灌溉排水工程“卓越工程師”實踐教學模式

邱元鋒+李小平

摘要：實踐教學是鞏固和加深理論知識的有效途徑，是培養“卓越工程師”的重要環節。灌溉排水工程是武漢大學水利水電學院農業水利工程的一門專業課，本文根據農業水利工程專業特點，從“卓越工程師”培養目標、模式、方案出發，構建了灌溉排水工程課程實驗、課程設計和實習等實踐環節，理論聯系實際，有利于提高課程教學質量以及學生工程實踐能力。

關鍵詞：農業水利工程；灌溉排水工程；“卓越工程師”；實踐教學

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

“卓越工程師”教育培養計劃是為了貫徹落實《國家中長期教育改革和發展規劃綱要》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人才，調整人才培養結構，提高人才培養質量，推動教育教學改革，增強畢業生就業能力都具有十分重要的示范和引導作用。“卓越工程師”培養方案在教學方法改革方面著力推行符合工程能力培養規律的學習方法，需要在現有教學模式基礎上，按照工程問題和需要制定教學計劃，培養學生創新意識和創新精神，要求本科生從工程實際出發、以工程項目做畢業設計，從而有效地提高學生的工程實踐能力、工程設計能力和工程創新能力，使他們成為現代社會需要的復合型人才。

一、灌溉排水工程

灌溉排水工程是武漢大學水利水電學院農業水利工程的一門專業課，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、灌排渠系的規劃設計、灌排田間工程、灌水新技術以及灌區用水管理等，這是農田水利的基本內容，也是各地農田水利共同性的問題。第二篇為地區水利規劃，主要介紹山區丘陵地區、南方圩區和北方平原地區這三大類地區的規劃治理措施及其有關的基本理論。

在貫徹教育部文件精神基礎上，落實“卓越工程師”教育培養計劃，灌溉排水工程實踐環節主要包括社會調查（含假期社會實踐）、理論課程、上機實習、課程實驗、課程設計、實習等內容。由于社會調查（假期社會實踐）、上機實習和理論課程教學中的實踐環節三部分的形式與內容變化多樣，主要由教師的教學計劃和學生的興趣確定，故本文從課程實驗、課程設計和實習三方面介紹灌溉排水工程實踐教學內容。

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，又不產生多余的水量向深層滲漏，必須了解水向土中入滲的規律。

本試驗的目的是：（1）了解農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律；（2）利用室內或者野外實測入滲資料，推求入滲速度與時間關系的經驗公式；（3）探討在野外條件下測定滲透系數（垂直方向）值的條件；（4）了解雙套環測試裝置及量水技術。

2.利用河溝附近地下水動態觀測資料反求水文地質參數的室內模擬試驗。利用野外實測的地下水動態資料求參數的實質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，地下蒸發等）影響下的地下水運動，測定外部因素在量上的數值及相應時期的地下水動態，利用解析解方法或數值計算方法反求參數（數學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、蒸發等），也可以是人為的（如抽水試驗、人工灌溉等）。在農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資料反求參數。

本實驗的目的是：希望在實驗室內模擬野外的條件（經過一定簡化），試驗者通過有關試驗數據的觀測及資料分析工作，掌握進行野外實際試驗的一般規律、觀測孔的布置、資料的取得以及反求參數的分析計算方法。此外，室內模型（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。噴頭是噴灌系統的專用設備，噴頭性能的優劣，對噴灌質量影響很大，噴頭水力性能有關參數則是進行噴灌系統設計的基本依據。因此，無論是生產新的噴頭系列或進行噴灌系統設計，選定噴頭型號，均應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構及工作原理；（2）通過測定噴頭的噴灑范圍、噴灑水量、水滴直徑、噴頭旋轉周期等水力性能參數，分析評價噴頭的水力性能；（3）認識并了解噴灌水力性能測試內容、測試設備和測試方法。

三、課程設計

1.灌區灌溉系統規劃設計。（1）題目類型。南方，丘陵山間川地。地面坡度較大，溝系發達，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濟作物。主要任務是灌溉系統的規劃設計，排水系統只做平面布置。（2）設計內容。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，編制全灌區的灌水率圖，并對灌水率進行修正，根據修正灌水率圖得到設計灌水率。②灌排渠道的規劃布置。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各級灌溉渠道設計流量的推求。計算典型支渠各級渠道的設計流量及支渠系水利用系數；推算其他各支渠渠首及干渠各段的設計流量以及全灌區灌溉水利用系數。④干渠設計水面線的確定。根據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干渠縱橫斷面的設計。根據設計流量設計干渠的橫斷面、縱斷面圖。

2.除澇排水系統規劃設計。（1）題目類型。南方，沿江濱湖圩垸區，地勢低平，水網密布，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用而受旱。本設計主要任務是以該圩垸為單位規劃設計排水系統，包括排水溝道系統、排水閘與排澇泵站。（2）設計內容。①排水系統的規劃設計。排水和灌溉系統的規劃布置，另外對相應的建筑物進行布置，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，推算干溝各段的設計排澇流量。排水溝道縱橫斷面設計：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。劃分抽排區和自排區。根據設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計流量和裝機容量的確定。根據排澇泵站排田（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，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。根據汛后外江平均水位及相應的蒸發、降雨資料，校核排水閘的尺寸是否滿足排澇要求，即排水閘是否在規定的時間內，將白湖水位降至日常水位。

四、實習

1.實習地點。湖北省徐家河水庫大型灌區、漳河水庫大型灌區等。

2.實習任務及時間安排。實習是重要的實踐教學環節，其目的在于幫助學生建立對水利工程的感性認識，為學習專業課程（如灌排工程學、水工建筑物、水泵及泵站等）及專業基礎課程（如水力學、結構力學、水工鋼筋混凝土等）打好基礎。

實習的任務是通過現場參觀灌區，了解灌區規劃設計的基本思想（如灌區水利工程的作用、渠系的整體布局，等）；了解灌區工程的組成及功能（如水源工程、渠系、田間工程，等）；了解灌區渠道、水工建筑物的類型、作用和特點；了解灌區的管理方式。

實習計劃時間為2周。

3.實習報告。在實習過程中，要求每個學生對每天的實習內容都有記載，寫出實習日記；在實習結束之前，還要求每個學生獨立完成一份實習報告（字數不少于5000字），以此檢查和鞏固實習效果。

實習報告大致可按以下框架來編寫：（1）回顧實習過程，對現場實習中的所見所聞進行歸納總結。（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）實習內容分為如下幾個專題：流域開發規劃；樞紐布置及水工建筑物設計；工程施工及監理；工程招投標及合同管理；工程環境保護及移民。選擇2～3個專題進行較詳細的論述，談自己的看法、收獲和體會。

五、結語

“卓越工程師培養計劃”是我國高等工程教育的重大改革項目，也是為培養創新能力強、綜合素質高、社會競爭力強的高質量工程技術人才的戰略需要。根據武漢大學農業水利工程專業的特點，從“卓越工程師”培養目標、模式、方案出發，構建了武漢大學農業水利工程專業灌溉排水工程課程實驗、課程設計和實習等實踐環節，探索了課程實踐教學模式改革，加強理論聯系實際，有利于學生工程實踐能力的提高和思維的改善，有利于學生主動構建知識體系，改進學生的學習策略，提高學習自信心，進而獲得更加全面的專業技能發展。

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