研究现状和发展趋势

2022-09-04

第一篇：研究现状和发展趋势

防水涂料的研究现状和发展趋势

时间:2006-08-17

关键词:防水涂料研究现状发展趋势

建筑防水材料是建筑材料的一个重要组成部分 , 属于功能性材料 , 建筑物和构筑物之所以要采用防水材料其主要目的是为了防潮、防渗、防漏。我国在建筑工程防水材料方面的投入每年呈递增趋势。 2003 年 , 在工程总造价中防水工程造价达到 15 % 以上 , 特别是地下室的防水造价比例已达工程总造价的 25 % ～ 30 % [ 1 ] 。我国建筑防水涂料年使用量占防水材料总量的 10 % 左右 , 有的地区 ( 例如厦门防水涂料使用量 ) 占防水材料总量的 50 % 左右 [ 2 ] 。虽然在防水工程方面的投入很大 , 但防水效果不理想 , 新建工程当年渗漏率都在 10 % 左右 , 国家每年用于防水方面的维修费将近 20 亿元。建筑防水效果的好坏 , 关键在于防水材料是否具有良好的性能。近年来 , 我国防水材料的研究取得了很大进步 , 先后开发了油膏类、卷材类、溶剂型黏稠液、水基型乳液和粉剂型防水材料 , 并得到了广泛的应用。

1 防水涂料的概念及分类

1. 1 防水涂料的概念

建筑防水涂料。 ( 简称防水涂料 ) 是一种建筑防水材料。将涂料单独或与胎体增强材料复合 , 分层涂刷或喷涂在需要进行防水处理的基层表面 , 即可在常温条件下形成一个连续无缝整体且具有一定厚度的涂膜防水层 , 从而能满足工业与民用建筑的屋面、地下室、卫生间和外墙等部位防水抗渗要求。防水涂料一般是由沥青、合成高分子聚合物、合成高分子聚合物与沥青、合成高分子与水泥或以无机复合材料等为主要成膜物质 , 掺入适量的颜料、助剂、溶剂等加工制成的溶剂型、水乳型或反应型的 , 在常温下无固定形状的黏稠状液态或可液化的固体粉末状态的含高分子合成材料的复合材料。

1. 2 防水涂料的分类

1. 2. 1 按照涂料的基料和分散介质分类

防水涂料按其成膜物可分为沥青类、高聚物改性沥青 ( 亦称橡胶沥青类 ) 、合成高分子类 ( 又可再分为合成树脂类、合成橡胶类 ) 、无机类、聚合物水泥类等 5 大类。按其状态与形式 , 大致可分为溶剂型、反应型、乳液型 3 大类。

(1) 溶剂型防水涂料

溶剂型防水涂料其作为主要成膜物质的高分子材料是以溶解于 ( 以分子状态存在于 ) 有机溶剂中所形成的溶液为基料 , 加入颜填料、助剂制备而成的。它是依靠溶剂的挥发或涂料组分间化学反应成膜的 , 因此施工基本上不受气温影响 , 可在较低温度下施工。涂膜结构紧密、强度高、弹性好 ; 防水性能优于水乳型防水涂料。但在施工和使用中 , 有大量的易燃、易爆、有毒的有机溶剂逸出 , 对人体和环境有较大的危害 , 因此近年来应用逐步受到限制。溶剂型防

水涂料的主要品种有溶剂型氯丁橡胶沥青防水涂料、溶剂型氯丁橡胶防水涂料、溶剂型氯磺化聚乙烯防水涂料等。

(2) 反应型防水涂料

反应型防水涂料其作为主要成膜物质的高分子材料是以预聚物液态形式存在。反应型防水涂料是通过液态的高分子预聚物与相应的物质发生化学反应成膜的一类涂料。反应型防水涂料通常也属于溶剂型防水涂料范畴 , 但由于成膜过程具有特殊性 , 因此单独列为一类。反应型防水涂料通常为双组分包装 , 其中一个组分为主要成膜物质 , 另一组分一般为交联剂。施工时将两种组分混合后即可涂刷。在成膜过程中 , 成膜物质与固化剂发生反应而交联成膜。反应型防水涂料几乎不含溶剂 , 其涂膜的耐水性、弹性和耐老化性通常都较好 , 防水性能也是目前所有防水涂料中最好的。反应型防水涂料的主要品种有聚氨酯防水涂料与环氧树脂防水涂料两大类。其中环氧树脂防水涂料的防水性能良好 , 但涂膜较脆 , 用羧基丁腈橡胶改性后韧性增加 , 但价格较贵且耐老化性能不如聚氨酯防水涂料。反应型聚氨酯防水涂料的综合性能良好 , 是目前我国防水涂料中最佳的品种之一。

(3) 乳液型防水涂料

乳液型防水涂料为单组分水乳型防水涂料。涂料涂刷在建筑物上以后 , 随着水分的挥发而成膜。乳液型防水涂料其主要成膜物质高分子材料是以极微小的颗粒稳定悬浮在水中而成为乳液状涂料的。该类涂料施工工艺简单方便 , 成膜过程靠水分挥发和乳液颗粒融合完成 , 无有机溶剂逸出 , 不污染环境 , 不燃烧 , 施工安全 , 其价格也较便宜 , 防水性能基本上能满足建筑工程的需要 , 是防水涂料发展的方向。乳液型防水涂料的品种繁多 , 主要有 : ①水乳型阳离子氯丁橡胶沥青防水涂料 ; ②水乳型再生橡胶沥青防水涂料 ; ③聚丙烯酸酯乳液防水涂

料 ; ④ EVA( 乙烯乙烯共聚物乳液相混合 , 剩余部分为水。该防水涂料具有很好的阻燃性、隔热性以及耐化学腐蚀性。 Kyminas 等 [ 8 ] 制造出了坚固耐用的屋面防水涂料 , 主要用于长期受风雨侵蚀屋面的防水。基料为含有石油沥青、改性沥青和泡沫塑料、丙烯酸聚合物的水乳型分散体 , 颜填料为二氧化钛、碳酸钙、二氧化硅、云母、高岭土 , 颜料的平均粒径小于 200 μ m , 颜料在分散体系中的体积浓度 > 20 % 。该防水涂料的涂膜与基层的附

着力强、阻燃性好、能够反射大量的太阳光和热 , 因此延缓了顶板的热老化 , 并降低了室内温度。

Roberts 等 [ 9 ] 研制的墙面防水涂料是通过对含有 4 ～ 6 个碳原子的脂肪族烯烃或脂肪族二烯烃进行聚合而得的烃类树脂与弹性共聚物 ( 由苯乙烯、异戊二烯、丁二烯共聚 ) 为基料 , 溶剂为混合溶剂 ( 含有约 80 % ～ 95 % 的脂肪烃 ,5 % ～ 20 % 的芳香烃 , 其中脂肪烃中含有至少 1 % 的正庚烷 ) 。该防水涂料的配方为 : 苯乙烯、异戊二烯共聚橡

胶 22 份 , 烃类树脂 25 份 , 绿色颜料 1 份 , 乳酸 20 份 , 庚

烷 30 份 , Shellflex2 份。该防水涂料具有良好的耐候性、耐化学腐蚀性、抗拉强度高、延伸率高等优点 , 主要用于地下室的防水。施工时 , 主要采用高压无空气喷涂。近年来 , 美国亨瑞公司在过去开发和应用乳液沥青防水涂料的基础上 , 又成功开发了一种以改性的优质氧化沥青为主要原料 , 掺入适量的化学助剂、填充剂、石油溶剂和乳化剂等 , 经过特殊的加工工艺 , 制成了一种高固含量 (73 % 以上 ), 能在潮湿基层或雨中进行施工 , 并容易涂抹的厚质防水涂料。由于这种涂料既有疏水功能 , 又有一定的亲水性 , 即具有 “ 两性功能 , 故可在下雨时 , 对屋面进行防水堵漏的施工作业 , 能发挥救急的作用 , 很受用户欢迎 [ 10 ] 。美国创高公司生产的一种不含挥发性有机溶剂的单组分聚氨酯防水涂料—— 创高 60 , 该涂料可根据设计要求 , 采用能够控制涂膜厚度的锯齿形特制刮板直接涂刷在基层表面 , 经吸收空气中的水分固化形成足够厚度的涂膜防水层 [ 10 ] 。来自美国的最新专利产品阻热防水涂料 , 当它在金属物体上使用时 , 极具柔性和封闭性 , 能堵漏、隔热、防锈 ; 用于沥青屋面作防水涂料时 , 可反射 90 % 的太阳能 , 能够防止沥青降解 , 延长防水寿命 ; 用于刚性防水屋面时 , 因其具有极佳的粘附性和延伸性 [ 1 ] , 能够封闭因混凝土膨胀造成的细裂纹和缝隙 , 从而防止水分渗透。美国和法国的铝粉乳液屋面反射涂料和白色聚丙烯酸酯屋面反射涂料的用量也很多 , 它本身既具有防水功能 , 又能对原有防水层起到保护作用 , 并能反射紫外线和太阳光 , 不但可以降低顶层房屋的室内温度 , 节省空调费用 , 而且可以延长防水层的使用年限 , 目前已成为房屋建筑业主乐意选用的功能型防水涂料之一 [ 10 ] 。

3. 2 我国研究现状

我国防水涂料的开发和应用始于 20 世纪 60 年代 , 当时多以石油沥青或各种废旧材

料 ( 如废胶粉等 ) 和化工厂的下脚料 ( 如苯乙烯焦油等 ) 为主要原料 , 加工制成乳化沥青防水涂料或废胶粉改性沥青防水涂料和苯乙烯焦油防水涂料等。由于这些防水涂料的质量不够稳定 , 施工方法不规范、涂膜厚薄不均匀、防水层使用年限较短等原因 , 故未能在新建的防水工程中大面积推广应用 [ 10 ] 。 20 世纪 70 年代 , 北京建筑工程研究院开始研制聚氨酯防水涂料 , 该类涂料发展非常迅速 , 每年以 18 % 的速度增长 ,1994 年产量为 1 万 t , 其中主要是煤焦油作活性填料的聚氨酯防水涂料 [ 4 ] 。据调查 ,1999 年聚氨酯防水涂料销量

中 , 焦油型约占 66 % , 非焦油型占 34 % 。焦油型防水涂料在防水涂料中占有举足轻重的地位 [ 11 ] 。但煤焦油是一种复杂的混合物 , 它含有蒽、菲、咔唑、吡啶等数百种组分 , 众多的挥发组分严重污染环境和危害人体健康。因此 , 近年来北京和上海等城市已相继发文禁止使用焦油聚氨酯防水涂料。在此背景下 ,1998 年建设部将非焦油型聚氨酯防水涂料列为全国住宅推荐产品 13 种防水涂料之一 , 从而极大地推动了聚氨酯防水涂料在我国的推广应用和健康发展 [ 12 ] 。

上海汇丽化学建材厂、天津大学化工实验厂、苏州非金属矿业研究院防水材料研究所等单位生产双组分聚醚型聚氨酯防水涂料 [ 13 ] 。山西省建筑科学研究院成功研制出环保型水性沥青

聚氨酯防水涂料 [ 14 ] 。北京三原建筑粘合材料厂成功研制出无溶剂聚氨酯防水涂料 , 该产品固含量高 , 摒弃了煤焦油成分 , 是焦油型聚氨酯防水涂料的理想替代产品之一 [ 15 ] 。上海复旦大学材料科学系研制的丙烯酸酯防水涂料于 1991 年应用于深圳火车新客站篷面的防水工程 ,1992 年应用于复旦大学微分析中心楼的屋面上 ,1994 年以后陆续应用于复旦大学材料二楼、李达三楼、新化学楼、上海长兴岛特技城锥形体屋面、北京中国长城电脑大厦、上海华富大厦、上海筛网厂新办公楼、上海浦东西门子公司等建筑的屋面防水工程上 [ 16 ] 。武汉现代工业技术研究院成功研制开发了一种新型水泥基防水涂料—— WGB 长效复合彩色防水涂

料 , 并通过了武汉市科委组织的专家会议鉴定。 WGB 长效复合彩色防水涂料是由一种硅丙树脂与 VAE 乳液经特殊工艺复合而成的新型防水涂料。兼有 VAE 防水涂料的高耐渗性和丙烯酸乳液的耐候性、耐久性和有机硅防水剂的强基体渗透性等各种防水材料的优点。具有高弹性、高抗拉强度 , 与基层结合牢固 , 并能克服基层开裂、变形所产生的渗漏问题。可达到长期防水效果。试验表明 , 有效防水期可长达 30 年。同时该涂料为水性涂料 , 无毒、无污染 , 可调制成各种颜色 , 能起到美化环境的作用 , 是一种绿色环保产品。该涂料还具有应用面广、施工方便、综合成本低的优势 , 适用于屋面、卫生间、地下室、内外墙、水池、桥涵、水下、地下建筑物的防水 ; 可刷涂、滚涂、刮涂 , 也可掺加到水泥中制成防水水泥砂浆 ; 综合成本相当于沥青基防水材料。不仅有效地解决了建筑物防水问题 , 还解决了现有的一些高分子防水材料成本过高、施工难度大、推广应用困难等问题 [ 17 ] 。 2003 年 2 月成都健生化工有限公司研制生产出高性能新型绿色环保丙烯酸酯防水涂料 , 据悉 , 该产品已获得国家建设部和四川省建设厅的批准 , 目前已经正式批量生产 , 全面投放市场。该产品无毒、无味 , 具有优异的耐老化性、粘附性、耐冷热、耐碱性、耐低温性等特点 , 各项技术指标均达到了国家的相关标准 , 它能够广泛应用于新旧建筑地下室、屋面及墙体、厨卫间、仓库、游泳池等场所的防水和防潮 [ 18 ] 。

硅橡胶防水涂料是治金部建筑研究总院在国内首次研制成功的新型防水涂料。硅橡胶防水涂料可掺入无机填料及各种特殊助剂 , 是乳液型防水涂料。涂料吸收了涂膜防水和渗透性防水材料两者的特点 , 具有良好的防水、防渗透、高弹性、耐湿热性、耐候性等综合性能。因此建设部将其列为 “ 八五 ” 科技成果向全国建筑业推广 [ 19 ] 。从 20 世纪 70 年代末开始 , 随着我国科学技术进步和化学建材工业的发展 , 防水涂料也获得了迅速发展 , 到目前为止 , 关于防水涂料的发明专利有 120 项之多 , 主要是双组分 [ 20 -21 ] 和单组分 [ 22 -23 ] 的聚氨酯防水涂料、 ( 改性 ) 聚丙烯酸酯防水涂料 [ 24 -25 ] 、废旧材料改性防水涂

料 [ 26 -27 ] 、氯丁胶防水涂料 [ 28 -29 ] 、聚合物水泥防水涂料 [ 30 -32 ] 、高聚物改性沥青防水涂料 [ 33 -34 ] 以及无机防水涂料 [ 35 -36 ] 等 , 形成了化学反应固化型和溶剂 ( 包含水 ) 挥发干燥型等性能不同、形态不一的多类型、多品种的格局。到目前为止 , 有一定生产规模的防水涂料生产厂共有 200 家左右 , 每年生产总量已超过 15 万 t 。主要应用于工业和民用建筑的卫生间防水 , 部分用于屋面、地下室和外墙等工程防水 , 均取得了较理想的防水效果。为此 , 在国家化学建材推广应用 “ 九五 ” 计划和 2010 年发展规划纲要中已明确列为 “ 适当发展防水涂料 ” 的目标要求。

4 发展趋势

4. 1 产品功能多样化

目前使用的绝大多数防水涂料的功能比较单一 , 即防水抗渗。而且施工必须在无明水的基材表面和非下雨天进行。未来的防水涂料将集防水、装饰、保温、隔热等多种功能于一体 , 且能在潮湿的基材上进行施工。

4. 2 产品对环境友好

当前的防水涂料大多为溶剂型。防水涂料中含有大量的有机挥发物 , 在配漆和施工过程中 , 大量 VOC 排向大气 , 造成污染。同时施工人员在施工过程中不可避免地会吸入部

分 VOC 。 VOC 对人体的健康危害很大。它们不但对皮肤具有侵蚀作用 , 而且对人体中枢神经系统、造血器官、呼吸系统有刺激和破坏作用 , 可引起头疼、恶心、胸闷、乏力、呕吐等症状 , 严重时会抽搐、昏迷甚至死亡。因此 , 世界上主要的涂料生产国纷纷出台了限制 VOC 排放的法规。生产低 VOC 对环境友好的防水涂料已是大势所趋。通常实现低 VOC 的途径有 3 种 : ① 用水代替挥发性有机溶剂 ; ② 提高固含量 ; ③ 发展粉末涂料。

4. 3 产品性能更加优异

由于技术、施工等方面的原因 , 目前的防水涂料产品性能相对较差 : 拉伸强度较低 , 延伸率较小 , 耐候性较差 , 使用寿命较短。未来的防水涂料将向着各项性能较高、对基层伸缩或开裂变形适应性较强的方向发展。

4. 4 发展纳米复合防水涂料

像防水涂料这样的外用涂料 , 对涂料的耐老化、耐洗刷、抗紫外线等性能要求很高。在涂料中加入纳米材料 , 可以提高涂料的耐老化、防渗漏、耐洗刷等性能 , 从而提高涂料的档次 , 延长涂膜的使用寿命。经纳米材料改性后的防水涂料产品外观显得更加饱满、匀和 , 涂膜光洁细腻 , 触感优良 , 防水性好 , 与基层的粘接力大大提高 , 尤其明显的是改性后的涂料抗紫外线、耐洗刷性能非常优越。武汉理工大学的余剑英 [ 37 ] 成功研制出一种纳米改性聚合物基屋面防水涂料 , 它包括作为基料的聚合物乳液 , 作为填料的碳酸钙、滑石粉或云母

粉 , 其特征在于加入了作为改性剂的无机纳米粒子和钠基蒙脱土 , 涂料的基本配方为 : 聚合物乳液 38 . 9 % ～ 65 % 、无机纳米粒子 0 . 1 % ～ 5 % 、钠基蒙脱土 1 % ～ 6 % 、填料 30 % ～ 60 % 。其制造方法为 : 将无机纳米粒子改性剂加入基料中 , 在超声波作用下进行分散 , 然后加入钠基蒙脱土高速搅拌进行插层复合 , 最后加入填料再经搅拌、研磨、过滤而制得。该涂料既具有优异的力学性能和防水性能 , 又具优良的抗紫外线能力 , 能够显著延长屋面防水工程的使用寿命。

4 结语

我国城市基础设施改造和住宅工程建设的迅猛发展 , 以及大型建筑工程的发展 , 为防水涂料的应用和发展提供了广阔的前景 ; 同时防水涂料产品功能和性能的不断提高以及施工技术的机械化亦为建筑工程的防水提供了可靠的保障。

第二篇：地下水系统数值模拟的研究现状和发展趋势

郝治福，康绍忠

(中国农业大学中国农业水问题研究中心)

目前地下水系统数值模拟方法主要有有限差分法(FDM)、有限单元法(FEM)、边界元法(BEM)和有限分析法(FAM)等。20世纪60年代中期以来，随着快速大容量电子计算机的出现和广泛应用，数值计算方法在地下水资源分析评价中得到逐步推广，具有明显的通用性和广泛的适用性。尤其近十几年，地下水系统数值模拟取得了长足进步。

一、国外地下水系统数值模拟研究现状

目前，国外该领域的研究主要针对数值模拟法的薄弱环节，提出新的思维方法，采用新的数学工具，分析不同尺度下的变化情况，合理地描述地下水系统中大量的不确定性和模糊因素。

1、该领域科学家在地下水系统数值模拟的工作程序、步骤方面达成了一致，强调对水文地质条件合理概化的重要性，并深入探讨尺度转换问题和量化不确定因素问题。

根据Anderson等提出的工作程序，要建立一个正确且有意义的地下水系统数值模型，应进行以下工作：确定模型目标，建立水文地质概念模型，建立数学模型，模型设计及模型求解，模型校正，校正灵敏度分析，模型验证和预报，预报灵敏度分析，模型设计与模型结果的给出，模型后续检查以及模型的再设计。Ewing提出地下水污染流模拟和建模需要强调3个方面的问题：①有效地模拟复杂的流体之间以及流体与岩石之间的相互作用; ②必须发展准确的离散技术，保留模型重要的物理特性;③发挥计算机技术体系的潜力，提供有效的数值求解算法。针对Newman等的推测，Wood提出了二维地下水运动有限元计算的时间步长条件。Kim等对抽取地下水造成的noordbergum effect (reverse waterlevel fluctuation)现象进行数值模拟，阐述了其机理性原因。Scheibe等分析了在不同尺度下的地下水流及其运移行为。Ghassemi指出三维模型可以详细说明含水层系统的三维边界条件以及抽水应力情况，而二维模型就不能恰当处理。Porter等指出DFM (data fusion modeling)可以量化各种各样的水文学、地质学和地球物理学的数据及模型的不确定性，可以用于地下水系统数值模拟的数据整合和模型校准。Mazzia等提出特别的数值方法用于求解重盐地下水运移模拟的二维非线性动力学控制方程，效果很好。Li Shu-guang等指出数值模型还不能解决预报的不确定性因素问题，并开创性地提出一种随机地下水模型，可以解决均值分布和小尺度过程的不同尺度问题。Mehl等提出二维局部网格细分法的有限差分地下水模型，提供了新的插值和错误分析的方法。模拟结果的可靠性得到了提高。

2、国外开发了许多功能多样的地下水系统数值模拟软件，以其模块化、可视化、交

互性、求解方法多样化等特点得到广泛的使用，尤其MODFLOW，据美国地质调查局统计，MODFLOW几乎占地下水系统数值模拟软件总应用次数的一半，这些年其功能更是不断完善。地理信息系统(GIS)与地下水模型的整合强化了数据的输入、传递、方案调整和空间分析等。遥感(RS)提供了判断地质边界、地貌单元和估算地表蒸发等的工具。地下水系统数值模拟模型与相关领域模型的耦合更扩展了其发展空间，可以解决更多的实际问题。

Juan等运用ARC/INFO和MODFLOW模拟了美国Jackson Hole地区的冲积含水层，并通过补给、排泄和水均衡的评估对模型进行了合理的校准。Winston专门介绍了许多MODFLOW相关的免费和共享的网络资源，为人们学习和应用该软件提供了方便。Olsthoorn指出基于有限差分法的MODFLOW与基于解析元法的MLAEM模型都各有优势，MODFLOW的数据结构更易于实现与GIS的整合。Harrington等运用CMC(compartmental mixing-cell)和MODFLOW模拟区域地下水系统的水化学和同位素变化情况，并强调了做细致准确的稳态流分析对于瞬时流分析的重要性。Brodie使用RDBMS(a relational database management system)存储钻孔资料，设计GIS管理空间数据资料，有很好的推广价值。Ataie-Ashtiani 等运用基于有限元的二维数值模型SUTRA模拟含水层边界条件周期性变化的地下水流，对基本方程和模型进行相应的修改，得到了很好的模拟结果。Wingle介绍了UNCERT模型，该模型可用于地下水流和污染物运移模拟，得到相关行业研究人员的一致认可并广泛使用。Ramireddygari等通过对POTYLDR地表水模型与MODFLOW地下水模型的修改并增强，用于模拟WetWalnut Creek流域。Osman等使用改进的MODFLOW代码和MOBFLOW模型，模拟得出地下水渗流和含水层情况，与用SWMS-2D所做结果吻合很好。Samani等指出轴对称井流是地下水力学非常重要的课题，新出版的MODFLOW 2000加入了精确模拟轴对称井流的标定方法，提高了模拟的仿真性。Dahan等提出多变量混和单元模型描述水化学过程，MODFLOW模拟水文地质情况，两种方法的结合不但可以模拟水头变化，而且可以模拟反映地球化学特征的地下水流线。Facchi等建立渗流地带模拟与基于MODFLOW的地下水系统数值模拟耦合模型，用GIS来控制空间分布式参数以及输入和输出值，与其他类似模型不同的是可以评估作物水分消耗值在时间和空间上的分布情况。

研究人员广泛应用地下水系统数值模拟软件和3S技术，在应用中发现问题，使功能不断加强，并通过与其他模型耦合发挥其独特优势。

二、国内地下水系统数值模拟研究现状

1、近几年，随着新技术、新方法的广泛应用，我国该领域科学家也做了大量的工作，在建立地下水系统数值模拟模型中发现问题，在理论和方法上不断创新，通过数值模型理论与相关研究方向的理论结合，不断提高模拟结果的可靠性。

陈家军等指出在进行区域地下水位估值时线性漂移的泛克立格法即可取得很好的效

果。卞锦宇等较好地解决了相对隔水层缺失区越流系数无法调试的问题。王玮提出了用人工查点法、半自动查点法、数字化地形图提取法等获取数字高程模型(DEM)的方法，并给出了通过数字高程模型计算节点地面标高的方法。卢文喜对地下水运动数值模拟中的边界条件进行了分析，提出在模型预报前要考虑自然因素、人类活动因素及邻区水流条件因素产生的耦合效应问题，先对边界条件进行预报。武强等通过对地下水系统数值模拟的研究分析，抽象出空间类层次结构，并提出了基于属性关系的宏观拓扑结构和基于同构或异构几何模型关系的微观拓扑结构，用三维空间拾取技术提供了友好的人机交互环境。张明江等采用“渗流管流耦合模型”、“入渗滞后补给法”和“参数迭代法”提高了模型的仿真性及对地下水资源评价的精度。张祥伟等根据地质统计、逆问题理论和地下水运动理论提出了大区域地下水系统数值模拟的理论和方法。廖华胜等指出平稳随机的假定不能真实反映空间小尺度变异性与大尺度非平稳性间的相互作用。薛禹群等介绍了Ms-FEM(多尺度有限元法)的基本原理，并将其应用于非均质多孔介质中的流动问题，通过计算结果的比较得出多尺度有限元法比传统有限元法有效的结论。魏连伟等基于模拟退火算法(SA)这一全局优化技术，耦合地下水系统数值模拟的有限元模型，给出水文地质参数的反演方法。综上所述，针对数值模拟过程中需要处理的地面标高、初始水位、边界条件、源汇项和水文地质参数等问题，可采取数字高程模型(DEM)及各种耦合模型，结合地球动力学、地质统计、逆问题理论和三维空间拾取技术等来提高模拟效果。

2、国内在运用地下水系统数值模拟软件以及地理信息系统的强大功能，并结合相邻学科的模型方面，也做了积极的探索。

陈锁忠等以GIS为主控模块，选择GMS和地面沉降模拟模型系统(compac)进行集成分析和设计。陈劲松等分析了MODFLOW中不同求解方法对精度的影响，选用PCG2法或SIP法求解结果满足精度要求，而选用SSOR法获得结果无法满足精度要求。高佩玲等采用系统分解合成方法，利用Develop Studio软件编制计算程序，得到了区域地下水系统水文地质参数，参数分布与水文地质勘察所得含水层结构特点及富水区分布基本相符。杨旭等提出了基于GIS 的“点”、“线”、“面”的模型拟合技术路线，实现了基于GIS的地下水系统数值模拟模型的可视化拟合。陈锁忠等研究基于GIS的孔隙水文地质层三维空间离散实现的技术路线，提出了基于GIS的孔隙水文地质层不规则六面体元的三维空间离散方法，具有较高的实用价值。陈喜等揭示了独特沙丘地形和土壤特性对地下水补排量的影响，利用地下水系统数值模拟模型MODFLOW和非饱和带水平衡模型对处于半干旱半湿润沙丘地区 (SandHills)的地下水位进行了模拟，效果很好。罗毅通过对国际上著名的CERES(WHEAT，MAIZE)作物模型、SWAT分布式水文模型、MODFLOW地下水动力学模型的融合、集成和功能扩展，研制出地表水、地下水耦合模型，改进了地下水接受土壤水补给的计算和浅层地下水蒸发的计算。地下水系统数值模拟软件以其组件化、智能化、可视化和多样化受到普遍欢迎，GIS与地下水系统数值模拟模型的整

合具有整体化、自动化、可视化和实时性的优点，相关领域模型的耦合更使其有了广泛的发展空间，目前国内外对具体问题的处理方法具有很好的参考应用价值，大量的研究强化了地下水系统数值模拟方法的优势。

三、地下水系统数值模拟中存在的问题

随着计算机技术的飞速发展，国内外关于地下水系统数值模拟的研究有了长足的进步，但由于实际水文地质条件的复杂性，野外试验数据的缺乏，模拟技术的不合理运用，多学科交叉存在的难度等，发展中还存在一些问题：

1、各学科之间难以沟通，侧重的时间或空间尺度存在较大差异，地下水、地表状况、土壤、植被、气候变量和土地利用等都存在时空变异性，模型的耦合集成存在较大的难度。

该领域研究工作的深入越来越依赖于综合集成和跨学科协同攻关，发挥互补作用，可以解决各学科不同模型存在的一些缺陷，同时，该领域与其他学科合作建立的耦合模型有更好的实用价值，可以综合解决流域管理中存在的复杂问题，如地下水与地表水模型的耦合，陆面过程模拟、分布式水文模型模拟、基于遥感的生态模型与地下水系统数值模拟模型的耦合等。只有模型之间有了充分的交互，对模型的评价才更合理。同时需要指出，面对模型耦合的大问题，地下水系统数值模拟的其他方法也发挥着不可替代的作用。

2、地下水系统数值模拟模型的水文地质参数可以通过参数优化来调整，但参数调整的范围缺少准确的标准。

模型通过参数调整与实测值拟合较好，但应用到其他区域或年份时又会出现较大误差，说明对基本物理过程的描述还不够准确。模型反演求参时，解的不唯一问题一直是水文地质数学模型数学基础薄弱的环节。模型中参数的不确定性将导致计算的水头、流速的不确定性，从而影响到模拟结果的可靠性。如何加强参数的研究，提高地下水系统数值模拟的精度仍是亟待解决的问题。研究工作者仅仅通过模型参数调整提高参数精度是徒劳的，应加强模型参数的野外原位测定方法的改进、空间变异分析和新数学方法的运用，一个地区、一个流域或一个水文地质单元，应建立自己的标准参数，这个参数应有一定的代表性，应加强标准参数集的制备，这样可以轻松地进行检查、评价和修改。

3、随着计算机的广泛应用，计算机软件实现了对大量水文地质学及地下水动力学问题的模拟，其计算能力远远超过人们获取数值模型所需野外资料的能力，勘探技术水平需要提高。

在地下水系统数值模拟中，对水文地质条件的了解和概化所建立的概念模型是最重要的工作，需要有大量的野外试验数据和资料，包括地质结构、含水层参数、各类均衡项随时空变化的数据和资料，而这些资料的获取是建立数值模型最困难的工作，需要耗费大量人力、财力和物力，同时国内缺乏三维水头和溶质浓度等资料，因此三维数值模

拟的工作受到限制。长期持续的三维观测数据的获取及具有更高实际价值的三维模型的建立是值得重视的工作。另外，在应用外国先进的地下水系统数值模拟软件的同时，要加快研发有我国自主产权的通用软件。

4、根据国民经济发展的需要，在解决地下水不合理利用造成的问题，尤其是日益严重的西部环境和生态问题方面，急需该领域科学家深入研究典型生态环境区域的地下水动力学特征，提供决策依据。

重点研究荒漠、岩溶和黄土高原区域地下水运动规律，特别是浅层地下水变化的地表生态效应及深层地下水赋存规律，为荒漠、岩溶地区浅层地下水合理利用提供新的途径。西部不同水文地质单元(尤其是干旱区和岩溶山区)地下水流系统具有什么样的特征? 地下深层水循环与浅层水循环之间的关系是什么? 浅层地下水开发对地表生态系统会产生什么影响?如何运用地下水溶质运移模型分析边界条件的变化、水化学作用和地球化学环境的演变情况? 如何从数值法的角度评价并预测地下水的水质? 量化气候、土地利用和人类活动对地下水有何影响? 如何实现地下水资源的可持续利用? 对这些问题的回答具有重要的理论和实际意义。同时，地下水系统数值模拟是依据对地下水系统数学模拟模型的数值离散解法，并不能代表整个地下水系统研究，地下水系统数值模拟方法本身也存在问题，如裂隙介质岩溶介质中地下水系统数值模拟的关键技术尚未解决，地下水水质模拟的可靠性问题有待深入分析，所以地下水系统不同模拟方法的结合应用具有更大的价值。

四、地下水系统数值模拟研究展望

随着地下水资源需求的增加，与地下水有关问题的范围和复杂性也随之增大。农业活动区和城市的人类活动对区域地下水水位、水质的影响日益突出。地下水系统数值模拟可以量化地下水的动态变化与人类活动的关系，可以比较不同开采方案并预报开采对环境带来的影响，以便人们了解采取什么行动来保证含水层的可持续利用，维持合适的生态水位。地下水系统数值模拟模型在国家制定区域水政策和方针中将发挥越来越重要的作用。

近年来，随着计算机的发展和GIS技术的进步，带来了科学决策和管理信息的新方法，有利于水文水资源工作者了解地下水在时间和空间上的变化情况，并提供良好的数据维护、更新和分析功能，有了完备的数据做支持，一方面可以提高模拟的仿真性，另一方面又可大大减轻处理复杂数据的工作负担。深入挖掘3S技术在地下水系统数值模拟中的功能仍然是今后工作的重要内容。系统论、信息论在地下水研究中也将越来越重要。

如何将现有的各类计算方法和软件逐步过渡到以栅格为计算空间单元的分布式模型上来，充分利用RS动态监测信息和GIS空间数据管理功能，实现地下水系统数值模拟模型与GIS和RS的集成，是今后的研究重点。应充分利用“数字地球”和国家空间信息基础设施，将地下水系统纳入“数字地球”、“数字国土”或“数字流域”体系。数值模拟软

件还将不断完善，软件的组件化、可视化、前后处理智能化、离散方法简单化和求解方法多样化等特点日益增强，将融入更多功能强大的子程序软件包。

地下水系统数值模拟模型结合地表水文模型、作物模型、流域生态模型、区域气候模型、分布式水文模型、水平衡模型和随机法模型等优势，一方面弥补模型的缺陷，实现优势互补，使物理基础更加坚实;另一方面扩展模型的应用范围，综合集成管理模式的模型。

随着勘探手段的提高，含水层特征参数的确定方法将不断丰富，参数精度不断提高，数值模型的标定方法及灵敏度的分析将更规范化。三维数值模型是未来发展趋势，将越来越真实地概化实际的水文地质条件。新思维方法、数学方法、计算机软件技术的应用将越来越快地提升地下水系统数值模拟方法的功能，有针对性地处理模型中具体的不确定因素，更合理地表征具体的地下水动态变化特征。通过地下水系统不同模拟方法的耦合和多学科的深入交流合作，地下水系统数值模拟方法将会有更广阔的前景。

冯翠娥摘编自《水利水电科技进展》第26卷第1期，2006年2月

第三篇：风力发电研究现状及发展趋势

摘要：本文首先针对风力发电与其他能源的优势进行对比;接着阐述我国风力发电产业的研究现状;再对我国未来风力发电发展趋势进行了分析。

关键词：风力发电;可再生能源;现状;趋势

The Status and Development Trend of Chinese Wind

Power Abstract: The wind power generation and the Other forms of energy are compared; The status of wind power in China are introduced; Our future wind power status are analyzed.

Key words: wind power; renewable energy; present situation;status

引言

风能是由地球表面大量空气流动所产生的动能。由于地面各处受太阳辐照后气温变化不同和空气中水蒸气的含量不同从而引起各地气压的差异，在水平方向高压空气向低压地区流动，即形成风。风能资源决定于风能密度和可利用的风能年累积小时数。风能密度是单位迎风面积可获得的风的功率，与风速的三次方和空气密度成正比关系。

随着世界经济规模的不断增大，世界能源消费量持续增长。能源危机的阴影正日益困扰着人类的生产和生活，世界上越来越多的国家也认识到，一个能够持续发展的社会应该是一个既能满足社会的需要，而又不危及子孙后代前途的社会

[1]。节约能源，提高能源利用效率，尽可能多地利用洁净能源替代高含碳量的矿物燃料，已成为世界利用能源的主题。近年来，人们已经逐渐认识到风力发电在减轻环境污染、调整电网中的能源结构、解决偏远地区居民用电问题等方面的突出作用，无论从调整电网结构，还是从商业化方面都促使人们开始重视发展风力发电[2]。

1风力发电与其他能源相比较有以下几方面的优势

1.1全球拥有丰富的风能资源

风的产生式由于地球表面上的大气受到太阳辐射引起部分空气的流动，是太阳能的一种转化形式，风能是地球与生俱来的资源。世界拥有巨大的风能资源。据估计，世界风能资源高达每53万亿千瓦时，预计到 2020年全球电力需求会上升至年25578万亿千瓦时, 也就是说全球风能资源是世界预期电力需求的2倍[3]。

1.2风能是可再生的清洁能源

风能是不需要开采、运输、不产生任何污染的清洁可再生能源。而且1台单机容量1000千瓦的风机与同容量火电装机相比，每年可减排二氧化碳2000吨、二氧化硫10吨、二氧化氮6吨。仅2007年, 全球940亿瓦风机容量就将减少

[4]二氧化碳排放12200万吨，相当于20个大型燃煤发电站的排放量。

1.3风机建造周期短、运行和维护成本低

风力发电和其他发电方式相比，建设周期一般很短(1台风机的安装时间不超过3个月)，1个50万千瓦级的风力发电厂建设期不到1年，而且安装1台投入运行1台，装机规模灵活。目前风电厂造价为 8000-9000元/千瓦，其中，机组(设备)占75%，基础设施占20%，其他为5%;风能利用小时数在2700-3200小时/年，其风电成本约0.45-0.6元/千瓦时。风电机组的设计寿命一般为20-25年，其运行和维护费用一般相当于风电机组成本的 3%-5%[5]。

1.4风力发电占地少，现场所需人员少

风力发电相关建筑仅占风力发电场约7%的土地，其余场地仍可供其他产业使用;可以灵活地建设在山丘、海边、荒漠等地[6]。风电厂建成后，现场几乎不需要运行人员，可进行远程控制操作。

2 中国风电发展的现状

2.1中国风力资源分布情况

我国风能资源比较丰富。根据全国第2次风能资源普查结果,中国陆地风能离地面10米高度的经济可开发量2.53亿千瓦, 离地面50米估计可能增大一倍。近海资源估计比陆地上大3倍,10米高经济可开发量约7.5亿千瓦,50米高约15亿千瓦

[7]。

我国的风力资源主要分布在两大风带: 一是三北地区(东北、华北和西北地区)。包括东北3省和河北、内蒙古、甘肃、青海、西藏、新疆等省区近200千米宽的地带, 可开发利用的风能储量约2亿千瓦, 约占全国可利用储量的79%。该地区风电场地形平坦, 交通方便, 没有破坏性风速, 是我国连成一片的最大风能资源区, 有利于大规模地开发风电场。二是东部沿海陆地、岛屿及近岸海域。冬春季的冷空气、夏秋的台风, 都能影响到沿海及其岛屿, 是我国风能最佳丰富区, 年有效风功率密度在200瓦/平方米以上。如台山、平潭、东山、南鹿、大陈、嵊泗、南澳、马祖、马公、东沙等, 可利用小时数约在7000至8000小时。这一地区特别是东南沿海,由海岸向内陆丘陵连绵, 风能丰富地区仅在距海岸50千米之内。另外, 内陆地区还有一些局部风能资源丰富区[8]。

从上述风力资源分布情况来看, 中国有相当大的地区有着丰富的风能资源, 具有很大的开发利用价值, 商业化、规模化的潜力很大。

2.2 风电场发展迅速，建设规模不断扩大

我国的风力发电始于20世纪50年代后期，在吉林、辽宁、新疆等省建立了单台容量在10kW以下的小型风力发电场，但其后就处于停滞状态。到了20世纪70年代中期以后，在世界能源危机的影响下，特别是在农村、牧区、海岛等地方对电力迫切需求的推动下，我国的一些地区和部门对风力发电的研究、试点和推广应用又给予了重视与支持，但在这一阶段，其风电设备都是独立运行的。直到1986

年，在山东荣城建成了我国第一座并网运行的风电场后，从此并网运行的风电场建设进入了探索和示范阶段，但其特点是规模和单机容量均较小。到1990年已建成4座并网型风电场，总装机容量为4.215兆瓦，其最大单机容量为200千瓦。在此基础上，风力发电从1991年起开始步入了逐步推广阶段，到1995年，全国共建成了5座并网型风电场，装机总容量为36.1兆瓦，最大单机容量为500千瓦。1996年后，风力发电进入了扩大建设规模的阶段，其特点是风电场规模和装机容量均较大，最大单机容量为1500千瓦[9]。据中国风能协会最新统计，2007年中国除台湾省外新增风电机组3,144 台。与2006 年相比，2007年当年新增装机增长率为145.8%，累计装机增长率为126.6%。2008年又新增风电装机容量630万千瓦,新增容量位列全球第2,仅次于美国. 截至2008年底总装机容量达到1215.3万千瓦,同比增长106% ,总装机容量超过了印度,位列全球第4,同时跻身世界风电装机容量超千万千瓦的风电大国行列.2007年中国除台湾省外累计风电机组6458

[10]台，装机容5890兆瓦。截至2010年底，我国新增风电装机1600万千瓦，累计装

机容量达到4182.7万千瓦，均居世界第一，其中3100万千瓦装机实现并网发电。目前，甘肃酒泉、蒙东、蒙西、东北、河北、新疆、江苏、山东等多个千万千瓦风电基地正有序推进，蒙西和甘肃酒泉风电基地装机均超过500万千瓦，河北、吉林等多个地区装机超过250万千瓦。上海世博会期间，上海东海大桥10万千瓦海上风电场并网发电，成为除欧洲之外世界上第一座海上风电场。随后，总规模100万千瓦的海上风电特许权项目也在江苏启动。2010年，风电发电量达到450

[11]亿千瓦时，比上年增长63%。

2.3 国家及政府有关部门重视和支持风力发电

风电的迅速发展与国家的政策扶持密不可分。“十一五”时期，我国陆续出台了《可再生能源法》、《关于风电建设管理有关要求的通知》及《可再生能源中长期发展规划》等一系列配套政策和实施细则，这些政策不仅为风电长远发展提供了法律保障、政策支持，也明确提出了装备先行、市场化的发展战略。截至目前，风电企业享受所得税“三免三减半”、“增值税减免50%”、“即征即退”等一系列优惠政策。除了国家推出的标杆电价外，部分省份还另外推出风电补贴，

[12]山东、广东的风电上网电价均高于国家标杆电价。

2.4 专业队伍和国产化水平逐渐提高

风力发电的“装备先行”战略使风电快速发展[13]。据统计，2004年全国装机的风电设备中，进口设备占90%，2010年全国装机的风电设备中国产设备占90%。随着国内风电市场的发展，有10余家风电设备制造企业实现了规模化生产，华锐、金风等7家制造企业已经跻身2010年世界风电设备制造15强，其中华锐风电已经跃居世界第二。经过多年的技术积累和资本投入，国内风电设备生产水平不断提高，兆瓦级风机等科技难关被相继攻克。

风电设备的国产化，带动了国内风电技术水平和运营质量的快速提升。目前，国内风电机组普遍采用当今世界主流技术，世界领先的3兆瓦机和海上风电项目均在国内落户。单位千瓦造价已从“十一五”初期的7000元左右降到4000元以

[14]下，降幅达40%。

2010年全国累计风电装机容量已突破40000兆瓦，海上风电大规模开发正式起步。国内风电市场竞争形势日趋激烈，使得企业在满足国内需求的基础上，积

极拓展海外市场。中国风力发电行业发展前景广阔，预计未来很长一段时间都将保持高速发展，同时盈利能力也将随着技术的逐渐成熟稳步提升。“十二五”期间，我国风电产业仍将持续每年10000兆瓦以上的新增装机速度，风电场建设、

[15]并网发电、风电设备制造等领域成为投资热点，市场前景看好。

3全球风力发电的趋势

风力发电是一种主要的风能利用形式，风力发电已经开展了多年，随着能源环境的变化和风力发电产业的成熟，未来几年风力发电将呈现新的趋势。

3.1风力发电投资成本降低

风力发电相对于太阳能、生物质等可再生能源技术更为成熟、成本更低、对环境破坏更小。在过去20多年里，风力发电技术不断取得突破，规模经济性日益明显。

根据美国国家可再生能源实验室NREL的统计，从1980年至2005年期间，风力发电的成本下降超过90%，下降速度快于其他几种可再生能源形式[16]。根据丹麦RIS国家研究实验室对安装在丹麦的风力发电机组所进行的评估,从1981～2002年间，风力发电成本由15.8欧分/千瓦时下降到4.04欧分/千瓦时，预计2010电成本下降至3欧分/千瓦时，2020年降低至2.34欧分/千瓦时[17]。

随着风力发电技术的改进，风力发电机组将越来越便宜和高效。增大风力发电机组的单机容量就减少了基础设施的投入费用，而且同样的装机容量需要更少数目的机组，这也节约了成本。随着融资成本的降低和开发商的经验丰富，项目开发的成本也相应得到降低。风力发电机组可靠性的改进也减少了运行维护的平均成本。总体上，风力发电成本将得到大幅降低[18]。

3.2风力发电国产化必要性

实现风力发电技术装备国产化的目的是提高我国风力发电装备的制造能力和技术水平，降低风力发电成本，提高市场竞争能力，为推动我国风力发电技术大规模商业化发展奠定基础。加大风力发电机组的国产化力度，一方面可为风力发电场建设采用国产设备提供优质廉价的选择;另一方面，也可迫使国外同类企业在参与我国市场竞争时大幅度降低产品价格。风力发电技术装备国产化的指导思想是以市场为导向，以工程为依托，在引进消化吸收国际先进技术的基础上，进行创新提高，开发具有自主知识产权的风力发电设备[19]。

风力发电国产化水平日益提高，如全部实现风力发电机组国产化，预计可降低风力发电机组成本30%，在不改变其它条件的前提下，可使风力发电成本降至0.332元/千瓦时。为此，国家必须加大科研开发投资力度，在目前条件下以风力发电场建设投资1.5%-3%的比例支持我国的风力发电技术科研开发和国产化是适宜的[20]。其重要意义不仅仅在于降低风力发电成本，还将推动我国风力发电机组产业的形成，利用我们的优势走向国际市场。

3.3海上风力发电将成为风力发电的新视点

海上有丰富的风能资源和广阔平坦的区域，使得近海风力发电技术成为近来研究和应用的热点。多兆瓦级风力发电机组在近海风力发电场的商业化运行是国内外风能利用的新趋势。

国际上，到2003年末，围绕欧洲海岸线的海上风力发电总装机已达到600兆瓦，其中大部分都集中在丹麦、瑞典、荷兰和英国。目前最大的海上风力发电场是位于丹麦南海岸的Nysted风力发电场，容量为165.6兆瓦，由72台Bonus2.3兆瓦海上风力发电机组组成，于2003年12月开始发电。到2010年，欧洲海上风力发电的装机容量已达到10000兆瓦。海上风速大且稳定，年利用小时数可达到3000小时以上。同容量装机，海上比陆上成本增加60%，电量增加50%以上。随着风力发电的发展，陆地上的风机总数已经趋于饱和，海上风力发电场将成为未来发展的重点。海上发电是近年来国际风力发电产业发展的新领域。[21]

海上风能资源储量远大于陆地风能，储量10米高度可利用的风能资源超过7亿千瓦，而且距离电力负荷中心很近。目前上海已开始海上风力发电项目的建设，到2010年，上海的风力发电总装机容量将达到200-300兆瓦[22]。为达到这一目标，第一座长距离跨海大桥东海大桥两侧将建成内地首个海上风力发电场。随着海上风力发电场技术的发展成熟，经济上可行，将来必然会成为重要的可持续能源。

3.4大型发电机组是风力发电必然的趋势

随着现代风力发电技术发展的日趋成熟，风力发电机组正不断向大型化发展。2002年前后，国际风力发电市场上主流机型已经达到1500千瓦以上。目前，欧洲已批量安装3600千瓦风力发电机组，美国已研制成功7000千瓦风力发电机组，而英国正在研制巨型风力发电机组。目前风力发电机组的规模一直在不断增大，国际上主流的风力发电机组已达到2-3兆瓦。国家2008年7月发改委共核准了222.45万千瓦大型风电项目，是2007年底全国累计装机600万千瓦的

[23]37%。

大体上大型风力发电机组有两种发展模式。陆地风力发电，其方向是低风速发电技术，主要机型是2-5兆瓦的大型风力发电机组，这种模式关键是向电网输电。近海风力发电，主要用于比较浅的近海海域，安装5兆瓦以上的大型风力发电机，布置大规模的风力发电场，这种模式的主要制约因素是风力发电场的规划和建设成本，但是近海风力发电的优势是明显的，即不占用土地，海上风力资源较好[24]。

4结论

风力发电具有既能保证能源的有序利用，又能战胜全球气候变化，更有利于全球的环境资源保护的优点。通过对我国风能资源及利用状况的调查，我国的风能开发和利用已经进入一个崭新时期，尤其是小型风机的生产和应用已经相当广泛，效果也非常不错，并且前景非常广阔。我们要充分有效地利用风能这种可再生、无污染、环保节净的自然资源，通过致力于风力发电的技术创新与科研开发，使我国的风力发电得到长足发展，使风电在我国得到更加广泛的应用。

参考文献:

[1] 刘宝兰,文华里.世界风力发电现状与前景[J].能源工程,2000,(4):12-14.

[2] 宋正良.世界风力发电发展概况[J].上海大中型电机,2004,(2):1-3.

[3] 黎发贵,郭太英.风力发电在中国电力可持续发展中的作用[J].贵州水利水电,

2006(2):7-12.

[4] 李俊峰,高虎,马玲娟.我国风力发电现状和展望[J].中国科技投资,2007,(11):1-7.

[5] 严陆光.力促大规模非水可再生能源发展[J].山西能源与能,2009(5):1-3.

[6] 杨磊.浅析风力发电可持续发展[J].应用能源技术,2007(9):33-34.

[7] 李贤明,张霄,刘红雷,等.浅谈我国风力发电产业的现状和市场前景[J].上海大中型电机,2006,(3):1-4.

[8] 邓杉杉.我国风电发展的现状、问题与对策研究[D].西南交通大学(成都),2006.

[9] 郑源,张德虎.风力发电机组控制技术[M].北京:中国水利水电出版社,2009:33-41.

[10] 施鹏飞.2008年国内外风电持续快速发展[J].可再生能源,2009,27(2):6-10.

[11] 李俊峰,高虎,王仲颖,等.2008 中国风电发展报告[M].北京:中国环境科学出版社, 2008:7-17.

[12] 王玉萍,赵媛.对我国风电电价政策的分析与建议[J].电力需求管理,2007，(06)：13-19

[13] 吴庆广.中国风力发电公司融资模式探讨[J].环境科学与管理,2008,(01):5-9.

[14] 赵子健.促进风电产业发展的政策分析[D].上海交通大学(上海),2009.

[15] 宋艳霞.我国风电产业发展的财税支持政策研究[D].财政部财政科学研究所(北京),2010.

[16] 王素霞.国内外风力发电的情况及发展趋势[J].电力技术经济，2007，19(1)：29—31.

[17] 刘晓林.漫谈风力发电[J].电气应用,2009,28(3):82-85.

[18] 宋辉.我国可再生能源供给的市场特征与激励机制研究[D].中国矿业大学(江苏),2011.

[19] 易跃春.风力发电现状、发展前景及市场分析[J].国际电力,2004,8(5):2-6.

[20] 李书锋,蒋永穆.政策导向、企业行为与我国风电特许权招标制度的再设计[J].科技进步与对策,2009,(09):1-7 .

[21] 姚兴佳,隋红霞,刘颖明等.海上风电技术的发展与现状[J].海上风电场,

2007(2):111-118.

[22] 宋础,刘汉中.海上风力发电场开发现状及发展趋势[J].太阳能,2006(2):1-5.

[23] 未瑞.风力发电项目技术经济综合评价理论及应用研究[D].华北电力大学(北京),2009.

[24] 刘定邦.大型风力发电机组的模糊控制研究[D].重庆大学(重庆),2007.

第四篇：国内外研究现状及发展趋势

世界银行2000年研究报告《中国：服务业发展和中国经济竞争力》的研究结果表明，在中国有4个服务性行业对于提高生产力和推动中国经济增长具有重要意义，它们是物流服务、商业服务、电子商务和电信。其中，物流服务占1997年服务业产出的42.4%，是比重最大的一类。进入21世纪，中国要实现对WTO缔约国全面开放服务业的承诺，物流服务作为在服务业中所占比例较大的服务门类，肯定会首先遭遇国际物流业的竞争。

物流的配送方式从手工下单、手工核查的方式慢慢转变成现今的物流平台电子信息化管理方式，从而节省了大量的人力，使得配送流程管理自动化、一体化。

当今出现一种智能运输系统，即是物流系统的一种，也是我国未来大力研究的方向。它是指采用信息处理、通信、控制、电子等先进技术，使人、车、路更加协调地结合在一起，减少交通事故、阻塞和污染，从而提高交通运输效率及生产率的综合系统。我国是从70年代开始注意电子信息技术在公路交通领域的研究及应用工作的，相应建立了电子信息技术、科技情报信息、交通工程、自动控制等方面的研究机构。迄今为止以取得了以道路桥梁自动化检测、道路桥梁数据库、高速公路通信监控系统、高速公路收费系统、交通与气象数据采

集自动化系统等为代表的一批成果。尽管如此，由于研究的分散以及研究水平所限，形成多数研究项目是针对交通运输的某一局部问题而进得的，缺乏一个综全性的、具有战略意义的研究项目恰恰是覆盖这些领域的一项综合性技术，也就是说可以通过智能运输系统将原来这些互不相干的项目有机的联系在一起，使公路交通系统的规划、建设、管理、运营等各方面工作在更高的层次上协调发展，使公路交通发挥出更大的效益。

1.国内物流产业发展迅速。国内物流产业正处在前所未有的高速增长阶段。2008年，全国社会物流总额达89.9万亿元，比2000年增长4.2倍，年均增长23%;物流业实现增加值2万亿元，比2000年增长1.9倍，年均增长14%。2008年，物流业增加值占全部服务业增加值的比重为16. 5%，占GDP的比重为6. 6%。预计“十一五”期间，我国物流产业年均增速保持在15%以上，远远高于美国的10%和加拿大、西欧的9%。

2.物流专业化水平与服务效率不断提高。社会物流总费用与GDP的比例体现了一个国家物流产业专业化水平和服务效率。我国社会物流总费用与GDP的比例在近年来呈现不断下降趋势，“十五”期间，社会物流总费用占GDP的比例，由2000年的19.4%下降到2006年的18. 3%;2007年这一比例则下降到18. 0%，标志着我国物流产业的专业化水平和服务效率不断提高。但同发达国家相比较，我国物流

产业仍然处于粗放式经营的层面，质量和效益并不理想，物流业务附加值低。一方面，发达国家通过推行现代物流精细化经营，社会物流总费用占GDP的比重已经降低到10%左右，而我国与之相比，仍然有较大的差距;另一方面，我国物流业务附加值低，物流业务增值服务太少，物流活动长期处于低水平的粗放阶段。

3.第三方物流方兴未艾。我国第三方物流开始于20世纪末，现已发展成为一个具有较高发展潜力的崭新行业。据统计，我国第三方物流企业营业额从2001年的400亿元增加到2004年的1000亿元，年均增长36%。中国仓储协会第三次物流市场调查表明：57%的生产企业和38%的商业企业正在寻找新的物流代理商，企业对第三方物流的满意度逐渐提高。预计到2010年，国内第三方物流将达到3700亿元，年均增幅25%左右;到2020年达到22900亿元，年均增幅20%左右;第三方物流占全社会物流比重，2010年将达到30%～40%，另外，在我国物流中，第三方物流所占比重明显偏低。第三方物流供应商功能单一，增值服务薄弱。据统计，目前中国企业原材料物流和成品物流中均有21%的业务由第三方完成，在商业企业物流中也占到13%。由经贸委和南开大学物流研究中心组织的调查显示中国使用第三方物流模式的企业占22.2%。这与发达国家50%以上的比重(比如美国占58%，日本占60%)相比还有较大的空间。

4.我国物流产业空间布局不均衡。我国物流产业空间发展不平

衡，东部沿海地区明显领先于中西部地区，表现为物流基础设施和规模大的物流企业多集中于东部沿海地区。据统计，我国物流基础设施54%分布在东部、30%分布在中部、16%分布在西部，呈现明显梯级递减模式。物流基础设施“鸿沟”已经成为制约中西部物流产业快速发展的瓶颈。另外，我国城市物流与农村物流发展严重失衡，农产品物流与农资物流发展滞后，城乡物流“二元鸿沟”

5.物流领域资源浪费情况严重。据统计，目前我国商品周转率只有发达国家的30%，每平方米库存的商品量只及发达国家的25%，配送差错率为发达国家的3倍。每年因包装造成的损失约150亿元左右，因装卸、运输造成的损失约500亿元，因保管不善造成的损失在30亿元左右。仓库过剩量达到40%，公路货运因缺乏合理的物流组织，空驶率多年来保持在50%左右。物流活动的诸多环节不可避免地会对环境造成危害。

第五篇：我国微课程研究现状及发展趋势分析

转自论文部落论文范文发表论文发表

我国微课程研究现状及发展趋势分析

作者：李巧芳杨文美

摘要对当前微课程的相关文章进行内容分析，总结我国微课程的研究现状，分析研究中存在的问题，并对微课程的发展趋势做出展望。

关键词微课程;移动学习;教育资源

中图分类号：G434 文献标识码：A

文章编号：1671-489X(2013)30-0012-03

网络技术的飞速发展和移动终端设备的日益普及，先前的移动学习方式和网络教育资源已不能满足当前学习者的需求。为了顺应时代的发展需求，不断提高学习者的学习效率，微课程作为一种新型教学资源应运而生，其短小精悍的教学视频以新颖活泼的形式吸引学习者的眼球，让学习者能在快节奏的生活中充分利用零碎时间，随时随地进行学习和思考。因此，对微课程进行现状分析并对其未来发展趋势做出展望，将对推动教育教学改革、变革课堂教学方式、提高课堂教学效率有重要的理论价值和实践意义。

1 微课程研究文献统计分析

本文研究的主要文献是发表在“中国学术网络出版总库”上研究微课程的文章。具体抽样方法：在“中国学术文献网络出版总库”中，内容检索条件为“篇名”，分别在“篇名”中输入“微课程”或含“微课”，共得到64篇文章(表1)。检索的截止时间为2013年8月5日。

我国微课程的相关研究从2011年开始，2012年、2013年逐渐成为学者关注的焦点。通过对所得文献进行内容分析可知，最早发表的与微课程相关的文章是2011年关中客的《微课程》，文章阐述了国内外“微课程”概念的源，并批判性地指出：微课程不可能适用所有的课程，适用哪些课程哪些教学内容，需要通过实践检验。此后微课程逐渐引起众多学者的关注，大家开始对微课程进行解读，研究其概念、含义、特征等。

我国对微课程研究比较深入的两位学者是广东省佛山市教育局的胡铁生、内蒙古鄂尔多斯市东胜区教研中心主任李玉平。胡铁生围绕开发“微课”资源库展开，发文4篇。其基于当前教育信息资源利用率低下的状况，提出建设微课程资源库将是当前网络时代背景下区域教育信息资源建设的新趋势，通过建设佛山市“微课”资源库，总结了“微课”资源库开发的步骤和途径，主要包括“需求调研;平台开发;内容规划;技术培训;微课建设;共享、交流、应用”等环节。

李玉平认为微课程是在“三小研究”背景下产生的，是从“三小研究”到“三微研究”的转化，标志着一种新的研究范式的形成。通过一系列的实践探索，总结微课程的分类包括“策略微课程;小现象微课程;小故事微课程”。

2 微课程研究内容统计分析

由于我国微课程的研究起步较晚，因此，当前研究大多停留在对微课程的概念、含义、特征等浅层次的探讨，对微课程的设计、应用方面的研究较少。以下

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从微课程的含义特征、设计开发、应用领域三方面展开综述(表2)。

2.1 微课程的含义特征

目前很多学者对微课程进行了定义和解读，其核心和理念是一致的，但是还没形成统一的概念界定。胡铁生从系统观的角度首次提出了微课程的概念，认为“微课程是按照新课程标准及教学实践要求，以教学视频为主要载体，反映教师在课堂教学过程中针对某个知识点或教学环节而开展教与学活动的各种教学资源的有机组合”。他还提出教学设计、素材课件，教学反思、练习测试及学生反馈、教学点评等教学资源是构成微课程教学资源生态系统的要素，这些资源以一定的结构关系和呈现方式营造了一个微课程资源生态系统。焦建利教授认为，微课程是以阐释某一知识点为目标，以短小精悍的在线视频为表现形式，以学习或教学应用为目的的在线教学视频。黎加厚教授认为微课程是指时间在10分钟以内，有明确的教学目标，内容短小，集中说明一个问题的课程。同时他还指出“微视频”并非等同于“微课程”，其只有与学习单、学生的学习活动流程结合起来，才是一个完整的“微课程”，否则它只是一个供学生自主学习的材料。

从以上阐释可知，微课程并不是一个孤立的教学环节，而是一个完整的教学系统。它不是传统课堂教学的截屏，而是围绕某个知识点进行教学设计后开展的教学活动。微课程包括课堂教学的全部因素(教学目标、教学策略、师生互动、教学资源等)，将这些教学因素以高度凝练的方式融合形成短小精悍的视频即形成微课程。

胡铁生通过对微课程资源库的设计开发以及一系列的实践研究，总结微课程的特征包括：“主题突出，指向明确;资源多样，情景真实;短小精悍，使用方便;半结构化，易于扩充”。国内微课程领航人李玉平关注的却是微课程的视频呈现，认为微课程视频长度在5分钟左右，由文字、音乐、画面三部分组成。这种生动活泼、短小精悍的视频形式能在短时间内吸引学习者的注意力，引发思考，让学习者在繁忙的生活中充分利用零碎时间，实现“5分钟完成一次学习，300秒经历一次思考”。

从以上众多学者的理解可知，微课程有两个显著特征：一是以视频为呈现方式;二是凸显微课程的“微”。这里的“微”是微小、碎片化，能让学习者借助移动技术和设备在任何时间任何地点以任何方式学习。

“微”是微课程的灵魂，从以下几方面阐述：

1)教学内容含量小，每集只针对一个知识点或一个具体问题;

2)微课程视频时间短小，一般在3～8分钟，这种视频时长符合学生的视频驻留规律和学习认知特点，能让学生在短暂的零碎时间中高效完成学习任务而不会感到疲劳和注意力分散;

3)微课程视频形式生动活泼，趣味性强，能在短时间内吸引学生的注意力;

4)微课程切入课题迅速，讲授线索清晰，总结收尾快捷。

2.2 微课程的设计开发研究

微课程是网络时代的新型学习资源，高质量的微课程不但能满足学生的个性

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化学习需求，提高课堂教学效率，而且能有效提高教师的专业发展能力。因此，设计开发高质量的微课程将是当前的重点问题。

通过统计分析可知，介绍微课程设计开发的文章一共12篇，占总篇数的18.8%。胡铁生是我国微课资源库的开发者，他认为微课程的开发主要有两种形式：一是对现有的优秀完整课例或视频课例进行加工改造完成;二是原创开发，即设计开发一节全新的微课程。一节新的微课程的开发过程包括：合理选题，教学设计;课堂教学，撰写视频字幕，拓展其他资源。江苏省苏州市电化教育馆的金陵认为，微课程是对原有课程的再开发，在原有课程分解到课时教学的基础上，再把课时教学继续分解成若干个微小课程。李玉平认为，微课程的设计制作实质是精细观察和深度思考，是从一个个小细节中发现亮点，通过不断追问，将看似价值不大的叙述开发成策略、梳理成故事，通过后期制作形成。

以上学者阐述了微课程的内容设计来源以及制作过程。梁乐明等在《微课程设计模式研究——基于国内外微课程的对比分析》一文中，通过对国内外有代表性的微课程网络学习资源的设计进行比较分析，构建了能有效促进学习的微课程设计模式，包括前端分析、微课程要素与设计、评价与反馈等环节。这一设计模式的提出为设计制作微课程提供了重要的参考依据。黄建军等在《论微课程的设计与开发》一文中阐述了微课程的教学设计，包括选题设计、时间设计、教学过程结构设计、资源设计和教学语言设计等。

以上阐述表明我国对微课程的教学设计模型的研究较少。今后微课程的设计制作将更多由一线教师根据教学需求选取恰当的教学内容进行，设计制作一节全新的微课程对教师而言是一个极大的挑战，需要加强教师的各项设计操作技能培训，以提高微课程的质量。

2.3 微课程的应用研究

通过内容分析可知，当前文献主要研究微课程在教师专业成长以及学生的个性化学习方面的应用。微课程是网络时代的新型教育资源，满足了学生的个性化学习需求，给教师的专业成长带来了发展契机。因此，微课程具有十分广阔的教育应用前景。

胡铁生认为，微课程是教师专业成长的重要途径之一。通过微课程进行听评课、教研活动的方式突破了教师传统的听评课模式，变革教师传统的教学与教研方式，将更有效地促进教师的专业成长。对于学生而言，微课程能满足学生的个性化学习需求，不但能帮助学生查缺补漏、强化巩固知识，而且能让学生随时随地进行学习，是传统课堂学习的一种重要补充和拓展资源。焦建利教授认为，微课程是教师和学生的重要教育资源，对于学生的学习、教师的教学实践和专业发展具有重要的现实意义。教师通过微课程的学习和反思，分享到的不仅是丰富的教学资源，更是各自的教学智慧，这种研修方式更有助于教师的专业成长。刘静波认为，教师通过制作微课程，不断深入反思，归纳总结，借助微课程这一工具，可以将隐性成果显性化、显性成果标准化、研究成果传媒化、科研门槛草根化，从而不断提高自己的专业发展水平。

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以上学者分别是从教师专业成长和学生个性化学习角度阐述微课程的应用。微课程教学目标明确，知识点凝练，讲解清晰易懂，形式活泼新颖，因此每一节微课程都是一个丰富的学习资源。如何将这种教学资源整合到具体学科的常规课堂教学，吸引学生注意力，激发学生思考，借此提高课堂教学效率，将是今后研究的一个重点问题。

目前微课程与具体学科课堂教学整合的应用研究较少，主要有刘文忠的《论小学语文教学中如何运用微课程提高课堂的有效性》、顾柳敏的《基于微课程理论的地理合作课堂初探》、钱柳云的《新课程理念下化学微课程教学的实践与思考》。刘文忠的研究表明，微课程能有效地提高课堂教学效率，锻炼学生的思维能力，激发学生学习的主动性和自觉性。但此研究没有选取具体的教学内容进行教学设计，制作微课程并在教学中进行实施，检验教学效果，因此结论有待考证。顾柳敏选取“地球的自转”为教学内容，利用微课程资源以翻转课堂的方式教学，这种探究是在微课程理念下对新的学习模式的一种探索和尝试。

以上研究表明，一线教师已在课堂教学中将微课程与具体的科目相结合进行实践研究，目前这种研究的层次比较浅，微课程是否适用于所有的课程，适用于哪些课程哪些教学内容，还需进一步实践检验。

3 微课程发展趋势分析

3.1 微课程的教学设计研究

微课程是一门独立的课程，应具有一个完整的教学设计方案。目前还没有极具说服力的实例研究如何设计、开发与实施微课程。可在信息化教学设计方案基础上参考借鉴，选取恰当的教学内容，设计要抓住微课程的核心理念，凸显微课程的“微”特征，通过与课堂教学实践相结合，不断探索总结得出。今后微课程的实证研究将更多关注具体科目、具体内容的微课程设计，并将其充分运用于常规课堂教学中，以检验微课程的应用范围和效果。

3.2 教师的微课程制作技能培训

目前微课程的数量不断增多，但是质量远不达标，利用率较低。教师是课堂教学的领军人，掌握学生的水平情况以及课程内容的重点、难点。一线教师创作微课程不但能保证微课程的教学质量，而且能有效提高教师专业发展水平。目前很多教师没能把握微课程的基本核心理念以及制作技能，应对教师进行微课程的创作技能培训，使微课程成为每个教师都能创作的教学资源。

3.3 拓展微课程的应用领域

目前微课程在教育领域的研究初见成效，但研究的深度和广度还需拓展。今后将更多关注其“与不同的学科、不同群体进行整合，有效促进学生的正式与非正式学习”。微课程是一种教学资源也是一种社会资源，今后将更多地应用于社会生活的方方面面，比如采用微课程的方式向大众传播某种绿色环保理念，或通过微课程进行某一生活技能的学习等。拓展微课程的应用领域将对教育和社会发展带来极大的机遇。

参考文献

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[1]胡铁生.微课：区域教育信息资源发展的新趋势[J].电化教育研究，2011(10).

[2]胡铁生.区域性优质微课资源的开发与思考[J].中小学信息技术育，2013(4)：19-22.

[3]关中客.微课程[J].中国信息技术教育，2011(17)：14.

[4]胡铁生.中小学优质“微课”资源开发的区域实践与启示[J].中国教育信息化：基础教育，2012(11)：65-69.

[5]夏仲文.利用微课程促进学科教学的应用研究与反思[J].中国信息技术教育，2012(11)：13-14.

[6]梁乐明，曹俏俏，张宝辉.微课程设计模式研究：基于国内外微课程的对比分析[J].开放教育研究，2013(1)：65-73.

[7]李玉平.如何开发微课程：基于一篇文章的八集微课程的开发过程[J].基础教育课程，2013(1)：96-99.

[8]李玉平.微课程：走向简单的学习[J].中国信息技术教育，2012(11)：15-19.

[9]胡铁生.中小学微课建设与应用难点问题透析[J].中小学信息技术教育，2013(4)：15-18.

[10]黎加厚.微课的含义与发展[J].中小学信息技术教育，