現(xiàn)代水利工程設(shè)計的要點探討

李海洋 王興才 2孫悅

摘要：在現(xiàn)代水利工程設(shè)計中，必須充分考慮節(jié)能和環(huán)保要求，只有這樣，才能使設(shè)計出來的工程項目功在當代利在千秋。鑒于此，現(xiàn)代水利工程設(shè)計應當圍繞節(jié)能設(shè)計與生態(tài)設(shè)計展開。本文筆者對現(xiàn)代水利工程設(shè)計的要點進行了探討，希望對相關(guān)從業(yè)人員具有借鑒意義。

關(guān)鍵詞：現(xiàn)代水利工程，設(shè)計，要點

前言：水利工程的建設(shè)和應用對于我國社會的發(fā)展至關(guān)重要，但是在現(xiàn)階段水利工程使用中，逐漸發(fā)現(xiàn)了在傳統(tǒng)建設(shè)工藝中存在的一些問題，以致工程的飲用不能夠適應社會和自然環(huán)境，造成了一定的社會損失。保證水利工程設(shè)計的科學性，在設(shè)計環(huán)節(jié)中充分考慮到可能對其產(chǎn)生影響的因素，并進行合理協(xié)調(diào)，是保證水利工程科學建設(shè)和應用的關(guān)鍵。在設(shè)計環(huán)節(jié)中，應將工程的實用性和美觀性進行結(jié)合，增加其旅游等附加價值。

一、現(xiàn)代水利工程設(shè)計的主要特征分析

1.復雜性

對于現(xiàn)代水利工程設(shè)計而言，復雜性是其最為顯著的特征之一，具體是指設(shè)計過程中包含的內(nèi)容復雜，不但需要掌握工程所在地的水文、地質(zhì)、生態(tài)環(huán)境等條件，而且整個工程中，還涵蓋了諸多領(lǐng)域，如電力、環(huán)保、工業(yè)等等，一旦某個環(huán)節(jié)或是細節(jié)性問題處理不好，都會對設(shè)計質(zhì)量造成一定程度的影響。

2.差異性

我國擁有著 960 萬平方公里的國土面積，在如此遼闊的土地上，各個地區(qū)的地理環(huán)境差異較大，同時，經(jīng)濟的快速發(fā)展，導致了各個省市、地區(qū)的經(jīng)濟和基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)存在很大的差異。而水利工程設(shè)計需要依托當?shù)氐膶嶋H情況，正因如此，使得其設(shè)計具有了差異性的特點。換言之，水利工程設(shè)計不可千篇一律，必須對工程所在地的實際情況予以綜合考慮，這樣才能使設(shè)計更加貼合實際，工程的作用也才能獲得充分發(fā)揮。

3.安全性

水利工程本身具有防洪、排澇等基本功能，這些功能全部需要相應的建筑結(jié)構(gòu)予以實現(xiàn)，這使得建筑結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性、可靠性、耐久性尤為重要。所以在水利工程設(shè)計過程中，必須確保建筑結(jié)構(gòu)的安全和質(zhì)量，只有這樣，才能保證其各方面功能的實現(xiàn)，也才能使水利工程的價值獲得最大程度地體現(xiàn)。

二、 現(xiàn)代水利工程設(shè)計原則

水利工程建設(shè)的科學性，對其實際的使用效果和效益的發(fā)揮存在著巨大的影響，更是關(guān)系著社會發(fā)展和人們生產(chǎn)生活需求。工程建設(shè)能否充分地滿足社會發(fā)展的需求，以及能否充分地促進其效益的提高，工程建設(shè)的設(shè)計是非常重要的影響因素。因此，在水利工程的設(shè)計環(huán)節(jié)中，應遵循以下幾點原則，以保證工程設(shè)計和建設(shè)的科學性。

1. 安全第一，經(jīng)濟合理的原則。

水利工程的實際功能正在不斷地進行著創(chuàng)新，從原有功能和作用的基礎(chǔ)上，有發(fā)展出許多附加的功能，從總體上說，現(xiàn)代水利工程是一項較為復雜的工程項目，與社會的許多方面都存在著較為直接的聯(lián)系。現(xiàn)代水利工程的設(shè)計應滿足相關(guān)的規(guī)范要求，確保水利工程設(shè)施的安全性、穩(wěn)定性和耐久性。現(xiàn)代水利工程設(shè)計應遵循風險最小和效益最大原則，做到經(jīng)濟合理。例如現(xiàn)代城市環(huán)境水利工程的設(shè)計，除應滿足一般的防洪要求外，還是城市的重要景觀，工程建成后將會有大量的游人進入，因此，在工程設(shè)計中既要滿足人們親水、嬉水的要求，同時還要確保人們的生命安全。

2.合理利用水資源的原則。

水利工程應用的主要對象時水資源，在現(xiàn)階段社會能源和資源匱乏的情況下，保證水利功能對水資源的合理利用是非常必要的，也是保證社會可持續(xù)發(fā)展的重要措施。水利工程對水資源進行控制的常見方式是蓄水，而這只是現(xiàn)代水利工程建設(shè)和應用時其中一項功能，除此之外，在其它方面都需要避免水資源的浪費。因此，在設(shè)計時應充分考慮水資源的合理利用，從而減少水資源的浪費。

三、現(xiàn)代水利工程的設(shè)計要點研究

通過對我國早期設(shè)計的水利工程進行分析后發(fā)現(xiàn)，很多工程不但整體能耗較高，而且還對周圍的自然生態(tài)環(huán)境造成了嚴重的破壞。可以說，傳統(tǒng)的水利工程是在高能耗和破壞環(huán)境的基礎(chǔ)之上設(shè)計出來的，這與我國當前所提倡的節(jié)能環(huán)保理念相違背。

1.現(xiàn)代水利工程節(jié)能設(shè)計要點

從現(xiàn)代水利工程的總體使用情況上看，防洪、排澇仍然是工程最為重要的功能。所以，水利工程設(shè)計必須以此作為前提和基礎(chǔ)，除了應當在汛期內(nèi)可以快速將河道中的積水排除之外，還應當能夠起到改善河道水資源質(zhì)量的作用。實現(xiàn)這一目標較為常用的方法為自排和強排。所謂的自排具體是指不借助任何外力，僅憑借工程設(shè)計時形成的水位差自行將多余的水排除。但是在某些水利工程中，由于地貌特征的限制，無法采用自排的設(shè)計方法。此時，則需要采用強排的方法。在強排的過程中，由于需要使用水泵等設(shè)備進行抽水，從而會消耗一定的動力和能源，為了減少強排中的能源消耗，可以在水利工程設(shè)計中，采用如下節(jié)能設(shè)計措施：

1.1增強自排能力。

通過對大量的水利工程進行研究后發(fā)現(xiàn)，其自排能力的大小，主要與水系統(tǒng)的布設(shè)以及河道本身的結(jié)構(gòu)特性有關(guān)。為此，在實際設(shè)計中，可以對水系進行優(yōu)化布置，并選擇合理的河道斷面和節(jié)制閘孔寬，這樣便可達到少建泵站的目的，僅利用閘前和閘后形成的水位差，就能夠完成自排，由此可大幅度節(jié)省水泵能耗。

1.2 確保閘與泵布置的匹配性。

在某些水利工程中，僅僅憑借自排的方法無法滿足排澇要求時，則必須修建泵站。為了實現(xiàn)節(jié)能的目標，可在設(shè)計過程中，采用泵閘相結(jié)合的布設(shè)方式，具體做法是在距離泵站較近的位置處修建節(jié)制閘，并以節(jié)制閘自排為主，當出現(xiàn)較大的水位差時，則開啟水泵進行強排，這樣能夠顯著降低強排的時間和次數(shù)，有助于節(jié)能降耗。

1.3 提高河道本身的蓄洪能力。

在傳統(tǒng)的水利工程設(shè)計中，提高河道的蓄能能力是較為常用的一種設(shè)計措施，普遍的做法是采用防汛墻。為了進一步減少防汛墻的占地面積，通常都是將之設(shè)計成直立式結(jié)構(gòu)。對于現(xiàn)代水利工程而言，可以考慮在河道兩側(cè)設(shè)置綠化帶，借此來提高河道的蓄洪能力，進而達到減少強排時間的目的，這樣不但能夠降低能耗，而且還符合生態(tài)景觀的建設(shè)要求。

2.水利工程生態(tài)化設(shè)計措施

為了實現(xiàn)人與環(huán)境的和諧發(fā)展，在進行現(xiàn)代水利工程設(shè)計中，必須采取合理可行的生態(tài)化設(shè)計措施，具體可從以下幾個方面著手：

2.1 結(jié)合生態(tài)環(huán)境進行設(shè)計。

由于現(xiàn)代水利工程中的水量相對較小，并且工程本身具有非常明顯的季節(jié)性變化特征，這給水利工程的設(shè)計增大了難度。為了實現(xiàn)水質(zhì)與水量的合理化配置，可在設(shè)計中充分運用工程學的理論與方法，并與環(huán)境科學相結(jié)合，借此來實現(xiàn)水利與自然生態(tài)環(huán)境的有機結(jié)合。例如，在水資源較為缺乏的地區(qū)建設(shè)水利工程時，應當在設(shè)計時以水量的高效利用和水質(zhì)凈化為目的，這樣不但能夠發(fā)揮出工程的作用，而且還能對自然生態(tài)環(huán)境起到一定程度的改善。

2.2 設(shè)計規(guī)劃應當滿足水體生態(tài)系統(tǒng)恢復要求。

在現(xiàn)代水利工程設(shè)計中，應當遵循因地制宜的原則，并在認真調(diào)查水文條件和環(huán)境分析的基礎(chǔ)上對工程進行優(yōu)化設(shè)計，盡可能使工程設(shè)計符合自然生態(tài)平衡規(guī)律的要求。同時要確保規(guī)劃設(shè)計滿足水體的生態(tài)系統(tǒng)循環(huán)，降低工程建設(shè)對水生態(tài)系統(tǒng)的破壞和影響，為生態(tài)水利的建設(shè)實施打好基礎(chǔ)。

結(jié)論

總而言之，現(xiàn)代水利工程設(shè)計不但是一項較為復雜且系統(tǒng)的工作，同時它與傳統(tǒng)的水利工程設(shè)計存在很大區(qū)別。為此，工程設(shè)計人員必須摒棄傳統(tǒng)的設(shè)計理念，并在實際設(shè)計中合理運用節(jié)能和生態(tài)設(shè)計措施，只有這樣，才能在體現(xiàn)現(xiàn)代水利工程作用和價值的同時，達到節(jié)約能源、保護自然生態(tài)環(huán)境的目標，這有助于促進人與環(huán)境的協(xié)調(diào)發(fā)展。

參考文獻

[1]霍風雙，王鴻飛.生態(tài)水利工程設(shè)計中亟待解決的問題和應對措施[J].黑龍江水利科技.2011（2）.