水利工程設計需注意的問題探討

龔娟

摘要：水利工程建設在當今社會占有相當重要的地位，水利工程設計是一項關鍵、復雜、繁瑣的工作，因此設計要做到統籌安排。在設計階段應及時與外部系統及相關環節溝通反饋，通過工期安排、安全度分析，設計工作人員要站在工程建設全局的高度上，綜合各階段反映的問題，逐個提出方案進行解決。同時在工程管理、調度及日后工程運轉產生效益等方面提出周到的安排。文章對水工建筑物的設計中步驟、安全、美觀等問題進行了探討。

關鍵詞：水利工程建設；施工狀況；外觀設計；工程管理；工程調度 文獻標識碼：A

中圖分類號：TV222 文章編號：1009-2374（2015）06-0034-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.0444

水利工程總體來說是在掌握現代科學和技術手段的基礎上，通過修建相應水利工程達到除水害，防災減災目的而興建的工程。水利工程在我國乃至全世界都占有非常重要的地位，只有消除了水害，社會民生才得以安定，經濟才得以提升?，F代水利工程具有以下特點：一是受自然條件制約，工作條件復雜多變；二是施工難度大，對環境和自然的影響也大；三是社會、經濟效益高，與經濟系統聯系密切；四是工程失事的后果嚴重等。這就要求水利工程技術人員必須廣泛、深入、系統地掌握科學技術知識，在設計和建設水利工程中要和生態、環境、航運、旅游、文物等部門協調，要在工程設計中以高度的責任心，深入實際，多方借鑒，反復比較，全面論證，才能圓滿地做好設計工作。

1 水工建筑物設計的步驟

在水利工程建設過程中，水工建筑物設計是其中的一個環節，一個子系統活動。進行水工建筑物設計時，在考慮建筑物穩定安全等基礎上，還應從工程的施工方法和施工步驟方面加以分析，并對工程方案的優劣進行方案比選，從而決定工程設計方案。建筑物設計階段的主要工作步驟為：一是收集基礎資料，掌握信息來源；二是明確工程總體規劃及其對樞紐和建筑的功能要求。這是設計工作的目標，只有明確了設計目標，才能為下一步工作的展開提供支撐；三是提出方案比選，確定設計方案。以初擬的建筑物型式為基礎，從工程建設條件、淹沒指標、施工條件、工程投資等方面對方案進行分析、比較、評價，篩選出可行的推薦方案；四是對建筑物的細部結構進一步優化，使其方案在工程占地、投資等方面更經濟、更人性化；五是初步確定建筑物的施工組織方案，完善工程主要工序質量控制措施、方法、指標及標準；六是對方案進行評價及驗證。只有全面地掌握了設計步驟，才能條理分明進行設計，就具備了設計的前提條件。

2 水工建筑物設計的安全性

設計方案的基本要求是實用、經濟、安全和美觀。實用、經濟這兩個問題主要是面對工程的直接有關方面（如使用者、受益者、投資者等），安全問題事關全社會，容不得半點馬虎，須從已制定的有關規程、規范來保證。從全局上做到設計工作與社會要求相協調，使水工建筑物設計符合安全可靠、經濟合理、持久耐用、技術先進、外觀新穎的要求。水工建筑物，尤其是壩，是水利工程的核心，關系人民群眾生命財產安全。設計人員應當精心設計，業主、監理、施工、設計方更應精心施工，做到安全第一。

為了保證建筑物安全，必須在規劃、科研、初設階段加以分析，提供技術說服力，保證其在主體功能區蓄水及泄水能力、結構強度及穩定性等方面均有一定的安全系數儲備。地基、基礎是工程的主要組成部分，其強度及穩定性亦應予以同等重視。同時我國受環太平洋地震帶及歐亞地震帶的影響，地震活動頻繁，歷史上多次發生災害性大地震，全國大部分地區為抗震設防區，地震烈度在6度以上的地震區面積占全國國土面積的60%，其中的18%為8度、9度強震區，而近期又處于地震活動上升期。又由于水庫蓄水而引起庫區及庫水影響所及的鄰近地區出現新的水庫誘發地震，因此，需要重視對水工建筑物的抗震分析。水工建筑物類別很多，結構型式、邊界條件和荷載復雜，地震作用時的動態反應各異，需結合具體情況進行實際抗震分析。

3 水工建筑物施工過程的狀況

至此可根據建筑物設計圖紙組織施工，但是對一個成功的設計而言，道路才走了一半。更重要的是應當繼續關注工程的施工、管理、運用及原型監測的情況；通過實踐檢驗設計工作的得失，及時總結，必要時加以糾正，如此不懈地努力才能高水平地建成水利工程。而當今存在一部分水利工程師，對其設計成果后續建設有很好跟進，對設計中存在的問題沒有進行反復檢驗。好的開始是成功的一半，在建筑設計階段就應當認真分析比較施工方案，施工方法和進度必須與水利樞紐施工導游協調一致，全面統籌安排。對建筑物在施工期的工作狀況應當仔細、全面地分析研究，不容忽視，因為水工建筑物施工期限較長，有的長達10年以上，建筑物的抗力在施工期較差，而某些作用的最大值是在施工期出現的。例如：（1）壩在施工期洪水調蓄比最小，有的壩在重現期較短的洪水通過時，下泄比正常運用期還大的洪峰流量；（2）施工期由于水庫還沒有完全形成，上下游水頭差小，下游消能設施效率低，河道中的水流流態更為惡劣，沖刷嚴重；（3）建造中的水閘閘室的重量，由于基坑不充水，沒有水的浮托作用，將全部作用在地基上；（4）混凝土澆筑后，因水泥水化熱溫度升高，與外界產生較大溫差等。不難看出，精心安排的設計，常可做到施工期中提前蓄水，興利發電。如三峽工程，施工期定為18年，經安排，在壩身施工第9年即可蓄水，低水頭發電，預計在開工后第12年即可做到利用提前發電收入補償當年的投資，經濟效益顯著。按時逐步地對施工過程中水工建筑物的狀況進行分析，可以保持各階段建筑物的安全，這是每一個水利工程設計者需注意的方面。

4 水利工程建筑物外觀新穎設計

水利工程建筑物作為一門專業的學科，設計人員往往只注重滿足工程功能需求而很少去涉足工程藝術角度，水利工程藝術觀、山水環境景觀化的設計顯得捉襟見肘。湖南地區有許多20世紀六七十年代興建的水利工程，由于受施工條件等方面的限制，工程設計等方面基本上沒有考慮建設非工程的措施和可持續發展的資源配置，更談不上考慮建筑藝術、生態環境等問題，隨著社會的發展，水利事業的不斷進步，工程與環境之間的矛盾日漸顯現。近幾年來，“和諧”已融入水利工程建設中，工程要“和諧”、環境要“和諧”，社會的發展要“和諧”，這讓設計人員意識到，水工建筑物的結構與藝術的配合，是為了更好地營造新型的景觀水利、城市化水利。同樣水利工程與建筑設計兩個專業的巧妙整合，可以達到減少投資、優化外觀、美化環境等多重目的。如：對于像管理站房，應充分結合當地民族特色，考慮周邊山體環境，對其房屋頂、梁、壁、窗進行造型，達到令人過目不忘的效果。同時應充分結合建筑物的抗風性和耐臟性問題。選擇承受超常的風荷載、耐臟性、耐水沖刷的材料。再次需體現出水利工程建筑固有的特點，在色彩搭配上應從冷色系或暖色系等方面進行綜合考慮，讓水利建筑物在外觀上取得較好的視覺沖擊效果。

5 結語

水利設計者在進行樞紐規劃時，應當在流域規劃的基礎上，根據樞紐所在地區的自然條件、社會經濟特點以及近期與遠期國民經濟發展的需要等，統籌安排，合理地開發利用水資源。同時作為蓄水工程主體的壩或江河的堤防，一旦失事或決口，將會給下游人民的生命財產和國家建設帶來重大的損失。所以在充分利用水利工程自身的優勢和山水合一自然環境的前提下，系統掌握水工建筑物設計步驟、安全、施工等環節出現的問題并結合水工建筑物藝術化，加以進行創作設計，將功能單一的工程水利設計向多功能的景觀化水利工程設計轉化，形成集觀光、游覽相結合的水利工程景觀區。從而吸引社會消費，帶動周邊社會經濟發展，形成水利工程結合景觀建設，促進水利的良性循環，推動水利事業健康發展。

（責任編輯：周 瓊）