谷洪彪，遲寶明，姜紀(jì)沂

防災(zāi)科技學(xué)院 地震科學(xué)系，河北 三河 065201

地下水科學(xué)與工程是一門以地質(zhì)理論為基礎(chǔ)，研究在自然條件和人類活動影響下，地下水系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、組成及其地下水量、水質(zhì)的時空變化規(guī)律，并用這些規(guī)律興利除弊造福于人類的學(xué)科[1]。其學(xué)科內(nèi)涵決定了其具有理論與實踐并重的特點，也決定了地下水科學(xué)與工程專業(yè)人才的培養(yǎng)必須經(jīng)歷“基礎(chǔ)理論學(xué)習(xí)—地學(xué)思維培養(yǎng)—野外地質(zhì)基本技能鍛煉—專業(yè)基礎(chǔ)理論學(xué)習(xí)—專業(yè)思維培養(yǎng)—專業(yè)實踐—專業(yè)綜合能力形成”這樣一個循序漸進而完整的過程。

基于此，根據(jù)本專業(yè)的人才培養(yǎng)目標(biāo)與培養(yǎng)方案，防災(zāi)科技學(xué)院確定了以水文地質(zhì)學(xué)基礎(chǔ)、地下水動力學(xué)、水文地球化學(xué)為基礎(chǔ)核心的理論課程教學(xué)體系及以課程實驗、基地實習(xí)與畢業(yè)設(shè)計等為主體的實踐教學(xué)體系。理論課程體系中地球內(nèi)部水的形成、分布和運動規(guī)律則是地下水科學(xué)研究的主要基礎(chǔ)問題，而基礎(chǔ)課程—“地下水動力學(xué)”則對地下水的運動規(guī)律進行了著重介紹，該門課程教學(xué)突出掌握基礎(chǔ)，重視實踐，強化應(yīng)用，在掌握地下水運動基本理論、基本定律和基本方程的基礎(chǔ)上，通過實驗教學(xué)、參加現(xiàn)場試驗，培養(yǎng)學(xué)生應(yīng)用地下水動力學(xué)知識解決相關(guān)問題的能力[2]。其在專業(yè)課程體系中的地位毋庸置疑，據(jù)理論與實踐相結(jié)合的原則，必須配備專門的實踐教學(xué)課程來支撐該部分教學(xué)內(nèi)容，那么抽水試驗教學(xué)基地的建設(shè)及在教學(xué)中的運用則可完全彌補該部分實踐內(nèi)容的欠缺。

本文將從抽水試驗教學(xué)基地建設(shè)的必要性、抽水試驗教學(xué)基地在專業(yè)人才培養(yǎng)中的作用、抽水試驗教學(xué)基地的建設(shè)等三方面來論述對地下水科學(xué)與工程專業(yè)抽水試驗教學(xué)基地建設(shè)過程中的幾點思考。

一、抽水試驗教學(xué)基地建設(shè)的必要性

抽水試驗是以地下水井流理論（主要內(nèi)容包括孔隙滲流理論基礎(chǔ)、河渠附近地下水運動、井附近的地下水運動）為基礎(chǔ)，通過在井孔中進行抽水和觀測，一般來測定含水層水文地質(zhì)參數(shù)、評價含水層富水性和判斷某些水文地質(zhì)條件的水文地質(zhì)勘察中最為常用的水文地質(zhì)試驗。它是地下水科學(xué)與工程專業(yè)人才培養(yǎng)計劃中專業(yè)生產(chǎn)實習(xí)的重要組成部分，該門課程通常在大學(xué)三年級與四年級之間的暑期小學(xué)期開設(shè)，抽水試驗教學(xué)基地的建設(shè)及運行可夯實學(xué)生的專業(yè)基礎(chǔ)理論，對在地下水動力學(xué)等課程中所學(xué)知識進行驗證和深化，在學(xué)生理解專業(yè)知識、深化專業(yè)能力起著承上啟下的銜接作用。

《國家中長期教育改革和發(fā)展規(guī)劃綱要（2010—2020）》高等教育部分指出“加強實驗室、校內(nèi)外實習(xí)基地、課程教材等教學(xué)基本建設(shè)，強化實踐教學(xué)環(huán)節(jié)”。國內(nèi)外地學(xué)教育教學(xué)模式也表明[3-10]，實踐教學(xué)是人才培養(yǎng)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，充分的實驗室教學(xué)實習(xí)和野外實踐都是培養(yǎng)地學(xué)人才的重要途徑。另外，地下水科學(xué)與工程專業(yè)人才的培養(yǎng)需經(jīng)歷地學(xué)思維至專業(yè)思維再至專業(yè)綜合能力過程的轉(zhuǎn)變，在此過程中由一年級認識實習(xí)、二年級地質(zhì)教學(xué)實習(xí)、三年級專業(yè)教學(xué)實習(xí)、四年級畢業(yè)實習(xí)所組成專業(yè)實踐教學(xué)體系發(fā)揮了舉足輕重的作用，專業(yè)實習(xí)的教學(xué)質(zhì)量直接影響本專業(yè)高素質(zhì)人才的培養(yǎng)質(zhì)量，而抽水試驗教學(xué)基地即為此目的而建設(shè)的，其中開設(shè)的抽水試驗課程恰為三年級專業(yè)教學(xué)實習(xí)內(nèi)容，它也是專業(yè)實踐教學(xué)體系中不可替代的要素之一，它的作用顯得尤為重要。

因此，抽水試驗實踐課程是理論課程體系的延擴，也是實踐教學(xué)體系不可或缺的重要內(nèi)容，是專業(yè)人才培養(yǎng)過程中所必須經(jīng)歷的關(guān)鍵實踐環(huán)節(jié)，抽水試驗教學(xué)基地建設(shè)及其運行是專業(yè)人才教育模式的必然選擇。

二、抽水試驗教學(xué)基地在專業(yè)人才培養(yǎng)中的作用

抽水試驗教學(xué)基地是為抽水試驗的開展而建設(shè)的，該試驗在地鐵工程勘察、垃圾填埋場建設(shè)、水源地選址、地下水資源評價、重要建筑、工程建設(shè)基坑降水、礦產(chǎn)開發(fā)、壩基滲透穩(wěn)定等方面發(fā)揮了重要作用，所確定的含水層參數(shù)精度直接影響水量計算和地下水資源評價等后續(xù)工作的進度。在應(yīng)用如此廣泛的行業(yè)需求推動下決定了地學(xué)類高校在培養(yǎng)專門人才的過程中必須開展抽水試驗。

在抽水試驗教學(xué)基地開展實踐教學(xué)一般要求學(xué)生統(tǒng)測地下水位及了解試驗基地及其所在地區(qū)的水文氣象、地質(zhì)地貌及水文地質(zhì)條件、完成抽水試驗設(shè)計，其間觀測、記錄、整理基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，最終完成抽水試驗報告。教學(xué)重在過程，學(xué)習(xí)重在參與，參與的過程中獲取知識，培養(yǎng)能力，那么在本專業(yè)學(xué)生經(jīng)歷抽水試驗準(zhǔn)備及進行的過程后，可使其具備較強實踐動手能力、工作組織能力和解決分析專業(yè)實際問題的能力，達到培養(yǎng)學(xué)生專業(yè)思維能力、夯實專業(yè)基礎(chǔ)、獨立工作能力和創(chuàng)新能力的目的，具體表現(xiàn)為如下幾點。

第一，學(xué)生通過統(tǒng)測地下水位了解地下水位年動態(tài)及多年動態(tài)變化特征，可結(jié)合水文氣象條件判斷地下水與大氣降水、地表水之間的關(guān)系；第二，通過閱讀基地所在區(qū)地質(zhì)地貌及水文地質(zhì)條件可對當(dāng)?shù)氐貙映练e韻律有所了解，對含水層結(jié)構(gòu)、賦水條件形成初步認識，為開展抽水試驗后分析地下水運動規(guī)律奠定基礎(chǔ)；第三，通過對抽水試驗的設(shè)計，學(xué)生可了解抽水試驗的主要目的、任務(wù)、水文地質(zhì)概念模型、求參方法、技術(shù)要求等事項；第四，在試驗進行記錄、整理、處理數(shù)據(jù)的過程中，可培養(yǎng)學(xué)生動手能力、小組成員間團隊配合能力、應(yīng)急處理事故數(shù)據(jù)的能力及對參數(shù)計算方法運用（AquiferTest、人工配線法、計算機配線法等）的綜合能力；第五，學(xué)生在完成抽水試驗報告的同時也基本了解抽水試驗實施的過程，掌握求取水文地質(zhì)參數(shù)的方法，具備對參數(shù)的合理性和精確性進行分析和檢驗及分析參數(shù)時空變化的影響因素等能力，同時體驗了從閱讀紙質(zhì)水文地質(zhì)資料、感官認識實體含水層到建立水文地質(zhì)概念模型這一過程，加深鞏固了學(xué)生的專業(yè)思維。

綜上所述，抽水試驗這一過程不僅使學(xué)生對含水層獲得直觀認識，掌握觀測、記錄數(shù)據(jù)的基本技能、應(yīng)急處理抽水試驗過程突發(fā)事故的能力及求取參數(shù)的基本方法，最終對基地所在區(qū)水文地質(zhì)條件的形成全新的認識，最重要的是能夠培養(yǎng)學(xué)生學(xué)會科學(xué)思考和正確的分析方法，鍛煉其解決實際問題的能力。因此，抽水試驗教學(xué)基地可喻為學(xué)生專業(yè)技能培養(yǎng)的小型根據(jù)地，在專業(yè)人才培養(yǎng)實踐教學(xué)體系中的地位不可忽視。

三、抽水試驗教學(xué)基地的建設(shè)

我院抽水試驗教學(xué)基地位于北校區(qū)，占地面積約1200m2，場地內(nèi)電路、排水系統(tǒng)齊全，水文地質(zhì)條件較好，適宜開展以教學(xué)為目的的小型抽水試驗。該基地的建設(shè)豐富完善了本專業(yè)實踐教學(xué)體系，改善了專業(yè)教學(xué)條件，為培養(yǎng)具有較強專業(yè)素養(yǎng)的地下水科學(xué)與工程人才提供了根本性的保障。在此從基地所在區(qū)水文地質(zhì)概況、教學(xué)內(nèi)容的選擇、基于抽水試驗基地的教學(xué)設(shè)計三方面對教學(xué)基地的建設(shè)展開分析。

1.基地所在區(qū)水文地質(zhì)背景

基地所在區(qū)位于潮白河?xùn)|側(cè)沖洪扇構(gòu)成的扇形平原，該區(qū)域及附近地區(qū)地表水系較為發(fā)育，主要發(fā)育幸福河、鮑邱河，但現(xiàn)今已斷流。教學(xué)基地區(qū)域地表出露地層為第四系洪沖積松散沉積地層，第四系地層以下為下伏基巖，主要為薊縣系白云巖和白云質(zhì)灰?guī)r，青白口系粉砂質(zhì)頁巖、粉砂巖和寒武系鮞狀灰?guī)r、竹葉狀灰?guī)r、黃褐色泥質(zhì)條帶狀灰?guī)r和紫紅色頁巖，奧陶系灰?guī)r，石炭二疊系砂巖。

教學(xué)基地抽水井位于第四系含水層，其巖性主要為粉砂層，粘土層構(gòu)成相對隔水層。區(qū)域地表以下50m深度范圍內(nèi)分布1～2層地下水，第1層為潛水，主要賦存在埋深約14m以上的粉土和砂類土層中；第2層地下水類型為承壓水，主要賦存在埋深約28m以下的砂類土層中。本區(qū)潛水主要受大氣降水入滲補給，以蒸發(fā)和徑流為主要排泄方式；承壓水主要受地下水越流、側(cè)向徑流等補給，以人工開采、地下水側(cè)向徑流和越流補給深層承壓水為主要排泄方式。

2.抽水試驗基地建設(shè)過程

以滿足穩(wěn)定流、非穩(wěn)定流抽水為目的，綜合考慮基地所在區(qū)域氣象水文、地形地貌、地質(zhì)、水文地質(zhì)條件及場址具體地理位置受限情況，將建設(shè)過程具體分為基地建設(shè)設(shè)計、場地選址、組織施工、配套工程建設(shè)、試抽水試驗等5部分。

本基地建設(shè)設(shè)計思路為首先熟悉場地水文地質(zhì)條件：含水層埋藏條件、含水層巖性、地下水位流場變化及水化學(xué)條件；其次根據(jù)以上資料進行選址、勘察工作，通過對場地勘察取樣可確定含水層厚度、求取水文地質(zhì)參數(shù)，根據(jù)勘察鉆孔柱狀圖、地下水流場分布與水文地質(zhì)參數(shù)（滲透系數(shù)）確定抽水主要目的層、抽水影響半徑、抽水井間距及抽水井空間分布情況；而后邀請基地所在區(qū)域生產(chǎn)單位、科研院所水文地質(zhì)方面的專家教授開展論證工作，針對專家所提出的意見與建議修改完善抽水試驗基地的設(shè)計方案，確定最終抽水井主孔、觀測孔靜井徑、分布間距、孔深等基本參數(shù)與配套設(shè)施；最后由生產(chǎn)單位進行鉆探、成井，施工過程需安排以安全第一為原則、時間安排需緊湊，嚴(yán)格按照規(guī)范進行施工；另外考慮大氣水、地表水、土壤水、地下水（四水）循環(huán)轉(zhuǎn)化關(guān)系，選定氣象站、土壤鹽分、溫度、水量觀測設(shè)備作為配套設(shè)施主要工程，其他工程為抽水泵、主控室、排水、電纜、路基、照明、抽水基地簡介、基地保護等設(shè)施建設(shè)；最后進行試抽水試驗，確定抽水泵具體參數(shù)。

在此過程中，需重點考慮以下問題：（1）場地選址：教學(xué)基地場地選址與礦產(chǎn)開發(fā)、工程建設(shè)等選擇有所不同，教學(xué)基地目的是教學(xué)活動的組織和開展，選址不僅要滿足專業(yè)上抽水試驗要求，還對地形地貌、場地面積、周邊環(huán)境有嚴(yán)格的要求。（2）基地設(shè)計需基于勘探孔勘察報告的條件上完成的，該部分與后期抽水井具體參數(shù)確定、抽水試驗基地整體規(guī)劃存在直接的因果關(guān)系，因此場地勘察工作顯得尤為重要。（3）抽水試驗基地建設(shè)方案需廣泛征求當(dāng)?shù)鼐哂兴牡刭|(zhì)工作經(jīng)驗的老專家及科研院所專家的意見和建議，目的是做好理論與實踐相結(jié)合。（4）抽水泵具體參數(shù)的確定需要依據(jù)抽水試驗的類型及場地水文地質(zhì)參數(shù)而定。（5）抽水試驗基地能否實現(xiàn)“一地多用”，建立成綜合的試驗平臺，包括彌散試驗、滲水試驗、包氣帶水觀測、氣象觀測等。

3.教學(xué)內(nèi)容選擇

在本教學(xué)基地共設(shè)計以下教學(xué)內(nèi)容：（1）分小組輪流統(tǒng)測地下水動態(tài)數(shù)據(jù)，匯總后繪制年地下水位動態(tài)曲線，分析地下水動態(tài)特征。（2）抽水試驗之前開展試抽水試驗練習(xí)工作，以使學(xué)生熟悉抽水試驗的流程、明確各自分工及試驗的任務(wù)目的。（3）要求每人完成一份抽水試驗設(shè)計報告，根據(jù)試抽水工作進一步梳理該試驗的目的、任務(wù)、試驗要求、其他注意事項及報告大綱。（4）抽水試驗進行過程中，各小組成員輪流觀測記錄抽水與水位恢復(fù)期間的水位、水溫、流量等項目，要求現(xiàn)場檢查數(shù)據(jù)的合理性。（5）按抽水試驗設(shè)計要求利用不同方法求取水文地質(zhì)參數(shù)，繪制相關(guān)圖件，并編寫成果報告。（6）分小組依次答辯。

抽水試驗以夯實學(xué)生專業(yè)理論基礎(chǔ)為目的，可以使學(xué)生前期學(xué)到的水文地質(zhì)基礎(chǔ)知識得到充分運用，最終使本專業(yè)學(xué)生熟悉掌握抽水試驗的基本思路與工作方法。

4.基于抽水試驗的教學(xué)設(shè)計

基于抽水試驗基地的教學(xué)設(shè)計要遵循“聯(lián)系理論課程、解決實際問題、鍛煉綜合能力”的原則，由指導(dǎo)教師針對教學(xué)點所涉及的專業(yè)問題設(shè)計一些大作業(yè)，如“穩(wěn)定流抽水與非穩(wěn)定流抽水的區(qū)別”，規(guī)定相應(yīng)的課題小組要完成穩(wěn)定流非穩(wěn)定流判別、公式應(yīng)用假設(shè)條件分析、求參方法推導(dǎo)、圖件繪制、結(jié)論分析等內(nèi)容。在此基礎(chǔ)上還可設(shè)立“基地所在區(qū)地下水資源量評價”、“重要工程建設(shè)基坑降水抽水試驗設(shè)計”等應(yīng)用型作業(yè)，使學(xué)生在對完成本次教學(xué)試驗后不僅僅是了解它的流程、方法，還要了解它在實際生產(chǎn)如何應(yīng)用。類似的大作業(yè)會將進一步增強學(xué)生的專業(yè)思維，提高學(xué)生的專業(yè)實踐能力。

四、結(jié)論

抽水試驗教學(xué)基地是地下水科學(xué)與工程專業(yè)實踐教學(xué)體系中重要的組成部分，在專業(yè)人才目標(biāo)培養(yǎng)的實現(xiàn)上具有至關(guān)重要的作用。經(jīng)過抽水試驗教學(xué)基地的建設(shè)及其教學(xué)實踐，基于對抽水試驗教學(xué)經(jīng)驗的總結(jié)和分析，提出了教學(xué)重在過程，學(xué)習(xí)重在參與，參與的過程中獲取知識，培養(yǎng)能力的原則。在我院北校區(qū)抽水試驗教學(xué)基地實際教學(xué)點的建設(shè)過程中，提出了建設(shè)抽水試驗教學(xué)基地建設(shè)的設(shè)計思路以及所需考慮的5個重要問題，并根據(jù)行業(yè)需求及專業(yè)發(fā)展趨勢進行了教學(xué)內(nèi)容選擇，最后進行合理的應(yīng)用拓展作業(yè)設(shè)計，使理論與實踐教學(xué)體系完美融合，取得了良好的教學(xué)效果，提高了專業(yè)人才質(zhì)量。

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