职称；h.日期包括论文提交日期和答辩日期；i.学位授予单位。

6.1.3 封面格式按附录A排版6.2 题名页题名页是对论文进行著录的依据。

题名页应为右页。

植物木质部水力学研究进展

西北植物学报,2020,40(12):2157-2168A c t aB o t .B o r e a l .-O c c i d e n t .S i n.d o i :10.7606/j .i s s n .1000-4025.2020.12.2157 h t t p ://x b z w x b .a l l jo u r n a l .n e t 收稿日期:2020-10-15;修改稿收到日期:2020-11-27基金项目:江西省自然科学基金(20171B A B 204008);国家自然科学基金(31701521,31860200)作者简介:王瑞庆(1978-),男,博士,副教授,主要研究方向为植物水力学结构与功能㊂E -m a i l :w _r u i q i n g@163.c o m 植物木质部水力学研究进展王瑞庆,张莉,郭连金,朱海(上饶师范学院生命科学学院,江西上饶334001)摘要:植物为适应陆地环境进化出木质部维管系统,通过水力学机制高效安全的向光合器官长距离运输水分,木质部水分运输对蒸腾㊁气孔运动㊁光合碳同化等生理过程有调控和协调作用,被称为植物生理学的支柱㊂植物水力学作为木质部水分运输的研究内容和手段,已成为整合植物与生态系统功能的中心枢纽㊂该文首先概述了植物水分运输的水力学机制㊁运输系统的局限性,以及木质部结构与功能之间的关系;其次,阐述了木质部栓塞的形成机制并详细介绍了栓塞的诱导方法和测试技术,分析了水分运输系统安全与效率之间的权衡关系,总结了植物对环境的响应和干旱致死的预测模型,讨论了测试技术问题及其引发的当前木质部逆压力修复和指数型木质部栓塞脆弱性曲线有效性的争议;最后,总结了目前植物木质部水力学研究的成果,提出了尚待解决的主要问题,探讨了研究机会与方向㊂关键词:木质部水力学;栓塞脆弱性;安全与效率权衡;木质部修复;水分关系中图分类号:Q 945.17+1文献标志码:AA d v a n c e i n P l a n t X y l e m H yd r a u l i c s WA N G R u i q i n g ,Z H A N G L i ,G U O L i a n ji n ,Z HU H a i (C o l l e g e o f L i f e S c i e n c e s ,S h a n g r a o N o r m a l U n i v e r s i t y ,S h a n g r a o ,J i a n gx i 334001,C h i n a )A b s t r a c t :P l a n t d e v e l o p e d s a f t y a n d e f f i c i e n t x y l e m v a s c u l a r s y s t e m t o s u p p o r t l o n g d i s t a n c e w a t e r t r a n s -p o r t s o a s t o p r o v i d e s u f f i c i e n t w a t e r t o p h o t o t h e s y s i s o r g a n s .X y l e m w a t e r t r a n s p o r t i o n p l a y a n i m po r t a n t r o l e i n t r a n s p i r a t i o n ,s t o m e n t a l m o v e m e n t ,c a r b o n a s s i m i l a t i o n r e gu l a t i o n ,t h e r e f o r e b e t e r m e d b a c k b o n e o f p l a n t p h y s i o l o g y .P l a n t h y d r a u l i c s i s t h e c e n t r a l h u b i n t e g r a t i n g p l a n t a n d e c o s y s t e m f u n c t i o n .T h e p r e s e n t p a p e r s u mm a r i z e d t h e h y d r a u l i c m e c h a n i s m o f w a t e r t r a n s p o r t a n d t h e l i m i t a t i o n o f t r a n s p o r t s ys -t e m i n p l a n t s ,h i g h l i g h t e d t h e r e l a t i o n s h i p b e t w e e n t h e s t r u c t u r e a n d f u n c t i o n o f x yl e m v a s c u l a r .T h e f o r -m a t i o n m e c h a n i s m a n d i n d u c e m e t h o d s o f x y l e m e m b o l i s m w e r e d e s c r i b e d .T r a d e -o f f s b e t w e e n s a f e t y a n d e f f i c i e n c y o f w a t e r t r a n s p o r t s y s t e m w e r e a n a l y z e d .T h e m o l e c u l a r b i o l o g y o f c a v i t a t i o n a n d t h e i m p o r t a n c e o f a q u a p o r i n i n x y l e m r e f i l l i n g w e r e d i s c u s s e d .P r e d i c t i o n m o d e l a s f o r p l a n t r e s po n s e t o e n v i r o n m e n t a n d d r o u g h t i n d u c e d m o r t a l i t y w e r e s u mm a r i z e d .T h e m e t h o d o l o gi c a l i s s u e s w e r e i n t r o d u c e d ,a n d t h e d e b a t e s o n t h e v a l i d i t y o f x y l e m a g a i n s t p r e s s u r e r e f i l l i n g a n d e x p o n e n t i a l x y l e m e m b o l i z a t i o n v u l n e r a b i l i t y cu r v e w e r e d i s c u s s e d .F i n a l l y ,a c h i e v e m e n t s i n x y l e m h yd r a u l i c s we r e s u mm a r i z e d ,a n d r e s e a r c h c h a n c e s a n d p r o s pe c t w e r e a l s o d i s c u s s e d .K e y wo r d s :x y l e m h y d r a u l i c s ;e m b o l i s m v u l n e r a b i l i t y ;s a f e t y a n d e f f i c i e n c y ;x y l e m r e f i l l i n g ;w a t e r r e l a -t i o n s4.7亿年前,植物开始向陆地过渡,逐渐进化出越来越高效㊁复杂的木质部维管系统㊂后者确保了植物在陆地相对干旱的条件下,能够维持水分运输的安全性与效率的权衡,以实现光合作用的高碳收益㊂同时,有效促进了植物保持直立生长㊁增加树体高度以争夺更多资源,这从根本上塑造了当今维管植物的形态结构和功能[1]㊂由于植物的水分利用效率很低,固定C O2与蒸腾水分子的摩尔比通常在1ʒ200~400范围[2],所以植物的生存㊁生长需要消耗大量的水㊂通常一棵21m的大树每天最大蒸腾量约在10~200L,而热带雨林中的大型树木可高达1180L[3]㊂植物的蒸腾作用将大约39%的降水返回到大气中,成为全球生态系统中水循环的重要组成部分[4]㊂这些通过植物根系吸收的水在体内运输需要消耗巨大能量,靠主动运输机制无法满足需求,而使植物处于负的能量供应状态㊂维管植物已进化出一种高度特化的长距离水分运输组织,即木质部,通过被动的水力学机制向光合器官提供大量水分,无需代谢能量产生的驱动力参与㊂植物木质部水分运输对蒸腾㊁气孔开闭㊁光合碳同化等生理过程有调控和协调作用[5-6],被称为植物生理学的支柱 [1]㊂植物水力学作为木质部水分运输的研究内容和手段在植物水分关系中日益占据主导地位㊂植物水力学的早期研究可以追溯到15~16世纪,长久以来,植物水力学研究致力于水分沿植物维管系统运输机制的探索㊂随着Z i mm e r-m a n n[7]的X y l e m S t r u c t u r e a n d t h e A s c e n t o f S a p (1983)一书的出版,该领域研究进入了新的发展时期,通过新的测试技术和模型已在木质部栓塞形成㊁栓塞分隔和复水等方面取得很大进展[8]㊂目前,已对上千个树种的抗栓塞能力进行评估,建立了一系列水力学研究方法,可以更加深入地了解种内和种间水分运输变化,逐渐揭示环境与水分生理调控间潜在的相互作用和反馈㊂一些突破性技术,如x射线断层扫描等无损检测方法的应用,实现了树体原位水分运输与栓塞形成的直接观测,从而进一步深入探测植物水分关系的基本原理㊂同时,参与植物水力学领域的研究者及发表的论文数量呈指数级增长, 木质部水力学 (x y l e m h y d r a u l i c)被几个科学数据统计机构评定为最热门的研究领域之一[9]㊂本研究在阐述植物木质部水分运输的物理机制和结构特点的基础上,重点介绍了植物解剖学㊁生理学㊁生态学㊁生物物理和进化背景下植物水力学的新进展与新理论及存在的主要争议和问题,突出木质部水力学特殊的研究方法和主要技术进展,这些进步可更加深刻地揭示内聚力-张力学说的基本原理以及植物对水分亏缺适应的结构与功能基础,此外还根据现状探讨了植物水力学的研究机会与方向㊂1植物木质部水分运输的物理机制和结构特点1.1水分沿树体上升的水力学基础当前用来解释水分沿树体上升的理论主要是内聚力-张力 (c o h e s i o n-t e n s i o n,C T)学说[10-11]㊂根据该学说,水分以连续水柱的形式沿着水势梯度从土壤向叶片被动运输㊂驱动水分上升的能量最终来源于太阳,运输水分的驱动力是土壤与大气间的水分自由能差,这种能量差在木质部管腔内产生很大的张力,平衡了木质部内水柱的重力㊁摩擦力和毛细管力并抵抗了土壤孔隙对水的吸附㊂内聚力-张力(C T)学说成立的一个前提是木质部内液流存在显著的负压(张力)和压力梯度㊂通常重力对压力梯度贡献较小,形成的压降(压力差)约为-0.01M P a㊃m-1,即在20m高的树体重力压降约为0.2M P a㊂而最重要的因素是土壤水势,因为木质部液汁压力(P x)必须低于或等于土壤水势植物才能够吸水㊂植物能够生存的典型土壤水势范围约为-10(干燥或盐渍化严重的土壤)~0(湿润土壤)M P a以下,P x的极端负值可低达约-14 M P a[12]㊂影响P x的另一个重要因素是摩擦力,摩擦力通常形成水势梯度(Δψ)的稳态压降,数值等于蒸腾速率(E)与土壤-叶片流动通路的水力导度(K)的比值,即Δψ=E/K[13],数值通常在1~2M P a 之间㊂1.2木质部水分运输的结构基础作为高效的水分运输通道,成熟的木质部由中空的死细胞壁骨架构成,减少了原生质体对水流的阻力㊂木质部管腔直径约5~500μm,管壁次生加厚且木质化以承受其内部大的负压可能引起的坍塌[14]㊂裸子植物的木质部管胞属原始类型,由单个细胞发育而来,长度通常小于1c m,而被子植物导管由一组连续排列㊁协同作用的导管分子发育而来,成熟后它们的共同端壁部分或完全消失,长度在几厘米到数米之间,差异较大[15]㊂导管间或管胞间通过纹孔彼此连接,之间的纹孔膜将相邻管腔分隔㊂虽然纹孔膜对水流产生阻力,但对木质部水分运输的安全性起至关重要的作用㊂8512西北植物学报40卷功能正常的木质部管腔被树液充满,才可以维持蒸腾流㊂如果它们被气体填充,当木质部负压低于一定阈值,空气-水界面由表面张力形成的弯液面无法支持木质部内的负压,水柱就会断裂[16]㊂弯月面在毛细管中可承受的最低负压(P m i n)由下式决定:P m i n=4Γc o s(θ)D c(方程1)式中,Γ为表面张力,θ为液体和毛细管表面的接触角,D c为毛细管直径㊂当压力低于P m i n时,管腔内液体连续性会遭到破坏㊂细胞壁主要成分纤维素和半纤维素是亲水性组分,具有小的θ(<60ʎ)和孔隙(约1~10n m)㊂典型的细胞壁孔隙中,θ=60ʎ时,P m i n值在-145.5(1n m)~-14.5(10n m)M P a 范围㊂而木质部管腔的典型直径范围为5~500μm,其∣P m i n∣通常小于0.03M P a㊂上述数据表明,C T学说所需的毛细管力可以在细胞壁中形成并吸附水分,而导管中产生的毛细管力很小,液体在同一导管内的流动基本不受其束缚㊂管腔之间的纹孔膜有毛细管安全阀的作用,纹孔膜的纳米级孔隙通常足以阻止空气在管腔之间任意传播㊂2植物木质部栓塞发生机制及脆弱性曲线2.1栓塞发生机制根据C T学说,植物木质部管腔内水分呈负压的亚稳定状态且以连续水柱的形式进行运输㊂在受到水分胁迫时,外来微气泡由纹孔膜进入木质部管腔,在负压作用下气泡膨胀充满管腔,造成空穴化(c a v i t a t i o n)破坏水流的连续性,最终使该腔室失去导水能力形成栓塞[17]㊂引起木质部栓塞的因素比较复杂,多数研究将其归因于季节性干旱㊁病原菌寄生㊁物候期变化等[18]㊂2.1.1干旱诱导栓塞形成的气种机制气种(a i r-s e e d i n g)假说解释了木质部在干旱胁迫下的栓塞形成机制[19]㊂具有正常功能的木质部管腔(树液填充,P x<0)可通过纹孔膜吸入相邻已空穴化管腔内的气泡,形成气种㊂气泡构成了空穴化的核,在负压下逐渐膨胀,直至管腔气穴化形成栓塞㊂气泡通过纹孔膜所需的压力差可通过毛细管方程(方程1)计算[20]㊂针叶树和被子植物纹孔膜结构不同,气种现象的产生略有差异㊂针叶树种纹孔膜由中央空隙小的纹孔塞(t o r u s)和外部环状多孔的塞缘(m a r g o)构成㊂当管胞栓塞时,纹孔膜被推向相邻充满水的管胞,纹孔塞与纹孔边界形成密封结构,避免气体在管胞间扩散㊂当两侧压力差足够大时,气体可穿过密封结构㊁纹孔塞空隙或塞缘上的大孔隙,相邻管胞就会发生气种[21]㊂被子植物纹孔膜结构相对均匀,气种主要通过膜上最大的孔隙或纹孔膜破裂而发生㊂目前气种假说已获得多方面证据的支持㊂理论上,吸引气泡通过纹孔膜所需的负压应等于推动气泡通过同一纹孔膜所需的正压力,正压力诱导栓塞的试验已证明这两个值是一致的[22]㊂通过纳米球测定和扫描电子显微镜(S E M)及透射电子显微镜(T E M)图像分析,已成功估算空穴化压力和纹孔膜厚度及孔隙度之间的相关性[3]㊂使用成像技术和高分辨率X射线断层扫描技术(H R C T)[23]可观测到栓塞导管的空间聚集㊁分布方式,为气种假说预测的栓塞在导管间的扩散提供了有力证据㊂2.1.2冻融交替诱导栓塞根据融化膨胀假说,当树液结冰时,溶解的气体会析出并在管腔内形成气泡㊂当树液解冻时,这些气泡可以重新溶解或成核导致空穴化,如果后者发生,则导致木质部栓塞而失去运输功能㊂决定气泡是否溶解的因素主要是气泡内部压强㊁气泡直径㊁树液表面张力和木质部汁液压力㊂在解冻期间较低的树液压力和较大的气泡将加大空穴化机率[24]㊂此外,管腔直径也决定了冻融空穴化的敏感性[25],冻结过程中靠近管壁先结冰液体内的气体先析出,并向中心推进,导管直径大会导致形成较大的气泡,在负压状态解冻时更容易膨胀㊂较细的导管通常需要更低的成冰核温度,因而抗冻融空穴化能力更强[26]㊂影响冻融空穴化的其他因素包括冻融交替的速度㊁循环次数和最低温度㊂融化速度快可以减少气泡溶解时间,产生更大的栓塞[27]㊂冻融循环的次数多可增加气泡的积累,而较低的冰冻温度会因冻结引起水的重新分布,且冰水势与温度相关性会降低,影响了冰冻和气种期间气泡的形成[25]㊂2.1.3病原菌侵染导致栓塞木质部管腔内的病原菌可通过降解㊁阻塞管腔或改变液汁性质而破坏水分在树体的运输㊂榆树枯萎病是由真菌榆长喙壳菌(O p h i o s t o m a u l m i)引起的导管性病害[28],通过导管壁的酶促降解作用可促使气种通过次生壁或弱化的纹孔膜位点进入管腔引起空穴化㊂侵染还可以改变管壁纳米力学特性[29],减少树液表面张力,导致在较小的负压下即可产生气种㊂病原体和降解物可直接阻塞导管,或由榆树作为防御反应产生侵填951212期王瑞庆,等:植物木质部水力学研究进展体和凝胶物质也可导致导水率降低,进一步增强这些效应[30]㊂木质部空穴化导致的干燥缺水是松树枯萎病导致树体死亡的最终原因,其侵染源是松材线虫,感染期间会产生并积累疏水的挥发性萜类化合物,其表面张力低于纯水,使气泡成核并导致管胞的空穴化和栓塞[31]㊂由松树枯萎病引起的空穴化扩散已经通过磁共振成像以及其他技术得到证实[32]㊂2.1.4木质部功能障碍的其他诱因火灾会导致木质部功能障碍而降低㊁减缓树液流动,其机制主要是气种和机械损伤[33]㊂由火灾引起的高温导致细胞壁物质软化与木质部结构变化[34],降低了树液表面张力(方程1),进而增大了树体的栓塞脆弱性[35]㊂此外,火焰形成的热气流增加了蒸气压亏而使蒸腾加速,也会降低木质部压力并诱导气种[34]㊂栓塞也经常由于木质部机械损伤而形成,如落叶㊁根系衰老㊁暴风雨㊁火灾或动物啃食,甚至植物正常生长产生的原生木质的内源性破裂也会产生气种,成为栓塞形成的诱因[3]㊂2.2栓塞脆弱性曲线由栓塞引起的导水率损失可以用脆弱性曲线(v u l n e r a b i l i t y c u r v e s,V C s)表示,该曲线是将导水率损失百分数(p e r c e n t a g e l o s s o f c o n d u c t i v i t y, P L C)随水势下降的关系拟合成的函数㊂V C s及其特征参数P50值(导水率损失50%时的P x)反映了植物木质部对栓塞的抵抗能力及植物对水分的利用能力和效率,是大多数植物水力学研究的核心[3],此处详细介绍了其技术基础㊂建立V C s方法的不同之处在于如何诱导栓塞以及如何量化栓塞㊂2.2.1栓塞诱导技术诱导栓塞的方法主要有3种:自然干燥法㊁空气注入法和离心法㊂自然干燥法可评估整株或离体枝条自然状态下失水至不同P x 时的栓塞程度,这种方法最接近干旱胁迫失水的自然状态,一定程度可避免样品差异引起的测试结果偶然性,且人为引入额外栓塞的几率小,常被称为基准方法[36]㊂但栓塞诱导过程不易控制,需要大量样品,工作量相对较大且测试周期长(约1周)㊂空气注入法最早由C r o m b i e等[37]建立,通过一系列设定的正压力来逐步诱导木质部栓塞㊂C o c h a r d 等[38]根据相同原理建立了压力套法,该法将茎段穿过压力套,两端暴露于空气中,通过逐渐增加压力套内的压力来诱导不同程度的栓塞,是目前注气法中最常用的技术㊂该法较自然干燥法容易控制所诱导的栓塞程度,用一个茎段即可建立V C s,缩短了测试时间㊂离心法测试原理是将枝条置于转子经过改造的离心机内,通过转速调节,可以更精确地在枝条内部产生设定的负压来诱导栓塞㊂C o c h a r d等[39]将离心方法进行改进,在离心的过程中,可以同时测定茎段的导水率,用一根枝条就可完成脆弱性曲线的建立,大大提升了测试速度,这种方法被称为C a v i t r o n离心机法㊂C h o a t等[40]对树木抗栓塞能力进行了统计,收集了已发表的1200个关于植物的木质部栓塞脆弱性曲线,用于建立木质部功能特性数据库㊂这些脆弱性曲线中,约95%(不含压力套法以外的注气法)用了上述3种方法㊂其中,自然干燥法占24.4%,压力套法占21.7%,离心法占48.6%㊂由于自然干燥法费时费力,用压力套法和离心法建立脆弱性曲线的比例越来越大㊂2.2.2栓塞测量技术目前已开发出多种技术来测定木质部栓塞㊂栓塞程度通常用导水率损失百分数(P L C)衡量,P L C=1-K i/K m a x,K i为植物材料自然导水率,K m a x为去除栓塞后的最大导水率㊂常用的测定植物导水率(K)的方法是低压液流计法,通过测定一定压力下液体通过材料木质部的流速(K=流速/压差)来测量[41]㊂而高压液流计常用于阻力比较大的植物材料(例如根㊁叶柄)的导水率的测定,但由于施加较大压力,存在逆转栓塞的可能,进而高估了栓塞植物的K值㊂K还可以通过叶片蒸腾来诱导水分流动进行测定[42]㊂完整植株K可通过液流量除以土壤-叶片压降计算,该方法可以测量带叶片的离体枝条或单个叶片的K值,也可以建立整个植株的V C s[43]㊂然而,该技术可能由于木质部外渗透途径导致的K值变化引起人为栓塞㊂染色法是量化栓塞的另一种重要方法,当染料流过具有疏导功能的导管时,后者就会被染色,因而该法还可以判断哪些导管仍然具有疏导功能㊂当进行双重染色测定时(即在栓塞修复前㊁后分别进行染色),还可以确定非功能性导管是否因空穴化而栓塞或被凝胶和侵填体等永久堵塞㊂染色法的局限性是样品制备过程中染色液可能会发生扩散㊂无损影像技术在研究木质部系统功能和树液流动状态上表现出较好的应用前景㊂这些技术包括磁共振成像(M R I)㊁高分辨率X射线断层扫描(H R C T)和中子射线放射显影等,它们可观察到完整植株和离体茎段中的栓塞导管㊂在这些方法中,使用最广泛的是具有高分辨率优势的H R C T㊂另一种新的光学方法还可以通过评估由空穴化引起的0612西北植物学报40卷光透射影像的快速变化来可视化栓子通过叶脉网络的时空扩散[44]㊂然而,这些技术往往受样品的尺寸㊁类型等的限制,且难以准确测量木质部水势和其他生理指标㊂此外,这些方法很难区分功能性导管与未成熟导管或被填充物堵塞的导管[45]㊂其他技术还包括一些基于声学原理㊁气流检测等测定空穴化的发生㊂声波发射(A E )监测是用于测量空穴化的最早的方法之一,该技术中V C s 通常被绘制为各压力P x 下累积的A E 百分比[46]㊂A E 方法可进行无损测定,但仅提供木质部栓塞的间接证据,因为无法量化每个A E 产生P L C 的值,而且除了空穴化之外很多其他因素也可能产生A E[47]㊂另一组技术基于流经样品的气流来评估栓塞和构建V C s㊂单导管空气注入法记录了气泡通过导管端壁产生的气体压力,将V C s 绘制为各压力下气种的累积频率[48]㊂近期有人通过测定枝条切口末端气流速度测试了脱水枝条的栓塞状况[49]㊂2.2.3 曲线的类型与拟合目前已建立的不同树种V C s 中,典型的主要有s 形和指数型(r 形)两大类(图1)㊂s 形曲线意味着栓塞在一定负压(数值为张力的负数)范围保持较低的水平,直到一定阈值,随着负压继续下降,栓塞迅速升高至100%附近㊂而指数型V C s 的木质部栓塞在负压开始降低时,就开始快速升高,是高度栓塞脆弱性类型㊂上述两种类型的曲线都可以利用单威布尔函数进行拟合[50]:图中为两种典型的木质部栓塞脆弱性曲线,实线为s 形,虚线为r 形(指数型)㊂s 形曲线表现出具有一定范围的安全边际(灰色区域),此压力范围内栓塞程度很低图1 木质部栓塞与负压的关系S c h e m a t i c t w o t y p i c a l s h a p e s o f V C s :s i gm o i d a l w i t h s o l i d l i n e a n d e x p o n e n t i a l w i t h d a s h e d l i n e .S i gm o i d a l c u r v e s d i s p l a y a s a f e r a n g e o f p r e s s u r e (g r e y zo n e )w h e r e c a v i t a t i o n r e m a i n s l o wF i g .1 R e l a t i o n s h i p b e t w e e n x yl e m e m b o l i s m a n d n e ga t i v e p r e s s u r e P L C 100=1-e x p -T bc(方程2)式中,T 为张力(负压力),b 和c 是威布尔常量,其中b 是当最大导水率(K m a x )下降63.2%时对应的P x 值,c 是曲线的斜率㊂P 50值通过公式P 50=b [l n (2)]1/c计算㊂还有少量树种介于两者之间呈现直线形或双s 形等,后者可以通过双威布尔函数进行拟合[51]㊂V C s 形状主要取决于木质部特征,其他一些因素如植物材料测试前是否复水等也会产生影响㊂3 木质部安全性与效率权衡木质部安全性指抵御栓塞形成与扩散的能力,效率指木质部水分运输能力,二者对植物具有重要的生理与生态学意义㊂效率高可以满足更大的蒸发量,进而提高光合效率,植株生长快㊁产量高㊂效率高还意味着运输相同的水分只需要形成较少的木质部,降低了木质部形态建成的消耗,因而叶片/木质部面积比高㊂更好的安全性则允许植物在更低的水势环境生存,或在相同的P x 下遭受栓塞的几率更小㊂安全性好的植物仅需相对少的根系生长投入,具有耐盐碱性,且在一定程度缺水时仍可保持一定的气孔开放进行C O 2固定㊂现实中,木质部栓塞的安全性往往会降低木质部的水力传导效率,从而降低适宜条件下的生长速率和竞争力[52],该现象被称为水力学安全性与效率的权衡㊂有数据显示P 50的绝对值与K m a x 存在负相关性(但相当微弱),支持了这一假说[53]㊂木质部安全性与效率的权衡是由纹孔特征及木质部立体结构特点决定的㊂纹孔特征,如膜厚度㊁膜直径㊁腔室深度和孔径大小是安全性和效率的决定因素㊂对于被子植物,当导管上具有更多的纹孔对和纹孔膜或具有大型纹孔时,端壁透性大,因而更容易栓塞㊂木质部性状,如导管尺寸大㊁导管间连通性强及连接程度高都是被子植物运输效率高的重要特征[54],也可能导致安全性降低㊂与此类似,在裸子植物中,纹孔尺寸以及纹孔塞和塞缘的相对尺寸(即重叠程度)与安全性相关[21]㊂然而,木质部管腔的端壁纹孔数量差异很大,且木质部抗栓塞能力还与其他性状有关,使安全性与效率之间的权衡更加复杂㊂例如,大型高效的导管也可以不通过端壁与其他导管相连来保持安全性,而是将它们与小导管或管胞甚至纤维桥连接起来[51],其多种端壁形式大大降低了大型导管之间气种传播的可能性㊂对于藤本植物,木质161212期王瑞庆,等:植物木质部水力学研究进展部安全性与效率之间的权衡相对较弱,其水力学效率发挥着主导作用且与植株形态㊁功能特性关系密切[55]㊂植物木质部水力学安全性还受气孔调节的影响㊂不同树种或基因型根据气孔对水分亏缺敏感性及气孔调控的程度和策略不同,可分为等水调节行为(i s o h y d r i c b e h a v i o r)和非等水调节行为(a n i s o-h y d r i c b e h a v i o r)两大类[56]㊂等水调节行为受严格的气孔控制,在中度缺水的情况下,它们即减少蒸腾和碳同化㊂相比之下,非等水调节树种在一定范围能够保持更长时间的蒸腾作用(即气孔开放),进而更长时间地保持正碳平衡[57]㊂通常,气孔关闭和蒸腾调节发生在栓塞启动之前[58]㊂对于冻融交替诱导的栓塞而言,安全性与效率之间的权衡更为直接㊂冰冻诱导栓塞的脆弱性随着导管直径的增大而增加,与理论预期一致㊂根据H a g e n-P o i s e u i l l e方程,导管管腔的导水力随其直径增大呈4次方增加,因此,对冰冻诱导的栓塞的抵抗必然以管腔导水效率为代价㊂这种权衡与环孔材树种直径大的导管更容易受冰冻威胁的总体趋势一致[59]㊂除了栓塞安全性之外,安全性与效率权衡的机制还包括机械安全性㊂抗栓塞能力强,意味着管腔内部可能经历更大的负压,因而管腔也必须更坚韧,具有更大的厚度-跨度比[60]㊂管壁厚度的上限因限制了其强度而限制了导管直径进而限制了K m a x[61]㊂这种强度与效率之间的权衡可能是针叶树种P50与K m a x关系的主导因素[62]㊂针叶树种木质部比重大,管胞可占95%以上(体积比),因而管腔强度和木材强度高度相关㊂被子植物导管比重通常小于20%,导管特性与木材特征间关系有更多的变数,剩余的80%主要是纤维和木质部薄壁组织,也会对密度㊁强度㊁水分储存和木质部填充产生较大影响㊂不同的森林类型和功能类群植物的安全性与效率权衡可能存在较大差异,甚至植物可能调整整体的抗旱策略,导致在木质部不存在水力权衡关系㊂总之,木质部结构和功能的多重权衡涉及了多种策略,这样即使解剖上存在很大差异,生态上也接近了平衡,是自然选择的结果[63]㊂4植物干旱致死的水力学模型全球已有大量关于干旱胁迫引起的树木枯萎和死亡的报道,目前已提出3种主要的干旱致死机制:木质部维管系统水力功能障碍㊁碳饥饿以及由于受胁迫引起植物的活力降低而导致的病虫害侵染㊂对不同环境或物种而言,起主要作用的机制可能存在差异,三者也可能同时发生[64-65]㊂其中,水力系统功能障碍或损伤是与干旱死亡率最相关和普遍认同的因素[9,66]㊂然而,也有一些研究表明,在严重干旱条件下木质部抗性非常强的树种存活率并不总是最高[12]㊂这与所有树种不论生境如何都保持大致相似的水力学安全边际相一致,部分原因是植物通过气孔控制蒸腾和木质部水势进行的调节,使木质部水势维持在栓塞产生以上来降低导水力的损失[67]㊂此外,气候干旱可以在同一地区的物种之间诱导差异很大的P x值,这主要是由于活动生根区分布位置(如深浅等)差异,与水文介导的土壤水分分布有关㊂因此,为了预测树种对干旱的脆弱性,至少需要明确其V C s,根系分布及气孔对环境的响应,后者决定了蒸腾(E)和木质部负压(P x)㊂由于气孔运动受土壤湿度㊁大气蒸气压亏㊁光照和C O2浓度等多种环境因素的影响,其调控机制模型非常复杂,目前还远未完善㊂因此,与气孔调节相关的生态系统或陆地表面系统的模拟通常采用经验模型,需要根据树种和环境因素进行校准㊂这些模型预测效果相对有限,并且在干旱条件下往往表现不佳[68]㊂另一种方法假设光合与蒸腾消耗之间的权衡受气孔运动的调节,因而可利用光合与蒸腾建立气孔运动调控模型,但由于缺乏蒸腾消耗的定量模型,使模拟进程受阻[69]㊂植物V C s和相关的水力学理论的发展使蒸腾消耗能够被量化为栓塞和根际干旱引起的水力功能障碍的风险,新的优化模型利用土壤到叶片V C s来计算一定时间的供水函数 (E与P x关系)㊂该模型明确了当气孔开放和E上升时,植物降低水力学功能损失的机制[70]㊂供水函数结合叶片能量平衡和光合作用的生化模型,可用于计算同期相应即时碳增益函数,当相对增益与相对水力风险二者差值最大时,植物气孔导度及E㊁P x㊁同化速率A达到最佳[71]㊂这种相对简单的优化模型可预测在各种环境条件下(光㊁C O2㊁土壤干旱程度㊁大气湿度的组合)的气孔响应趋势,且无需明确气孔的调控机制㊂该方法表明,植物水力学研究可以提供环境因子和气孔响应之间的缺失环节 ,以改善地表模型的预测[72],由于可以预测植物水力障碍的程度,从而预测了死亡风险㊂5植物水力学领域的主要争议目前在植物水力学领域存在两个主要的争议,2612西北植物学报40卷。

水力发电论文参考文献

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《水质工程学》课程教学

《水质工程学》课程教学的探索摘要：《水质工程学》是给水排水工程专业的核心课，是培养具有创新意识的应用型人才的一门重要课程，笔者站在教学一线用辩证的观点就该课程目前存在的问题和解决的措施进行了探索。

关键词：水质工程学课堂教学人才培养教师素质中图分类号：g642 文献标识码：a 文章编号：1673-9795（2013）02（b）-0057-01《水质工程学》是给水排水工程的专业核心课，该课程是由以前的《给水工程（下）》和《排水工程（下）》两门课程整合并扩展而成的，新的课程体系将过去在给水和污水处理中都应用的一些工艺进行了有效的整合，避免了内容重复并扩展了该领域的最新研究。

本课程的教学目的是使学生掌握水和污水的性质、水质指标、污水排放标准、水处理基本方法和基本理论及污泥处理的基本理论和技术，为从事水处理工程设计、运行和管理奠定理论和实践基础，具备从事水处理科学研究的初步能力。

本课程涉及水力学、水泵与水泵站、水分析化学、物理化学、环境生物学和给水排水管网系统等方面的基础理论，是一门涉及面广、理论性和实践性都较强的综合性课程。

《水质工程学》课程在我校给水排水专业已经开设了5年，该课程的教学内容、教学方法和教学手段都发生了很大变化，教学质量也明显提高，我们将积累的经验与大家共勉。

1 内容多、学时少的解决措施原来的《给水处理工程》有68课时，《污水处理工程》70课时，现在《水质工程学》只有80课时，“内容增多、学时减少”成了水质工程学的一个显著特点。

1.1 充分培养学生的兴趣和自学能力爱因斯坦有句名言：“兴趣是最好的老师”。

“内容增多、学时减少”需要学生主动学习，培养学生的兴趣尤为重要。

教师授课中讲解主流工艺历史、现状和发展趋势，国内外专家的研究前沿和争议，并与国内水处理的工程实例相联系，与以后的就业相联系。

安排学生到学校图书馆自己查阅水处理新技术的发展、各种用水水质标准、各种污水的排放标准内容，并进行讨论；安排学生听国内外专家的报告，布置小论文或专题讨论，引导学生课下充分利用互联网、图书馆、电子图书馆等资源，学生可到污水处理厂（站）进行学习，自主选择感兴趣的课题进行学生科研，极大激发了学生的学习热情。

水力学课程的教学心得9篇

水力学课程的教学心得9篇第1篇示例：水力学是土木工程专业的重要课程，也是研究水运输、水资源开发和水环境保护等领域必备的基础知识。

在教授水力学课程的过程中，我深受启发，总结了一些教学心得，希望可以与大家分享。

我认为在教学过程中，要注重为学生提供直观的案例和实例。

水力学是一个和实际生活紧密相关的学科，因此我们可以结合实际工程案例，例如水坝、水库、水电站等，让学生们更好地理解理论知识。

在课堂上播放相关视频，展示真实的工程案例，可以激发学生的学习兴趣，提高他们的学习积极性。

积极引导学生进行课外阅读和自主学习也是教学过程中的重要环节。

水力学领域的知识非常广泛，课程时间有限，无法涵盖所有内容。

我鼓励学生多读相关的专业书籍、论文和杂志，拓宽视野，深入了解水力学的最新发展动态。

我还鼓励学生积极参与相关的科研项目和实习实践，提升他们的综合能力。

我在教学过程中也经常组织学生参观实地工程项目。

现场参观可以让学生们真实感受到水力学理论知识在工程实践中的应用，加深他们对水力学的实际意义的理解。

我还会安排一些专业讲座和学术交流活动，邀请相关领域的专家学者来校交流，让学生与专业人士面对面沟通、交流，拓宽专业视野。

我认为教学过程中要不断改进教学方法和手段，引入现代化的教学技术。

结合多媒体教学，设计生动、有趣的课件，使课堂教学更加生动活泼；利用网络资源，提供学术论文、专业资料的下载，方便学生学习和研究。

我还积极鼓励学生利用网络平台，进行在线讨论和学习，提高学生的自主学习和思考能力。

水力学课程的教学心得需要我们综合运用多种教学手段，注重实践、激发学生学习兴趣，增强实践能力，引导学生积极参与课外学习和研究，提高他们的综合能力。

希望我分享的这些心得对大家有所帮助，也希望大家一起努力，为水力学教学贡献更多的经验和智慧。

第2篇示例：水力学是土木工程中重要的一门课程，其理论和应用对工程设计和施工具有重要的指导作用。

在教学过程中，我深感水力学的重要性，也积累了一些教学心得。

城市排水系统优化设计及管理研究

城市排水系统优化设计及管理研究摘要随着城市化的不断发展，城市排水系统面临着日益复杂的挑战。

为了确保城市的可持续发展和居民的生活质量，对城市排水系统进行优化设计和有效管理是至关重要的。

本论文旨在研究城市排水系统的优化设计及管理方法，以解决排水系统所面临的问题。

关键词：城市排水系统、优化设计、管理、可持续发展一、引言城市排水系统是城市基础设施中至关重要的部分，负责将雨水和废水排放到合适的地方。

然而，随着城市人口和城市化程度的不断增加，排水系统面临着日益严峻的挑战，如排水管道的容量不足、雨洪灾害的频发等。

因此，对城市排水系统进行优化设计和有效管理具有重要的意义。

二、城市排水系统优化设计2.1 系统规划城市排水系统的优化设计在系统规划方面出现了以下现有设计现状和问题，某些地区的排水管网布局不够合理，存在管道交叉、死角等问题，导致排水效率低下和排水困难。

部分城市排水系统的容量无法满足日益增长的排水需求，特别是在强降雨事件下容易发生堵塞、溢流等问题。

当前的排水系统控制手段缺乏灵活性，缺乏智能化的监测和调控能力，无法及时应对突发情况和优化排水运行。

部分城市排水系统规划缺乏对城市规划、地形地势、水文特征等因素的全面考虑，导致不同区域的排水问题和需求得不到有效解决。

对于容量不足的问题，可以考虑增加排水设施的容量、改善狭窄的管道等，以及引入灵活的调控手段，如可调节的泵站系统，以满足排水需求的变化。

引入智能化监测和调控技术，如实时监测系统、预警系统和自动控制系统等，以实现对排水系统的实时监测和优化调控，提高系统的应变能力和效率。

在系统规划中考虑可持续性原则，如雨水收集和再利用、绿色基础设施的引入等，以减轻排水系统的负荷和环境影响。

2.2 技术创新在城市排水系统的优化设计中，技术创新起着至关重要的作用。

近几年，城市排水系统在技术创新方面出现了以下现有技术创新设计，雨水收集系统被广泛应用于建筑物和城市区域，通过收集和储存雨水来满足非饮用水需求，例如灌溉、冲洗和景观等。

河流流速和粒径大小的关系_解释说明以及概述

河流流速和粒径大小的关系解释说明以及概述引言部分的内容应包括概述、文章结构和目的。

以下为详细清晰的回答：1. 引言1.1 概述本文旨在探讨河流流速和粒径大小之间的关系。

河流是自然界中水体运动的重要形式之一，而水体运动的速度与颗粒物质的大小密切相关。

研究河流流速与粒径大小的关系对于科学理解河流水动力特性具有重要意义，并能对环境保护、水利工程等方面提供参考依据。

1.2 文章结构本文共分为五个主要部分，各部分内容如下：2. 流速和粒径大小的关系在第二部分中，我们将首先介绍流速和粒径大小的定义以及测量方法。

其次，我们将讨论影响流速的因素，涵盖自然因素（如地形、坡度）和人为活动（如河道调整）。

最后，我们将重点探讨不同粒径大小对流速产生的影响。

3. 解释说明第三部分将解释河流中流速变化原因以及粒径大小与水动力特性之间的关系。

我们将详细阐述不同因素对于流速变化的影响机制，并探讨粒径大小对水动力特性的影响。

此外，我们还将通过实际案例分析，进一步解释和说明相关理论。

4. 研究方法与实验设计在第四部分，我们将介绍选择的研究方法及其理由，并详细描述实验设计和数据采集方案。

同时，我们将说明选择的数据分析方法及结果展示方式，以确保研究的科学性和可靠性。

5. 结论与展望最后，在第五部分中，我们将对本文进行总结概述，简明扼要地呈现主要研究结果。

此外，还会提出未来研究方向的展望和建议，为河流流速与粒径大小关系领域的进一步深入研究提供指导。

1.3 目的本文旨在深入探讨河流流速和粒径大小之间的关系，并解释说明相关原因和机制。

通过本文的研究成果，可以增加对水动力特性的理解，并为环境保护、水利工程等领域提供科学依据。

同时，本文也为该领域未来的研究方向提出了展望和建议。

2. 流速和粒径大小的关系:2.1 定义与测量方法:在水力学中，流速是指单位时间内液体通过某一截面上的体积。

常用的流速单位有立方米每秒(m/s)或者升每秒(l/s)。

而粒径大小指的是河流中颗粒物（如岩石、土壤等）的直径或尺寸大小。