基于綠色發(fā)展理念融入水利工程設計中的探討

梁貞堂

(黑龍江省水利水電勘測設計研究院，哈爾濱 150080))

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技術論壇

基于綠色發(fā)展理念融入水利工程設計中的探討

梁貞堂

(黑龍江省水利水電勘測設計研究院，哈爾濱 150080))

文章通過對黑龍江省水利工程現(xiàn)狀分析，對如何在水利工程設計之中融入綠色發(fā)展理念進行了探討。建議水庫工程庫容調節(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，順應自然；對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;堤防;灌區(qū)

水利工程是改造和利用自然資源的工程，它促進了經(jīng)濟發(fā)展、社會穩(wěn)定、民生和諧，提供了水量控制、洪水防御、干旱治理、能源供應等多種功能。在改造和利用水資源的過程中，必然會對周邊自然狀態(tài)產(chǎn)生負面影響，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。水利工程設計是水利工程建設的基礎與先導，是水利工程功能發(fā)揮作用和效益的依據(jù)，因此，在水程工程設計中融入綠色發(fā)展理念、最大限度地降低水利工程對周邊環(huán)境的影響、處理好水利工程與經(jīng)濟發(fā)展的關系，成為要認真探討與研究的問題。

水利工程設計融入綠色發(fā)展理念后，設計工作需要發(fā)生一些技術性變化。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，達到人工建筑與自然景觀的協(xié)調、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[1]首提綠色發(fā)展理念，并指出：實現(xiàn)“十三五”時期發(fā)展目標，破解發(fā)展難題，厚植發(fā)展優(yōu)勢，必須牢固創(chuàng)新、協(xié)調、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美好生活追求的重要體現(xiàn)。必須堅持節(jié)約資源和保護環(huán)境的基本國策，堅持可持續(xù)發(fā)展，堅定走生產(chǎn)發(fā)展、生活富裕、生態(tài)良好的文明發(fā)展之路，加快建設資源節(jié)約型、環(huán)境友好型社會，形成人與自然和諧發(fā)展現(xiàn)代化格局，推進美麗中國建設，為全球生態(tài)安全做出新貢獻。

在綠色發(fā)展理念的指導下，文獻還對涉及水資源的問題做出了具體要求：“實行最嚴格的水資源管理制度，以水定產(chǎn)、以水定城，建設節(jié)水型社會?！睂ι婕巴恋刭Y源的也做出了明確要求：“堅持最嚴格的耕地保護制度，堅守耕地底線”，“堅持最嚴格的節(jié)約用地制度，嚴格控制農(nóng)村集體建設用地規(guī)?！?，等等。

針對水資源和水利工作的問題，文獻指出：從綠色發(fā)展看，我國水資源稟賦條件先天不足，水生態(tài)環(huán)境容量有限。必須堅持節(jié)約優(yōu)先、保護優(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，以用水方式轉變倒逼產(chǎn)業(yè)結構調整和區(qū)域經(jīng)濟布局優(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)服務功能，推動循環(huán)經(jīng)濟、綠色經(jīng)濟和低碳經(jīng)濟發(fā)展。水資源、水環(huán)境、水生態(tài)與人民群眾的生命健康、生活質量、生產(chǎn)發(fā)展息息相關，是最重要的公共產(chǎn)品、最普惠的民生福祉。我國水情復雜、水利建設歷史欠賬多，水利仍然是全面建成小康社會的突出短板。必須著力解決人民群眾最關心最直接最現(xiàn)實的水利問題，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、改善修復生存狀態(tài)、保持發(fā)展生態(tài)平衡、協(xié)調促進共同發(fā)展的理念。它要求任何發(fā)展行為和任何工程建設都必須以最大限度地維持、保護、修復、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，從中獲取經(jīng)濟效益和社會效益；將維系自然環(huán)境和生態(tài)健康作為新的經(jīng)濟增長點。

2　融入綠色理念后水利工程設計的探討

2.1水庫工程

2.1.1水庫庫容

設計原則：水庫規(guī)模或水庫庫容的確定，以庫區(qū)淹沒占地最少、水庫對河流和周邊環(huán)境影響最小為主要研究參數(shù)；實現(xiàn)“以水定需”的目標。

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

通過對中大中型水庫庫容系數(shù)的計算，可得出黑龍江省已建大、中型水庫的庫容系數(shù)的分布情況，見表1，表2。

表1　黑龍江省大型水庫庫容系數(shù)表

表2　黑龍江省中型水庫庫容系數(shù)表

綜上可以得出：黑龍江省的水庫絕大部分是多年調節(jié)的水庫，庫容偏大，淹沒占地較多；在山區(qū)淹沒林地較多；違背了節(jié)約土地的相關政策。庫容系數(shù)偏大帶來的另一個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：水庫興利庫容系數(shù)β<50%作為設計水庫興利庫容的依據(jù)。

2.1.2水庫壩型

設計原則：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水庫大壩施工影響的主要因素，設計大壩壩型時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，可施工的時間內均有降雨，且降雨大小的隨機性較大，也沒有明顯的地域和時空分布特點。

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

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

在眾多水庫壩型中，以水泥這膠結材料的混凝土壩、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施工場地與壩區(qū)布置

施工場地布置：盡量減少對周邊環(huán)境的破壞。取土料場優(yōu)先選用淹沒區(qū)內，且在淹沒線以下的料場。施工道路要與竣工后的管理與維護道路相統(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)要按水利風景區(qū)設計；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，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)水的場所。

2.2河道工程

設計原則：一堤多用、濱水親水、和諧自然、賞心悅目。

無論是城市河道，還是農(nóng)田堤防，在建設河道工程的同時，進一步美化河道工程，與周邊環(huán)境相和諧；在發(fā)揮防洪功能的同時，充分發(fā)揮河道工程的景觀、交通、城市商業(yè)等功能。達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；有豐富的水生動植物；有安全綠色的防洪設施。

2.2.1堤線

擯棄保護面積最大化的理念，給洪水留出足夠的行洪空間。應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施建設相結合，讓濱水親水成為現(xiàn)實。

2.2.2堤型

盡量采用當?shù)夭牧现?，由于防滲技術與護坡技術的發(fā)展，對筑堤的材料要求越來越寬松，為任何當?shù)夭牧现翁峁┝丝尚?；同時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。

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”，應當成為設計堤防工程的三原則。

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，登高望遠是人們親近自然的天然情結，因此堤頂又成了人們陶冶情操的場所，堤頂寬度應由建設風景區(qū)、滿足綠化、亮化、商業(yè)化、活動化要求決定；堤頂建設要盡可能地寬。有時可采用矮防浪墻的形式，達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100m以上，綏濱鎮(zhèn)松花江堤防堤頂寬度達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)內部及相互之間生態(tài)流流動的通道，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到1：10；黃河堤防山東省段堤后淤背達100m。部分需要防護的邊坡，盡可能少用單純的干砌石、漿砌石或混凝土護坡，多采用有防護的植物護坡，近年來推廣的多孔混凝土砌塊、雷諾護墊等就是很好的護坡形式。

3)堤高：堤防的高度，在滿足防洪標準的前提下，堤防高度要盡可能的小，既避免“圍墻”效應，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大部分河流洪水來勢猛，流速大，水面吹程短，高水位持續(xù)時間不長，遇到設計風速的機率非常稀少，波浪爬高可以降低；②由于城市堤防，多與道路相結合，堤身經(jīng)砌護后的安全度較高，允許短時間越浪；③農(nóng)田堤防迎水面多植防浪林，可以消減風浪爬高。因此，堤防的安全超高可參照規(guī)范適當降低。但在堤身結構和基礎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；由于堤防設計標準的稀遇性，永久性防浪墻的高度應<1.2m。

2.3灌區(qū)工程

2.3.1輸水渠道——干、支、斗渠

設計原則：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、九十年代進行過大規(guī)模的排澇工程建設。建設水田灌區(qū)時，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)設計渠道，邊坡比m>1.0，渠道深度h>2.0m。灌排兩用渠道有以下特點：

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，同時，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)水灌溉機制。由于黑龍江省耕地多，管理比較粗放，灌溉時往往是上游“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)濟利益掛鉤，可形成自覺節(jié)水灌溉機制，避免水資源的浪費，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間進行灌溉。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)民認可。減少了工程占地，可方便實施。

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

設計原則：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計。

由幾何學可知，圓形斷面或半圓形斷面為水力最佳斷面；由于兩側邊坡往往達不到要求，因此配水渠道優(yōu)先選擇“U”型斷面渠道。目前，有關單位研發(fā)的復合材料“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，應當成為首選。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　語

綠色發(fā)展理念博大精深，融入到水利工程的設計中具有現(xiàn)實意義，文章對水庫、堤防、灌區(qū)工程進行了初步探討，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自然、永續(xù)利用的工程，為人類社會的美好發(fā)展貢獻力量。

[1]王翠蓮.中共中央關于制定國民經(jīng)濟和社會發(fā)展第十三個五年規(guī)劃的建議[N].人民日報,2015-11-4.

[2]陳雷.全面貫徹落實黨的十八屆五中全會精神奮力譜寫”十三五”水利改革發(fā)展新篇章[J].中國水利,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,研究員級高級工程師，研究方向為水利工程管理理論。

TV222

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