基于绿色发展理念融入水利工程设计中的探讨

梁贞堂

(黑龙江省水利水电勘测设计研究院，哈尔滨 150080))



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基于绿色发展理念融入水利工程设计中的探讨

梁贞堂

(黑龙江省水利水电勘测设计研究院，哈尔滨 150080))

文章通过对黑龙江省水利工程现状分析，对如何在水利工程设计之中融入绿色发展理念进行了探讨。建议水库工程库容调节系数β<50%，坝型选择尽量选用混凝土坝；堤防工程尽量一堤多用，顺应自然；对于排水体系健全的灌区工程输水渠道尽量采用灌排两用渠道，配水渠道采用水力最佳断面。

绿色理念;水利工程;融入;水库;堤防;灌区

水利工程是改造和利用自然资源的工程，它促进了经济发展、社会稳定、民生和谐，提供了水量控制、洪水防御、干旱治理、能源供应等多种功能。在改造和利用水资源的过程中，必然会对周边自然状态产生负面影响，如：改变了河流的基本形态，自然河流渠道化，自然河流非连续化等。水利工程设计是水利工程建设的基础与先导，是水利工程功能发挥作用和效益的依据，因此，在水程工程设计中融入绿色发展理念、最大限度地降低水利工程对周边环境的影响、处理好水利工程与经济发展的关系，成为要认真探讨与研究的问题。

水利工程设计融入绿色发展理念后，设计工作需要发生一些技术性变化。首先是治水理念的变化，必须克服人定胜天、战胜自然的观念，树立在“以水定需、量水而行”的前提下，改造自然的理念。其次是治水工程的变化，要求工程占地最少、外引水量最小、影响环境最微、工程本身最美，达到人工建筑与自然景观的协调、安全、与绿色的统一，人与自然的和谐。

1　绿色发展理念

文献[1]首提绿色发展理念，并指出：实现“十三五”时期发展目标，破解发展难题，厚植发展优势，必须牢固创新、协调、绿色、开放、共享的发展理念。绿色是永续发展的必要条件和人民对美好生活追求的重要体现。必须坚持节约资源和保护环境的基本国策，坚持可持续发展，坚定走生产发展、生活富裕、生态良好的文明发展之路，加快建设资源节约型、环境友好型社会，形成人与自然和谐发展现代化格局，推进美丽中国建设，为全球生态安全做出新贡献。

在绿色发展理念的指导下，文献还对涉及水资源的问题做出了具体要求：“实行最严格的水资源管理制度，以水定产、以水定城，建设节水型社会。”对涉及土地资源的也做出了明确要求：“坚持最严格的耕地保护制度，坚守耕地底线”，“坚持最严格的节约用地制度，严格控制农村集体建设用地规模”，等等。

针对水资源和水利工作的问题，文献指出：从绿色发展看，我国水资源禀赋条件先天不足，水生态环境容量有限。必须坚持节约优先、保护优先，以水定产、以水定城，充分发挥水资源管理红线的刚性约束作用，以用水方式转变倒逼产业结构调整和区域经济布局优化，着力提升河流、湖泊、湿地等自然生态系统的稳定性和生态服务功能，推动循环经济、绿色经济和低碳经济发展。水资源、水环境、水生态与人民群众的生命健康、生活质量、生产发展息息相关，是最重要的公共产品、最普惠的民生福祉。我国水情复杂、水利建设历史欠账多，水利仍然是全面建成小康社会的突出短板。必须着力解决人民群众最关心最直接最现实的水利问题，让人民群众有更多的获得感。

综上所述，绿色发展理念即载入国家“五大发展理念”之一的理念，指节约利用自然资源、防止破坏自然环境、改善修复生存状态、保持发展生态平衡、协调促进共同发展的理念。它要求任何发展行为和任何工程建设都必须以最大限度地维持、保护、修复、建造自然环境与生态健康为基本规范；在有利于自然环境和生态健康的同时，从中获取经济效益和社会效益；将维系自然环境和生态健康作为新的经济增长点。

2　融入绿色理念后水利工程设计的探讨

2.1水库工程

2.1.1水库库容

设计原则：水库规模或水库库容的确定，以库区淹没占地最少、水库对河流和周边环境影响最小为主要研究参数；实现“以水定需”的目标。

兴利库容：亦称调节库容，指正常蓄水位至死水位之间的水库容积，用以调节径流，提高水库的供水量或水电站的出力，它是水库工程的一个重要参数，决定着水库工程的供水能力和淹没库区的大小。文献[2]规定：水库库容系数β为水库兴利库容与多年平均年水量的比值，β>30%属多年调节水库，8%≤β<30%属年调节水库，3%≤β<8%属不完全年调节水库，β<3% 属日调节水库。

通过对中大中型水库库容系数的计算，可得出黑龙江省已建大、中型水库的库容系数的分布情况，见表1，表2。

表1　黑龙江省大型水库库容系数表

表2　黑龙江省中型水库库容系数表

综上可以得出：黑龙江省的水库绝大部分是多年调节的水库，库容偏大，淹没占地较多；在山区淹没林地较多；违背了节约土地的相关政策。库容系数偏大带来的另一个问题就是水资源利用率可能偏大，可能超出50%的允许开发利用率。因此，建议：水库兴利库容系数β<50%作为设计水库兴利库容的依据。

2.1.2水库坝型

设计原则：施工最为方便、外部干扰最小、坝型力求美观。

在黑龙江省气候因素是对水库大坝施工影响的主要因素，设计大坝坝型时一定要高度重视气候因素的干扰影响。给出了部分城市2013年的气象资料，见表3、表4 。

表3　 哈尔滨、齐齐哈尔、黑河、佳木斯4市的月平均气温表　℃

表4　哈尔滨、齐齐哈尔、黑河佳木斯4市的月平均降雨表　mm

从表4给出的降雨看：黑龙江省基本没有最佳施工期，可施工的时间内均有降雨，且降雨大小的随机性较大，也没有明显的地域和时空分布特点。

土质筑坝材料有一重要指标——最优含水率，只有在最优含水率的条件下，筑坝土质的干密度、渗透系数、内摩擦角等才能达到要求。在黑龙江省的整个施工期，土体的最优含水率很难达到，往往是刚刚通过凉晒达到筑坝含水率要求，下一场雨可导致停工再等待，甚至整个施工期都不能施工。

因此，在黑龙江省水库大坝坝型的选择上最先考虑的应是筑坝材料对雨水要求较低的材料，也就是雨季对施工影响最小的材料。根据近几年黑龙江省水库大坝的建设经验，对黏土心墙坝要慎重选择，或尽量避免使用；均质土石坝尽量选用土质以外的防渗材料；最优选择以水泥为胶结材料的坝型。

在众多水库坝型中，以水泥这胶结材料的混凝土坝、浆砌石坝也是占地最小的坝型，也是影响周边环境最小的坝型。

2.1.3施工场地与坝区布置

施工场地布置：尽量减少对周边环境的破坏。取土料场优先选用淹没区内，且在淹没线以下的料场。施工道路要与竣工后的管理与维护道路相统一。施工管理区尽量靠近坝区。施工后的弃料要在坝区附近集中堆放，形成景观。

坝区布置：坝区要按水利风景区设计；坝顶是景区的核心区域，要有突出的特色；坝区上游要突出亲水特点，坝区下游要突出湿地特色；各主要建筑物即要与周边和谐，又要成为宣传节水的场所。

2.2河道工程

设计原则：一堤多用、滨水亲水、和谐自然、赏心悦目。

无论是城市河道，还是农田堤防，在建设河道工程的同时，进一步美化河道工程，与周边环境相和谐；在发挥防洪功能的同时，充分发挥河道工程的景观、交通、城市商业等功能。达到有自然弯曲的河岸，有深潭浅滩和泛洪漫滩，有天然砂石、草丛和灌木，有宽缓窄急高低相间的常年流水；有丰富的水生动植物；有安全绿色的防洪设施。

2.2.1堤线

摈弃保护面积最大化的理念，给洪水留出足够的行洪空间。应尽可能保留河流的自然形态，保留其蜿蜒性或分汊状态，保留湿地、河湾、急流和浅滩。大江大河堤线离开主流50m以上，一般河流离开30m以上，小河流离开10m以上。堤线尽量顺直，尽量让堤防工程与旅游设施建设相结合，让滨水亲水成为现实。

2.2.2堤型

尽量采用当地材料筑堤，由于防渗技术与护坡技术的发展，对筑堤的材料要求越来越宽松，为任何当地材料筑坝提供了可行；同时要避免采用直立式钢筋混凝土和浆砌石堤型，它形成的“围墙”，破坏了环境和谐、阻断了亲水情结。

2.2.3堤顶、堤坡和堤高

“堤顶尽可能地宽、堤坡尽可能地缓、堤高尽可能地小”，应当成为设计堤防工程的三原则。

1)堤顶：堤防工程是线性工程，即是防洪工程，也具有交通工程的特性，稍加改造交通功能就能发挥，就能方便人们出行；此时堤顶宽度决定着交通功能的安全程度，堤顶宽度由交通要求决定；堤防工程的防洪功能决定着堤顶是临近河流的最高点，登高望远是人们亲近自然的天然情结，因此堤顶又成了人们陶冶情操的场所，堤顶宽度应由建设风景区、满足绿化、亮化、商业化、活动化要求决定；堤顶建设要尽可能地宽。有时可采用矮防浪墙的形式，达到增加堤顶宽度的要求。在已建堤防中，哈尔滨市松花江堤防斯大林公园段堤顶局宽度达100m以上，绥滨镇松花江堤防堤顶宽度达18m。

2)堤坡：堤防的坡度，堤坡越缓越便于攀爬、便于通过，越容易形成水陆生态系统内部及相互之间生态流流动的通道，越容易布置绿化和景观工程。在已建堤防中，山东省临沂市的沂河堤防的边坡比达到1：10；黄河堤防山东省段堤后淤背达100m。部分需要防护的边坡，尽可能少用单纯的干砌石、浆砌石或混凝土护坡，多采用有防护的植物护坡，近年来推广的多孔混凝土砌块、雷诺护垫等就是很好的护坡形式。

3)堤高：堤防的高度，在满足防洪标准的前提下，堤防高度要尽可能的小，既避免“围墙”效应，减轻通行压力，又可以减少征用土地，四则维持周边环境。

堤防的安全超高尽可能缩小：①大部分河流洪水来势猛，流速大，水面吹程短，高水位持续时间不长，遇到设计风速的机率非常稀少，波浪爬高可以降低；②由于城市堤防，多与道路相结合，堤身经砌护后的安全度较高，允许短时间越浪；③农田堤防迎水面多植防浪林，可以消减风浪爬高。因此，堤防的安全超高可参照规范适当降低。但在堤身结构和基础处理等方面增加一定的安全度，做到既安全又美观。安全超高尽可能用防浪墙替代；由于堤防设计标准的稀遇性，永久性防浪墙的高度应<1.2m。

2.3灌区工程

2.3.1输水渠道——干、支、斗渠

设计原则：节约用水、减少占地、尽量利用原有工程。

黑龙江省东北部三江平原八十、九十年代进行过大规模的排涝工程建设。建设水田灌区时，要充分利用已有的排涝沟道，并将其改造成灌排两用渠道。

灌排两用渠道一般按排水参数设计渠道，边坡比m>1.0，渠道深度h>2.0m。灌排两用渠道有以下特点：

可充分利用地下水、雨水及回归水。在挖方渠道中输水，渠中水位接近地下水位，可减少渗漏和跑水的浪费，同时，可以接纳区间田间渗漏水、排水以及区间降水径流，可使弃水回归利用，基本实现零排放。每年节约用水20%以上。

可减少永久占地，方便工程实施。灌排两用渠道不需要大填方，可节省工程占地；灌排合一，减少近一半的交叉建筑物，从而节约工程量，减少投资；挖方施工比较容易，对降雨影响要也较低。一般减少占地60%，减少投资50%以上。

可形成自觉节水灌溉机制。由于黑龙江省耕地多，管理比较粗放，灌溉时往往是上游“大水漫灌”，下游“盼水兴叹”。灌排两用输水渠道灌区的配水渠道需要用水户抽水解决，灌溉多少直接与切身经济利益挂钩，可形成自觉节水灌溉机制，避免水资源的浪费，提高水资源利用率。

农民乐于接受。利用排水沟输水，可提前15 d将水放入沟中，有利于农民抓住最佳的灌溉时间进行灌溉。没有了大填方，减少了交通的分割，方便了农民出行与耕作。充分利用了原有排水工程，得到了农民认可。减少了工程占地，可方便实施。

便于安排路林沟(渠)。农田路、农田林、排水沟、灌溉渠均是农田基本工程，挖方渠道可以很方便地解决这一问题，并少占耕地。

2.3.2配水渠道——农、毛渠

设计原则：配水渠道基本是填方渠道，其渠道断面可按水力最佳断面设计。

由几何学可知，圆形断面或半圆形断面为水力最佳断面；由于两侧边坡往往达不到要求，因此配水渠道优先选择“U”型断面渠道。目前，有关单位研发的复合材料“U”型断面渠道已工厂化生产，它安装方便、经久耐用、防渗抗刺，应当成为首选。另外，渠道的过水能力与边壁的粗糙程度呈反比，因此边壁尽量光滑。

3　结　语

绿色发展理念博大精深，融入到水利工程的设计中具有现实意义，文章对水库、堤防、灌区工程进行了初步探讨，有抛砖引玉之意，希望大家共同努力，将水利工程建造成顺应自然、永续利用的工程，为人类社会的美好发展贡献力量。

[1]王翠莲.中共中央关于制定国民经济和社会发展第十三个五年规划的建议[N].人民日报,2015-11-4.

[2]陈雷.全面贯彻落实党的十八届五中全会精神奋力谱写”十三五”水利改革发展新篇章[J].中国水利,2016(02)：1-9.

Discussion about Green Development Concept Integrating into Design of Hydraulic Engineering

LIANG Zhen-tang

(Heilongjiang Provincial Water Conservancy & Hydropower Investigation，Design and Research Institute，Harbin 150080，China)

This paper explores how to integrate the hydraulic project design into the green development concept by analyzing the current situation of water conservancy projects in Heilongjiang Province.The accommodation coefficient of reservoir capacity β is less than 50% and the concrete dam should be selected as far as possible；one dike engineering always is used in multi-purpose and should comply with the ordinary use；the conveyance canal of irrigation area with good drainage system should adopt possibly the double-purpose channel for irrigation and drainage uses，and the distribution channel should adopt the optimal hydraulic section.

green development concept；hydraulic engineering；integrating into;reservoir;embankment;irrigation area

1007-7596(2016)05-0067-04

2016-03-15

梁贞堂(1963-),男,山东冠县人,研究员级高级工程师，研究方向为水利工程管理理论。

TV222

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