模擬雨水下滲實(shí)驗(yàn)，探究城市內(nèi)澇問題

羅嬋娟 羅媛媛 韓恩

【摘要】本文從不同地表性質(zhì)對下滲的影響，這個(gè)角度分析，通過對比實(shí)驗(yàn)讓學(xué)生更好的明白城市內(nèi)澇產(chǎn)生的機(jī)理，以及會(huì)分析用到的相關(guān)地理原理知識，并且能夠培養(yǎng)學(xué)生觀察探究能力。

【關(guān)鍵詞】城市內(nèi)澇;下滲;地理實(shí)驗(yàn)

一、設(shè)計(jì)理念

《普通高中地理課程標(biāo)準(zhǔn)（2017版）》指出考察、實(shí)驗(yàn)、調(diào)查等是地理學(xué)重要的研究方法，也是地理課程重要的學(xué)習(xí)方式。《義務(wù)教育地理課程標(biāo)準(zhǔn)》強(qiáng)調(diào)地理課程要具有實(shí)踐性。地理課程含有豐富的實(shí)踐內(nèi)容，包括圖表繪制、學(xué)具制作、實(shí)驗(yàn)、演示、野外觀察、社會(huì)調(diào)查和鄉(xiāng)土考察等，是一門實(shí)踐性很強(qiáng)的課程。不管是初中還是高中地理課程標(biāo)準(zhǔn)中都強(qiáng)調(diào)了地理實(shí)驗(yàn)的重要性。

《義務(wù)教育地理課程標(biāo)準(zhǔn)（2011版）》強(qiáng)調(diào)生活性的地理。地理課程內(nèi)容緊密練習(xí)生活實(shí)際，突出反應(yīng)學(xué)生生活中經(jīng)常遇到的地理現(xiàn)象和可能遇到的地理問題，有助于提升學(xué)生的生活質(zhì)量和生存能力。因此，選取生活中常見的城市內(nèi)澇現(xiàn)象作為探究問題。

城市內(nèi)澇的原因主要有三個(gè)：一是城市所在區(qū)域多暴雨。二是城市化發(fā)展迅速，排水設(shè)施跟不上城市化的發(fā)展，或者部分老城市排水設(shè)施老化。三是城市大面積土地地表硬化。

由于城市內(nèi)澇的致災(zāi)因素的多樣性，如降水強(qiáng)度的大小，降水持續(xù)時(shí)間的長短，下墊面性質(zhì)，地形坡度等，加之學(xué)生綜合思維能力薄弱，因此本實(shí)驗(yàn)選取下墊面性質(zhì)的變化對下滲的影響這個(gè)角度來進(jìn)行設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)。

二、地理實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)

（一）地理實(shí)驗(yàn)原理

1.水循環(huán)：水循環(huán)的環(huán)節(jié)包括水汽輸送、降水、地表徑流、下滲、地下徑流、蒸發(fā)和植物蒸騰，在這些環(huán)節(jié)中最容易直接受到人類干擾的是下滲環(huán)節(jié)和地表徑流環(huán)節(jié)、進(jìn)而影響其他的環(huán)節(jié)。

2.植被的功能：具有涵養(yǎng)水源，減緩地表徑流，保護(hù)地表土壤的功能。植物的根系能夠影響土壤中水分的下滲。

3.土壤的功能：土壤具有蓄水功能，土壤越深，且孔隙度越大，土壤蓄水量越大。

（二）地理實(shí)驗(yàn)用具

根據(jù)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，以及選取的實(shí)驗(yàn)變量，選擇的實(shí)驗(yàn)器材有：500ml礦泉水瓶、計(jì)時(shí)器、量杯、水泥、本地紅壤、25cm×25cm的自種草皮、沙土、接水托盤4個(gè)等。

（三）地理實(shí)驗(yàn)步驟

實(shí)驗(yàn)：模擬不同地表性質(zhì)下，下滲的快慢。

1.把本地紅色裸地土壤、自制水泥地、自種草地（底部先鋪上10cm厚的本地紅壤，草地為在此之上培育的植物）、沙土放在四個(gè)容器中，下方放有接水托盤四個(gè)，上方吊著四瓶500mL的礦泉水瓶，瓶蓋有一孔，用來模擬降水。

2.把裝有500mL水的礦泉水瓶蓋堵上，同時(shí)放開，開始計(jì)時(shí)，在底部托盤開始有水時(shí)記錄一次時(shí)間t1，下滲結(jié)束，待礦泉水瓶中的水完全流完，底部托盤不在有水流下來，再記錄一次時(shí)間t2。

3.把托盤中的水倒入量杯中記錄下滲量，本地紅色裸地土壤下滲量為V1，水泥地面下滲量為V2，自種草地下滲量為V3，沙土地面下滲量為V4。

實(shí)驗(yàn)完成小組討論交流，通過實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)對比能夠得到的結(jié)論是什么？

結(jié)論1：水泥地面的下滲量最小，說明硬化的地面降雨時(shí)下滲量小，地表徑流量大，容易使地面積水，造成城市內(nèi)澇。（理論狀態(tài)下應(yīng)該為0，但是由于水泥地面與容器的邊緣有縫隙，所以會(huì)有部分水流出，且測得的數(shù)據(jù)水泥地面的開始出水時(shí)間是最早的，流出的水是在容器邊緣的縫隙，也相當(dāng)于匯聚成了地表徑流）。

結(jié)論2：自種草地的下滲量，比紅色裸地土壤的下滲量要大，且自種草地下面的接水托盤，有水出現(xiàn)的時(shí)間較晚，說明植被對雨水有一定的滯留效果，導(dǎo)致地表徑流減少，下滲增多，說明有植被覆蓋的地面不容易積水。

結(jié)論3：紅壤和沙地相比，沙地的下滲量大，是因?yàn)橥寥李w粒小，土質(zhì)黏重，不利于下滲，沙子顆粒大，孔隙大，有利于下滲。

結(jié)論4：實(shí)驗(yàn)的結(jié)果，沙土地面、紅壤裸地、自種草地下滲量是小于降水量，而由于實(shí)驗(yàn)容器的限制是沒有產(chǎn)生地表徑流的，因此分析，土壤的蓄水功能，導(dǎo)致一部分雨水被土壤吸收。

三、實(shí)驗(yàn)反思

創(chuàng)新點(diǎn)：本實(shí)驗(yàn)的有植被覆蓋的土壤，此植被為自種草，是科組成員在網(wǎng)上夠買草種，進(jìn)行自種培育，使之達(dá)到根繁葉茂的狀態(tài)，更符合自然狀態(tài)下的土壤。

不足之處：

（一）本實(shí)驗(yàn)由于實(shí)驗(yàn)條件以及器材的限制，沒有考慮坡度對下滲的影響。

（二）水泥地的制作過程中，不能保證邊緣完全無縫隙，通過邊緣漏水，實(shí)際上還是有一定的下滲量。

（三）此實(shí)驗(yàn)由于礦泉水瓶流水時(shí)只能夠使局部濕潤，而周邊土壤還是干燥的，和自然狀態(tài)下的降水有出入。

由于條件限制，在課上實(shí)驗(yàn)是由教師進(jìn)行演示，然后兩位同學(xué)進(jìn)行輔助，其余同學(xué)觀測。本次實(shí)驗(yàn)雖未能使每一個(gè)學(xué)生親自實(shí)踐，但是通過直觀的實(shí)驗(yàn)，使學(xué)生明白了下墊面性質(zhì)對下滲的影響，以及城市內(nèi)澇產(chǎn)生的機(jī)理。

【參考文獻(xiàn)】

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[4] 課程教材研究所，地理課程教材研發(fā)中心.普通高中教科書教師教學(xué)用書[M]北京：人民教育出版社，2020：215.

（ 責(zé)任編輯：周炎平 ）