基于綠色發(fā)展理念融入水利工程設(shè)計(jì)中的探討

梁貞堂

(黑龍江省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，哈爾濱 150080))

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技術(shù)論壇

基于綠色發(fā)展理念融入水利工程設(shè)計(jì)中的探討

梁貞堂

(黑龍江省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，哈爾濱 150080))

文章通過對(duì)黑龍江省水利工程現(xiàn)狀分析，對(duì)如何在水利工程設(shè)計(jì)之中融入綠色發(fā)展理念進(jìn)行了探討。建議水庫(kù)工程庫(kù)容調(diào)節(jié)系數(shù)β<50%，壩型選擇盡量選用混凝土壩；堤防工程盡量一堤多用，順應(yīng)自然；對(duì)于排水體系健全的灌區(qū)工程輸水渠道盡量采用灌排兩用渠道，配水渠道采用水力最佳斷面。

綠色理念;水利工程;融入;水庫(kù);堤防;灌區(qū)

水利工程是改造和利用自然資源的工程，它促進(jìn)了經(jīng)濟(jì)發(fā)展、社會(huì)穩(wěn)定、民生和諧，提供了水量控制、洪水防御、干旱治理、能源供應(yīng)等多種功能。在改造和利用水資源的過程中，必然會(huì)對(duì)周邊自然狀態(tài)產(chǎn)生負(fù)面影響，如：改變了河流的基本形態(tài)，自然河流渠道化，自然河流非連續(xù)化等。水利工程設(shè)計(jì)是水利工程建設(shè)的基礎(chǔ)與先導(dǎo)，是水利工程功能發(fā)揮作用和效益的依據(jù)，因此，在水程工程設(shè)計(jì)中融入綠色發(fā)展理念、最大限度地降低水利工程對(duì)周邊環(huán)境的影響、處理好水利工程與經(jīng)濟(jì)發(fā)展的關(guān)系，成為要認(rèn)真探討與研究的問題。

水利工程設(shè)計(jì)融入綠色發(fā)展理念后，設(shè)計(jì)工作需要發(fā)生一些技術(shù)性變化。首先是治水理念的變化，必須克服人定勝天、戰(zhàn)勝自然的觀念，樹立在“以水定需、量水而行”的前提下，改造自然的理念。其次是治水工程的變化，要求工程占地最少、外引水量最小、影響環(huán)境最微、工程本身最美，達(dá)到人工建筑與自然景觀的協(xié)調(diào)、安全、與綠色的統(tǒng)一，人與自然的和諧。

1　綠色發(fā)展理念

文獻(xiàn)[1]首提綠色發(fā)展理念，并指出：實(shí)現(xiàn)“十三五”時(shí)期發(fā)展目標(biāo)，破解發(fā)展難題，厚植發(fā)展優(yōu)勢(shì)，必須牢固創(chuàng)新、協(xié)調(diào)、綠色、開放、共享的發(fā)展理念。綠色是永續(xù)發(fā)展的必要條件和人民對(duì)美好生活追求的重要體現(xiàn)。必須堅(jiān)持節(jié)約資源和保護(hù)環(huán)境的基本國(guó)策，堅(jiān)持可持續(xù)發(fā)展，堅(jiān)定走生產(chǎn)發(fā)展、生活富裕、生態(tài)良好的文明發(fā)展之路，加快建設(shè)資源節(jié)約型、環(huán)境友好型社會(huì)，形成人與自然和諧發(fā)展現(xiàn)代化格局，推進(jìn)美麗中國(guó)建設(shè)，為全球生態(tài)安全做出新貢獻(xiàn)。

在綠色發(fā)展理念的指導(dǎo)下，文獻(xiàn)還對(duì)涉及水資源的問題做出了具體要求：“實(shí)行最嚴(yán)格的水資源管理制度，以水定產(chǎn)、以水定城，建設(shè)節(jié)水型社會(huì)。”對(duì)涉及土地資源的也做出了明確要求：“堅(jiān)持最嚴(yán)格的耕地保護(hù)制度，堅(jiān)守耕地底線”，“堅(jiān)持最嚴(yán)格的節(jié)約用地制度，嚴(yán)格控制農(nóng)村集體建設(shè)用地規(guī)模”，等等。

針對(duì)水資源和水利工作的問題，文獻(xiàn)指出：從綠色發(fā)展看，我國(guó)水資源稟賦條件先天不足，水生態(tài)環(huán)境容量有限。必須堅(jiān)持節(jié)約優(yōu)先、保護(hù)優(yōu)先，以水定產(chǎn)、以水定城，充分發(fā)揮水資源管理紅線的剛性約束作用，以用水方式轉(zhuǎn)變倒逼產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整和區(qū)域經(jīng)濟(jì)布局優(yōu)化，著力提升河流、湖泊、濕地等自然生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性和生態(tài)服務(wù)功能，推動(dòng)循環(huán)經(jīng)濟(jì)、綠色經(jīng)濟(jì)和低碳經(jīng)濟(jì)發(fā)展。水資源、水環(huán)境、水生態(tài)與人民群眾的生命健康、生活質(zhì)量、生產(chǎn)發(fā)展息息相關(guān)，是最重要的公共產(chǎn)品、最普惠的民生福祉。我國(guó)水情復(fù)雜、水利建設(shè)歷史欠賬多，水利仍然是全面建成小康社會(huì)的突出短板。必須著力解決人民群眾最關(guān)心最直接最現(xiàn)實(shí)的水利問題，讓人民群眾有更多的獲得感。

綜上所述，綠色發(fā)展理念即載入國(guó)家“五大發(fā)展理念”之一的理念，指節(jié)約利用自然資源、防止破壞自然環(huán)境、改善修復(fù)生存狀態(tài)、保持發(fā)展生態(tài)平衡、協(xié)調(diào)促進(jìn)共同發(fā)展的理念。它要求任何發(fā)展行為和任何工程建設(shè)都必須以最大限度地維持、保護(hù)、修復(fù)、建造自然環(huán)境與生態(tài)健康為基本規(guī)范；在有利于自然環(huán)境和生態(tài)健康的同時(shí)，從中獲取經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益；將維系自然環(huán)境和生態(tài)健康作為新的經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)點(diǎn)。

2　融入綠色理念后水利工程設(shè)計(jì)的探討

2.1水庫(kù)工程

2.1.1水庫(kù)庫(kù)容

設(shè)計(jì)原則：水庫(kù)規(guī)模或水庫(kù)庫(kù)容的確定，以庫(kù)區(qū)淹沒占地最少、水庫(kù)對(duì)河流和周邊環(huán)境影響最小為主要研究參數(shù)；實(shí)現(xiàn)“以水定需”的目標(biāo)。

興利庫(kù)容：亦稱調(diào)節(jié)庫(kù)容，指正常蓄水位至死水位之間的水庫(kù)容積，用以調(diào)節(jié)徑流，提高水庫(kù)的供水量或水電站的出力，它是水庫(kù)工程的一個(gè)重要參數(shù)，決定著水庫(kù)工程的供水能力和淹沒庫(kù)區(qū)的大小。文獻(xiàn)[2]規(guī)定：水庫(kù)庫(kù)容系數(shù)β為水庫(kù)興利庫(kù)容與多年平均年水量的比值，β>30%屬多年調(diào)節(jié)水庫(kù)，8%≤β<30%屬年調(diào)節(jié)水庫(kù)，3%≤β<8%屬不完全年調(diào)節(jié)水庫(kù)，β<3% 屬日調(diào)節(jié)水庫(kù)。

通過對(duì)中大中型水庫(kù)庫(kù)容系數(shù)的計(jì)算，可得出黑龍江省已建大、中型水庫(kù)的庫(kù)容系數(shù)的分布情況，見表1，表2。

表1　黑龍江省大型水庫(kù)庫(kù)容系數(shù)表

表2　黑龍江省中型水庫(kù)庫(kù)容系數(shù)表

綜上可以得出：黑龍江省的水庫(kù)絕大部分是多年調(diào)節(jié)的水庫(kù)，庫(kù)容偏大，淹沒占地較多；在山區(qū)淹沒林地較多；違背了節(jié)約土地的相關(guān)政策。庫(kù)容系數(shù)偏大帶來(lái)的另一個(gè)問題就是水資源利用率可能偏大，可能超出50%的允許開發(fā)利用率。因此，建議：水庫(kù)興利庫(kù)容系數(shù)β<50%作為設(shè)計(jì)水庫(kù)興利庫(kù)容的依據(jù)。

2.1.2水庫(kù)壩型

設(shè)計(jì)原則：施工最為方便、外部干擾最小、壩型力求美觀。

在黑龍江省氣候因素是對(duì)水庫(kù)大壩施工影響的主要因素，設(shè)計(jì)大壩壩型時(shí)一定要高度重視氣候因素的干擾影響。給出了部分城市2013年的氣象資料，見表3、表4 。

表3　 哈爾濱、齊齊哈爾、黑河、佳木斯4市的月平均氣溫表　℃

表4　哈爾濱、齊齊哈爾、黑河佳木斯4市的月平均降雨表　mm

從表4給出的降雨看：黑龍江省基本沒有最佳施工期，可施工的時(shí)間內(nèi)均有降雨，且降雨大小的隨機(jī)性較大，也沒有明顯的地域和時(shí)空分布特點(diǎn)。

土質(zhì)筑壩材料有一重要指標(biāo)——最優(yōu)含水率，只有在最優(yōu)含水率的條件下，筑壩土質(zhì)的干密度、滲透系數(shù)、內(nèi)摩擦角等才能達(dá)到要求。在黑龍江省的整個(gè)施工期，土體的最優(yōu)含水率很難達(dá)到，往往是剛剛通過涼曬達(dá)到筑壩含水率要求，下一場(chǎng)雨可導(dǎo)致停工再等待，甚至整個(gè)施工期都不能施工。

因此，在黑龍江省水庫(kù)大壩壩型的選擇上最先考慮的應(yīng)是筑壩材料對(duì)雨水要求較低的材料，也就是雨季對(duì)施工影響最小的材料。根據(jù)近幾年黑龍江省水庫(kù)大壩的建設(shè)經(jīng)驗(yàn)，對(duì)黏土心墻壩要慎重選擇，或盡量避免使用；均質(zhì)土石壩盡量選用土質(zhì)以外的防滲材料；最優(yōu)選擇以水泥為膠結(jié)材料的壩型。

在眾多水庫(kù)壩型中，以水泥這膠結(jié)材料的混凝土壩、漿砌石壩也是占地最小的壩型，也是影響周邊環(huán)境最小的壩型。

2.1.3施工場(chǎng)地與壩區(qū)布置

施工場(chǎng)地布置：盡量減少對(duì)周邊環(huán)境的破壞。取土料場(chǎng)優(yōu)先選用淹沒區(qū)內(nèi)，且在淹沒線以下的料場(chǎng)。施工道路要與竣工后的管理與維護(hù)道路相統(tǒng)一。施工管理區(qū)盡量靠近壩區(qū)。施工后的棄料要在壩區(qū)附近集中堆放，形成景觀。

壩區(qū)布置：壩區(qū)要按水利風(fēng)景區(qū)設(shè)計(jì)；壩頂是景區(qū)的核心區(qū)域，要有突出的特色；壩區(qū)上游要突出親水特點(diǎn)，壩區(qū)下游要突出濕地特色；各主要建筑物即要與周邊和諧，又要成為宣傳節(jié)水的場(chǎng)所。

2.2河道工程

設(shè)計(jì)原則：一堤多用、濱水親水、和諧自然、賞心悅目。

無(wú)論是城市河道，還是農(nóng)田堤防，在建設(shè)河道工程的同時(shí)，進(jìn)一步美化河道工程，與周邊環(huán)境相和諧；在發(fā)揮防洪功能的同時(shí)，充分發(fā)揮河道工程的景觀、交通、城市商業(yè)等功能。達(dá)到有自然彎曲的河岸，有深潭淺灘和泛洪漫灘，有天然砂石、草叢和灌木，有寬緩窄急高低相間的常年流水；有豐富的水生動(dòng)植物；有安全綠色的防洪設(shè)施。

2.2.1堤線

擯棄保護(hù)面積最大化的理念，給洪水留出足夠的行洪空間。應(yīng)盡可能保留河流的自然形態(tài)，保留其蜿蜒性或分汊狀態(tài)，保留濕地、河灣、急流和淺灘。大江大河堤線離開主流50m以上，一般河流離開30m以上，小河流離開10m以上。堤線盡量順直，盡量讓堤防工程與旅游設(shè)施建設(shè)相結(jié)合，讓濱水親水成為現(xiàn)實(shí)。

2.2.2堤型

盡量采用當(dāng)?shù)夭牧现蹋捎诜罎B技術(shù)與護(hù)坡技術(shù)的發(fā)展，對(duì)筑堤的材料要求越來(lái)越寬松，為任何當(dāng)?shù)夭牧现翁峁┝丝尚校煌瑫r(shí)要避免采用直立式鋼筋混凝土和漿砌石堤型，它形成的“圍墻”，破壞了環(huán)境和諧、阻斷了親水情結(jié)。

2.2.3堤頂、堤坡和堤高

“堤頂盡可能地寬、堤坡盡可能地緩、堤高盡可能地小”，應(yīng)當(dāng)成為設(shè)計(jì)堤防工程的三原則。

1)堤頂：堤防工程是線性工程，即是防洪工程，也具有交通工程的特性，稍加改造交通功能就能發(fā)揮，就能方便人們出行；此時(shí)堤頂寬度決定著交通功能的安全程度，堤頂寬度由交通要求決定；堤防工程的防洪功能決定著堤頂是臨近河流的最高點(diǎn)，登高望遠(yuǎn)是人們親近自然的天然情結(jié)，因此堤頂又成了人們陶冶情操的場(chǎng)所，堤頂寬度應(yīng)由建設(shè)風(fēng)景區(qū)、滿足綠化、亮化、商業(yè)化、活動(dòng)化要求決定；堤頂建設(shè)要盡可能地寬。有時(shí)可采用矮防浪墻的形式，達(dá)到增加堤頂寬度的要求。在已建堤防中，哈爾濱市松花江堤防斯大林公園段堤頂局寬度達(dá)100m以上，綏濱鎮(zhèn)松花江堤防堤頂寬度達(dá)18m。

2)堤坡：堤防的坡度，堤坡越緩越便于攀爬、便于通過，越容易形成水陸生態(tài)系統(tǒng)內(nèi)部及相互之間生態(tài)流流動(dòng)的通道，越容易布置綠化和景觀工程。在已建堤防中，山東省臨沂市的沂河堤防的邊坡比達(dá)到1：10；黃河堤防山東省段堤后淤背達(dá)100m。部分需要防護(hù)的邊坡，盡可能少用單純的干砌石、漿砌石或混凝土護(hù)坡，多采用有防護(hù)的植物護(hù)坡，近年來(lái)推廣的多孔混凝土砌塊、雷諾護(hù)墊等就是很好的護(hù)坡形式。

3)堤高：堤防的高度，在滿足防洪標(biāo)準(zhǔn)的前提下，堤防高度要盡可能的小，既避免“圍墻”效應(yīng)，減輕通行壓力，又可以減少征用土地，四則維持周邊環(huán)境。

堤防的安全超高盡可能縮小：①大部分河流洪水來(lái)勢(shì)猛，流速大，水面吹程短，高水位持續(xù)時(shí)間不長(zhǎng)，遇到設(shè)計(jì)風(fēng)速的機(jī)率非常稀少，波浪爬高可以降低；②由于城市堤防，多與道路相結(jié)合，堤身經(jīng)砌護(hù)后的安全度較高，允許短時(shí)間越浪；③農(nóng)田堤防迎水面多植防浪林，可以消減風(fēng)浪爬高。因此，堤防的安全超高可參照規(guī)范適當(dāng)降低。但在堤身結(jié)構(gòu)和基礎(chǔ)處理等方面增加一定的安全度，做到既安全又美觀。安全超高盡可能用防浪墻替代；由于堤防設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)的稀遇性，永久性防浪墻的高度應(yīng)<1.2m。

2.3灌區(qū)工程

2.3.1輸水渠道——干、支、斗渠

設(shè)計(jì)原則：節(jié)約用水、減少占地、盡量利用原有工程。

黑龍江省東北部三江平原八十、九十年代進(jìn)行過大規(guī)模的排澇工程建設(shè)。建設(shè)水田灌區(qū)時(shí)，要充分利用已有的排澇溝道，并將其改造成灌排兩用渠道。

灌排兩用渠道一般按排水參數(shù)設(shè)計(jì)渠道，邊坡比m>1.0，渠道深度h>2.0m。灌排兩用渠道有以下特點(diǎn)：

可充分利用地下水、雨水及回歸水。在挖方渠道中輸水，渠中水位接近地下水位，可減少滲漏和跑水的浪費(fèi)，同時(shí)，可以接納區(qū)間田間滲漏水、排水以及區(qū)間降水徑流，可使棄水回歸利用，基本實(shí)現(xiàn)零排放。每年節(jié)約用水20%以上。

可減少永久占地，方便工程實(shí)施。灌排兩用渠道不需要大填方，可節(jié)省工程占地；灌排合一，減少近一半的交叉建筑物，從而節(jié)約工程量，減少投資；挖方施工比較容易，對(duì)降雨影響要也較低。一般減少占地60%，減少投資50%以上。

可形成自覺節(jié)水灌溉機(jī)制。由于黑龍江省耕地多，管理比較粗放，灌溉時(shí)往往是上游“大水漫灌”，下游“盼水興嘆”。灌排兩用輸水渠道灌區(qū)的配水渠道需要用水戶抽水解決，灌溉多少直接與切身經(jīng)濟(jì)利益掛鉤，可形成自覺節(jié)水灌溉機(jī)制，避免水資源的浪費(fèi)，提高水資源利用率。

農(nóng)民樂于接受。利用排水溝輸水，可提前15 d將水放入溝中，有利于農(nóng)民抓住最佳的灌溉時(shí)間進(jìn)行灌溉。沒有了大填方，減少了交通的分割，方便了農(nóng)民出行與耕作。充分利用了原有排水工程，得到了農(nóng)民認(rèn)可。減少了工程占地，可方便實(shí)施。

便于安排路林溝(渠)。農(nóng)田路、農(nóng)田林、排水溝、灌溉渠均是農(nóng)田基本工程，挖方渠道可以很方便地解決這一問題，并少占耕地。

2.3.2配水渠道——農(nóng)、毛渠

設(shè)計(jì)原則：配水渠道基本是填方渠道，其渠道斷面可按水力最佳斷面設(shè)計(jì)。

由幾何學(xué)可知，圓形斷面或半圓形斷面為水力最佳斷面；由于兩側(cè)邊坡往往達(dá)不到要求，因此配水渠道優(yōu)先選擇“U”型斷面渠道。目前，有關(guān)單位研發(fā)的復(fù)合材料“U”型斷面渠道已工廠化生產(chǎn)，它安裝方便、經(jīng)久耐用、防滲抗刺，應(yīng)當(dāng)成為首選。另外，渠道的過水能力與邊壁的粗糙程度呈反比，因此邊壁盡量光滑。

3　結(jié)　語(yǔ)

綠色發(fā)展理念博大精深，融入到水利工程的設(shè)計(jì)中具有現(xiàn)實(shí)意義，文章對(duì)水庫(kù)、堤防、灌區(qū)工程進(jìn)行了初步探討，有拋磚引玉之意，希望大家共同努力，將水利工程建造成順應(yīng)自然、永續(xù)利用的工程，為人類社會(huì)的美好發(fā)展貢獻(xiàn)力量。

[1]王翠蓮.中共中央關(guān)于制定國(guó)民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展第十三個(gè)五年規(guī)劃的建議[N].人民日?qǐng)?bào),2015-11-4.

[2]陳雷.全面貫徹落實(shí)黨的十八屆五中全會(huì)精神奮力譜寫”十三五”水利改革發(fā)展新篇章[J].中國(guó)水利,2016(02)：1-9.

Discussion about Green Development Concept Integrating into Design of Hydraulic Engineering

LIANG Zhen-tang

(Heilongjiang Provincial Water Conservancy & Hydropower Investigation，Design and Research Institute，Harbin 150080，China)

This paper explores how to integrate the hydraulic project design into the green development concept by analyzing the current situation of water conservancy projects in Heilongjiang Province.The accommodation coefficient of reservoir capacity β is less than 50% and the concrete dam should be selected as far as possible；one dike engineering always is used in multi-purpose and should comply with the ordinary use；the conveyance canal of irrigation area with good drainage system should adopt possibly the double-purpose channel for irrigation and drainage uses，and the distribution channel should adopt the optimal hydraulic section.

green development concept；hydraulic engineering；integrating into;reservoir;embankment;irrigation area

1007-7596(2016)05-0067-04

2016-03-15

梁貞堂(1963-),男,山東冠縣人,研究員級(jí)高級(jí)工程師，研究方向?yàn)樗こ坦芾砝碚摗?/p>

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