河流的自然环境

　　科目：地球与空间科学/河流
　　课程时间：2～3天，包括活动前对活动步骤的讨论，收集数据的准备及收集活动，以及数据分析活动。
　　适合年级：7～12
　　
　　材料/技术
　　
　　老师需要安排学生到溪流边进行本次课程活动的学习，这就意味着需要老师筹措活动交通费或者带领学生走到邻近的河边进行活动。
　　●150米长的卷尺：
　　●2或3个漂浮物(例如两三个橘黄色网球)；
　　●秒表：
　　●提前标记好厘米刻度的塑料管，或者在每个刻度上用专用笔标记水的深度，或者如果水不是特别深，就使用米尺；
　　●河流的地质地图：
　　●河流分类信息表：
　　●计算器：
　　●不同大小的涉水长靴，或者如果学生自己有长靴，则让他们在收集数据时穿上自己的长靴。
　　
　　安全注意事项
　　
　　首先，在水边取样时，一定要注意安全。当学生们在水中测量时，必须十分小心。注意脚下不要滑倒，还要注意落脚的地方是否安全。他们还要根据收集数据活动当天的天气状况适当着衣。
　　
　　
　　学习成果
　　
　　学生们应该能够：
　　●利用公制单位测量数据；
　　●正确使用秒表和计算器：
　　●通过活动前的简要说明，尽量自己收集数据；
　　●在所提供的数据表中记录下数据：
　　●测量并计算选定流域的流速和流量：
　　●识读地质地图上的信息以及数据表。
　　
　　问题/目的
　　
　　确认所选定流域的物理参数：收集坐标数据并让学生们分组分析数据；从地质地图上识读信息。
　　
　　背景/调查
　　
　　基本的河流数据，例如流速和流量，可以帮助学生们确认河流的一些变量，这些变量会随着时间的推移而改变，从而影响河流的生物、化学及物理构成。如果学生们可以不仅仅局限于本课程的内容，还可以与生物或化学课程里的小组成员一起学习，那么可以将更多关于河流的知识引入到本次课程中来。通过对一条河流基本知识的学习，学生们可以将这些知识应用到其他河流中去，从而促进他们对河流中流走的物质对之前提到的河流各种构成成分的影响更进一步理解。河流的流量及流走的物质会对所有地区的洪水、河岸侵蚀及生物因素等产生影响。
　　
　　词汇表
　　
　　横断面——指一条横穿河流的线路。
　　流域——指整条河流中被研究的某一段。
　　河床——指河流的底层。
　　栖息地多样性——指环境的各种不同因素。
　　假设
　　每个班级的取样本时间可以各有不同。下面是一些示例问题来帮助学生们作出自己的假设。
　　示例：
　　●当流速变化时，流量会如何变化?
　　●在一年之中，流速和流量会发生怎样的变化?
　　
　　程序
　　
　　教师需要预先：
　　至少在活动开始前一天。要发给学生们一份活动步骤指导及数据表。在开始收集数据前，带领学生们讨论活动步骤，及如何收集数据等问题。
　　将学生们分成2～4人一组。
　　让每组同学收集特定的数据。如果你不想让每一组都完成所有样品采集过程的话，那么你可以一次只让一组同学收集一种类型的数据。
　　与学生们讨论在水域周围及在水中时的安全注意事项。
　　学生实验步骤：
　　测量水流速率的过程：
　　1　首先，选择一段长约50～100米距离的水域，这段水域必须是连续不断的。测量水域的实际长度，并将数据记录在表格中。
　　2　让一个学生轻轻地将漂浮物放在水面上。另一个学生则要在这段选定的水域下游结束的地方等待收回漂浮物。
　　3　第三个或第四个学生将从释放到收回漂浮物的时间记录下来。至少进行三次此步骤。并将每次的时间都记录下来。
　　4　取几次时间的平均值并记录下来。
　　5　将这段水域的长度除以平均时间，计算出流速。单位是米/秒。
　　测量水流流量的过程：
　　1　首先，选择一段比较有代表性的水域，最好包括测量过流速的那段水域。在选定流域的起始、中间及结束的地方，测量并记录下水面的宽度。
　　2　在上面提到的那三个地点，测量并记录下水路的三分之一、二分之一和三分之二的深度。你总共应该得到9个测量深度。将这9个深度值取平均值并记录下来。
　　3　从数据表中选择一个河流底部的类型。
　　4　找到计算流量的公式，并将适当的数值代入其中。你需要一个流速的数值。以及你在测量流速过程中所记录下来的水流过整段水域所用时间的平均值。
　　5　完成公式计算。然后你就可以得到以立方米每秒为单位的流量值。
　　自然环境考察过程：
　　1　根据数据表中所提供的数据，完成你所研究河流的地图绘制工作。
　　2　完成实地考察及相关图表。
　　结果/分析
　　河流数据流速数据表
　　河流名称______时间______
　　小组成员______
　　1　起始地点描述：______
　　2　结束地点描述：______
　　3　起始及结束地点之间的距离______米
　　4　漂浮物的漂浮时间：
　　第一次：______秒
　　第二次：______秒
　　第三次：______秒
　　平均时间：______秒
　　5　流速等于流域长度除以平均时间秒数
　　流速=______米/秒
　　说明：______。
　　河流流量数据表
　　河流名称______时间______
　　小组成员______
　　1　水路的宽度
　　起始点：______米
　　中间点：______米
　　结束点：______米
　　A　3个宽度的平均值：______米
　　2　水路的深度(见表1)
　　3　河床类型
　　(0.8)粗糙，岩石松散，粗沙砾；
　　(0.9)平坦，泥，沙子，硬质岩石。
　　4 根据以上信息，使用下面的公式计算流量：
　　r=(w·d·a·1)/t
　　r=流量，单位为立方米/秒
　　w=测试流域的平均宽度，上面的1A值；
　　d=平均深度，单位为米，上面的2B值；
　　l=测试流域的长度，单位为米；
　　t=漂浮物漂过选定流域所花费的平均时间，单位为秒(不要使用速率)
　　a=常数，根据河床的自然状况确定的数值，例如粗糙及松散岩石等，常数为0.8；或者平坦及泥质等，常数为0.9。
　　5 流量等于每秒钟水流过的立方米数_____立方米/秒。
　　自然环境数据表
　　河流名称_____时间_____
　　小组成员_____
　　第一部分：从河流源头到入河口的图表绘制(见表2)
　　长度：_____米
　　支流数量：_____
　　湖泊数量：_____
　　第二部分：河流流域图表绘制(见表3)
　　第三部分：现场数据
　　在一片河流流域范围内，行走100米，在随机选定的横断面上测量下面表格中的物理变量。在你开始测量工作之前，请先选定要测量的横断面(见表4)!
　　回答下面的一个问题
　　1　河岸两边的植被条件是怎样的?
　　□很好　□好　□一般　□不好
　　2　河流两岸的稳定性如何?
　　□很好　□好　□一般　□不好
　　3　河流上下游的自然条件各有什么不同?
　　□很好　□好　□一般　□不好
　　4　鱼类的各生命阶段是否都存在(水中及岸边)?
　　□很好　□好　□一般　□不好
　　5　请评价整体自然环境的好坏。
　　□很好　□好　□一般　□不好
　　
　　结论
　　
　　●在一年之中，根据样品采集的时间不同、河流的不同以及学生能力的不同，结论会有所不同。
　　●结论中应将数据与学生们所做的假设联系起来，并包括流速、流量及自然环境的数值(并不仅仅是将它们罗列出来。而要将自然环境数据、真实的流速以及流量特别标注出来)。
　　●数据表格。
　　
　　
　　评估
　　
　　可能出现的评估问题：
　　●你如何测量河流的流速?
　　●为什么使用河流的平均深度?
　　●河流底层的状况会对流速产生什么样的影响?
　　●口头叙述或写下相关数据。
　　
　　拓展
　　
　　看一看误差是否随着海拔的变化而变化。
　　●研究取样流域之外的流域；
　　●用照相机记录下一个地点一年中的变化，利用视觉影像监测河流的四季变化：
　　●化学：将数据与碱度、硬度、酸度和溶解氧联系在一起学习：
　　●生物学：取样生物变量，研究流域中的植物和动物：
　　●生态学：讨论洪水控制、侵蚀控制、筑坝及污染等问题：
　　●地质学：将流域分类，根据水流状态、形态学、河床与形态之间的关系等条件进行分类：
　　●采访水文学者或者请他来和学生们一起讨论所收集的数据，比如他们如何收集数据，他们如何对自己收集到的数据进行解释，以及相关工作的情况