水利水電工程設(shè)計過程中生態(tài)理念的應(yīng)用分析

摘""要：水利水電工程設(shè)計、建設(shè)帶有很強的專業(yè)性、復(fù)雜性，現(xiàn)代社會發(fā)展進一步提高了對工程的要求，包括生態(tài)效應(yīng)的應(yīng)用在內(nèi)。以水利水電工程設(shè)計過程中生態(tài)理念的應(yīng)用價值為切入點，在此基礎(chǔ)上分析其應(yīng)用方法，最后結(jié)合X地護岸工程，詳細(xì)論述該工程設(shè)計過程中生態(tài)理念的應(yīng)用形式、過程和效果，為后續(xù)相似、相同水利水電工程設(shè)計工作提供少許參考。

關(guān)鍵詞：水利水電工程""設(shè)計過程""生態(tài)理念""綜合效益

中圖分類號：TV213

Application"Analysis"of"Ecological"Concepts"in"the"Design"Process"of"Water"Conservancy"and"Hydropower"Projects

GONG"Dingsong

Guizhou"Comprehensive"Risk"Monitoring"and"Early"Warning"Service"Center，"Guiyang，"Guizhou"Province，"550004"China

Abstract："The"design"and"construction"of"water"conservancy"and"hydropower"projects"are"highly"professional"and"complex."The"development"of"modern"society"has"further"raised"the"requirements"for"engineering，"including"the"application"of"ecological"effects."Starting"from"the"application"value"of"ecological"concepts"in"the"design"process"of"water"conservancy"and"hydropower"projects，"this"paper"analyzes"its"application"methods."Finally，"combined"with"the"X"land"revetment"project，"the"application"forms，"processes，"and"effects"of"ecological"concepts"in"the"design"process"of"the"project"are"discussed"in"detail，"providing"some"reference"for"similar"and"identical"waternbsp;conservancy"and"hydropower"project"design"work"in"the"future.

Key"Words："Water"conservancy"and"hydropower"engineering;"Design"process;"Ecological"concept;"Comprehensive"benefits

水利水電工程（Hydraulic"and"Hydropower"Engineering）是一類建筑工程的總稱，包括壩、堤、水閘、溢洪道、水工隧洞、河道整治建筑物、渠系建筑物等，其共性特點在于具有防洪、灌溉、發(fā)電、供水、治澇、水環(huán)境治理等方面或若干方面的價值。我國南方地區(qū)水網(wǎng)密布，水利水電工程較多，作用也得到了一定發(fā)揮[1]。以科學(xué)發(fā)展、可持續(xù)發(fā)展為目標(biāo)，未來水利水電工程設(shè)計還應(yīng)關(guān)注其生態(tài)價值，使工程能夠在更多角度、更多場景發(fā)揮積極作用。在此背景下，分析水利水電工程設(shè)計過程中生態(tài)理念的應(yīng)用價值、方法等內(nèi)容，具有一定現(xiàn)實意義。

1""水電工程設(shè)計過程中生態(tài)理念的應(yīng)用價值

1.1""發(fā)揮工程生態(tài)價值

水利水電工程設(shè)計過程中，應(yīng)用生態(tài)理念的基本作用在于發(fā)揮工程生態(tài)價值。部分水利水電工程設(shè)計、建設(shè)的核心目的可能與生態(tài)無關(guān)，如基于防洪需要建設(shè)的水庫、大壩，基于發(fā)電需要建設(shè)的水電站，其中少數(shù)水利工程甚至可能對生態(tài)環(huán)境產(chǎn)生負(fù)面影響[2]。為了對此加以控制，可以在組織工程設(shè)計時適當(dāng)考慮生態(tài)方面的影響，不斷對其設(shè)計方案進行優(yōu)化，在施工階段、施工完成后也持續(xù)評估生態(tài)理念是否發(fā)揮預(yù)期作用，對形成的積極經(jīng)驗加以匯總、分享，使其他水利水電工程也能兼顧生態(tài)、經(jīng)濟、社會效益。

1.2""提升工程綜合效益

水利水電工程設(shè)計過程中，應(yīng)用生態(tài)理念的作用之一，在于能夠提升工程綜合效益，包括基礎(chǔ)性的生態(tài)效益、建設(shè)目標(biāo)效益（如防洪），以及在此基礎(chǔ)上衍生而來的社會效益、經(jīng)濟效益、教育效益、管控效益等。應(yīng)用生態(tài)效益組織水利水電工程設(shè)計，可以在不影響工程基本作用的情況下，直接提升工程的生態(tài)價值，設(shè)計過程中組織的論證、分析，可以提升本地以及其他關(guān)聯(lián)組織對水利水電工程設(shè)計、生態(tài)價值的關(guān)注，形成優(yōu)質(zhì)的發(fā)展環(huán)境?；谏鷳B(tài)維護目標(biāo)組織的培訓(xùn)工作、管控活動，加快了區(qū)域教育事業(yè)建設(shè)[3]。上述工作或多或少受到水利水電工程設(shè)計影響，在應(yīng)用生態(tài)理念的前提下優(yōu)化其綜合效益。

1.3""減少后續(xù)運行支出

水利水電工程設(shè)計過程中，應(yīng)用生態(tài)理念具有減少后續(xù)運行支出的積極作用。一般而言，水利水電工程設(shè)計、使用周期多超過10年甚至20年，在此過程中需要支付一定費用用于工程運行維護[4]。加強水利水電工程設(shè)計過程中生態(tài)理念的應(yīng)用，可以使工程周邊的生態(tài)要素發(fā)揮一定作用，減少該工程運維費用。例如：針對水土控制、護岸需要進行設(shè)計，應(yīng)用生態(tài)護岸技術(shù)、理念，可以減少水流對工程周邊土體、護岸的沖擊破壞，進而削減工程運維的消耗[5]。其他生態(tài)價值也可分別發(fā)揮其作用，服務(wù)工程運維活動，值得關(guān)注。

2""水電工程設(shè)計過程中生態(tài)理念的應(yīng)用方法

2.1""分析工程特點以及區(qū)域生態(tài)特點

水利水電工程設(shè)計過程中，生態(tài)理念的應(yīng)用需要關(guān)注綜合性，確保相關(guān)理念能夠在工程設(shè)計全過程發(fā)揮作用，這要求在設(shè)計工作開始前做好工程特點以及區(qū)域生態(tài)特點的分析。

一般工程特點有關(guān)信息的采集包括4個部分，即工程總工程量、施工周期、一般建設(shè)要求、生態(tài)影響。其中前三部分信息大多比較固定，可以根據(jù)甲方要求以及客觀資料完成分析。生態(tài)影響則需要額外給予重視，例如：大型水庫建設(shè)完成后，水庫下游的地表徑流水流量有所減少，對下游自然降水的影響需加以評估；水庫水位提升后，周邊森林、草地等可能遭水淹，可能影響生物多樣性，這些要素需要結(jié)合工程特點加以分析。區(qū)域生態(tài)特點的分析與此不同，需要關(guān)注生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性、核心要素之間的關(guān)聯(lián)兩個部分信息，據(jù)此評估工程產(chǎn)生的影響是否過大、是否需要加以調(diào)整。部分地區(qū)生態(tài)環(huán)境良好，水利水電工程所處地區(qū)為峽谷、地表徑流水總量也較大，對周邊生態(tài)的影響偏少，無須過多進行調(diào)整，部分地區(qū)生態(tài)較為脆弱，組織水利工程設(shè)計時需要加以考慮，避免工程帶來嚴(yán)重的生態(tài)破壞。

2.2""選用合適的設(shè)計思路和方法

設(shè)計思路和方法的選擇，一般在原始信息采集完成后集中組織，設(shè)計思路方面，除常規(guī)關(guān)注安全、工期、質(zhì)量以外，也需要引入生態(tài)理念，確定其得到足夠關(guān)注，并應(yīng)用于設(shè)計方案內(nèi)。設(shè)計方法方面，一般以傳統(tǒng)方式和現(xiàn)代技術(shù)聯(lián)用的方式提升設(shè)計效果和精準(zhǔn)性。

各水利水電工程設(shè)計過程中，設(shè)計思路內(nèi)的生態(tài)理念體現(xiàn)在兩個方面：一是預(yù)期效應(yīng)是否得到發(fā)揮；二是是否具有進一步優(yōu)化調(diào)整的空間。例如：鄉(xiāng)村地區(qū)建設(shè)以蓄洪、概念為核心目標(biāo)的小型水庫，需要考慮蓄水、泄洪過程中的工作物的參數(shù)設(shè)計，包括涵洞、溢流閥的參數(shù)等，以避免瞬間水流量過大、產(chǎn)生沖擊破壞影響生態(tài)環(huán)境。設(shè)計方法上，建筑信息模型（Building"Information"Modeling，BIM）技術(shù)與傳統(tǒng)設(shè)計方法的共同使用比較普遍?；贐IM技術(shù)，水利水電工程設(shè)計過程如圖1所示。

結(jié)合圖1所示模式，常規(guī)設(shè)計方法形成的水利水電工程基本要求、生態(tài)價值應(yīng)用和呈現(xiàn)要求等，分別作為工程信息和生態(tài)信息進行采集，并利用BIM軟件進行數(shù)字化轉(zhuǎn)化和儲備，每一類模擬數(shù)據(jù)均作為一個“單元族”，單獨存入數(shù)據(jù)庫中，完成數(shù)據(jù)加工后，利用“單元族”進行建模，通過動態(tài)、靜態(tài)分析，評估水利水電工程設(shè)計是否合理得當(dāng)，是否能夠發(fā)揮預(yù)期生態(tài)效應(yīng)，最后根據(jù)模擬結(jié)果進行設(shè)計調(diào)整（如有必要）、完成設(shè)計[8]。

2.3""動態(tài)和靜態(tài)模擬

水利水電工程設(shè)計過程中生態(tài)理念的應(yīng)用效果不能得到清晰捕捉，需要通過模擬分析、數(shù)據(jù)計算等方式進行判斷，在BIM技術(shù)的支持下，其生態(tài)理念的應(yīng)用態(tài)勢可分別應(yīng)用動態(tài)模擬、靜態(tài)模擬加以考量。

靜態(tài)模擬主要用于分析橫向模式下水利水電工程生態(tài)價值，即不對可變動態(tài)因素（如時間）的影響進行過多分析，只評估某一個時刻工作的生態(tài)效應(yīng)。如代入防滲層、防沖擊理念，評估河道治理工程是否能夠應(yīng)對流水沖擊破壞等，根據(jù)模擬結(jié)果進行設(shè)計參數(shù)的調(diào)整（如有必要），直到設(shè)計方案完善。動態(tài)模式與此不同，其關(guān)注時間線以及其他可變動態(tài)因素的影響，評估水利水電工程生態(tài)價值是否能得到保證、是否能發(fā)揮預(yù)期作用。借助BIM技術(shù)組織的動態(tài)、靜態(tài)模擬，有助于提升水利水電工程設(shè)計水平，保障、提升工程的生態(tài)價值。

2.4""評估設(shè)計成果

設(shè)計工作初步完成后，還可以采用頭腦風(fēng)暴法、專家反饋法等對設(shè)計結(jié)果進行分析，以了解其是否存在不足。以專家反饋法為例，默認(rèn)某地需要控制水利工程建設(shè)完成后的水土流失問題，作為生態(tài)控制的中心。河水含沙量的計算公式為：

x=（M-PV水）/V""""""""""""""""""""""""""""""""""（1）

式（1）中：含沙的水的體積V；質(zhì)量M設(shè)含沙量為x。在專家反饋法下，可組織具有水利水電工程設(shè)計經(jīng)驗、熟悉本工程生態(tài)理念應(yīng)用要求、含沙量控制技術(shù)的人員，組成多元性專家小組，分析不同方案下河流內(nèi)的含沙量水平，并據(jù)此提出設(shè)計調(diào)整意見。

3""水電工程設(shè)計中生態(tài)理念的應(yīng)用實例

3.1""工程概況

X地護岸工程，建設(shè)區(qū)域位于我國南方某省份，該地具有降水量較大、生態(tài)環(huán)境比較脆弱的問題，在組織工程建設(shè)前，建設(shè)方、施工方等進行分析，認(rèn)為需要加強護岸工程的生態(tài)價值，控制河流兩岸水土流失的情況。工程在此思路下完成設(shè)計，并于2022年投入使用，能夠有效提升水土流失控制水平，這表明其在水利水電工程設(shè)計過程中可以有效運用生態(tài)理念。

3.2""主要關(guān)注點和設(shè)計過程

該工程的設(shè)計除需要關(guān)注一般要素（如安全、質(zhì)量）外，還需要針對氣候特點分析導(dǎo)致水土流失的因素，并加以控制。工作人員早期組織信息采集，發(fā)現(xiàn)河岸兩側(cè)護岸設(shè)施嚴(yán)重老化，局部采用傳統(tǒng)石質(zhì)護岸，局部采用沙土護堤，未能形成統(tǒng)一的技術(shù)方案。河流水流流速緩慢，一般為2～2.5"s/m，但河道深度不足，出現(xiàn)強降水時，兩岸沖擊破壞嚴(yán)重。按照早期收集所獲數(shù)據(jù)，設(shè)計人員借助有關(guān)信息建立了BIM分析模擬，以靜態(tài)、動態(tài)模擬評估不同設(shè)計方案的抗沖擊破壞能力。從結(jié)果上看：（1）采用混凝土護岸，河道兩岸抗沖擊破壞能力理想，但觀感一般，并且在使用超過30年后，設(shè)施老化問題比較突出；（2）采用砂石護岸，河道兩岸抗沖擊破壞能力較弱，觀感較好，在使用超過10年后設(shè)施老化問題比較突出，但此方案成本較低；（3）采用以混凝土和植物為主的綠色護岸模式，河道兩岸抗沖擊破壞能力中等，觀感最佳，在使用超過20年后設(shè)施有所老化，但此方案成本較高。經(jīng)過對比，設(shè)計人員選取了以混凝土和植物為主的綠色護岸模式，并通過反復(fù)論證、專家反饋法，對護岸的高度、植物類別進行探討、更新，應(yīng)用于本地的護岸工作建設(shè)中。

3.3""成果概況

結(jié)果上看，以混凝土和植物為主的綠色護岸模式提升了X地護岸工程的綜合價值，其觀感、生態(tài)效應(yīng)、基本功能均得到保證，且后續(xù)運維的總體支出也相對較低。河水內(nèi)含沙量較此前降低55%，效果理想。

4""結(jié)語

綜上所述，水利水電工程設(shè)計過程中生態(tài)理念的應(yīng)用具有一定積極價值，有助于發(fā)揮工程生態(tài)價值、提升綜合效益，未來工作中應(yīng)予以更多重視?，F(xiàn)狀上看，生態(tài)理念在水利水電工程設(shè)計過程中的應(yīng)用應(yīng)關(guān)注區(qū)域生態(tài)特點、工程特點，在此基礎(chǔ)上確定設(shè)計思路、方法，并組織工程設(shè)計、評估成果，最后應(yīng)用于工程建設(shè)。結(jié)合X地護岸工程工作情況，可知早期信息采集價值比較突出，現(xiàn)代化的技術(shù)方法、模擬設(shè)計模式，則為水利水電工程設(shè)計過程中生態(tài)理念的應(yīng)用提供了空間，該工程設(shè)計效果良好，工程兼具生態(tài)和水工建筑一般作用，未來其他相似工程也可加以參考。

參考文獻

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