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农业水利工程

农业水利工程专业培养具备农业水利工程学科的基本理论和基本知识,能在水利、水电、水保、设计院等部门从事水利工程勘测、规划、设计、施工、管理和试验研究以及教学、科研等方面工作的高级工程技术人才。

我国地处北半球亚欧大陆的东部,东南濒临太平洋,是世界上季风最为显著的国家之一。东南季风和西南季风以及西高东低的地形决定了我国的气候具有夏秋湿润多雨、冬季寒冷干燥,东南沿海地区多雨、西北地区干旱的基本特性。

为农业服务的水利工程主要有蓄水工程(包括水库、堰塘)、引水工程(包括有坝引水、无坝引水)、提水工程(即泵站工程)和机井。历史上比较著名农业水利工程有:郑国渠、都江堰等。不同的水利工程通常是特定自然环境的产物,如南方多蓄水工程,北方多引水工程,山区多蓄水工程,平原多提水工程,南方多堰塘,北方多机井等等。虽然不同区域水利工程类型不同,但在同一区域中,不同的水利工程实际上是相互关联的,因此,农田水利的系统性并不仅仅是指单个水利工程构成的灌溉系统,如泵站灌溉系统由进水渠、泵房、输水渠等组成,任何一部分的破损都将导致整个灌溉系统的崩溃,而且指同一区域内不同水利工程之间所构成的水利系统,维护这个系统是有效发挥不同水利工程效用的前提,尤其是在经过人民公社时期,我国已经建立起了相对完善的水利系统的背景下,如何维护这个系统极其重要。

以江汉平原的荆门市为例,至1985年,荆门区域初步形成了以漳河水库为后盾,中小型水库和电力提灌为骨干、小型堰塘为基础,大、中、小结合,蓄、引、提相配合的灌溉供水体系,以堤防抗御外洪和水库拦蓄抗御山洪的防洪体系,以沿江滨湖涵闸,泵站为主的排涝体系。这三大体系的有机结合,使全市的有效灌溉面积达到140万亩,占总耕地面积的92%,从而使荆门市成为全国五十个商品粮生产基地县市之一。然而荆门区域却频遭旱灾,成灾程度十分严重,其根本原因在于原有的水利系统被破坏,相互孤立的水利设施抗旱能力差。

农业水利是准公共物品主要源于农田水利的系统性和特殊性。农田水利的系统性表明,农田水利难以做到有效排他;农田水利的特殊性表明,农田水利受自然因素影响极大,无法通过市场来有效供给(或市场供给导致低效益)。农田水利的有效性在于它的系统性,而系统性表现在单个水利工程构成的系统性和灌区水利工程之间构成的系统性两方面。除非是小型机台、堰塘和机井,一般水利工程的所有权、使用权、管理权均无法为单一主体所垄断。以泵站为例,泵站可能为国家或集体所有,但泵站附属设施如渠道尤其是毛渠,泵站管理单位是没有能力去维护的。实行生产责任制后,农户拥有土地的使用权,没有农户的同意(或没有相关补偿措施)便不能侵占或损害农户的土地使用权,而若渠系得不到有效维护,泵站灌溉可能难以实行。人民公社时期水利工程能有效发挥作用,其奥秘就在于水利工程管理单位与相关的社队形成了专管与群管相结合的管理与维护机制,困境在于水利工程管理单位与相关的用水者缺乏共同维护机制,这种机制若要建立,水利工程单位就不可能是一个外在于用水者的企业。由此,为农业灌溉服务的水利工程单位,很难真正作为一个市场化的主体而存在;用于农业灌溉的水资源,也难以成为一般意义的商品。另外,农业灌溉受自然因素影响极大,收益与风险均完全无法确定,因此,农业灌溉既具有公共性,又不能完全市场化,它只能是准公共物品。

非均衡是中国社会发展的重要特征之一。正如徐勇所说,在中国这样一个地域辽阔、人口众多、历史悠久的国度里,政治社会状况异常丰富和复杂。在国内的不同地方、不同社会组织单位、不同人群里的政治状况既有许多相似和共同之处,更有着不少的具体差别,表现出非等同性、非一致性的非均衡特点。可以说,世界上没有哪一个国家内部的政治非均衡性有中国这样突出。不仅在政治上,而且在经济、社会、文化上,中国社会发展的非均衡性也十分突出,非均衡性成为当下中国社会发展的一个总体性事实。具体来说,中国农村发展的非均衡性突出表现在如下几方面:第一、经济发展水平呈现出显著的区域差异。胡鞍钢曾用“一个中国,四个世界”来形象描述这种地区发展差异。第二、社会、文化在不同区域呈现出不同的特征。第三、不同区域受自然条件的约束,其生产方式、作物类型、市场化程度差异极大。第四、农民的组织化受自然条件、生产结构、区域文化、市场化程度等方面的影响而表现出异常复杂的情形。在较为封闭的区域,因为市场化程度较低,传统资源保存较好,乡村社区通过传统方式将农民组织起来;在经济发达、工业化程度较高的区域,市场成为连接人们的纽带;在传统已经消失,市场化程度较高,但又缺乏乡村工业的区域,农民处于原子化状态。中国农村发展的非均衡性要求人们在设计农田水利制度时应立足于不同区域的实际情况,切不可迷信某一种理论和某一种制度。

我国是一个水资源分布极不平衡的国家,治水一直是国家管理和社会生产与生活的重要事务。围绕治水,国家与乡村社会、不同区域、村庄之间以及农民之间形成的纠纷,容易诱发其他矛盾,危及社会稳定,这在历代古籍、碑文中亦多有记载。新中国成立之初,毛泽东发出“一定要把淮河修好”的号召,正是基于他借鉴历史经验做出的一个英明的治国战略决策。人民公社时期大修水利,由于很多水利工程跨县、跨公社、大队或生产队,也引发了许多纠纷,有些纠纷至今仍未解决。农村实行生产责任制后,水利纠纷更是司空见惯,有些甚至导致恶性事件。水利纠纷的产生,说到底,是因为土地资源和水资源短缺,水利设施不完善造成的。在土地资源和水资源短缺无法缓解的背景下,随着人口增长、城市扩张以及工占农水,水利纠纷将不可避免地变得更加尖锐、频繁和复杂,解决不好,容易引发乡村社会的不稳定。水利是农业的命脉。我国70%的粮食来自灌溉农业,增加可灌溉耕地面积,提高灌溉耕地的土地生产率,是保证中国粮食安全的有效措施。1949年以来,我国一直致力于增加可灌溉面积,使粮食生产取得长足发展。另外,在影响我国农业的诸多自然灾害中,以旱灾最为严重。尤其是年来,我国干旱影响范围大,持续时间长。2004年,南方许多省份发生了冬春连旱和秋冬连旱,全国农作物因旱受灾面积17255千公顷,其中成灾面积7951千公顷,因旱损失粮食231亿公斤,造成直接经济损失315亿元。2005年,南方部分地区又发生了严重的旱灾。旱灾的频发及成灾程度严重威胁着我国的粮食安全。我国是人口大国,粮食安全问题是国家发展战略问题,必须立足依靠自身力量来解决。

业务培养目标:本专业培养具备农业水利工程学科的基本理论和基本知识,能在农业水利、水电、水保等部门从事水利工程勘测、规划、设计、施工、管理和试验研究以及教学、科研等方面工作的高级工程技术人才。

从国际总体趋势上看,农业节水发展的重点已经由输水过程节水和田间灌水过程节水转移到生物节水、作物精量控制用水以及节水系统的科学管理,并重视农业节水与生态环境保护的密切结合,这也代表了现代节水农业技术的发展趋势与方向。

现代生物与农艺技术的发展趋势主要表现为:更加重视改良和利用作物的抗旱耐旱性及水分高效利用性,特别是通过认识作物抗旱、耐旱机理,筛选高WUE(水分利用效率)作物品种,提高作物本身的节水潜力;注重开发利用植物和淀粉类物质合成生物类的高吸水物质;将工程措施、农业措施与管理措施有机结合,形成综合节水技术,并向标准化和智能化方向迈进;由丰水高产型灌溉制度研究转向节水优产型灌溉制度研究,由作物常态顺境灌溉试验研究转向劣态逆境 灌溉试验研究由单纯地考虑作物产量问题转变为考虑产量和品质为双重目标。

在作物水分监测与精量控制灌溉方面,重点寻求建立能在不同湿度环境、不同天气条件下使用的基于作物冠层温度的作物水分胁迫诊断指标,随着精准农业技术的发展,该技术的应用将与精准农业其他技术融合,设备从手持式发展到与其他设备有机结合的机载式。基于“3S”技术的精量灌溉适用平台和数据管理软件以及作物生长决策模拟模型的开发会更加引起广泛关注。支持农田信息实时采集的各种传感技术和传输技术将得到更快发展。

在喷微灌技术研究方面,朝着多目标利用及运行管理自动化的方向发展。以提高抗堵能力和提高压力补偿能力以及降低成本的新型灌水器、注肥均匀且注肥浓度可调的注肥器、低压位和高性能的自洁高效过滤系统是微灌设备开发的新趋势。高精度快速成型专用设备是快速成型领域研究的发展方向之一,快速成型技术经过近20年的发展,在原型制作方面已经达到比较成熟的阶段,主要向高精度、快速化、制作金属功能件方向发展,高精度快速成型机是国际发展的趋势。喷微灌产品日趋标准化、系统化。

在地面灌溉实时反馈控制技术方面,将注重对地面灌溉条件下水流运动过程模拟模型进行完善,重点是对考虑田间地面平整状况的二维入渗模型开展充分的田间验证研究工作,实现对地面灌溉水流运动过程更准确的模拟;其次是开发地面灌溉条件下水流运动过程监测专用设备,对水流运动过程实现定点监测,为实施精细控制提供依据;第三是将实时反馈控制技术与应用的不同地面灌溉技术结合起来,探讨不同的控制方式,使其成为实用技术,建立起高效地面灌溉系统。控制性分根交替灌溉技术是当今国际前沿技术,已成为国内外研究的一个热点。其发展趋势主要是将分根交替灌溉的原理与不同灌溉技术形式结合起来,并分别确定最优的供水模式及灌水技术要素的组合,并研制开发相应的配套设备,在田间实现控制性分根交替灌溉过程。

在渠道管网高效输配水技术研究方面,将逐步实现输水系统的管网化、智能化和施工手段的机械化、自动化。非常重视空间信息技术、计算机技术、网络技术等高新技术的应用,大多采用自动控制运行方式,特别是对大型渠道的输配水工程多采用中央自动监控(遥测、遥讯、遥调)方式,以满足对灌溉系统管理的灵活、准确、快捷的要求。技术可靠、经济合理的高分子合成防渗新材料,技术可靠、结构简单、经济合理的刚柔混合结构或纯柔性结构,硬聚氯乙烯管、聚乙烯管、玻璃钢复合管和加筋复合管材、管件及其系列化将是渠道管网输水技术研究的重点。

污水灌溉对农产品品质的影响研究将是国际污水灌溉领域更加关注的重点之一。安全、高效与可持续发展是微咸水灌溉技术研究的重点。国际上普遍关注的是适宜主要作物的咸水灌溉技术、咸水灌溉利用对环境的影响以及浅层地下咸水可开采量的评价技术。

在雨水集蓄利用方面,新技术、新材料、新方法不断注入该研究领域。现代高分子材料、复合材料、生物材料以及智能决策系统、工程设计软件等先进技术已成为集雨工程研究领域的重要内容。现代集雨工程要求其集流方式和材料不但要具有高效、低成本、可靠的特点,而且正在向新型方便、绿色环保无污染的方向发展。HEC土壤固化剂、高掺量粉煤灰、有机硅喷涂型高分子化合物、草皮苔藓等极可能成为性能优良的新型集雨材料。在窖体设计上,将发展不同规格的可移动窖体系列产品;在技术的应用上,更加注重水环境的协调平衡和水资源的可持续利用;利用雨水或分散的零星水源的行走式节水机具将朝着标准化、系列化和自动化方向发展。

税费改革后,农田水利成为农村公共物品问题研究的热点。在讨论农田水利制度安排中,多数研究者侧重于制度的效率而对制度的其他方面关注不够。中国是一个农业大国,不同区域,自然条件、经济发展水平、作物类型存在很大差异,因而对水利有不同的需求。同时,中国也是一个人口大国,且农村人口占据全国人口的大多数,农田水利供给关系到农村社会稳定和国家的粮食安全。这就意味着,人们在设计农田水利制度时不能仅仅局限于制度的效率,而必须将视野拓宽到中国的特殊国情中,在细致考察农田水利基本前提的基础上来构建适合中国国情的农田水利制度。

农业水利工程专业是以灌排工程学、水文学和水力学及工程力学为基础,研究利用灌溉排水工程措施调节农田水分状况和改变区域水情分布,消除水旱灾害,科学利用水资源,为发展农业生产和改善生态环境服务的综合性学科。随着社会经济进步和科学技术发展以及水危机的日益加剧,我国的农业水利工程学科已经由过去的以农业生产服务为中心内容,扩展到了城市供水、城市绿地灌溉、城市污水处理及防洪、城市喷泉设计、跨流域调水、水利现代化、生态环境建设与保护等诸多领域。由于水资源总量有限,城市和工业用水日益增加,它在解决我国国民经济可持续发展所面临的水危机中将会发挥着越来越重要的作用,具有广阔的发展前景。

业务培养要求:本专业学生主要学习水利、土木工程学科的基本知识、基本理论,受到水利工程设计方法、科学研究方法及施工与管理的基本训练,具有水利工程的勘测、规划、设计、施工、管理等基本能力。

主干学科:力学、水利工程、农业资源利用

主要课程:工程水文学、工程力学、水力学、土力学、结构力学、钢筋混凝土结构、土壤农作学、水利工程施工、灌溉与排水工程学、水资源规划利用与管理、水工建筑物、水泵与泵站(或水电站)

主要实践性教学环节:包括测量、地质实习、认识实习、毕业实习、毕业设计,一般安排30~35周。

主要专业实验:建材实验、灌排技术试验、水力学试验、水泵性能试验、水工模型演示试验

开设该专业的所有学校:中国农业大学、西北农林科技大学、河海大学、华北水利水电大学、武汉大学、四川大学、东北农业大学、西安理工大学、 内蒙古农业大学、郑州大学、四川农业大学、黑龙江大学、扬州大学、 河北农业大学、太原理工大学、 云南农业大学、昆明理工大学、东北师范大学、陕西科技大学、宁夏大学、沈阳农业大学、 甘肃农业大学、西藏大学、河南大学、 长春工程学院、河北工程大学、石河子大学、 山西农业大学、新疆农业大学、 安徽农业大学、塔里木大学、三峡大学、浙江水利水电学院、南昌工程学院、江西农业大学

毕业生应获得的知识与能力

1.掌握水利、土木工程学科的基本理论和农业水土工程学科的相关知识;

2.掌握农业水利、水电、水保工程勘测、规划、设计、施工、管理和试验研究的基本技能;

3.具有从事农业水土资源开发利用与保护及乡镇供水工程的规划、设计能力;

4.了解国内外水利工程学科、农业工程学科及相关学科的学科前沿和发展趋势;

5.熟悉国家在水利水电工程建设、水资源开发与保护、水土保持方面的有关方针、政策和法规;

6.掌握文献检索、资料查询的基本方法,具有初步的科学研究和实际工作的能力;

7.有较强的调查研究与决策、组织与管理,口头与文字表达能力,具有独立获取知识、信息处理和创新的基本能力。

就业前景广泛,一般分配到水利工程建设、管理部门、科研院所、高等院校等单位工作


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