模拟雨水下渗实验，探究城市内涝问题

罗婵娟 罗媛媛 韩恩

【摘要】本文从不同地表性质对下渗的影响，这个角度分析，通过对比实验让学生更好的明白城市内涝产生的机理，以及会分析用到的相关地理原理知识，并且能够培养学生观察探究能力。

【关键词】城市内涝;下渗;地理实验

一、设计理念

《普通高中地理课程标准（2017版）》指出考察、实验、调查等是地理学重要的研究方法，也是地理课程重要的学习方式。《义务教育地理课程标准》强调地理课程要具有实践性。地理课程含有丰富的实践内容，包括图表绘制、学具制作、实验、演示、野外观察、社会调查和乡土考察等，是一门实践性很强的课程。不管是初中还是高中地理课程标准中都强调了地理实验的重要性。

《义务教育地理课程标准（2011版）》强调生活性的地理。地理课程内容紧密练习生活实际，突出反应学生生活中经常遇到的地理现象和可能遇到的地理问题，有助于提升学生的生活质量和生存能力。因此，选取生活中常见的城市内涝现象作为探究问题。

城市内涝的原因主要有三个：一是城市所在区域多暴雨。二是城市化发展迅速，排水设施跟不上城市化的发展，或者部分老城市排水设施老化。三是城市大面积土地地表硬化。

由于城市内涝的致灾因素的多样性，如降水强度的大小，降水持续时间的长短，下垫面性质，地形坡度等，加之学生综合思维能力薄弱，因此本实验选取下垫面性质的变化对下渗的影响这个角度来进行设计实验。

二、地理實验方案设计

（一）地理实验原理

1.水循环：水循环的环节包括水汽输送、降水、地表径流、下渗、地下径流、蒸发和植物蒸腾，在这些环节中最容易直接受到人类干扰的是下渗环节和地表径流环节、进而影响其他的环节。

2.植被的功能：具有涵养水源，减缓地表径流，保护地表土壤的功能。植物的根系能够影响土壤中水分的下渗。

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）地理实验用具

根据实验内容，以及选取的实验变量，选择的实验器材有：500ml矿泉水瓶、计时器、量杯、水泥、本地红壤、25cm×25cm的自种草皮、沙土、接水托盘4个等。

（三）地理实验步骤

实验：模拟不同地表性质下，下渗的快慢。

1.把本地红色裸地土壤、自制水泥地、自种草地（底部先铺上10cm厚的本地红壤，草地为在此之上培育的植物）、沙土放在四个容器中，下方放有接水托盘四个，上方吊着四瓶500mL的矿泉水瓶，瓶盖有一孔，用来模拟降水。

2.把装有500mL水的矿泉水瓶盖堵上，同时放开，开始计时，在底部托盘开始有水时记录一次时间t1，下渗结束，待矿泉水瓶中的水完全流完，底部托盘不在有水流下来，再记录一次时间t2。

3.把托盘中的水倒入量杯中记录下渗量，本地红色裸地土壤下渗量为V1，水泥地面下渗量为V2，自种草地下渗量为V3，沙土地面下渗量为V4。

实验完成小组讨论交流，通过实验数据对比能够得到的结论是什么？

结论1：水泥地面的下渗量最小，说明硬化的地面降雨时下渗量小，地表径流量大，容易使地面积水，造成城市内涝。（理论状态下应该为0，但是由于水泥地面与容器的边缘有缝隙，所以会有部分水流出，且测得的数据水泥地面的开始出水时间是最早的，流出的水是在容器边缘的缝隙，也相当于汇聚成了地表径流）。

结论2：自种草地的下渗量，比红色裸地土壤的下渗量要大，且自种草地下面的接水托盘，有水出现的时间较晚，说明植被对雨水有一定的滞留效果，导致地表径流减少，下渗增多，说明有植被覆盖的地面不容易积水。

结论3：红壤和沙地相比，沙地的下渗量大，是因为土壤颗粒小，土质黏重，不利于下渗，沙子颗粒大，孔隙大，有利于下渗。

结论4：实验的结果，沙土地面、红壤裸地、自种草地下渗量是小于降水量，而由于实验容器的限制是没有产生地表径流的，因此分析，土壤的蓄水功能，导致一部分雨水被土壤吸收。

三、实验反思

创新点：本实验的有植被覆盖的土壤，此植被为自种草，是科组成员在网上够买草种，进行自种培育，使之达到根繁叶茂的状态，更符合自然状态下的土壤。

不足之处：

（一）本实验由于实验条件以及器材的限制，没有考虑坡度对下渗的影响。

（二）水泥地的制作过程中，不能保证边缘完全无缝隙，通过边缘漏水，实际上还是有一定的下渗量。

（三）此实验由于矿泉水瓶流水时只能够使局部湿润，而周边土壤还是干燥的，和自然状态下的降水有出入。

由于条件限制，在课上实验是由教师进行演示，然后两位同学进行辅助，其余同学观测。本次实验虽未能使每一个学生亲自实践，但是通过直观的实验，使学生明白了下垫面性质对下渗的影响，以及城市内涝产生的机理。

【参考文献】

[1] 中华人民共和国教育部.普通高中地理课程标准（2017年版）[S].北京：人民教育出版社，2018.

[2] [3] 中华人民共和国教育部.义务教育地理课程标准（2017版）[S].北京：人民教育出版社，2018.

[4] 课程教材研究所，地理课程教材研发中心.普通高中教科书教师教学用书[M]北京：人民教育出版社，2020：215.

（ 责任编辑：周炎平 ）