水利工程施工環境問題的解決策略探討

王 穎

（河北省唐山市陡河河道管理處 唐山市 063000）

水利工程施工環境問題涉及內容廣泛且具體，例如土地利用中所存在的廢棄物處理問題、水土流失問題、淤塞河道問題，也包括水流控制、爆破噪音與大氣污染問題。這些由工程施工所帶來的環境桎梏必須在施工期間得以解決，因此需要構建生態工程區域，從工程的生態經濟效益規劃出發，確保工程整體效益的最大化。

1 關于生態工程的應用理論

生態工程原理是希望為水利工程帶來較為均衡的生態效益與社會經濟效益，并做到以下五點原則：

（1）生態環境效益與社會經濟效益協同發展原則。這一原則的根本在于人與自然、與生態環境之間要形成保護關系，要保證生態系統與經濟系統的相互和諧共生，形成良性循環。在水利工程中，生態工程系統從傳統思維擺脫出來，避免由單純考慮工程效益而帶來的局限性，應該將工程效益與生態效益結合起來，形成最優組合，再針對施工中的各種不利因素來解決問題，尋求工程建設的良性發展與環境保護的后發效益。舉例來說，像水利工程中為水庫下游提供優質生態用水，同時顧及水利旅游項目發展等等。

（2）共生互補原則。共生互補是一種互惠互利，它希望水利工程在實施過程中能夠充分考慮生態環境效益，利用多種手段來保證施工環境，解決破壞環境平衡的各種問題，達成效益優化組合，做到共生互補。舉個例子，水利工程施工需要明確工程基礎，開挖并生成大量棄渣，這些棄渣需要占用大量堆放用地空間，所以在施工過程中可能會導致土地資源的嚴重浪費，此時就應該考慮構建共生土地利用系統，一方面為了節約土地資源，一方面也希望節約大量的資金成本與勞動力。如圖1、圖2所示。

圖1 傳統中被割裂的土地利用系統

圖2 基于生態工程原理共生土地利用系統

（3）循環再生綜合利用原則。在水利工程施工中應該考慮充分利用基于循環再生過程所產生的各種工程材料，并配合循環再生原則來處理施工垃圾，實現變廢為寶的施工過程，確保生態環境被有效保護，同時為工程本身及社會創造更多經濟效益。

（4）主體空間利用原則。該原則主要基于應用生態工程中所涵蓋的生物種群分布機理，配合水利工程施工相關技術理論，最終為生物種群分布形成平面與垂直分布格局，解決水利工程中某些生物種群的分配問題，這也非常有利于水利工程施工預期效益的實現。在實際的工程施工中，應該設置主體空間原則，配合施工總體布置來規范空間組織原則，解決相應為題，比如說有效控制水流大小、有效減少周圍環境對施工內容及推進進度的干擾，爭取做到全面科學化安排施工管理。

（5）時程需求協調原則。時程需求協調原則中涉及生態系統的若干環境因子，同時也涉及機能節律與時間節律之間的相互配合原則，將這一綜合性理念融入到水利工程當中是希望促進生物種群的生長發育漸變特征，激發環境因子量值，提高水利工程的基本生產能力，實現水利工程中臨時與永久建筑物之間的合理結合，并最大限度減少土地占用資源及工程后恢復費用，提高施工進度[1]。

2 基于生態工程系統的水利工程施工環境問題解決策略

基于生態工程系統的水利工程可以解決施工中所存在的各種環境問題，提高工程效率及工程質量。具體來講，它首先要確立生態工程系統目標，明確系統結構優化過程，確認系統邊界，最后再分析系統層次性，并對其中的控制變量進行識別。

2.1 目標確立

首先要明確人為施工活動與施工現場周邊環境以及社會經濟效益之間的相互聯系，將生態工程原理中所涉及的自然生態系統理念引出，并重點考慮人口流、物質流、價值流、能量流等問題，為水利工程施工區域形成平衡的生態經濟系統關系，以為后期的生態工程系統目標確立奠定基礎，將水利工程中的生態環境效益最大化。而在實際的工程施工效益方面，也要特別注重經濟效益與環境問題之間的平衡性因素，盡可能地減少施工投資，同時加速施工進度。在這里，生態工程原理所希望解決的就是施工環境問題中所涉及的生態環境資源平衡問題，最終確立并優化施工目標。

2.2 結構優化

在水利工程施工中，應該實現基于生態工程原理的系統結構優化過程，如圖3所示。

考慮到生態工程系統龐大且復雜，涉及多種生態環境與社會經濟效益，所以在施工過程中必須以水利工程為中心，并融入生態工程原理思想，順應自然并遵循經濟規劃來優化施工推進過程，做到良好的生態工程系統結構協調，保證生態系統與工程系統相互之間實現正常合理的物質循環與能量流動，確保生態工程系統與水利工程系統相互協調共融、共同發展以提高生態工程效益。舉例來說，在水利工程中應該合理處理水土流失問題、工程垃圾問題以及生產生活用地的劃分整理問題，同時倡導使用新的動力機械設備及能源，嚴格遵守環保法規來保護施工中所涉及的各種生態資源，時刻確保水利施工工程的生態效益平衡性。

2.3 確認系統邊界

在水利工程施工中要確認系統邊界也是圍繞生態工程原理來穩定施工生態條件，例如對土地面積、環境質量、上下游用水的具體參數指標確立，另外就是要基于生態工程系統來影響和平衡工程支出成本，包括對人力、施工進度與質量的合理把控。因此只要擁有了明確的系統邊界，就會穩定推進施工進程，合理解決環境問題。

2.4 分析系統多層次性

基于生態工程原理的生態化系統應該設置多層次，并實現遞進階梯式控制結構，將水利工程施工劃分為若干階段，如圖4所示。

基于多層遞進階梯式的生態工程原理內容應該被合理分配到水利工程施工中，滿足多層次優化。例如第一層應該為直接控制層，它擁有調節功能，可以調節主體工程中的相關生態優化內容指令，確保被控制對象的運行狀態與生產過程順暢，理清所有水利工程施工環境問題內容，為它們設立有效控制值；第二層為最優控制層，它擁有監控功能。例如工程主體單位分支作業應該擁有明確的施工約束條件和系統數學模型，為各種環境問題設定生態值；第三層為自適應層，它為整體個水利工程施工主體明確環境問題修正與辨識模型參數，確保系統最優化運行過程；第四層為自組織層，它也將針對整體工程生態效益來提出系統控制目標，并充分考慮施工過程中的各種環境條件變化，確立優化模型結構并提出相應控制策略，做到計劃協調與組織管理規范。

綜上所述，水利工程施工應該緊密結合生態工程原理，詳盡分析治理成本與經濟效益內容，為水利工程本身設立標準生態效益經濟目標，實現對工程施工環境問題的有效解決[2]。

圖4 基于多層遞進階梯式的生態工程系統結構示意圖

3 案例分析

3.1 工程項目概況

某地區大壩水利樞紐工程主要由大壩、發電洞、溢洪道、廠房、升壓站所共同組成，其整體水庫總庫容達到3億m3，站內總裝機配置為40 000 kW，水壩最高壩高達到92 m。該工程的塊石填筑總方量在150萬m3左右，整體開挖與填筑方量巨大，而且工期緊張，所以施工環境問題的解決成為關鍵，為取得良好的生態經濟效益，應借助生態工程原理來尋求環境問題的解決方法。以下主要基于生態工程原理來探討分析該工程項目中的兩個環境問題解決方案。

3.2 基于生態工程原理的某水利工程項目環境問題解決方案

（1）方案1：結合上下游料場的環境問題解決方案。

該水利工程項目在施工前圍繞生態工程原理設計了“低料低用、高料高用”的基本原則，希望將水壩填筑石料場按照上下游劃分為兩段。不過考慮到大壩下游石料場距離地方村莊過近，實際施工道路可能會占用大量農用水田，間接導致農戶搬遷（約200戶），這對地方農業生產損失巨大。而且雙料場設置可能無法達到有效施工規模，例如無法有效發揮大型挖掘與裝載機械設備優勢，間接降低施工強度。從經濟角度考量，雙料場設置也會在一定程度上增加施工成本。為了合理優化雙料場施工規模與施工強度，該工程選擇采用合并上下游料場的形式，不但增加料場施工強度，也能夠避免村莊村民強行被搬遷遷移。而且經過計算，合并雙料場能夠做到工程投資的大量節省（節省投資約1 000萬元），施工效益也將提高1.5倍。而生態效益方面，則主要是不影響當地農業生產產出，對地方生態旅游規劃也有一定促進優化作用。

（2）方案2：對臨時建設施工用地的環境保護規劃。

考慮到該水壩工程施工占地面積較大，且存在嚴重的施工干擾問題，所以要基于生態工程原理中的多層遞進階梯式控制結構來為其施工堆渣場提出臨時建設方案，實現二層優化和三層協調，其綜合建設規劃目的就是對水利工程中水壩施工現場的堆渣場地與臨時建設工事建筑進行用地有效統一規劃。詳細來說，就是要有效控制各個堆渣場的有效堆放高程，同時實現對大壩水流分流的合理分配，并合理分流由水壩、廠房等等位置所產生的開挖棄渣。該工程還專門在施工現場區域附近的沖溝位置臨時建設了一個堆渣場，為施工現場形成約4 000 m2的平地空地。這里就合理應用到了共生互補原則，并配合時程需求來有效協調施工現場合理安排，將諸如土建機修工廠、砂石料場、拌和樓等等都建在了該4000 m2平地上，并且也新增了兩處堆渣場，相比之前有效縮短了堆渣場棄渣運輸的距離，為施工節約了近20萬元的運輸成本，也實現了水壩壩區棄渣渣料的合理分流，同時規避了施工中各個施工事項的干擾問題，間接提高了工程中水壩截留與洪汛防護的安全度。在水利工程完全竣工之后，其生態環境由于保持良好，考慮到當地土地已經升值，整體效益也有所增加。

該工程基于整體效益層面出發，也對擬建工程項目土地資源進行了統一規劃，即將鋼木加工廠與土建機修廠合二為一，這也優化了施工場地用地布局，提高了施工建設效率[3]。

4 總結

綜上所述，基于水利工程施工現場的生態工程原理，該工程也對現場生態環境進行了有效維護，滿足了施工現實需要，保證了施工人員及周圍村莊人員的身體健康。由此總結兩點，第一，水利工程建設能夠與生態環境建設有機結合，而且作為一種重要資源，生態環境也與其它資源一樣具有可觀的重要價值，所以在水利工程中應該基于客觀角度來深度重視對水土資源的合理開發，間接提高工程開發中資金的有效利用效率；第二，要將土地綜合利用作為水利工程施工的核心內容，結合生態管理內容，配合共生互補原理來做到變廢為寶，例如本文所提到的利用開挖棄渣來填平溝地的做法，一方面降低工程造價，另一方面也滿足了時程需求原理，為施工增加生態效益，實現了對于施工現場土地的多元化利用。

[1]賀會芳，孫國靜，王寒芳，等.水利工程施工環境問題的解決策略[J].河南科技，2014，（2）：150.

[2]張朝印.應用生態工程原理解決水利工程施工中的環境問題[J].江西建材，2015，（10）：112，118.

[3]阿卜杜合力力·艾兊木.淺析水利工程施工中生態工程的環境措施問題[J].考試與評價，2015，（12）：131-132.