第二章水资源开发利用状况
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水资源开发利用与保护
第一章绪论
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第一节水资源的基本含义
含义：从供水角度讲，水资源可以理解为人类长期生存、生产、生活活动中所需要的各种水，既包括数量和质量含义，又包括其使用价值和经济价值。
一般来说，水资源分为：广义水资源和狭义水资源。
广义的水资源是指地球上水的总体，包括大气中的降水、河湖中的地表水、浅层和深层的地下水、冰川、海水等。
狭义的水资源是指与生态系统保护和人类生存与发展密切相关的、可以利用的、而又逐年能够得到恢复和更新的淡水（含盐量<0.1％），其补给来源为大气降水。
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水圈中各种水体的水通过水文循环，得到更新。大气中的水储量只需 8天就可更新补充一次。河网内某一时刻的水储量为 2.1万亿立方米，需要16天更新补充一次。海洋的水储量需要2500年更新补充一次。深层地下水需要1400年才能更新补充一次。所以地下水每年只能少量取用或作为一种备用水源在特别干旱年份取用。如果短期内地下水取用过多就很难恢复，地下水位就会急剧下降，引起地面沉陷等。土壤水更新期约 1年；湖泊水更新期为17年；山地冰川更新期约1600年，极地冰川近万年。
目前,人类比较容易利用淡水资源，主要是河流水、淡水湖水和浅层地下水，储量极少。
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第二节水资源的特性
水是自然界的重要物质，是环境中最为活跃的要素。（四大文明古国都是沿河流发展起来的；所有强盛帝都均傍大河、湖泊而建；中国古代的四大发明都是沿黄河流域诞生。
（1）水资源的循环
水资源与其它固体资源的本质区别在于其所具有的流动性，它是循环中形成的一种动态资源，具有循环性。是各种水体受太阳能的作用，不断地进行相互转换和迁移的周期性过程。
（2）储量的有限性
总体储量是有限的，真正能被人类直接利用的淡水资源仅占全球总水量的0.8%
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第二节水资源的特性
（3）分布的不均匀性
我国水资源分布在区域上分布极不均匀。总体上是东南多，西北少；沿海多，内陆少，山区多，平原少。时间上夏秋降水集中，水资源较丰富；冬春降水较少，水资源较贫乏。
总体来说：降水量大，水循环活跃地区，水资源丰富；降水量小，水循环不活跃地区，水资源贫乏
（4）利用的多样性
水资源被人类广泛应用于工业、农业和生活，还应用于发电、水运、水产、旅游和环境改造等。
（5）利、害的两重性
正因为水资源的两重性，在水资源开发过程中尤其强调合理利用、有序开发，以达到兴利除害的目的。例：1991年淮河、太湖、松花江等地发生大洪水，受灾面积达3.68亿亩，受灾损失达779亿元。
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第三节本门课的内容
第一章绪论
第二章水循环与水资源开发利用状况
第三章水资源量评价
第四章供水资源水质评价
第六章取水工程
第七章节水理论与技术
第八章水资源保护
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第二章水资源开发利用状况
第一节地球水储量、循环及转化关系
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一地球水储量分布
各种水体所占比例
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二、地球上水的循环
1．水的循环
水循环（water cycle），是指地球上各种形态的水，在太阳辐射、地心引力等作用下，通过蒸发、水汽输送、凝结降水、下渗以及径流等环节，不断地发生相态转换和周而复始运动的过程。
自然界的水循环是连接大气圈、水圈、岩石圈和生物圈的纽带，是自然环境中发展演变最活跃的因素，并形成了地球上的淡水资源。
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二、地球上水的循环
小循环：陆地或者是海洋本身的水单独进行循环的过程。
大循环：水在大气圈、水圈、岩石圈之间的循环过程。(图)
人为循环：由于人类生产生活活动的作用与影响不同程度地发生水的循环。
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水汽输送
10%
降水
119，000
地表蒸发
72，000
降水
90%
地表径流
年总蒸发量
505，000km3
地下径流
33,000以洪水的形式入海无法利用
14,000形成稳定径流被人类利用
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2.自然水循环过程
1）自然水循环过程
自然水循环过程一般包括蒸发、水气输送、凝结降水、下渗以及径流几个环节。
①蒸发
蒸发是水分通过热能交换从固态或液态转换为气态的过程，是水分从地球地面和水体进入大气的过程。
陆地上年降水量的66%是通过蒸发（包括蒸腾）返回大气的。
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2.自然水循环过程
1）自然水循环过程
②水气输送
水汽输送，是指大气中的水汽由气流携带着从一个地区上空输送到另一个地区的过程。
大气中的水汽含量虽然只占全球水循环系统中总水量的1.53%，但却是全球水循环过程中最活跃的成分。正是由于大气中的水汽如此活跃的更新和输送，才实现了全球各水体间的水量连续转换和更新。
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2.自然水循环过程
1）自然水循环过程
③凝结降水
降水是水汽在大气层中微小颗粒周围进行凝结，形成雨滴，再降落到地面的过程。降水是水文循环中最活跃的因子，是一种水文要素，也是一种气象要素。
降水的特征常用几个基本要素来表示，如降水量、降水历时、降水强度、降水面积及暴雨中心等。
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2.自然水循环过程
1）自然水循环过程
④下渗
下渗是指降落到地面上的雨水从地表渗入土壤内的运动过程。
按照水分所受的力和运动特征，下渗可分为三个阶段：渗润、渗漏、渗透阶段。
影响下渗的主要因素有：土壤因素（包括土壤均质性、土壤质地和孔隙率等）、土壤初始含水率、地表结皮（表土结皮能减少入渗量）、降雨因素（包括雨型、降雨强度等）和
下垫面因素（包括植被、坡度、坡向、耕作措施等）等。
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城市屋顶绿化
屋顶绿化具有一般绿化的生态、景观等效果，还能有效地防止屋顶温度升高，从而减少温差对屋顶的破坏，另外防水隔热和节能效果也很明显。据测试表明，夏季有屋顶绿化的顶层室内温度比未绿化的要低4至6℃左右，而冬季则能有效保温。屋顶绿化能避免屋顶出现极端温度并减少紫外线对屋顶的损害，绿化后的屋顶寿命比未绿化的长约3倍。经绿化的屋顶能够吸收空气中30%的粉尘，吸收并储蓄6%的雨水，因而对缓解城市洪涝、防风滞尘具有积极作用。
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海绵城市
根据习近平总书记关于“加强海绵城市建设”的讲话精神，财政部、住房城乡建设部、水利部决定开展中央财政支持海绵城市建设试点工作。
海绵城市就是比喻城市像海绵一样，遇到有降雨时能够就地或者就近吸收、存蓄、渗透、净化雨水，补充地下水、调节水循环；在干旱缺水时有条件将蓄存的水释放出来，并加以利用，从而让水在城市中的迁移活动更加“自然”，不用以前下水道等“灰色设施”。因为传统城市建设模式，处处是硬化路面。每逢大雨，主要依靠管渠、泵站等“灰色”设施来排水，以“快速排除”和“末端集中”控制为主要规划设计理念，往往造成逢雨必涝，旱涝急转。根据《海绵城市建设技术指南》，今后城市建设将强调优先利用植草沟、雨水花园、下沉式绿地等“绿色”措施来组织排水，以“慢排缓释”和“源头分散”控制为主要规划设计理念。
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建海绵城市就要有“海绵体”。城市“海绵体”既包括河、湖、池塘等水系，也包括绿地、花园、可渗透路面这样的城市配套设施。雨水通过这些“海绵体”下渗、滞蓄、净化、回用，最后剩余部分径流通过管网、泵站外排，从而可有效提高城市排水系统的标准，缓减城市内涝的压力。
建设海绵城市，关键在于不断提高“海绵体”的规模和质量。
原有的“海绵体”要有效保护。过去，城市建设追求用地一马平川，往往会填湖平壑。根据《海绵城市建设技术指南》，各地应最大限度地保护原有的河湖、湿地、坑塘、沟渠等“海绵体”不受开发活动的影响；受到破坏的“海绵体”也应通过综合运用物理、生物和生态等手段逐步修复，并维持一定比例的生态空间。
有条件的还应新建一定规模的“海绵体”。根据《海绵城市建设技术指南》，海绵城市建设要以城市建筑、小区、道路、绿地与广场等建设为载体。比如让城市屋顶“绿”起来，道路、广场可以采用透水铺装，特别是城市中的绿地应充分“沉下去”。创建良好的海绵体。幻灯片19
2015年4月2日，根据财政部网站消息，海绵城市建设试点城市名单正式公布。根据竞争性评审得分，排名在前16位的城市分别是（按行政区划序列排列）：迁安、白城、镇江、嘉兴、池州、厦门、萍乡、济南、鹤壁、武汉、常德、南宁、重庆、遂宁、贵安新区和西咸新区。中央财政对海绵城市建设试点给予专项资金补助，一定三年，具体补助数额按城市规模分档确定，直辖市每年6亿元，省会城市每年5亿元，其他城市每年4亿元。
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2.自然水循环过程
1）自然水循环过程
⑤径流
径流又称为河川径流，亦即地表径流和地下径流、壤中流之和。
在大气降水降到地面以后，一部分水分通过蒸发返回到大气；一部分通过下渗进入到土壤（包括植物吸收、壤中流）；一部分可能蓄积在地表低洼处；剩余的水量在一定条件下可能会形成地表径流，当下渗的水量达到一定程度后会形成地下径流。
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径流过程是地球上水文循环中的重要一环。在水文循环中，大陆上降水的34%转化为地面径流和地下径流汇入海洋。
径流过程又是一个复杂多变的过程，与人类同洪旱灾害进行斗争，以及水资源的开发利用和水环境保护等生产经济活动密切相关。
影响径流量大小的主要因素包括：流域气象条件（如降水、蒸发、气温、湿度、风等）、地理位置、地形条件、植被以及人为因素（如水利工程、开垦、城市建设等）。
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2）水循环的机理及特点
①水循环是永无止境的，但是全球水资源量是不变的，服从质量守恒定律。
②太阳辐射能和重力作用是水循环的基本动力。
③全球水循环是闭合系统，但局部水循环是开放系统。
④永无止境的水循环赋予水体再生性。其循环强度一般有水体的更新周期来度量。如大气中的水储量需 8天更新补充一次。河网内某一时刻的水储量为 2.1万亿立方米，需要16
天更新补充一次。
水体的更替周期，是指水体在参与水循环过程中全部水量被交替更新一次所需要的时间。
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2）水循环的机理及特点
⑤水循环是一个非常复杂的系统，影响因素很多。气候变化会影响，人类活动会影响，水循环的形成及特征一直在变化。
气候变化对我国的影响
从中外专家的一些研究结果来看，总体上我国的变暖趋势冬季将强于夏季；在北方和西部的温暖地区以及沿海地区降雨量将会增加，长江、黄河等流域的洪水爆发频率会更高；东南沿海地区台风和暴雨也将更为频繁；春季和初夏许多地区干旱加剧，干热风频繁，土壤蒸发量上升。农业是受影响最严重的部门。气候变暖导致海平面上升，上海、广州等人口密集的沿海地区地下淡水面临咸潮破坏，甚至有淹没之灾。冻土溶化，日益威胁当地居民生计和道路工程设施等等。
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2）水循环的机理及特点
人类活动对水循环的影响主要表现在：①兴建蓄水、调水工程，改变水资源自然的流动特性和转化过程；②兴建引水、提水工程，大量开采地表、地下水，增加水资源的使用量和消耗量；③生活污水、工业废水、灌溉用水的排放，改变了天然水体的水质状况。
水循环的形成及特征一直在变化。
3）水循环的作用及意义
形成可再生的水资源
影响全球的气候变化
形成丰富多样的地形地貌
为生态系统提供生命支撑形成一切水文现象
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三水量平衡
1、水量平衡
概念：地球上任一区域在一定时间内，进入的水量与输出的水量之差等于该区域的储水量变化（质量守恒定律）
1）全球水量平衡进项=出项
（1）陆地
Es+R=PL
陆地的多年平均年蒸发量加陆地多年平均年入海径流量等于陆地多年平均年降水量。（2）海洋
EH=PL+R
海洋多年平均年蒸发量等于海洋多年平均年降水量与多年平均年入海径流量之和。
两式合并有：
（3）全球水量平衡方程
E=P
结论：全球多年平均年蒸发量等于多年平均年降水量。
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2、水量平衡示意图
水循环示意图P：降水量E：蒸发量R:径流
发生领域内陆循环海陆间循环海上内循环全球水平衡收入项降水量降水量降水量，径流
量
降水量
支出项蒸发量蒸发量，径流
量
蒸发量蒸发量方程式P0=E0 P0=E0+R0 P0=E0-R0 P=E
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第一节地球水储量与循环（结束）
第二节全球水资源
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第二节全球水资源
一、全球水资源的概况
由于受地理位置和地形地貌的影响，全球水资源在时间和空间上都存在分布不均匀的状况。
大洋洲各岛（澳大利亚除外）、南美洲
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特点：世界水资源分布不合理
世界水资源分布不合理，按地区分布，巴西、俄罗斯、加拿大、中国、美国、印度尼西亚、印度、哥伦比亚和刚果等9个国家的淡水资源占了世界淡水资源的60%；约占世界人口总数40%的80个国家和地区严重缺水。
世界七个水资源总量丰富国家的比较见图：
水资源的主要影响因素：降水、径流、蒸发
从上面的图以及表格可以看出，全球以大洋洲各岛（澳大利亚除外）年降水量最大，其水资源量也极为丰富，而澳大利亚由于降水稀少，荒漠和半荒漠面积达到三分之二，使得径流系数明显偏低；降水量较丰沛的是南美洲，而亚洲、非洲、北美洲、欧洲的降水量都接近全球平均水平，非洲气候炎热，蒸发强烈，有大面积的沙漠存在，因此径流系数比其他洲明显偏小；南极洲降水虽然不多，但由于降水全部储存于冰川中，因此径流量等于降水量。
即使在同一个洲内，由于空间跨度大，再加上自然条件的差异，水资源的分布也是很不均匀的。
第二节全球水资源
二、水资源的利用情况
过去的300年中，人类用水量增加了35倍多，近十年每年递增4%—8%。
工业化国家的用水状况趋于稳定，增幅最大的主要是发展中国家。
全球人均用水量差别很大，发达的北美地区的人均用水量是发展中国家的3-8倍（图）。
全球用水取水量特点：
1农业用水
农业用水一直占全部用水的2/3以上。
2工业用水
工业用水取水量约为全球总取水量的1/4左右。
3生活用水
生活用水占全球用水量的很少一部分，约8%左右。
第二节全球水资源
三、面临的问题
（1）水量短缺严重，供需矛盾尖锐
随着社会需求水量的大幅度增加，水资源供需矛盾日益突出，水资源量短缺现象非常严重。
2025年，全世界有2/3的人口面临严重缺水的局面。亚洲有60%，非洲有85%。
（2）水源污染严重、“水质型缺水”突出
随着经济、技术和城市化的发展，排放到环境中的污水量日益增多。
水资源紧缺分三种类型：
1）资源型缺水，如我国西北、北方一些地区水量很少；
2）污染型缺水，如我国南方一些地区水资源丰富但污染严重而不能利用；
3)管理型缺水，由于不合理开发利用和水的浪费所造成。
（3）气候变化使水资源不稳定
第二节全球水资源
四、开发利用趋势
工农业的迅速发展导致用水量与取水量的大幅增长。
1、1900年~1940年40年翻一翻，1940年~2000年15~20年翻一翻。
2、农业用水量及其不可复原用水量最高，基数大，占总用水量的60%，其中不可复原用水量占总水量的75%。
3、工业用水量所占比例小，但增长快。
4、生活用水量不超过用水量的10%，增长较快。
第三节、中国水资源概况
水利部的网站上，曾用8个字来概括中国的水现实：
水多、水少、水脏、水浑
1）水少（干旱缺水）
导致水资源紧缺，主要有两个方面的影响：自然因素的制约；社会经济的发展，出现需大于
供的情况
干旱缺水严重制约了我国经济社会尤其是农业的稳定发展，影响到人类的生活质量和城市化发展。
这与水少问题形成一个对立面，也是地球上水量平衡的一个反映，同时由于气候变化以及人
类活动的影响使洪水灾害日益严重。
2）水多
水环境恶化问题已经成为影响面最广、后果最严重的问题，它严重制约了社会经济的发展3）水脏
4）水浑
江河的泥沙含量高，水土资源过度开发造成对生态环境的严重破坏，水土流失严重。
广西梧州洪水漫过防洪堤
一、中国水资源在世界水资源中的地位
我国是一个水资源短缺、水旱灾害频繁的国家，如果按水资源总量考虑，水资源总量居世界第六位，但是我国人口众多，若按人均水资源量计算，人均占有量只有2500立方米，约为世界人均水量的1/4，在世界排第110位（按149个国家统计，统一采用联合国1990年人口统计结果），已经被联合国列为13个贫水国家之一。
二、我国水资源的特点
1、资源贫乏。
2、分布不均。在我国青藏高原地区，海拔大于4000米，降水稀少；青藏高原以北、川东地区，海拔大约在1000～2000米之间，年降水量有所增加；大兴安岭、太行山、巫山、云贵高原以东地区，海拔小于1000米，季风频繁，降水丰沛。
3、水资源年际变化大。
4、天然水质好，人为污染严重。
5、涵养水源的森林覆盖率低，水土流失严重。
6、过量开采地下水。
第四节中国水资源的开发利用状况
第四节中国水资源的开发利用状况
一、农业用水
是用水大户，占总用水量的70%左右，农业用水主要包括农田、林业、牧业的灌溉用水及水产养殖、农村工副业和人畜生活等用水。农田灌溉用水是农业的主要用水和耗水对象。由于农业节水技术与节水措施的推广应用，节水水平的提高，农业用水占总用水的比重其趋势上是在不断降低的过程中，
从1949年的97.1%，—>1980年的80.7%—>1997年的70% —> 2005年为63.6％。
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第四节中国水资源的开发利用状况
二、生活和工业用水
我国生活与工业用水增长快，1980年12% —> 1997年的29%。但仍比发达国家低，如加拿大、英国、法国的工业用水均占总用水比例的50%以上。
三、地下水资源开发利用状况
地下水资源开发利用在我国城镇生活用水中具有不可替代的地位。地下水占城镇生活用水总用水量的59%。
总的来说，北方的地下水资源的开发利用程度要高于南方。在北方，总水量中75.3%为地表水，24.7%为地下水；在南方，96.5%为地表水，3.5%为地下水。
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第五节中国水资源面临的主要问题
一、水资源开发过度，生态破坏严重
黄河、淮河、辽河水资源开发利用率已超过60%，海河超过90%，生态用水被大量挤占；部分地区地下水位下降，形成了大小不同的地下水漏斗，造成地面沉降。
黄河：从20世纪70年代出现断流19次以上。
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第五节中国水资源面临的主要问题
二、城市供水集中，供需矛盾尖锐
在城市地区，工业和人口集中，随着城市和工业的迅猛发展，我国大中城市中水的供需矛盾日益尖锐。特别是在北方地表水源缺乏的情况下，主要靠超采地下水以弥补水量的缺口。幻灯片52
第五节中国水资源面临的主要问题
三、城市地下水过量开采，环境地质问题突出
因开采过于集中，引起了一系列环境地质问题。
1）区域地下水位持续下降、降落漏斗面积不断扩大
例如：华北平原
2）泉水流量衰减或断流
例如：济南市的豹突泉。
3）地面沉降
4）海水入侵
例如：大连、厦门
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第五节中国水资源面临的主要问题
四、水资源污染严重，水环境日益恶化
根据对全国七大江河和内陆河110个重点河段的水质监测结果表明，符合《地面水环境质量标准》的ⅠⅡ类河段仅占32%，Ⅲ类占29%，不能用于水源地的ⅣⅤ类要占到39%。全
国约90%的城市水环境恶化，附近河流或河段已成为名副其实的排污沟，直接影响农用水源。接近90%的城市饮用水源的水质不符合国家饮用水标准，97.5%的城市地下水受到不同程度的污染。
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第五节中国水资源面临的主要问题
五、水资源开发缺乏统筹规划和有效管理
例如，我国的地下水管理还难以适应当前地下水保护形势的要求。
一是地下水资源未能合理配置。如有的地区地下水严重超采，地表水却大量闲置。有的地区将水质较好的地下水用于工业，水质较差的水源用于生活用水，没有落实优水优用的原则。二是地下水管理粗放。一方面，地下水无限制开发，缺乏有效控制管理。另一方面，在水资源管理中，往往忽视地下水的特点管理地下水。地下水资源评价、规划、立法、监测、监督管理等基础工作明显滞后。
三是重开发、轻保护。忽视地下水的生态环境功能，引发一系列生态环境问题，对地下水水质保护缺乏有效的监督管理措施。
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组别题目要求
第1组第4组雨水的开发利用要求包含雨水、污水、海水
各自的特点，开发利用的方
法，国内外研究的现状
第2组
第5组
污水的开发利用
第3组
第6组
海水的开发利用
第7组第10组微污染水源的生态修复技术要求包含植物修复和微生物
修复技术方面的综述
第8组第11组太湖水域生态修复要求包含具体的修复技术方
法
第9组第12组南水北调工程概述要求包含工程介绍、意义和潜
在问题等
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考核要求：
1、制作ppt进行讲解，讲解时间每组不少于25分钟。
2、讲解内容除满足表格要求外，还至少包含一种核心技术的详细介绍，如设计原理，参数，工程举例等。
3、所有同学都需要参加讲解，要求声音洪亮、条理清楚，鼓励脱稿。
4、每组设置一名组长，负责人员分工、落实资料的收集、整理、ppt的制作工作。如某组员多次不参加组内讨论，组长应向老师反应，取消其考试资格。
5、期末成绩评定方法：平时考勤30%＋作业30%＋ppt成果40%，
6、期末交纳材料：ppt+组员名单（注明分工，如组长、资料收集、制作等）
人员安排：共分为12个大组。如无特殊原因不能私自调换组次。
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时间安排：
第一组~第三组十三周（11月25-12月1日）
第四组~第六组十四周（12月2-12月8日）
第七组~第九组十五周（12月9-12月15日）第十组~第十二组十六周（12月16-12月22日）