中小型水利水電工程設(shè)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(shè)計院，云南文山 663099；2.中國水利水電建設(shè)工程咨詢中南有限公司，長沙 410014）

1 引言

城市化發(fā)展中，中小型水利水電工程的數(shù)量明顯增多。但在設(shè)計中小型水利水電工程仍存在較多問題，導(dǎo)致該類工程設(shè)計方案無法有效應(yīng)用。因此，本文就如何優(yōu)化中小型水利水電工程設(shè)計方案展開分析，旨在利用更為科學(xué)的設(shè)計方案控制水利水電工程建設(shè)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(shè)計基礎(chǔ)要求

由于水利水電工程地區(qū)的地形條件復(fù)雜、水含量較大，大壩基礎(chǔ)條件復(fù)雜，所以，水利水電工程的整體設(shè)計難度較大。為確保水利水電工程的設(shè)計質(zhì)量，設(shè)計人員應(yīng)采用GIS、CAD、計算機等技術(shù)從工程勘測、水力計算、大壩應(yīng)力計算等多個環(huán)節(jié)入手，加強工程設(shè)計質(zhì)量管理，使設(shè)計方案在水利水電工程建設(shè)中具有較強的指導(dǎo)價值。

3 中小型水利水電工程設(shè)計中的常見問題

3.1 設(shè)計方案的實用性不強

中小型水利水電工程設(shè)計中，一些工程設(shè)計方案的論證過于片面，設(shè)計人員沒有考慮設(shè)計方案的經(jīng)濟性、應(yīng)用性，使其設(shè)計質(zhì)量評價流于形式，具體體現(xiàn)在以下方面：（1）水利工程結(jié)構(gòu)設(shè)計與實際設(shè)計需求不符，且沒有分析水利水電工程對生態(tài)環(huán)境造成的影響。（2）多數(shù)中小型水利水電工程設(shè)計過于簡化，沒有詳細說明施工導(dǎo)流、載流部分、水電等設(shè)計內(nèi)容，設(shè)計實用性不足，無法有序地與水利水電工程建設(shè)活動相銜接。（3）設(shè)計報告的規(guī)范性不足，設(shè)計報告中工程概況、設(shè)計指標(biāo)、設(shè)計依據(jù)等主要內(nèi)容的附表與基礎(chǔ)數(shù)據(jù)不全，尺寸標(biāo)注不到位、剖面圖缺失，整體應(yīng)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(fù)雜，所以，在設(shè)計水利水電工程時，要求相關(guān)人員提前進行實地勘測工作，獲取詳細的地質(zhì)與地形數(shù)據(jù)信息。但在實際的設(shè)計工作中卻缺乏對工程實地的勘測，導(dǎo)致設(shè)計基礎(chǔ)數(shù)據(jù)不完整，設(shè)計方案的可靠性不足；部分設(shè)計方由于專業(yè)勘測人員少，為節(jié)約勘測成本，簡化了實地勘測環(huán)節(jié)及內(nèi)容，沒有詳細地對工程建設(shè)區(qū)域進行測繪，使工程地質(zhì)測繪信息較少。

3.3 設(shè)計方案缺乏細節(jié)內(nèi)容

中小型水利水電工程中設(shè)計方案缺乏細節(jié)性內(nèi)容，具體表現(xiàn)在設(shè)計人員在制作設(shè)計方案時，沒有精確地計算水利水電工程的各類設(shè)計數(shù)據(jù)，如大壩防滲系數(shù)、安全系數(shù)、基礎(chǔ)防漏設(shè)計等。細節(jié)性設(shè)計數(shù)據(jù)的缺失會引起設(shè)計變更風(fēng)險，造成不可預(yù)估的經(jīng)濟與資源損失。除此之外，設(shè)計過程中設(shè)計人員往往更強調(diào)理論性，沒有結(jié)合水利水電工程施工建設(shè)內(nèi)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(yīng)用在水利水電施工中。

3.4 設(shè)計人員綜合素質(zhì)有待提高

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

4 中小型水利水電工程設(shè)計問題的有效對策

4.1 重視設(shè)計前的實地勘測

為提升中小型水利水電工程的設(shè)計質(zhì)量，設(shè)計人員還應(yīng)重視設(shè)計前的實地勘測工作，為設(shè)計方案的制訂獲取更完整的參考數(shù)據(jù)。具體包括以下3個方面：（1）設(shè)計人員應(yīng)詳細梳理水文環(huán)境、氣候條件、地質(zhì)條件、地形信息等水利水電工程建設(shè)區(qū)域的勘測內(nèi)容，然后應(yīng)用GIS、GPS、計算機、RS等先進技術(shù)采集水利水電工程的勘測數(shù)據(jù)。（2）掌握實地勘測信息后，運用大數(shù)據(jù)技術(shù)，分析各類信息在設(shè)計方案中的應(yīng)用價值，更全面地評估設(shè)計方案的可靠性。需要注意的是，勘測水利水電工程建設(shè)區(qū)域時，對于山地中的中小型水利水電工程，相關(guān)人員可應(yīng)用山地勘探技術(shù)，揭示地表地質(zhì)情況，提前為工程基礎(chǔ)開挖作業(yè)提供實驗數(shù)據(jù)，使設(shè)計人員制訂更科學(xué)的設(shè)計方案。（3）工程勘測過程中，設(shè)計人員應(yīng)重點關(guān)注工程測量、區(qū)域構(gòu)造穩(wěn)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(nèi)容，完整地匯總水利水電工程設(shè)計中的基礎(chǔ)信息。

4.2 引用先進的設(shè)計技術(shù)

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

水利水電工程中的主體結(jié)構(gòu)包括重力壩、拱壩、水閘、發(fā)電站、溢洪道等，設(shè)計各結(jié)構(gòu)時，設(shè)計人員應(yīng)利用計算機技術(shù)進行水文分析與計算，準(zhǔn)確分析設(shè)計方案中相關(guān)數(shù)值的可靠性。

設(shè)計人員可運用CAD三維技術(shù)構(gòu)建設(shè)計模型，用立體化的設(shè)計模型優(yōu)化各類設(shè)計參數(shù)。具體包括以下幾方面：（1）CAD技術(shù)可利用大數(shù)據(jù)分析的方式建立水利水電工程三維地形，立體呈現(xiàn)設(shè)計方案中的大壩、原始地貌、引水洞等結(jié)構(gòu)。在可視化設(shè)計圖形中，設(shè)計人員可詳細計算復(fù)雜結(jié)構(gòu)中的體積，準(zhǔn)確計算土石方量。（2）水工設(shè)計時，三維CAD技術(shù)可給出水工設(shè)計的剖面設(shè)計圖、平面設(shè)計圖，使設(shè)計活動中各專業(yè)的設(shè)計人員能夠依據(jù)立體的設(shè)計模型有效溝通，最大限度地促進水工設(shè)計、水電設(shè)計的銜接性。（3）基于三維CAD技術(shù)，設(shè)計人員可運用CAD軟件繪制水庫水位曲線，優(yōu)化水庫整體設(shè)計。設(shè)計人員將水位、庫容數(shù)據(jù)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(shè)計質(zhì)量管理

為提升中小型水利水電工程建設(shè)質(zhì)量，設(shè)計單位應(yīng)加強設(shè)計質(zhì)量管理，嚴(yán)格把控水利水電工程的設(shè)計質(zhì)量。在此過程中，設(shè)計人員應(yīng)結(jié)合工程施工建設(shè)的實際需求，分析設(shè)計圖、設(shè)計方案的實效性及其指導(dǎo)意義，按照設(shè)計內(nèi)容核查設(shè)計方案中的細節(jié)信息。

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

4.4 滲透綠色生態(tài)設(shè)計理念

為利用水資源，保護生態(tài)系統(tǒng)，相關(guān)人員在規(guī)劃設(shè)計水利水電工程時，還應(yīng)滲透綠色生態(tài)設(shè)計理念。設(shè)計人員應(yīng)在考慮經(jīng)濟指標(biāo)的過程中，評估水利水電工程中機電設(shè)備安裝、水工建筑施工造成的不利影響，然后以生態(tài)保護為導(dǎo)向，優(yōu)化水利水電工程整體設(shè)計。在水利水電工程岸坡防護設(shè)計中，設(shè)計人員應(yīng)遵守生態(tài)規(guī)律，注意預(yù)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(tài)環(huán)境的影響。

4.5 提升設(shè)計人員綜合素養(yǎng)

設(shè)計人員是水利水電工程設(shè)計的主體，只有設(shè)計人員具備較強的綜合素質(zhì)、專業(yè)能力、責(zé)任意識，才能制訂優(yōu)質(zhì)的水利水電工程設(shè)計方案。因此，相關(guān)人員還應(yīng)加強設(shè)計人員的專業(yè)培訓(xùn)，提升其綜合素養(yǎng)。培訓(xùn)過程中相關(guān)人員可從理論培訓(xùn)、設(shè)計培訓(xùn)、技術(shù)培訓(xùn)入手，使設(shè)計人員全面地認識水利水電工程，能夠運用所學(xué)知識科學(xué)地設(shè)計水利水電工程結(jié)構(gòu)，針對性地解決水利水電工程設(shè)計中的各類難題，提高工程設(shè)計質(zhì)量。

5 中小型水利水電工程的設(shè)計趨勢

5.1 設(shè)計內(nèi)容的多元化

根據(jù)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(shè)生態(tài)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(shè)計內(nèi)容將呈現(xiàn)出多元化特征。

1）設(shè)計人員應(yīng)將生態(tài)理念、綠色理念、水土保持理念融入水利水電工程設(shè)計中，在保護資源環(huán)境、水環(huán)境的過程中利用水資源，構(gòu)建生態(tài)化水利水電工程，使人與自然和諧相處。

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

5.2 設(shè)計方案的標(biāo)準(zhǔn)化

隨著水利水電工程建設(shè)要求的增多，為確保其建設(shè)質(zhì)量，該類工程設(shè)計方案應(yīng)逐漸規(guī)范化、標(biāo)準(zhǔn)化。設(shè)計人員需要依據(jù)中小型水利水電工程設(shè)計的質(zhì)量要求，詳細梳理設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)，用標(biāo)準(zhǔn)化的設(shè)計質(zhì)量評估指標(biāo)，提升設(shè)計質(zhì)量；設(shè)計人員應(yīng)規(guī)范設(shè)計行為，自覺遵守相關(guān)設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)，促進我國水利水電工程建設(shè)的標(biāo)準(zhǔn)化發(fā)展[3]。

6 結(jié)語

為提升中小型水利水電工程建設(shè)水平，改善其基本性能，相關(guān)人員還應(yīng)結(jié)合現(xiàn)階段中小型水利水電工程設(shè)計中存在的問題，加強設(shè)計質(zhì)量管理，嚴(yán)格要求設(shè)計人員從工程勘測環(huán)節(jié)入手，持續(xù)優(yōu)化設(shè)計方案。同時利用完整、有價值的參考數(shù)據(jù)細化水利水電工程設(shè)計內(nèi)容，使其有效地指導(dǎo)水利水電工程的施工作業(yè)，保障水利水電工程的整體建設(shè)質(zhì)量，為各地區(qū)水資源的高效利用創(chuàng)造有利條件。