灌溉排水工程“卓越工程師”實踐教學(xué)模式

邱元鋒+李小平

摘要：實踐教學(xué)是鞏固和加深理論知識的有效途徑，是培養(yǎng)“卓越工程師”的重要環(huán)節(jié)。灌溉排水工程是武漢大學(xué)水利水電學(xué)院農(nóng)業(yè)水利工程的一門專業(yè)課，本文根據(jù)農(nóng)業(yè)水利工程專業(yè)特點，從“卓越工程師”培養(yǎng)目標(biāo)、模式、方案出發(fā)，構(gòu)建了灌溉排水工程課程實驗、課程設(shè)計和實習(xí)等實踐環(huán)節(jié)，理論聯(lián)系實際，有利于提高課程教學(xué)質(zhì)量以及學(xué)生工程實踐能力。

關(guān)鍵詞：農(nóng)業(yè)水利工程；灌溉排水工程；“卓越工程師”；實踐教學(xué)

中圖分類號：G642.0 文獻標(biāo)志碼：A 文章編號：1674-9324（2016）02-0110-02

“卓越工程師”教育培養(yǎng)計劃是為了貫徹落實《國家中長期教育改革和發(fā)展規(guī)劃綱要》而提出的高等教育重大改革計劃，對高等教育面向社會需求培養(yǎng)人才，調(diào)整人才培養(yǎng)結(jié)構(gòu)，提高人才培養(yǎng)質(zhì)量，推動教育教學(xué)改革，增強畢業(yè)生就業(yè)能力都具有十分重要的示范和引導(dǎo)作用?！白吭焦こ處煛迸囵B(yǎng)方案在教學(xué)方法改革方面著力推行符合工程能力培養(yǎng)規(guī)律的學(xué)習(xí)方法，需要在現(xiàn)有教學(xué)模式基礎(chǔ)上，按照工程問題和需要制定教學(xué)計劃，培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新意識和創(chuàng)新精神，要求本科生從工程實際出發(fā)、以工程項目做畢業(yè)設(shè)計，從而有效地提高學(xué)生的工程實踐能力、工程設(shè)計能力和工程創(chuàng)新能力，使他們成為現(xiàn)代社會需要的復(fù)合型人才。

一、灌溉排水工程

灌溉排水工程是武漢大學(xué)水利水電學(xué)院農(nóng)業(yè)水利工程的一門專業(yè)課，全書分為兩篇，第一篇為灌溉排水，主要介紹灌溉排水的基本理論、灌排渠系的規(guī)劃設(shè)計、灌排田間工程、灌水新技術(shù)以及灌區(qū)用水管理等，這是農(nóng)田水利的基本內(nèi)容，也是各地農(nóng)田水利共同性的問題。第二篇為地區(qū)水利規(guī)劃，主要介紹山區(qū)丘陵地區(qū)、南方圩區(qū)和北方平原地區(qū)這三大類地區(qū)的規(guī)劃治理措施及其有關(guān)的基本理論。

在貫徹教育部文件精神基礎(chǔ)上，落實“卓越工程師”教育培養(yǎng)計劃，灌溉排水工程實踐環(huán)節(jié)主要包括社會調(diào)查（含假期社會實踐）、理論課程、上機實習(xí)、課程實驗、課程設(shè)計、實習(xí)等內(nèi)容。由于社會調(diào)查（假期社會實踐）、上機實習(xí)和理論課程教學(xué)中的實踐環(huán)節(jié)三部分的形式與內(nèi)容變化多樣，主要由教師的教學(xué)計劃和學(xué)生的興趣確定，故本文從課程實驗、課程設(shè)計和實習(xí)三方面介紹灌溉排水工程實踐教學(xué)內(nèi)容。

二、課程實驗

1.非飽和土壤的入滲特性及滲吸速度測定試驗。旱地在進行地面灌溉時，灌溉水在重力作用下自地表逐漸向下濕潤，為保證最為有效地利用灌溉水，既要使計劃濕潤層得到均勻灌溉，又不產(chǎn)生多余的水量向深層滲漏，必須了解水向土中入滲的規(guī)律。

本試驗的目的是：（1）了解農(nóng)田灌溉或降雨在田間形成水層時，水向土中入滲的過程及其變化規(guī)律；（2）利用室內(nèi)或者野外實測入滲資料，推求入滲速度與時間關(guān)系的經(jīng)驗公式；（3）探討在野外條件下測定滲透系數(shù)（垂直方向）值的條件；（4）了解雙套環(huán)測試裝置及量水技術(shù)。

2.利用河溝附近地下水動態(tài)觀測資料反求水文地質(zhì)參數(shù)的室內(nèi)模擬試驗。利用野外實測的地下水動態(tài)資料求參數(shù)的實質(zhì)多是分析某一外部因素（如河溝水位變動、水井抽水、降雨入滲，地下蒸發(fā)等）影響下的地下水運動，測定外部因素在量上的數(shù)值及相應(yīng)時期的地下水動態(tài)，利用解析解方法或數(shù)值計算方法反求參數(shù)（數(shù)學(xué)上稱這種運算為逆運算）。這些外部因素可以是天然狀況下的（如降雨、蒸發(fā)等），也可以是人為的（如抽水試驗、人工灌溉等）。在農(nóng)田水利中最常用的一種方法是通過在河溝水位變化期間測定河溝附近地下水動態(tài)資料反求參數(shù)。

本實驗的目的是：希望在實驗室內(nèi)模擬野外的條件（經(jīng)過一定簡化），試驗者通過有關(guān)試驗數(shù)據(jù)的觀測及資料分析工作，掌握進行野外實際試驗的一般規(guī)律、觀測孔的布置、資料的取得以及反求參數(shù)的分析計算方法。此外，室內(nèi)模型（用砂槽）試驗還有助于探索一定邊界條件下地下水運動的機理，并可對某些理論研究成果進行驗證。

3.噴頭水力性能測試試驗。噴頭是噴灌系統(tǒng)的專用設(shè)備，噴頭性能的優(yōu)劣，對噴灌質(zhì)量影響很大，噴頭水力性能有關(guān)參數(shù)則是進行噴灌系統(tǒng)設(shè)計的基本依據(jù)。因此，無論是生產(chǎn)新的噴頭系列或進行噴灌系統(tǒng)設(shè)計，選定噴頭型號，均應(yīng)進行噴頭水力性能的測定。

本試驗的目的是：（1）了解搖臂式噴頭的結(jié)構(gòu)及工作原理；（2）通過測定噴頭的噴灑范圍、噴灑水量、水滴直徑、噴頭旋轉(zhuǎn)周期等水力性能參數(shù)，分析評價噴頭的水力性能；（3）認(rèn)識并了解噴灌水力性能測試內(nèi)容、測試設(shè)備和測試方法。

三、課程設(shè)計

1.灌區(qū)灌溉系統(tǒng)規(guī)劃設(shè)計。（1）題目類型。南方，丘陵山間川地。地面坡度較大，溝系發(fā)達，無洪、澇之虞。氣候濕潤，但雨量分布不均。種植以水稻為主的糧食作物與經(jīng)濟作物。主要任務(wù)是灌溉系統(tǒng)的規(guī)劃設(shè)計，排水系統(tǒng)只做平面布置。（2）設(shè)計內(nèi)容。①作物灌溉制度和灌水率的制訂。用水量平衡法制定早稻及棉花的灌溉制度，利用早稻及棉花的灌溉制度，編制全灌區(qū)的灌水率圖，并對灌水率進行修正，根據(jù)修正灌水率圖得到設(shè)計灌水率。②灌排渠道的規(guī)劃布置。在所給的地形圖上布置灌溉及排水渠系的干支兩級渠（溝）道，以及主要渠（溝）系建筑物。③各級灌溉渠道設(shè)計流量的推求。計算典型支渠各級渠道的設(shè)計流量及支渠系水利用系數(shù)；推算其他各支渠渠首及干渠各段的設(shè)計流量以及全灌區(qū)灌溉水利用系數(shù)。④干渠設(shè)計水面線的確定。根據(jù)各支渠的田間參考點，推求各支渠要求干渠的水位，確定干渠設(shè)計水面線、干渠渠首位置、干渠渠首水位高程、攔河壩的位置。⑤干渠縱橫斷面的設(shè)計。根據(jù)設(shè)計流量設(shè)計干渠的橫斷面、縱斷面圖。

2.除澇排水系統(tǒng)規(guī)劃設(shè)計。（1）題目類型。南方，沿江濱湖圩垸區(qū)，地勢低平，水網(wǎng)密布，常受澇、漬威脅。氣候濕潤，雨量豐富，但水稻所需水量亦不敷應(yīng)用而受旱。本設(shè)計主要任務(wù)是以該圩垸為單位規(guī)劃設(shè)計排水系統(tǒng)，包括排水溝道系統(tǒng)、排水閘與排澇泵站。（2）設(shè)計內(nèi)容。①排水系統(tǒng)的規(guī)劃設(shè)計。排水和灌溉系統(tǒng)的規(guī)劃布置，另外對相應(yīng)的建筑物進行布置，包括灌溉泵站，排澇泵站，排澇閘以及交叉建筑物等。排水溝道排澇流量計算：計算排澇模數(shù)，推算干溝各段的設(shè)計排澇流量。排水溝道縱橫斷面設(shè)計：從各支溝選擇參考點推求各支溝要求干溝的水位，并初步確定干溝的日常水面線和排澇水面線。劃分抽排區(qū)和自排區(qū)。根據(jù)設(shè)計排澇流量確定干溝各段的橫斷面。最后繪制干溝縱橫斷面圖。②一級排澇泵站的設(shè)計流量和裝機容量的確定。根據(jù)排澇泵站排田（暴雨期間排走超過白湖蓄積能力的水）和排湖（在汛期兩次暴雨間隙騰空白湖容積以迎接下次暴雨）兩項任務(wù)，分別計算排田流量和排湖流量，并進行揚程、裝機容量的確定。③排水閘排澇演算，以校核排水閘的尺寸。根據(jù)汛后外江平均水位及相應(yīng)的蒸發(fā)、降雨資料，校核排水閘的尺寸是否滿足排澇要求，即排水閘是否在規(guī)定的時間內(nèi)，將白湖水位降至日常水位。

四、實習(xí)

1.實習(xí)地點。湖北省徐家河水庫大型灌區(qū)、漳河水庫大型灌區(qū)等。

2.實習(xí)任務(wù)及時間安排。實習(xí)是重要的實踐教學(xué)環(huán)節(jié)，其目的在于幫助學(xué)生建立對水利工程的感性認(rèn)識，為學(xué)習(xí)專業(yè)課程（如灌排工程學(xué)、水工建筑物、水泵及泵站等）及專業(yè)基礎(chǔ)課程（如水力學(xué)、結(jié)構(gòu)力學(xué)、水工鋼筋混凝土等）打好基礎(chǔ)。

實習(xí)的任務(wù)是通過現(xiàn)場參觀灌區(qū)，了解灌區(qū)規(guī)劃設(shè)計的基本思想（如灌區(qū)水利工程的作用、渠系的整體布局，等）；了解灌區(qū)工程的組成及功能（如水源工程、渠系、田間工程，等）；了解灌區(qū)渠道、水工建筑物的類型、作用和特點；了解灌區(qū)的管理方式。

實習(xí)計劃時間為2周。

3.實習(xí)報告。在實習(xí)過程中，要求每個學(xué)生對每天的實習(xí)內(nèi)容都有記載，寫出實習(xí)日記；在實習(xí)結(jié)束之前，還要求每個學(xué)生獨立完成一份實習(xí)報告（字?jǐn)?shù)不少于5000字），以此檢查和鞏固實習(xí)效果。

實習(xí)報告大致可按以下框架來編寫：（1）回顧實習(xí)過程，對現(xiàn)場實習(xí)中的所見所聞進行歸納總結(jié)。（2）介紹各水利樞紐工程的基本概況，重點介紹三峽水利樞紐工程的總體概況。（3）實習(xí)內(nèi)容分為如下幾個專題：流域開發(fā)規(guī)劃；樞紐布置及水工建筑物設(shè)計；工程施工及監(jiān)理；工程招投標(biāo)及合同管理；工程環(huán)境保護及移民。選擇2～3個專題進行較詳細(xì)的論述，談自己的看法、收獲和體會。

五、結(jié)語

“卓越工程師培養(yǎng)計劃”是我國高等工程教育的重大改革項目，也是為培養(yǎng)創(chuàng)新能力強、綜合素質(zhì)高、社會競爭力強的高質(zhì)量工程技術(shù)人才的戰(zhàn)略需要。根據(jù)武漢大學(xué)農(nóng)業(yè)水利工程專業(yè)的特點，從“卓越工程師”培養(yǎng)目標(biāo)、模式、方案出發(fā)，構(gòu)建了武漢大學(xué)農(nóng)業(yè)水利工程專業(yè)灌溉排水工程課程實驗、課程設(shè)計和實習(xí)等實踐環(huán)節(jié)，探索了課程實踐教學(xué)模式改革，加強理論聯(lián)系實際，有利于學(xué)生工程實踐能力的提高和思維的改善，有利于學(xué)生主動構(gòu)建知識體系，改進學(xué)生的學(xué)習(xí)策略，提高學(xué)習(xí)自信心，進而獲得更加全面的專業(yè)技能發(fā)展。

參考文獻：

[1]牧振偉，崔龍，石鐵玉，等.水利工程專業(yè)“卓越工程師”培養(yǎng)計劃探討[J].中國電力教育，2014，（2）：40-43.

[2]石自堂.農(nóng)業(yè)水利工程專業(yè)實踐教學(xué)指導(dǎo)書[M].北京：中國水利水電出版社，2010.

[3]鄭春龍，邵紅艷.以創(chuàng)新實踐能力培養(yǎng)為目標(biāo)的高校實踐教學(xué)體系的構(gòu)建與實施[J].中國高教研究，2007，（4）：85-86.

[4]竺志超，楊金林，祝洲杰.基于/零距離模式的非工程類專業(yè)工程素質(zhì)認(rèn)知教學(xué)[J].實驗技術(shù)與管理，2011，28（7）：18-20，27.

[5]涂善東，全面工程數(shù)育的探索與實踐[J].中國高等教育評估，2007，（4）：29-32.

[6]李遠瑛，張德生，高加成.走產(chǎn)學(xué)研結(jié)合之路，加強學(xué)生工程素質(zhì)培養(yǎng)[J].科技管理研究，2011，（2）：171-173.

[7]左延紅，張克仁.工科院校應(yīng)注重培養(yǎng)學(xué)生的工程意識[J].高等建筑育，2010，19（2）：14-17.