农业水利工程专业本科生毕业设计选题及灌区沙盘模型的作用

马 亮，赵经华，洪 明

（新疆农业大学 水利与土木工程学院，新疆 乌鲁木齐 830052）

1 农业水利工程专业对毕业生的素质要求

农业水利工程专业本科毕业生应能满足社会经济发展对农业水利工程专业人才的需求，其素质要求主要包括以下两方面。

（1）知识结构。本专业的学生主要学习水力学、土力学、材料力学、结构工程学及灌溉排水工程学等基本理论知识，学习水利工程的设计、施工、管理各个环节的基本技能及研究方法，接受课程设计、试验仪器操作和现场实习等多方面的实践训练。课程强调理论、技能与工程实践的有机结合，使学生成为会设计、能施工、懂管理的专业技术人员。

（2）专业技能。要求具有水利工程规划、设计和施工的基本能力；能对建筑物进行鉴定、加固、维修、检测，并具有简单处理工程质量事故的能力；在工程技术工作中能够运用计算机进行计算及辅助设计；熟悉水利工程行业的相关政策法规。

2 毕业设计选题依据

按照我国教育部的要求，毕业论文或毕业设计的合格标准为：选题的性质、难度、工作量、综合训练等情况结合实际，基本符合培养目标要求；毕业论文或毕业设计规范，质量合格。

新疆农业大学在2005年制定了“新疆农业大学指导本专科毕业设计（论文）工作暂行条例”，对有关毕业设计的选题原则作出明确规定，要求毕业设计选题结合生产实践，以农业生产的实际问题作为毕业设计选题；选题的深度、难度要与本专业的培养目标和教学要求相适应，题目适中，工作量饱满；毕业设计原则上1人1题，工科类允许多人同一题目，但应有不同子题或将设计任务分解等［1］。

我校水利与土木工程学院的毕业设计根据专业类型可分为水工建筑物、水电站建筑物、农业水利工程、土木工程、水利工程管理等，毕业设计时间为12周。灌区沙盘模型为农业水利工程专业本科生的毕业设计提供了一种全新的视角和平台。

3 毕业设计选题内容

选题恰当、设计内容明确，是搞好毕业设计的前提，而毕业设计是考查学生对所学专业知识能否综合运用的一种重要考核形式，也是学生毕业前进行的最后一次综合训练。根据我校“理论联系实际，教学结合生产”的办学宗旨和新疆的地域特点，我院农业水利工程的本科毕业设计选题主要有滴灌工程设计和灌区灌溉排水工程设计两大类。

3.1 滴灌工程设计

滴灌技术是当今世界上最节水的灌溉技术，是与机械化配套、易于实现自动控制，特别适宜于果树、蔬菜、设施农业、大田行播作物种植的一种现代化精准灌水技术［2］。新疆的节水灌溉面积位居全国前列，滴灌技术的应用已从单一的棉花推广到林果、小麦等作物。结合新疆农业发展的趋势确定的本科毕业滴灌工程设计题目，是从教师主持设计过的工程项目中选择气候特点具有代表性、滴灌灌溉面积适中、基础资料翔实的灌区作为设计基础资料编写设计任务书，设计内容涵盖水量平衡计算、系统流量推算、系统工作压力确定、主干管长度确定、滴灌区各级管路规划、管网水力计算、水锤计算、附属建筑物（如沉沙尺、闸井、镇墩等）设计及工程量与材料明细表等［3］。毕业设计提交的成果有设计说明书及设计图集（8～10张），主要包括滴灌系统工程平面布置图、节点压力图、地埋干管纵横断面图、管路节点连接图及附属建筑物设计图等［4］。

3.2 灌区灌溉排水工程设计

新疆灌溉水利用系数较低，渠道防渗工程依然是目前大型灌区改造的重要内容。针对新疆渠道防渗工程的改建与新建项目，进行典型灌区灌溉排水工程的毕业设计，使毕业设计与自治区水利事业的发展紧密相连。我校农业水利工程毕业设计选题以培养水利事业实用型人才为目标，设计内容涵盖灌区规划、水土平衡分析、渠道水力计算、渠道纵横断面设计、渠系建设物设计、道路工程、农田防护林工程等。毕业设计提交的成果有设计说明书及设计图集，主要包括灌区规划平面布置图、渠道纵横断面设计图、渠系建筑物设计图、道路纵横断面设计图等。

4 灌区沙盘模型在毕业设计中的作用

灌区沙盘模型能客观、真实地表达灌区现场的地形地貌、地物特征（道路、农田、渠道、居民住宅、水库、防风林等）和相关专题信息［5－6］，从而使观察者得到灌区清晰的印象。灌区沙盘模型的作用主要有以下几点：

（1）真实、客观地反映灌区实际情况。灌区沙盘模型中的渠道、分水闸、道路、桥梁、涵洞、林带等都可在平时见到。在课堂教学中进行演示时，通过沙盘模型的使用，可以增强学生的理性认识，使得日常生活中所看到的灌区水利工程更加趋于形象化、具体化，这是利用板书教学所不能比拟的。

（2）沙盘模型具有较强的实践性。教师在课堂上对灌区沙盘模型的演示，实质上是一种特殊性质的实践活动。学生通过对沙盘模型的认真观察，也会有身临其境的感觉，从而对灌区有宏观上的把握与理解。将这种特殊性质的实践活动引入毕业设计当中，实现了由实践到认识的一般过程［7－9］。

（3）可以激发学生的发散思维与空间想象力。教师的教学方式对学生有着较大影响，如果教师能够在课堂上采用实物模型激发学生的创造性思维，将会引导学生通过构建实物模型的方法来解决问题、开拓思路，逐步提高自己的实践意识和能力［10］。

5 灌区模型的制作

5.1 总体设计原则及要求

（1）合理确定比例尺及制作材料［11］。根据沙盘模型的区域范围和地理特点，合理确定沙盘模型的水平比例尺和垂直比例尺；根据盘体的净面积和区域内容，确定制作方案。选择合适的材料制作地形地貌模块及渠系建筑物模块等。

（2）正确处理各要素间关系。道路、渠道、林带、排渠、田地等地形要素的关系要相容搭配，表现要合理、自然，色彩关系处理要协调，以便客观、生动地反映实地的景观。可选择不同的表示方法，并根据用途及要求确定表现手法。

（3）制订合理的施工计划［12］。施工前期的准备工作包括材料、工具、资料和技术人员的准备工作，以及资料的技术处理和底盘的制作等；施工阶段的主要工作包括底盘的处理与纠正、地形要素的建立、各项要素的制作及电路系统的安装、盘内整饰及分块盘体间各要素的衔接等；整体的组装和调试工作要求各部分拼装准确，总体效果表现协调一致。

5.2 灌区沙盘制作

灌区沙盘教学模型按照1∶5 000的比例制作，模型平面尺度为2m×1m，模拟实际灌区面积5 000 ha。模型制作分为以下几个步骤［13］：

（1）沙盘教学模型的地形模拟及制作。选用泡沫苯板材料，根据实际灌区地形坡度进行修补，使模型坡度与实际灌区地形坡度相符。

（2）制作灌溉渠道模型。根据模型地形坡度，按照国家灌排规范原则布置完整的灌溉渠道（干、支、斗、农渠等），完成灌区渠道模型。采用不同颜色的LED灯带表示不同灌溉渠道。

（3）制作排水沟道模型。根据模型地形坡度，按照国家灌排规范原则布置完整的排水系统（干、支、斗、农沟等），完成灌区排水系统的模型制作。排水系统采用明沟排水模式，根据模型地形坡度布置排水渠系，采用不同颜色的LED灯带表示不同排水渠道。

（4）灌区建筑物模型的布置。根据建筑物布置的原则及交通要求，在灌区适当位置设置建筑物。以满足灌溉、排水及交通的要求。

（5）田间道路模型制作。根据灌溉系统及排水系统的布置，将道路布置于灌溉渠道或排水渠道的一侧。道路坡度尽量采用地形坡度。道路模型采用不同颜色塑料板条制作。

（6）田间林带模型制作。根据农田防护林的要求，在条田四周应布置林带。林带模型采用绿色塑料仿真树代替，主防护林模型树高7cm，副防护林模型树高5cm。

（7）灌区模型简介板采用绿底白色泡沫板制作。将灌区面积、地形坡度、灌区气候条件、渠系布置形式、建筑物数量等信息予以展示，以便于学生对模型有一个总体的了解。

6 效果评价

通过问卷调查来检验灌区沙盘模型用于本科毕业设计教学实践的效果。调查问卷涉及灌区总体规划布置最大的难题、渠系布置、灌排渠道如何与道路衔接、对模型的总体感觉、对灌区模型的修改意见及建议等问题。调查对象为我校2007级和2008级农业水利工程专业的民族班、2008级和2009级该专业汉族班，调查人数约200人。

对问卷调查结果进行了统计分析。在收回的问卷中，有72.5%的学生认为参观完灌区模型总体感觉有效果或有一定的效果；81%的学生认为参观完灌区模型对毕业设计有帮助或有一定的帮助。有8%的学生提出了对该模型的修改建议，主要建议内容是：

（1）灌区规划模型中斗渠和农渠系没有采用LED灯带表示，如果也采用不同颜色的LED灯带表示，那么轮灌组如何划分将会更加清晰；

（2）希望在模型中更加细致地反映建筑物，如桥、涵、闸等建筑物的布局。

有70%以上的学生认为灌区沙盘模型对完成毕业设计有一定的帮助，特别是在灌区规划等方面。总体来看，将该模型用于实践教学比采用单纯的书本讲述方式效果要好，它不仅激发了学生的学习兴趣，而且使学生更容易理解灌区布置的原则和方法。

7 结论与讨论

笔者在多年的农业水利工程教学工作中发现，学生对灌区整体布局缺少全面的认识，在课程设计和毕业设计中存在灌溉渠系规划布置不合理、灌排渠系不协调、道路规划不统一等问题，无法将灌溉、排水、道路、林网和建筑物等统一考虑、全面布局，甚至对整个灌区的水利工程布局把握不清，以致出现规划方案与规范不符的问题。通过灌区模型的建立，把枯燥的图面符号转换成了立体直观的微缩景观，使学生能够对灌区规划布置有一个总体的感性认识，这为农业水利工程专业本科毕业设计提供了一种全新的视角和平台。

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［1］赵经华，马亮，马英杰.对农业水利工程专业本科毕业设计选题模式的研究［J］.实验技术与管理，2010，27（4）：33－35.

［2］周卫平，宋广程，邵思.微灌工程技术［M］.北京：中国农业出版社，1999.

［3］张志新.滴灌工程规划设计原理与应用［M］.北京：中国水利水电出版社，2007.

［4］李安国，建功，曲强.渠道防渗工程技术［M］.北京：中国农业出版社，1999.

［5］刘文忠.沙盘模型设计及制作初探［J］.测绘通报，2001（7）：43－44.

［6］赵京生，张吉光，朱建国.沙盘的数字化制作技术［J］.河南测绘，2002（3）：2－3.

［7］欧阳云.电子沙盘模型在高速公路机电项目中的应用［J］.中国交通信息产业，2006（7）：129－130.

［8］罗仲凯.城市沙盘模型制作与评价对学生综合能力的培养［J］.中国现代教育装备，2014（10）：48－49.

［9］沈健.沙盘模型在地理教学中的应用［J］.新课程学习：中，2014（12）：96.

［10］袁朝兴.基于ASP的数字沙盘模型在化工工程中的应用刍议［J］.河南科技，2013（3）：62.

［11］赵宇亮.可视化沙盘模型在气象业务中的应用浅析［J］.农业与技术，2013（6）：195.

［12］苏志军.多媒体互动沙盘模型研究与实践［J］.测绘技术装备，2012（4）：16－19.

［13］杨红卫，刘勇，许民.沙盘模型设计与实践［J］.地理空间信息，2010（6）：95－97.