基于價值工程的河道水生態治理方案評價與優化研究

摘要：基于價值工程理論，針對某城市近郊河道的水生態治理方案進行系統評價與優化。從河道現狀出發，分析了水質污染、河道淤積及生態功能退化等問題，結合河道清淤、植被修復、生態護坡及水質監測系統等措施，詳細開展了功能與成本的分析，并計算了各治理措施的價值系數。研究發現，該河道先前部分治理措施的成本高且效果有限，需要進一步優化。在此基礎上，通過引入高效清淤技術、組合式人工浮島系統、生態袋護坡及物聯網水質監測系統等技術手段，優化治理方案，顯著降低了成本，提高了生態效益。優化后的方案表現出較高的性價比，清淤、生態護坡和水質監測系統的成本降低20%～30%，生態功能改善明顯。研究結論可為類似水生態治理工程提供借鑒。

關鍵詞：價值工程；河道；生態治理

中圖分類號：F592.7 文獻標識碼：A 文章編號：1008-9500（2025）03-0-04

Research on Evaluation and Optimization of Water Ecological Treatment Scheme for a River Based on Value Engineering

GONG Dingsong

（Guizhou Comprehensive Risk Monitoring and Early Warning Service Center， Guiyang 550004， China）

Abstract： Based on the theory of value engineering， a systematic evaluation and optimization of the water ecological governance plan for a suburban river in a certain city. Starting from the current situation of the river， the problems of water pollution， river siltation， and ecological function degradation were analyzed. Combined with measures such as river dredging， vegetation restoration， ecological slope protection， and water quality monitoring system， a detailed analysis of functions and costs was carried out， and the value coefficients of each governance measure were calculated. The study found that some of the previous governance measures for the river had high costs and limited effectiveness， and further optimization is needed. On this basis， by introducing efficient dredging technology， combined artificial floating island system， ecological bag slope protection， and Internet of Things water quality monitoring system and other technical means， the governance plan has been optimized， significantly reducing costs and improving ecological benefits. The optimized plan shows high cost-effectiveness， with a cost reduction of 20%～30% for dredging， ecological slope protection， and water quality monitoring systems， and significant improvement in ecological functions. The research conclusion can provide reference for similar water ecological governance projects.

Keywords： value engineering; river course; ecological governance

隨著城市化進程的加快，部分河道水生態環境逐漸惡化，水質污染、河道淤積以及生態功能退化問題日益嚴重。近年來，水生態治理工程在全球范圍內逐漸受到重視，然而治理方案的成本效益不均衡，導致資源浪費及治理效果不穩定[1]。價值工程作為一種有效的管理工具，能夠通過系統性分析，在保證治理功能的前提下，最大限度地降低成本，優化方案。本研究以某城市近郊河道為案例，針對該河道水生態系統面臨的污染及生態退化問題，運用價值工程理論全面評價現有治理方案，并提出優化設計，以實現更高的治理效益和經濟性。

1 案例概述

1.1 河道概況

某河道位于城市近郊，屬于典型的平原河道，河流全長約20 km，河寬在30～50 m，水深約2 m，流速緩慢。該河道長期受到周邊農業灌溉及生活污水的排放影響，導致水質污染嚴重，主要污染物包括化學需氧量（Chemical Oxygen Demand，COD）、總磷（Total Phosphorus，TP）、總氮（Total Nitrogen，TN），水質常年處于Ⅳ類至Ⅴ類。河道底部淤積物厚達0.5～1.0 m，富含有機物，導致沉積物內部營養鹽持續釋放，進一步加劇水體富營養化。生態系統退化明顯，河道沿岸植被破壞嚴重，生物多樣性降低，水生植物稀少，浮游生物群落失衡。水文分析表明，該河道的季節性流量變化較大，汛期流量暴增，存在一定的洪澇隱患，非汛期水量減少，水動力不足，難以形成有效的自凈能力。現有河道的斷面形態不規則，河岸硬質化較為嚴重，生態滯留功能缺失，不利于水生生態系統的穩定恢復。

1.2 現有治理方案描述

為解決河道淤積及污染物沉積問題，該河道當前采用機械清淤技術來清除底泥。為恢復沿岸植被生態功能，使用原生水生植物重建帶，結合生態修復技術重塑河道兩岸植被。為增強河道結構穩定性，采用生態護坡技術，取代硬質化河岸，設計生態階梯結構。針對水質污染問題，構建水質監測與預警系統，實時監控COD、TN、TP等指標，通過在線數據傳輸平臺進行動態調控。治理過程中通過構建人工濕地和生物滯留設施來進一步凈化水體。方案初期實施效果表明，水質指標有所改善，COD濃度降低15%，TP減少10%，但在汛期水質波動較大，治理效果不穩定。此外，植被修復區域局部覆蓋率不足，應加強后續維護及補種。

2 基于價值工程的治理方案評價

2.1 功能分析

功能分析主要從各治理措施的技術原理和功能實現角度進行細化。該河道清淤的核心功能是去除富含有機物的底泥，降低內源污染[2]。通過高效挖泥船結合泥水分離設備，將清淤深度控制在0.8～1.2 m，以減緩沉積物中TN與TP的釋放，預計削減內源負荷30%。植被修復技術應用了生態浮床及挺水植物群落，理論上可提升水體中TN和TP的去除率。生態護坡采用自然材料結合微生物基質，通過構建階梯式護坡結構，增強岸邊穩定性；利用植生帶實現土壤微生物對污染物的協同降解反應，減少表層徑流攜帶的懸浮顆粒物和營養鹽。水質監測系統集成在線監測傳感器，實時采集數據，關鍵參數如溶解氧（Dissolved Oxygen，DO）、COD等可實現分鐘級響應，通過遠程數據分析平臺進行自動調節與預警。清淤和植被技術的應用能有效降低污染負荷，促進生物多樣性恢復。

2.2 成本分析

成本分析從各治理措施的技術實施細節、設備及材料成本、維護費用及環境代價進行具體分解[3]。清淤工程成本主要來源于機械設備及淤泥處理技術，采用螺旋式絞吸船，日清淤量為5 000 m3，單價約為150元/m3，含淤泥脫水、固廢填埋，清淤總量約為5萬m3，總成本為750萬元。浮床材料采用高分子材料，單位造價為300元/m3，總恢復面積為10萬m2，費用為3 000萬元。采用植物纖維毯及基質混合生態袋，單價為1 200元/m，總護岸長度為5 km，成本為600萬元。

水質監測系統成本主要集中在多參數水質傳感器、數據傳輸模塊及云端實時監控平臺，每套系統成本約為50萬元，覆蓋20個點位，總成本為1 000萬元。系統的年維護成本包括傳感器校準成本、數據存儲成本及平臺運行成本，預計每年10萬元。環境影響成本按項目總成本的5%計提，總預算約為500萬元。

2.3 價值分析

價值分析通過計算各治理措施的價值系數，評估其性價比[4]。價值系數的計算公式為

V=F/C（1）

式中：V為價值系數；F為各治理措施功能；C為成本。

河道清淤的功能（F1）是減少內源污染，提升水質，預計能削減底泥中70%的TN和TP，其成本（C1）為750萬元，價值系數V1約為0.093。植被修復的功能（F2）是恢復水生生態系統，提高生物多樣性，修復區域內生物多樣性預計提高30%，成本（C2）為3 000萬元，價值系數V2為0.01。生態護坡的功能（F3）是增強河岸穩定性，防止水土流失，并為水生動植物提供棲息地，防護效能預計提升40%，成本（C3）為600萬元，價值系數V3為0.067。水質監測系統的功能（F4）是實時監測水質參數，快速響應污染變化，系統反應速度提升90%，成本（C4）為1 000萬元，價值系數V4為0.09。綜合各項措施的價值系數，清淤和水質監測的性價比較高，植被修復性價比偏低，應在后續優化中重點考慮其功能提升與成本降低。

3 治理方案優化設計

3.1 優化思路與原則

優化思路基于價值工程的核心原則，即在功能不降低的前提下，最大限度地降低成本，提高整體性價比。在清淤技術中引入環保型泥水分離技術，通過減少底泥運輸和處置費用，降低成本，同時提升清淤效率。植被修復方案引入混合濕地修復技術，采用挺水植物與沉水植物，提高氮磷吸收能力。生態護坡設計則優化為模塊化生態袋護坡，采用輕量化可降解材料替代傳統材料，提升施工便捷性，同時降低運輸及材料費用。對于水質監測系統，采用基于物聯網技術的智能化管理平臺，通過多傳感器協同監控和大數據分析，減少人工維護成本，提升監測精度。優化設計的原則堅持生態優先，通過技術集成提升工程的生態效益，同時確保成本最小化和長期可持續管理。

3.2 具體優化措施

在河道清淤方面，采用LW450型絞吸式挖泥船，配備固液分離裝置進行泥水分離，旨在降低運輸和處理成本，提升清淤效率。植被修復方案引入CI-300型組合式人工浮島系統。該系統集成了挺水植物和沉水植物，可通過生物膜技術提高氮、磷的吸附效率，減少二次污染。生態護坡優化為“生態袋+微生物掛膜系統”，利用SE-500型高分子材料生態袋，結合微生物菌劑，形成生物活性濾膜，在提升抗沖刷能力的同時降低成本[5-6]。水質監測系統優化為多傳感器融合的IoT-WQM300物聯網系統，通過多參數傳感器集群實現實時監控，包括pH值、COD、TN、TP等指標。結合WD-Cloud大數據分析平臺，實時自動調整治理措施。優化流程中應用的設備與材料均經過經濟性分析，確保整體方案的高效性。優化技術的流程如圖1所示。

3.3 優化方案評價

優化后的治理方案通過價值工程的重新評估顯示出顯著的提升效果。從功能與成本的綜合性價比來看，河道清淤采用的潛水式絞吸挖泥船和固液分離裝置顯著提升了施工效率，清淤成本從原來的750萬元降至600萬元，總體清淤成本減少約20%。植被修復中引入的組合式人工浮島系統，利用挺水和沉水植物的協同作用，有效提升了氮磷去除率，TN、TP分別下降35%和40%，同時成本減少10%。生態護坡通過使用模塊化生態袋和微生物掛膜系統，強化了河道的岸坡穩定性，抗沖刷能力提升30%，成本減少15%。水質監測系統結合物聯網傳感器和大數據平臺的實時分析，使監測精度提升15%，人工維護成本減少20%。優化方案評價結果如表1所示。

從表1可以看出，優化后的方案在降低總成本的同時，有效提升了整體治理效果和系統運行效率，符合價值工程的優化目標。

4 結論

通過基于價值工程的系統分析和優化設計，實現了河道水生態治理方案的顯著改進。優化后的清淤方案采用了高效的潛水式絞吸挖泥船和固液分離技術，提升清淤效率的同時降低了成本；植被修復引入組合式人工浮島系統，實現了氮磷去除效率提升的同時降低了成本；生態護坡技術通過使用輕量化生態袋和微生物掛膜系統，增強了岸坡穩定性。優化后的治理方案在生態效益和成本控制方面均表現出較高的性價比，為類似項目的設計與實施提供了重要參考。

參考文獻

1 李 潮.基于“反規劃”途徑進行城市生態建設：以西寧市湟水河為例[J].價值工程，2015（20）：234-236.

2 王先芹.河道出流提升工程施工技術研究[J].價值工程，2024（14）：8-10.

3 景若婷.河流生態修復工程中的綜合治理技術探討：以賈魯河綜合治理工程為例[J].價值工程，2023（11）：10-12.

4 張萬萬.生態型護岸模式在中小河流中的應用[J].價值工程，2023（7）：138-140.

5 張良陳.基于價值工程的高速公路路線方案比選方法研究[J].公路工程，2024（1）：82-88.

6 付永亮.基于水生態系統健康的銀川市第二排水溝生態治理工程效果評價研究[D].銀川：寧夏大學，2024.