灌溉排水工程“卓越工程师”实践教学模式

摘要：实践教学是巩固和加深理论知识的有效途径，是培养“卓越工程师”的重要环节。灌溉排水工程是武汉大学水利水电学院农业水利工程的一门专业课，本文根据农业水利工程专业特点，从“卓越工程师”培养目标、模式、方案出发，构建了灌溉排水工程课程实验、课程设计和实习等实践环节，理论联系实际，有利于提高课程教学质量以及学生工程实践能力。

关键词：农业水利工程；灌溉排水工程；“卓越工程师”；实践教学

中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2016）02-0110-02

“卓越工程师”教育培养计划是为了贯彻落实《国家中长期教育改革和发展规划纲要》而提出的高等教育重大改革计划，对高等教育面向社会需求培养人才，调整人才培养结构，提高人才培养质量，推动教育教学改革，增强毕业生就业能力都具有十分重要的示范和引导作用。“卓越工程师”培养方案在教学方法改革方面着力推行符合工程能力培养规律的学习方法，需要在现有教学模式基础上，按照工程问题和需要制定教学计划，培养学生创新意识和创新精神，要求本科生从工程实际出发、以工程项目做毕业设计，从而有效地提高学生的工程实践能力、工程设计能力和工程创新能力，使他们成为现代社会需要的复合型人才。

一、灌溉排水工程

灌溉排水工程是武汉大学水利水电学院农业水利工程的一门专业课，全书分为两篇，第一篇为灌溉排水，主要介绍灌溉排水的基本理论、灌排渠系的规划设计、灌排田间工程、灌水新技术以及灌区用水管理等，这是农田水利的基本内容，也是各地农田水利共同性的问题。第二篇为地区水利规划，主要介绍山区丘陵地区、南方圩区和北方平原地区这三大类地区的规划治理措施及其有关的基本理论。

在贯彻教育部文件精神基础上，落实“卓越工程师”教育培养计划，灌溉排水工程实践环节主要包括社会调查（含假期社会实践）、理论课程、上机实习、课程实验、课程设计、实习等内容。由于社会调查（假期社会实践）、上机实习和理论课程教学中的实践环节三部分的形式与内容变化多样，主要由教师的教学计划和学生的兴趣确定，故本文从课程实验、课程设计和实习三方面介绍灌溉排水工程实践教学内容。

二、课程实验

1.非饱和土壤的入渗特性及渗吸速度测定试验。旱地在进行地面灌溉时，灌溉水在重力作用下自地表逐渐向下湿润，为保证最为有效地利用灌溉水，既要使计划湿润层得到均匀灌溉，又不产生多余的水量向深层渗漏，必须了解水向土中入渗的规律。

本试验的目的是：（1）了解农田灌溉或降雨在田间形成水层时，水向土中入渗的过程及其变化规律；（2）利用室内或者野外实测入渗资料，推求入渗速度与时间关系的经验公式；（3）探讨在野外条件下测定渗透系数（垂直方向）值的条件；（4）了解双套环测试装置及量水技术。

2.利用河沟附近地下水动态观测资料反求水文地质参数的室内模拟试验。利用野外实测的地下水动态资料求参数的实质多是分析某一外部因素（如河沟水位变动、水井抽水、降雨入渗，地下蒸发等）影响下的地下水运动，测定外部因素在量上的数值及相应时期的地下水动态，利用解析解方法或数值计算方法反求参数（数学上称这种运算为逆运算）。这些外部因素可以是天然状况下的（如降雨、蒸发等），也可以是人为的（如抽水试验、人工灌溉等）。在农田水利中最常用的一种方法是通过在河沟水位变化期间测定河沟附近地下水动态资料反求参数。

本实验的目的是：希望在实验室内模拟野外的条件（经过一定简化），试验者通过有关试验数据的观测及资料分析工作，掌握进行野外实际试验的一般规律、观测孔的布置、资料的取得以及反求参数的分析计算方法。此外，室内模型（用砂槽）试验还有助于探索一定边界条件下地下水运动的机理，并可对某些理论研究成果进行验证。

3.喷头水力性能测试试验。喷头是喷灌系统的专用设备，喷头性能的优劣，对喷灌质量影响很大，喷头水力性能有关参数则是进行喷灌系统设计的基本依据。因此，无论是生产新的喷头系列或进行喷灌系统设计，选定喷头型号，均应进行喷头水力性能的测定。

本试验的目的是：（1）了解摇臂式喷头的结构及工作原理；（2）通过测定喷头的喷洒范围、喷洒水量、水滴直径、喷头旋转周期等水力性能参数，分析评价喷头的水力性能；（3）认识并了解喷灌水力性能测试内容、测试设备和测试方法。

三、课程设计

1.灌区灌溉系统规划设计。（1）题目类型。南方，丘陵山间川地。地面坡度较大，沟系发达，无洪、涝之虞。气候湿润，但雨量分布不均。种植以水稻为主的粮食作物与经济作物。主要任务是灌溉系统的规划设计，排水系统只做平面布置。（2）设计内容。①作物灌溉制度和灌水率的制订。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，编制全灌区的灌水率图，并对灌水率进行修正，根据修正灌水率图得到设计灌水率。②灌排渠道的规划布置。在所给的地形图上布置灌溉及排水渠系的干支两级渠（沟）道，以及主要渠（沟）系建筑物。③各级灌溉渠道设计流量的推求。计算典型支渠各级渠道的设计流量及支渠系水利用系数；推算其他各支渠渠首及干渠各段的设计流量以及全灌区灌溉水利用系数。④干渠设计水面线的确定。根据各支渠的田间参考点，推求各支渠要求干渠的水位，确定干渠设计水面线、干渠渠首位置、干渠渠首水位高程、拦河坝的位置。⑤干渠纵横断面的设计。根据设计流量设计干渠的横断面、纵断面图。

2.除涝排水系统规划设计。（1）题目类型。南方，沿江滨湖圩垸区，地势低平，水网密布，常受涝、渍威胁。气候湿润，雨量丰富，但水稻所需水量亦不敷应用而受旱。本设计主要任务是以该圩垸为单位规划设计排水系统，包括排水沟道系统、排水闸与排涝泵站。（2）设计内容。①排水系统的规划设计。排水和灌溉系统的规划布置，另外对相应的建筑物进行布置，包括灌溉泵站，排涝泵站，排涝闸以及交叉建筑物等。排水沟道排涝流量计算：计算排涝模数，推算干沟各段的设计排涝流量。排水沟道纵横断面设计：从各支沟选择参考点推求各支沟要求干沟的水位，并初步确定干沟的日常水面线和排涝水面线。划分抽排区和自排区。根据设计排涝流量确定干沟各段的横断面。最后绘制干沟纵横断面图。②一级排涝泵站的设计流量和装机容量的确定。根据排涝泵站排田（暴雨期间排走超过白湖蓄积能力的水）和排湖（在汛期两次暴雨间隙腾空白湖容积以迎接下次暴雨）两项任务，分别计算排田流量和排湖流量，并进行扬程、装机容量的确定。③排水闸排涝演算，以校核排水闸的尺寸。根据汛后外江平均水位及相应的蒸发、降雨资料，校核排水闸的尺寸是否满足排涝要求，即排水闸是否在规定的时间内，将白湖水位降至日常水位。

四、实习

1.实习地点。湖北省徐家河水库大型灌区、漳河水库大型灌区等。

2.实习任务及时间安排。实习是重要的实践教学环节，其目的在于帮助学生建立对水利工程的感性认识，为学习专业课程（如灌排工程学、水工建筑物、水泵及泵站等）及专业基础课程（如水力学、结构力学、水工钢筋混凝土等）打好基础。

实习的任务是通过现场参观灌区，了解灌区规划设计的基本思想（如灌区水利工程的作用、渠系的整体布局，等）；了解灌区工程的组成及功能（如水源工程、渠系、田间工程，等）；了解灌区渠道、水工建筑物的类型、作用和特点；了解灌区的管理方式。

实习计划时间为2周。

3.实习报告。在实习过程中，要求每个学生对每天的实习内容都有记载，写出实习日记；在实习结束之前，还要求每个学生独立完成一份实习报告（字数不少于5000字），以此检查和巩固实习效果。

实习报告大致可按以下框架来编写：（1）回顾实习过程，对现场实习中的所见所闻进行归纳总结。（2）介绍各水利枢纽工程的基本概况，重点介绍三峡水利枢纽工程的总体概况。（3）实习内容分为如下几个专题：流域开发规划；枢纽布置及水工建筑物设计；工程施工及监理；工程招投标及合同管理；工程环境保护及移民。选择2～3个专题进行较详细的论述，谈自己的看法、收获和体会。

五、结语

“卓越工程师培养计划”是我国高等工程教育的重大改革项目，也是为培养创新能力强、综合素质高、社会竞争力强的高质量工程技术人才的战略需要。根据武汉大学农业水利工程专业的特点，从“卓越工程师”培养目标、模式、方案出发，构建了武汉大学农业水利工程专业灌溉排水工程课程实验、课程设计和实习等实践环节，探索了课程实践教学模式改革，加强理论联系实际，有利于学生工程实践能力的提高和思维的改善，有利于学生主动构建知识体系，改进学生的学习策略，提高学习自信心，进而获得更加全面的专业技能发展。

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