現(xiàn)代水利工程設(shè)計(jì)的要點(diǎn)探討

李海洋 王興才 2孫悅

摘要：在現(xiàn)代水利工程設(shè)計(jì)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(jì)出來的工程項(xiàng)目功在當(dāng)代利在千秋。鑒于此，現(xiàn)代水利工程設(shè)計(jì)應(yīng)當(dāng)圍繞節(jié)能設(shè)計(jì)與生態(tài)設(shè)計(jì)展開。本文筆者對現(xiàn)代水利工程設(shè)計(jì)的要點(diǎn)進(jìn)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(jì)，要點(diǎn)

前言：水利工程的建設(shè)和應(yīng)用對于我國社會(huì)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(yīng)社會(huì)和自然環(huán)境，造成了一定的社會(huì)損失。保證水利工程設(shè)計(jì)的科學(xué)性，在設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)中充分考慮到可能對其產(chǎn)生影響的因素，并進(jìn)行合理協(xié)調(diào)，是保證水利工程科學(xué)建設(shè)和應(yīng)用的關(guān)鍵。在設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)中，應(yīng)將工程的實(shí)用性和美觀性進(jìn)行結(jié)合，增加其旅游等附加價(jià)值。

一、現(xiàn)代水利工程設(shè)計(jì)的主要特征分析

1.復(fù)雜性

對于現(xiàn)代水利工程設(shè)計(jì)而言，復(fù)雜性是其最為顯著的特征之一，具體是指設(shè)計(jì)過程中包含的內(nèi)容復(fù)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(gè)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(gè)環(huán)節(jié)或是細(xì)節(jié)性問題處理不好，都會(huì)對設(shè)計(jì)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(gè)地區(qū)的地理環(huán)境差異較大，同時(shí)，經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，導(dǎo)致了各個(gè)省市、地區(qū)的經(jīng)濟(jì)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(jì)需要依托當(dāng)?shù)氐膶?shí)際情況，正因如此，使得其設(shè)計(jì)具有了差異性的特點(diǎn)。換言之，水利工程設(shè)計(jì)不可千篇一律，必須對工程所在地的實(shí)際情況予以綜合考慮，這樣才能使設(shè)計(jì)更加貼合實(shí)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(yīng)的建筑結(jié)構(gòu)予以實(shí)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(jì)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(shí)現(xiàn)，也才能使水利工程的價(jià)值獲得最大程度地體現(xiàn)。

二、 現(xiàn)代水利工程設(shè)計(jì)原則

水利工程建設(shè)的科學(xué)性，對其實(shí)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(huì)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(huì)發(fā)展的需求，以及能否充分地促進(jìn)其效益的提高，工程建設(shè)的設(shè)計(jì)是非常重要的影響因素。因此，在水利工程的設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)中，應(yīng)遵循以下幾點(diǎn)原則，以保證工程設(shè)計(jì)和建設(shè)的科學(xué)性。

1. 安全第一，經(jīng)濟(jì)合理的原則。

水利工程的實(shí)際功能正在不斷地進(jìn)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(xiàng)較為復(fù)雜的工程項(xiàng)目，與社會(huì)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(jì)應(yīng)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?，F(xiàn)代水利工程設(shè)計(jì)應(yīng)遵循風(fēng)險(xiǎn)最小和效益最大原則，做到經(jīng)濟(jì)合理。例如現(xiàn)代城市環(huán)境水利工程的設(shè)計(jì)，除應(yīng)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(huì)有大量的游人進(jìn)入，因此，在工程設(shè)計(jì)中既要滿足人們親水、嬉水的要求，同時(shí)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(yīng)用的主要對象時(shí)水資源，在現(xiàn)階段社會(huì)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(huì)可持續(xù)發(fā)展的重要措施。水利工程對水資源進(jìn)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(yīng)用時(shí)其中一項(xiàng)功能，除此之外，在其它方面都需要避免水資源的浪費(fèi)。因此，在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)充分考慮水資源的合理利用，從而減少水資源的浪費(fèi)。

三、現(xiàn)代水利工程的設(shè)計(jì)要點(diǎn)研究

通過對我國早期設(shè)計(jì)的水利工程進(jìn)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(yán)重的破壞?？梢哉f，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(jì)出來的，這與我國當(dāng)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(jì)要點(diǎn)

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(jì)必須以此作為前提和基礎(chǔ)，除了應(yīng)當(dāng)在汛期內(nèi)可以快速將河道中的積水排除之外，還應(yīng)當(dāng)能夠起到改善河道水資源質(zhì)量的作用。實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)較為常用的方法為自排和強(qiáng)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(jì)時(shí)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(jì)方法。此時(shí)，則需要采用強(qiáng)排的方法。在強(qiáng)排的過程中，由于需要使用水泵等設(shè)備進(jìn)行抽水，從而會(huì)消耗一定的動(dòng)力和能源，為了減少強(qiáng)排中的能源消耗，可以在水利工程設(shè)計(jì)中，采用如下節(jié)能設(shè)計(jì)措施：

1.1增強(qiáng)自排能力。

通過對大量的水利工程進(jìn)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(shí)際設(shè)計(jì)中，可以對水系進(jìn)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(dá)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(shí)，則必須修建泵站。為了實(shí)現(xiàn)節(jié)能的目標(biāo)，可在設(shè)計(jì)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(dāng)出現(xiàn)較大的水位差時(shí)，則開啟水泵進(jìn)行強(qiáng)排，這樣能夠顯著降低強(qiáng)排的時(shí)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(jì)中，提高河道的蓄能能力是較為常用的一種設(shè)計(jì)措施，普遍的做法是采用防汛墻。為了進(jìn)一步減少防汛墻的占地面積，通常都是將之設(shè)計(jì)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(jìn)而達(dá)到減少強(qiáng)排時(shí)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(jì)措施

為了實(shí)現(xiàn)人與環(huán)境的和諧發(fā)展，在進(jìn)行現(xiàn)代水利工程設(shè)計(jì)中，必須采取合理可行的生態(tài)化設(shè)計(jì)措施，具體可從以下幾個(gè)方面著手：

2.1 結(jié)合生態(tài)環(huán)境進(jìn)行設(shè)計(jì)。

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(jì)增大了難度。為了實(shí)現(xiàn)水質(zhì)與水量的合理化配置，可在設(shè)計(jì)中充分運(yùn)用工程學(xué)的理論與方法，并與環(huán)境科學(xué)相結(jié)合，借此來實(shí)現(xiàn)水利與自然生態(tài)環(huán)境的有機(jī)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(shí)，應(yīng)當(dāng)在設(shè)計(jì)時(shí)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(jì)規(guī)劃應(yīng)當(dāng)滿足水體生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)要求。

在現(xiàn)代水利工程設(shè)計(jì)中，應(yīng)當(dāng)遵循因地制宜的原則，并在認(rèn)真調(diào)查水文條件和環(huán)境分析的基礎(chǔ)上對工程進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，盡可能使工程設(shè)計(jì)符合自然生態(tài)平衡規(guī)律的要求。同時(shí)要確保規(guī)劃設(shè)計(jì)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(shí)施打好基礎(chǔ)。

結(jié)論

總而言之，現(xiàn)代水利工程設(shè)計(jì)不但是一項(xiàng)較為復(fù)雜且系統(tǒng)的工作，同時(shí)它與傳統(tǒng)的水利工程設(shè)計(jì)存在很大區(qū)別。為此，工程設(shè)計(jì)人員必須摒棄傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)理念，并在實(shí)際設(shè)計(jì)中合理運(yùn)用節(jié)能和生態(tài)設(shè)計(jì)措施，只有這樣，才能在體現(xiàn)現(xiàn)代水利工程作用和價(jià)值的同時(shí)，達(dá)到節(jié)約能源、保護(hù)自然生態(tài)環(huán)境的目標(biāo)，這有助于促進(jìn)人與環(huán)境的協(xié)調(diào)發(fā)展。

參考文獻(xiàn)

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