中小型水利水電工程設計中常見問題及對策研究

張代鳳，羅超

（1.云南省文山壯族苗族自治州水利電力勘察設計院，云南文山 663099；2.中國水利水電建設工程咨詢中南有限公司，長沙 410014）

1 引言

城市化發展中，中小型水利水電工程的數量明顯增多。但在設計中小型水利水電工程仍存在較多問題，導致該類工程設計方案無法有效應用。因此，本文就如何優化中小型水利水電工程設計方案展開分析，旨在利用更為科學的設計方案控制水利水電工程建設成本，完善中小型水利水電工程的基本性能。

2 水利水電工程設計基礎要求

由于水利水電工程地區的地形條件復雜、水含量較大，大壩基礎條件復雜，所以，水利水電工程的整體設計難度較大。為確保水利水電工程的設計質量，設計人員應采用GIS、CAD、計算機等技術從工程勘測、水力計算、大壩應力計算等多個環節入手，加強工程設計質量管理，使設計方案在水利水電工程建設中具有較強的指導價值。

3 中小型水利水電工程設計中的常見問題

3.1 設計方案的實用性不強

中小型水利水電工程設計中，一些工程設計方案的論證過于片面，設計人員沒有考慮設計方案的經濟性、應用性，使其設計質量評價流于形式，具體體現在以下方面：（1）水利工程結構設計與實際設計需求不符，且沒有分析水利水電工程對生態環境造成的影響。（2）多數中小型水利水電工程設計過于簡化，沒有詳細說明施工導流、載流部分、水電等設計內容，設計實用性不足，無法有序地與水利水電工程建設活動相銜接。（3）設計報告的規范性不足，設計報告中工程概況、設計指標、設計依據等主要內容的附表與基礎數據不全，尺寸標注不到位、剖面圖缺失，整體應用性較弱[1]。

3.2 缺乏工程實地勘測

水利水電工程所處的地理位置較為特殊，地形條件復雜，所以，在設計水利水電工程時，要求相關人員提前進行實地勘測工作，獲取詳細的地質與地形數據信息。但在實際的設計工作中卻缺乏對工程實地的勘測，導致設計基礎數據不完整，設計方案的可靠性不足；部分設計方由于專業勘測人員少，為節約勘測成本，簡化了實地勘測環節及內容，沒有詳細地對工程建設區域進行測繪，使工程地質測繪信息較少。

3.3 設計方案缺乏細節內容

中小型水利水電工程中設計方案缺乏細節性內容，具體表現在設計人員在制作設計方案時，沒有精確地計算水利水電工程的各類設計數據，如大壩防滲系數、安全系數、基礎防漏設計等。細節性設計數據的缺失會引起設計變更風險，造成不可預估的經濟與資源損失。除此之外，設計過程中設計人員往往更強調理論性，沒有結合水利水電工程施工建設內容分析各類工藝的可行性，最終使一些理論成熟的工藝無法應用在水利水電施工中。

3.4 設計人員綜合素質有待提高

水利水電工程設計難度高，工程設計中涉及的專業較多，工程項目中的水工建筑設計、機電設施設計、機電設備安裝設計需由不同的設計人員負責，所以，需要各專業設計人員加強溝通，定期交流。但多數水利水電工程建設中，設計小組人員的綜合素質有待提高，溝通、交流的作用不明顯，部分設計專業配置不到位，無法滿足水利水電工程設計的質量要求。部分設計人員設計理念落后，沒有結合新時期對水利水電工程的相關要求完成設計方案，同時忽視了項目建設中各類工藝的銜接，使項目設計方案難以有序落實，且設計成果與新時期的建設方向相背離[2]。

4 中小型水利水電工程設計問題的有效對策

4.1 重視設計前的實地勘測

為提升中小型水利水電工程的設計質量，設計人員還應重視設計前的實地勘測工作，為設計方案的制訂獲取更完整的參考數據。具體包括以下3個方面：（1）設計人員應詳細梳理水文環境、氣候條件、地質條件、地形信息等水利水電工程建設區域的勘測內容，然后應用GIS、GPS、計算機、RS等先進技術采集水利水電工程的勘測數據。（2）掌握實地勘測信息后，運用大數據技術，分析各類信息在設計方案中的應用價值，更全面地評估設計方案的可靠性。需要注意的是，勘測水利水電工程建設區域時，對于山地中的中小型水利水電工程，相關人員可應用山地勘探技術，揭示地表地質情況，提前為工程基礎開挖作業提供實驗數據，使設計人員制訂更科學的設計方案。（3）工程勘測過程中，設計人員應重點關注工程測量、區域構造穩定性分析、水庫勘測、水工建筑物實地勘測、天然建筑材料勘測等勘察內容，完整地匯總水利水電工程設計中的基礎信息。

4.2 引用先進的設計技術

水利水電工程所涉及的機電工程、水工建筑工程設計難度較大，為降低設計質量風險，設計人員可引用先進的設計技術輔助設計工作的開展。設計人員可基于計算機技術，詳細繪制設計圖，并結合實地情況調整設計數據，增強中小型水利水電工程設計方案的可行性。

水利水電工程中的主體結構包括重力壩、拱壩、水閘、發電站、溢洪道等，設計各結構時，設計人員應利用計算機技術進行水文分析與計算，準確分析設計方案中相關數值的可靠性。

設計人員可運用CAD三維技術構建設計模型，用立體化的設計模型優化各類設計參數。具體包括以下幾方面：（1）CAD技術可利用大數據分析的方式建立水利水電工程三維地形，立體呈現設計方案中的大壩、原始地貌、引水洞等結構。在可視化設計圖形中，設計人員可詳細計算復雜結構中的體積，準確計算土石方量。（2）水工設計時，三維CAD技術可給出水工設計的剖面設計圖、平面設計圖，使設計活動中各專業的設計人員能夠依據立體的設計模型有效溝通，最大限度地促進水工設計、水電設計的銜接性。（3）基于三維CAD技術，設計人員可運用CAD軟件繪制水庫水位曲線，優化水庫整體設計。設計人員將水位、庫容數據錄入該軟件后，軟件可自動進行計算庫容差，隨后自動繪制水庫水位曲線圖。

4.3 加強設計質量管理

為提升中小型水利水電工程建設質量，設計單位應加強設計質量管理，嚴格把控水利水電工程的設計質量。在此過程中，設計人員應結合工程施工建設的實際需求，分析設計圖、設計方案的實效性及其指導意義，按照設計內容核查設計方案中的細節信息。

水利水電大壩設計中，設計人員應梳理的設計內容包括大壩浸潤線設計、大壩滲透壓力、水力坡降、局部滲流穩定性等。計算大壩滲流量時，可應用水力學解法、流體力學解法、模擬實驗、計算機數值模擬等方式，分析設計方案中的大壩滲流情況。堤防工程設計時，還應計算背水坡面的穩定系數、土體滲透系數，合理選擇堤身、堤基結構中的設計值。除此之外，將大壩設計為拱壩時，設計重點在于加強大壩壩體的應力控制。在水利水電工程設計質量管理中，相關人員應采用拱梁分載法計算大壩的主壓應力，同時根據混凝土容許壓力控制大壩應力。

4.4 滲透綠色生態設計理念

為利用水資源，保護生態系統，相關人員在規劃設計水利水電工程時，還應滲透綠色生態設計理念。設計人員應在考慮經濟指標的過程中，評估水利水電工程中機電設備安裝、水工建筑施工造成的不利影響，然后以生態保護為導向，優化水利水電工程整體設計。在水利水電工程岸坡防護設計中，設計人員應遵守生態規律，注意預防水土流失，多采用堆石、干砌等施工手法，減少水利水電工程對周圍生態環境的影響。

4.5 提升設計人員綜合素養

設計人員是水利水電工程設計的主體，只有設計人員具備較強的綜合素質、專業能力、責任意識，才能制訂優質的水利水電工程設計方案。因此，相關人員還應加強設計人員的專業培訓，提升其綜合素養。培訓過程中相關人員可從理論培訓、設計培訓、技術培訓入手，使設計人員全面地認識水利水電工程，能夠運用所學知識科學地設計水利水電工程結構，針對性地解決水利水電工程設計中的各類難題，提高工程設計質量。

5 中小型水利水電工程的設計趨勢

5.1 設計內容的多元化

根據新時期對水利水電工程的要求可知，水利水電工程未來的趨勢是建設生態型、功能型的水利水電工程，所以，未來中小型水利水電工程的設計內容將呈現出多元化特征。

1）設計人員應將生態理念、綠色理念、水土保持理念融入水利水電工程設計中，在保護資源環境、水環境的過程中利用水資源，構建生態化水利水電工程，使人與自然和諧相處。

2）設計人員會在設計技術成熟后，應挖掘水利水電工程的潛能，開發更多有價值的功能，使其在具有防洪、灌溉功能的基礎上，具備更多人們生產、生活方面的功能，滿足社會各個階段的基本需求。

5.2 設計方案的標準化

隨著水利水電工程建設要求的增多，為確保其建設質量，該類工程設計方案應逐漸規范化、標準化。設計人員需要依據中小型水利水電工程設計的質量要求，詳細梳理設計標準，用標準化的設計質量評估指標，提升設計質量；設計人員應規范設計行為，自覺遵守相關設計標準，促進我國水利水電工程建設的標準化發展[3]。

6 結語

為提升中小型水利水電工程建設水平，改善其基本性能，相關人員還應結合現階段中小型水利水電工程設計中存在的問題，加強設計質量管理，嚴格要求設計人員從工程勘測環節入手，持續優化設計方案。同時利用完整、有價值的參考數據細化水利水電工程設計內容，使其有效地指導水利水電工程的施工作業，保障水利水電工程的整體建設質量，為各地區水資源的高效利用創造有利條件。