地下水科学与工程专业抽水试验教学基地建设的思考

谷洪彪，迟宝明，姜纪沂

防灾科技学院 地震科学系，河北 三河 065201

地下水科学与工程是一门以地质理论为基础，研究在自然条件和人类活动影响下，地下水系统结构、组成及其地下水量、水质的时空变化规律，并用这些规律兴利除弊造福于人类的学科[1]。其学科内涵决定了其具有理论与实践并重的特点，也决定了地下水科学与工程专业人才的培养必须经历“基础理论学习—地学思维培养—野外地质基本技能锻炼—专业基础理论学习—专业思维培养—专业实践—专业综合能力形成”这样一个循序渐进而完整的过程。

基于此，根据本专业的人才培养目标与培养方案，防灾科技学院确定了以水文地质学基础、地下水动力学、水文地球化学为基础核心的理论课程教学体系及以课程实验、基地实习与毕业设计等为主体的实践教学体系。理论课程体系中地球内部水的形成、分布和运动规律则是地下水科学研究的主要基础问题，而基础课程—“地下水动力学”则对地下水的运动规律进行了着重介绍，该门课程教学突出掌握基础，重视实践，强化应用，在掌握地下水运动基本理论、基本定律和基本方程的基础上，通过实验教学、参加现场试验，培养学生应用地下水动力学知识解决相关问题的能力[2]。其在专业课程体系中的地位毋庸置疑，据理论与实践相结合的原则，必须配备专门的实践教学课程来支撑该部分教学内容，那么抽水试验教学基地的建设及在教学中的运用则可完全弥补该部分实践内容的欠缺。

本文将从抽水试验教学基地建设的必要性、抽水试验教学基地在专业人才培养中的作用、抽水试验教学基地的建设等三方面来论述对地下水科学与工程专业抽水试验教学基地建设过程中的几点思考。

一、抽水试验教学基地建设的必要性

抽水试验是以地下水井流理论（主要内容包括孔隙渗流理论基础、河渠附近地下水运动、井附近的地下水运动）为基础，通过在井孔中进行抽水和观测，一般来测定含水层水文地质参数、评价含水层富水性和判断某些水文地质条件的水文地质勘察中最为常用的水文地质试验。它是地下水科学与工程专业人才培养计划中专业生产实习的重要组成部分，该门课程通常在大学三年级与四年级之间的暑期小学期开设，抽水试验教学基地的建设及运行可夯实学生的专业基础理论，对在地下水动力学等课程中所学知识进行验证和深化，在学生理解专业知识、深化专业能力起着承上启下的衔接作用。

《国家中长期教育改革和发展规划纲要（2010—2020）》高等教育部分指出“加强实验室、校内外实习基地、课程教材等教学基本建设，强化实践教学环节”。国内外地学教育教学模式也表明[3-10]，实践教学是人才培养的关键环节，充分的实验室教学实习和野外实践都是培养地学人才的重要途径。另外，地下水科学与工程专业人才的培养需经历地学思维至专业思维再至专业综合能力过程的转变，在此过程中由一年级认识实习、二年级地质教学实习、三年级专业教学实习、四年级毕业实习所组成专业实践教学体系发挥了举足轻重的作用，专业实习的教学质量直接影响本专业高素质人才的培养质量，而抽水试验教学基地即为此目的而建设的，其中开设的抽水试验课程恰为三年级专业教学实习内容，它也是专业实践教学体系中不可替代的要素之一，它的作用显得尤为重要。

因此，抽水试验实践课程是理论课程体系的延扩，也是实践教学体系不可或缺的重要内容，是专业人才培养过程中所必须经历的关键实践环节，抽水试验教学基地建设及其运行是专业人才教育模式的必然选择。

二、抽水试验教学基地在专业人才培养中的作用

抽水试验教学基地是为抽水试验的开展而建设的，该试验在地铁工程勘察、垃圾填埋场建设、水源地选址、地下水资源评价、重要建筑、工程建设基坑降水、矿产开发、坝基渗透稳定等方面发挥了重要作用，所确定的含水层参数精度直接影响水量计算和地下水资源评价等后续工作的进度。在应用如此广泛的行业需求推动下决定了地学类高校在培养专门人才的过程中必须开展抽水试验。

在抽水试验教学基地开展实践教学一般要求学生统测地下水位及了解试验基地及其所在地区的水文气象、地质地貌及水文地质条件、完成抽水试验设计，其间观测、记录、整理基础数据，最终完成抽水试验报告。教学重在过程，学习重在参与，参与的过程中获取知识，培养能力，那么在本专业学生经历抽水试验准备及进行的过程后，可使其具备较强实践动手能力、工作组织能力和解决分析专业实际问题的能力，达到培养学生专业思维能力、夯实专业基础、独立工作能力和创新能力的目的，具体表现为如下几点。

第一，学生通过统测地下水位了解地下水位年动态及多年动态变化特征，可结合水文气象条件判断地下水与大气降水、地表水之间的关系；第二，通过阅读基地所在区地质地貌及水文地质条件可对当地地层沉积韵律有所了解，对含水层结构、赋水条件形成初步认识，为开展抽水试验后分析地下水运动规律奠定基础；第三，通过对抽水试验的设计，学生可了解抽水试验的主要目的、任务、水文地质概念模型、求参方法、技术要求等事项；第四，在试验进行记录、整理、处理数据的过程中，可培养学生动手能力、小组成员间团队配合能力、应急处理事故数据的能力及对参数计算方法运用（AquiferTest、人工配线法、计算机配线法等）的综合能力；第五，学生在完成抽水试验报告的同时也基本了解抽水试验实施的过程，掌握求取水文地质参数的方法，具备对参数的合理性和精确性进行分析和检验及分析参数时空变化的影响因素等能力，同时体验了从阅读纸质水文地质资料、感官认识实体含水层到建立水文地质概念模型这一过程，加深巩固了学生的专业思维。

综上所述，抽水试验这一过程不仅使学生对含水层获得直观认识，掌握观测、记录数据的基本技能、应急处理抽水试验过程突发事故的能力及求取参数的基本方法，最终对基地所在区水文地质条件的形成全新的认识，最重要的是能够培养学生学会科学思考和正确的分析方法，锻炼其解决实际问题的能力。因此，抽水试验教学基地可喻为学生专业技能培养的小型根据地，在专业人才培养实践教学体系中的地位不可忽视。

三、抽水试验教学基地的建设

我院抽水试验教学基地位于北校区，占地面积约1200m2，场地内电路、排水系统齐全，水文地质条件较好，适宜开展以教学为目的的小型抽水试验。该基地的建设丰富完善了本专业实践教学体系，改善了专业教学条件，为培养具有较强专业素养的地下水科学与工程人才提供了根本性的保障。在此从基地所在区水文地质概况、教学内容的选择、基于抽水试验基地的教学设计三方面对教学基地的建设展开分析。

1.基地所在区水文地质背景

基地所在区位于潮白河东侧冲洪扇构成的扇形平原，该区域及附近地区地表水系较为发育，主要发育幸福河、鲍邱河，但现今已断流。教学基地区域地表出露地层为第四系洪冲积松散沉积地层，第四系地层以下为下伏基岩，主要为蓟县系白云岩和白云质灰岩，青白口系粉砂质页岩、粉砂岩和寒武系鲕状灰岩、竹叶状灰岩、黄褐色泥质条带状灰岩和紫红色页岩，奥陶系灰岩，石炭二叠系砂岩。

教学基地抽水井位于第四系含水层，其岩性主要为粉砂层，粘土层构成相对隔水层。区域地表以下50m深度范围内分布1～2层地下水，第1层为潜水，主要赋存在埋深约14m以上的粉土和砂类土层中；第2层地下水类型为承压水，主要赋存在埋深约28m以下的砂类土层中。本区潜水主要受大气降水入渗补给，以蒸发和径流为主要排泄方式；承压水主要受地下水越流、侧向径流等补给，以人工开采、地下水侧向径流和越流补给深层承压水为主要排泄方式。

2.抽水试验基地建设过程

以满足稳定流、非稳定流抽水为目的，综合考虑基地所在区域气象水文、地形地貌、地质、水文地质条件及场址具体地理位置受限情况，将建设过程具体分为基地建设设计、场地选址、组织施工、配套工程建设、试抽水试验等5部分。

本基地建设设计思路为首先熟悉场地水文地质条件：含水层埋藏条件、含水层岩性、地下水位流场变化及水化学条件；其次根据以上资料进行选址、勘察工作，通过对场地勘察取样可确定含水层厚度、求取水文地质参数，根据勘察钻孔柱状图、地下水流场分布与水文地质参数（渗透系数）确定抽水主要目的层、抽水影响半径、抽水井间距及抽水井空间分布情况；而后邀请基地所在区域生产单位、科研院所水文地质方面的专家教授开展论证工作，针对专家所提出的意见与建议修改完善抽水试验基地的设计方案，确定最终抽水井主孔、观测孔静井径、分布间距、孔深等基本参数与配套设施；最后由生产单位进行钻探、成井，施工过程需安排以安全第一为原则、时间安排需紧凑，严格按照规范进行施工；另外考虑大气水、地表水、土壤水、地下水（四水）循环转化关系，选定气象站、土壤盐分、温度、水量观测设备作为配套设施主要工程，其他工程为抽水泵、主控室、排水、电缆、路基、照明、抽水基地简介、基地保护等设施建设；最后进行试抽水试验，确定抽水泵具体参数。

在此过程中，需重点考虑以下问题：（1）场地选址：教学基地场地选址与矿产开发、工程建设等选择有所不同，教学基地目的是教学活动的组织和开展，选址不仅要满足专业上抽水试验要求，还对地形地貌、场地面积、周边环境有严格的要求。（2）基地设计需基于勘探孔勘察报告的条件上完成的，该部分与后期抽水井具体参数确定、抽水试验基地整体规划存在直接的因果关系，因此场地勘察工作显得尤为重要。（3）抽水试验基地建设方案需广泛征求当地具有水文地质工作经验的老专家及科研院所专家的意见和建议，目的是做好理论与实践相结合。（4）抽水泵具体参数的确定需要依据抽水试验的类型及场地水文地质参数而定。（5）抽水试验基地能否实现“一地多用”，建立成综合的试验平台，包括弥散试验、渗水试验、包气带水观测、气象观测等。

3.教学内容选择

在本教学基地共设计以下教学内容：（1）分小组轮流统测地下水动态数据，汇总后绘制年地下水位动态曲线，分析地下水动态特征。（2）抽水试验之前开展试抽水试验练习工作，以使学生熟悉抽水试验的流程、明确各自分工及试验的任务目的。（3）要求每人完成一份抽水试验设计报告，根据试抽水工作进一步梳理该试验的目的、任务、试验要求、其他注意事项及报告大纲。（4）抽水试验进行过程中，各小组成员轮流观测记录抽水与水位恢复期间的水位、水温、流量等项目，要求现场检查数据的合理性。（5）按抽水试验设计要求利用不同方法求取水文地质参数，绘制相关图件，并编写成果报告。（6）分小组依次答辩。

抽水试验以夯实学生专业理论基础为目的，可以使学生前期学到的水文地质基础知识得到充分运用，最终使本专业学生熟悉掌握抽水试验的基本思路与工作方法。

4.基于抽水试验的教学设计

基于抽水试验基地的教学设计要遵循“联系理论课程、解决实际问题、锻炼综合能力”的原则，由指导教师针对教学点所涉及的专业问题设计一些大作业，如“稳定流抽水与非稳定流抽水的区别”，规定相应的课题小组要完成稳定流非稳定流判别、公式应用假设条件分析、求参方法推导、图件绘制、结论分析等内容。在此基础上还可设立“基地所在区地下水资源量评价”、“重要工程建设基坑降水抽水试验设计”等应用型作业，使学生在对完成本次教学试验后不仅仅是了解它的流程、方法，还要了解它在实际生产如何应用。类似的大作业会将进一步增强学生的专业思维，提高学生的专业实践能力。

四、结论

抽水试验教学基地是地下水科学与工程专业实践教学体系中重要的组成部分，在专业人才目标培养的实现上具有至关重要的作用。经过抽水试验教学基地的建设及其教学实践，基于对抽水试验教学经验的总结和分析，提出了教学重在过程，学习重在参与，参与的过程中获取知识，培养能力的原则。在我院北校区抽水试验教学基地实际教学点的建设过程中，提出了建设抽水试验教学基地建设的设计思路以及所需考虑的5个重要问题，并根据行业需求及专业发展趋势进行了教学内容选择，最后进行合理的应用拓展作业设计，使理论与实践教学体系完美融合，取得了良好的教学效果，提高了专业人才质量。

[1]林学钰.“地下水科学与工程”学科形成的历史沿革及其发展前景[J].吉林大学学报( 地球科学版)，2007，(2)：209-215.

[2]王锦国，周志芳，张发明.地质工程专业地下水动力学课程教学改革初探[J].中国地质教育，2008，(4)：128-130.

[3]赖旭龙，唐小丽.英国高等地质教育情况简介[J].中国地质教育，2001，(1)：79-82.

[4]孟宪来.加拿大美国几所高等学校地质教育情况考察报告[J].中国地质教育，1996，(1)：50-56.

[5]戴塔根.德国高等地质教育现状及其与我国之比较研究[J].煤炭高等教育，1999，(4)：16-23.

[6]Zaltsberg E.苏联水文地质人才的培养一瞥[J].世界地质，1989，8(1)：149-154.

[7]王训练.日本的地质教育与地质研究[J].中国地质教育，1995，(3)：63-66.

[8]陈骏，胡文瑄，李成.地质学实践教学现状分析与对策[J]，中国地质教育，2007，(3)：133-139.

[9]杨伦.野外地质教学实习与学生人格培养[J].中国地质教育，1996，(2)：53-54

[10]马传明.地下水科学与工程专业实习教学质量保障体系的构建与实践[J].中国地质教育，2011，(1)：45-49.