水利水電工程設計過程中生態理念的應用分析

摘""要：水利水電工程設計、建設帶有很強的專業性、復雜性，現代社會發展進一步提高了對工程的要求，包括生態效應的應用在內。以水利水電工程設計過程中生態理念的應用價值為切入點，在此基礎上分析其應用方法，最后結合X地護岸工程，詳細論述該工程設計過程中生態理念的應用形式、過程和效果，為后續相似、相同水利水電工程設計工作提供少許參考。

關鍵詞：水利水電工程""設計過程""生態理念""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、發電、供水、治澇、水環境治理等方面或若干方面的價值。我國南方地區水網密布，水利水電工程較多，作用也得到了一定發揮[1]。以科學發展、可持續發展為目標，未來水利水電工程設計還應關注其生態價值，使工程能夠在更多角度、更多場景發揮積極作用。在此背景下，分析水利水電工程設計過程中生態理念的應用價值、方法等內容，具有一定現實意義。

1""水電工程設計過程中生態理念的應用價值

1.1""發揮工程生態價值

水利水電工程設計過程中，應用生態理念的基本作用在于發揮工程生態價值。部分水利水電工程設計、建設的核心目的可能與生態無關，如基于防洪需要建設的水庫、大壩，基于發電需要建設的水電站，其中少數水利工程甚至可能對生態環境產生負面影響[2]。為了對此加以控制，可以在組織工程設計時適當考慮生態方面的影響，不斷對其設計方案進行優化，在施工階段、施工完成后也持續評估生態理念是否發揮預期作用，對形成的積極經驗加以匯總、分享，使其他水利水電工程也能兼顧生態、經濟、社會效益。

1.2""提升工程綜合效益

水利水電工程設計過程中，應用生態理念的作用之一，在于能夠提升工程綜合效益，包括基礎性的生態效益、建設目標效益（如防洪），以及在此基礎上衍生而來的社會效益、經濟效益、教育效益、管控效益等。應用生態效益組織水利水電工程設計，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價值，設計過程中組織的論證、分析，可以提升本地以及其他關聯組織對水利水電工程設計、生態價值的關注，形成優質的發展環境。基于生態維護目標組織的培訓工作、管控活動，加快了區域教育事業建設[3]。上述工作或多或少受到水利水電工程設計影響，在應用生態理念的前提下優化其綜合效益。

1.3""減少后續運行支出

水利水電工程設計過程中，應用生態理念具有減少后續運行支出的積極作用。一般而言，水利水電工程設計、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計過程中生態理念的應用，可以使工程周邊的生態要素發揮一定作用，減少該工程運維費用。例如：針對水土控制、護岸需要進行設計，應用生態護岸技術、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]。其他生態價值也可分別發揮其作用，服務工程運維活動，值得關注。

2""水電工程設計過程中生態理念的應用方法

2.1""分析工程特點以及區域生態特點

水利水電工程設計過程中，生態理念的應用需要關注綜合性，確保相關理念能夠在工程設計全過程發揮作用，這要求在設計工作開始前做好工程特點以及區域生態特點的分析。

一般工程特點有關信息的采集包括4個部分，即工程總工程量、施工周期、一般建設要求、生態影響。其中前三部分信息大多比較固定，可以根據甲方要求以及客觀資料完成分析。生態影響則需要額外給予重視，例如：大型水庫建設完成后，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，這些要素需要結合工程特點加以分析。區域生態特點的分析與此不同，需要關注生態系統的穩定性、核心要素之間的關聯兩個部分信息，據此評估工程產生的影響是否過大、是否需要加以調整。部分地區生態環境良好，水利水電工程所處地區為峽谷、地表徑流水總量也較大，對周邊生態的影響偏少，無須過多進行調整，部分地區生態較為脆弱，組織水利工程設計時需要加以考慮，避免工程帶來嚴重的生態破壞。

2.2""選用合適的設計思路和方法

設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，設計思路方面，除常規關注安全、工期、質量以外，也需要引入生態理念，確定其得到足夠關注，并應用于設計方案內。設計方法方面，一般以傳統方式和現代技術聯用的方式提升設計效果和精準性。

各水利水電工程設計過程中，設計思路內的生態理念體現在兩個方面：一是預期效應是否得到發揮；二是是否具有進一步優化調整的空間。例如：鄉村地區建設以蓄洪、概念為核心目標的小型水庫，需要考慮蓄水、泄洪過程中的工作物的參數設計，包括涵洞、溢流閥的參數等，以避免瞬間水流量過大、產生沖擊破壞影響生態環境。設計方法上，建筑信息模型（Building"Information"Modeling，BIM）技術與傳統設計方法的共同使用比較普遍。基于BIM技術，水利水電工程設計過程如圖1所示。

結合圖1所示模式，常規設計方法形成的水利水電工程基本要求、生態價值應用和呈現要求等，分別作為工程信息和生態信息進行采集，并利用BIM軟件進行數字化轉化和儲備，每一類模擬數據均作為一個“單元族”，單獨存入數據庫中，完成數據加工后，利用“單元族”進行建模，通過動態、靜態分析，評估水利水電工程設計是否合理得當，是否能夠發揮預期生態效應，最后根據模擬結果進行設計調整（如有必要）、完成設計[8]。

2.3""動態和靜態模擬

水利水電工程設計過程中生態理念的應用效果不能得到清晰捕捉，需要通過模擬分析、數據計算等方式進行判斷，在BIM技術的支持下，其生態理念的應用態勢可分別應用動態模擬、靜態模擬加以考量。

靜態模擬主要用于分析橫向模式下水利水電工程生態價值，即不對可變動態因素（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效應。如代入防滲層、防沖擊理念，評估河道治理工程是否能夠應對流水沖擊破壞等，根據模擬結果進行設計參數的調整（如有必要），直到設計方案完善。動態模式與此不同，其關注時間線以及其他可變動態因素的影響，評估水利水電工程生態價值是否能得到保證、是否能發揮預期作用。借助BIM技術組織的動態、靜態模擬，有助于提升水利水電工程設計水平，保障、提升工程的生態價值。

2.4""評估設計成果

設計工作初步完成后，還可以采用頭腦風暴法、專家反饋法等對設計結果進行分析，以了解其是否存在不足。以專家反饋法為例，默認某地需要控制水利工程建設完成后的水土流失問題，作為生態控制的中心。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；質量M設含沙量為x。在專家反饋法下，可組織具有水利水電工程設計經驗、熟悉本工程生態理念應用要求、含沙量控制技術的人員，組成多元性專家小組，分析不同方案下河流內的含沙量水平，并據此提出設計調整意見。

3""水電工程設計中生態理念的應用實例

3.1""工程概況

X地護岸工程，建設區域位于我國南方某省份，該地具有降水量較大、生態環境比較脆弱的問題，在組織工程建設前，建設方、施工方等進行分析，認為需要加強護岸工程的生態價值，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計過程中可以有效運用生態理念。

3.2""主要關注點和設計過程

該工程的設計除需要關注一般要素（如安全、質量）外，還需要針對氣候特點分析導致水土流失的因素，并加以控制。工作人員早期組織信息采集，發現河岸兩側護岸設施嚴重老化，局部采用傳統石質護岸，局部采用沙土護堤，未能形成統一的技術方案。河流水流流速緩慢，一般為2～2.5"s/m，但河道深度不足，出現強降水時，兩岸沖擊破壞嚴重。按照早期收集所獲數據，設計人員借助有關信息建立了BIM分析模擬，以靜態、動態模擬評估不同設計方案的抗沖擊破壞能力。從結果上看：（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年后設施有所老化，但此方案成本較高。經過對比，設計人員選取了以混凝土和植物為主的綠色護岸模式，并通過反復論證、專家反饋法，對護岸的高度、植物類別進行探討、更新，應用于本地的護岸工作建設中。

3.3""成果概況

結果上看，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、生態效應、基本功能均得到保證，且后續運維的總體支出也相對較低。河水內含沙量較此前降低55%，效果理想。

4""結語

綜上所述，水利水電工程設計過程中生態理念的應用具有一定積極價值，有助于發揮工程生態價值、提升綜合效益，未來工作中應予以更多重視。現狀上看，生態理念在水利水電工程設計過程中的應用應關注區域生態特點、工程特點，在此基礎上確定設計思路、方法，并組織工程設計、評估成果，最后應用于工程建設。結合X地護岸工程工作情況，可知早期信息采集價值比較突出，現代化的技術方法、模擬設計模式，則為水利水電工程設計過程中生態理念的應用提供了空間，該工程設計效果良好，工程兼具生態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

[1] 宗金華，宦智群，鄒文翔.生態文明理念倡導下的江都水利樞紐風景區建設"[J].水文化，2024（4）：52-55.

[2] 庹薇.城鎮水系綜合治理工程生態系統服務價值評估[D].鄭州：華北水利水電大學，2021.

[3] 高凡.環境保護理念下水利工程生態防治措施研究[J].工程建設與設計，"2023（19）：114-116.

[4] 張力元.快速城市化地區生態水文模型的構建及應用[D].鄭州：華北水利水電大學，2023.

[5] 鄒巖.基于生態理念視角下水利水電工程的規劃設計探討[J].山西水土保持科技，2023（1）：29-30，46.