黄欢

（江苏企瑞工程设计咨询有限公司，江苏 泰州 214500）

0 引言

对于水利水电工程而言，其本身有着一定的难度，且对于整体的安全性有着较高的要求，在开展工程前需要做好前期的论证研究工作，从而为设计的科学性和合理性提供保障。除了做好前期的设计方案之外，也要对现场情况进行了解和明确，包含水工设计和工程类型等等内容具有很强的现实意义。

1 水工设计的价值分析

随着时代的推移，我国对水工建设的需求越来越大，并且也提出了更为严格的要求。在水工建设中，水工设计是十分重要的一个环节，设计效果的好坏直接决定了水工建筑的质量。水工设计是一项系统且复杂的工作，需要设计人员详细掌握建筑结构的规划，同时对技术也有着十分严格的要求。想要科学、合理地进行水工设计，就必须提前掌握现场的具体情况，结合水工建筑的特征有针对性开展设计工作。

2 水工设计中的要点内容分析

在水工设计的过程中需要着重注意以下3 个方面的要点内容：①关于水工设计理念需要具备足够的系统性和宏观性，不管是辅助部分的设计还是整体的设计都需要确保其能够和项目之间保持相互之间的一致，同时也要对整体运行情况进行掌握，不同的工程有着不同的需求。②要确保具备充足的设计需求，应该通过相关的部门来对具体的情况以及需求进行论证，从而为带来更多可靠的信息，有利于对结果的掌握。③保持足够的设计针对性，在制定设计方案的过程中因为不同区域的自然情况有着一定的差异，所以需要结合实际情况来选择合理的施工方案和布置对策，并在考虑设计条件时要充分了解具体的情况。④要保持足够的深度，在水利水电工程中水工设计前期的差异并不大，但会逐渐增加深度，可以说深度的设计会对整体的设计带来重要的影响。

3 水工设计方案的制定步骤

相比于其他行业而言，水利水电工程的特点在于环境恶劣、工期较长等方面，有着较高的技术要求，同时也要对施工中的安全问题给予足够的重视，再加上有着很高的前期投资，所以在设计中需要充分考虑到关于经济方面的因素，在前期有必要进行科学的论证，对设计方案的合理性提供充分的保障。我国对于水利水电工程有着非常高的标准和要求，无论是在工程质量方面，还是在施工技术方面都在逐步的提升，所以在工程开始之前的方案论证工作就十分的重要，要对设计方案中的建筑类型、水工布置以及场址情况等方面因素进行充分的了解，保证水利水电工程具备足够可行性。水利工程建设都需要以设计方案为基础，而具体的设计方案制定步骤则包括了以下4 个方面：①对方案进行拟定，除了考虑到工程规模之外，也要综合分析工程施工的条件和所处的环境等等，从而以此为基础来进行方案的拟定。②方案的设计，根据工程要求来分析建设条件和工程方案，同时也要充分考虑到经济方面的因素，从而实现对方案投资以及工期等方面内容的估算和优化。③对方案进行比较，通过对多方面因素的综合考虑，来对方案进行多方面的对比，从而实现对方案优缺点的总结。④对方案进行选择，完成方案比较之后需要对其进行综合性的分析，从而获得最佳的方案。

4 水工设计方案对比的原则和重要性

4.1 原则分析

进行对比多个设计方案时，需要遵循实事求是的原则开展工作，从客观层面上来详细地分析对比各个方案内容，包含各个方案中所拥有的缺点和有点，从而选择出最为合理的方案内容。对设计人员来说，也需要从客观层面上来判断其中的有利或者不利因素，同时在对比设计方案和分析方案的过程中不能受个人主观因素影响。在具体对水工设计方案进行对比的过程中，一般需要采用标准的比较指标，需要充分对每种方案的优缺点进行分析和总结[1]。对设计人员来说，必须秉持认真负责的态度，对各种水工设计方案进行反复分析和对比，切实保障水工设计方案的经济性、安全性，确保设计方案的内容与相关标准相符，从而最大限度降低水工建设的成本投入。

4.2 重要性分析

对水工设计方案进行对比分析，在水工设计流程中是十分关键的环节。设计人员应当结合水工项目具体的任务量进行设计，充分考虑项目周边环境、地质、建筑物等条件，同时制定多种水工设计方案，便于后期在众多设计方案中对比挑选出最合理的方案。在具体设计、对比的过程中，设计人员还需要考虑造价预算、施工周期等各方面的因素，合理对不同方案的优缺点进行比较，确保最后可以选择出一种最科学、最合理的水工设计方案。

5 影响水工设计的因素分析

5.1 工程要求

在进行方案的设计过程中，需要重视各方面的因素和内容，例如工程的任务和规模以及运行要求和经济、社会效益等等，除了要确保技术上具备足够的可行性之外，也要确保足够的安全性和稳定性，要满足各方的综合效益。在进行方案设计时，无论是工程布局还是施工中的技术处理，都需要结合具体的条件来进行开展。

5.2 工程投资

工程投资包含了工程中的一切费用，在不同的施工阶段都会存在费用的消耗，如果不能够在这个过程中做好管理和计划，那么就可能会在各个阶段中出现没有必要的支出，所以需要对各个阶段的开支进行严格控制，从而有效地控制成本，达到经济效益的有效提升。那么在水工方案设计时，对于该项因素进行考虑是非常必要的，并要对技术上的投资做好评价工作，另外也要做好前期的预算工作，从而获得更大的收益。可以说投资预算是对成本进行控制的有效措施，因此在水工设计方案前做好投资预算是非常必要的。

5.3 工程环境

环境对于水利水电工程做带来的影响并不一定是立竿见影的，很可能是工程运行了多年以后才会显现出来，有着很大的不确定性。所以在进行方案设计的过程中，涉及的内容应该包含了库区内容和下游等方面的环境评测，在投资论证的过程中也应该对环境评估给予足够的重视。具体来看，对于环境进行的评估工作所包含的内容如下；①关于施工地区的环境情况评估。②在施工过程中对周边环境所带来的影响。③根据实际环境的影响而制定的应对措施。随着科技的发展，无论是论证还是预测的技术都更加先进，在水工方案设计中，必须重视环境的了解，例如是否会对植物生长带来负面影响以及是否会引发坍塌护、地震或者泥沙淤积的情况等等，通过研究得出结论并采取相应的应对措施。

6 水利水电工程水工设计方案

在此次研究中，本文主要以重力坝作为主要研究对象，并在此基础上列举相应的水工设计方案。

6.1 坝型选择

在选择坝型的时候，需要结合重力坝的坝型以及轮毂布局，充分考虑轮毂周边施工条件、自然环境以及项目的未来效益等多方面因素，确保可以设计出一种有助于长久发展的水利枢纽。在面对不同坝址的时候，需要对不同坝型的应用效果进行深入分析，在设计多种坝型选择方案后进行对比分析，最终选择一种最适合特定坝址的坝型。

6.2 参考指标

在选择坝址的过程中，设计人员必须保障所有设计方案都符合国家出台的相关指标，如洪峰流量、洪水总量等。同时在相关技术指标中还包括了划分工程等级，所以在工程等级不同的情况下所采用的衡量设计方案的标准存在一定差异[2]。设计人员需要充分考虑水工项目的规模、水库容量等问题，保障水工项目与相关指标的功能相符，其中包括了对洪涝干旱等灾害的防治、日常发电需求、农业灌溉需求等要素。

6.3 重力坝的设计和选择

6.3.1 宽缝重力坝

通常情况下，重力坝沿水地区的水平缝隙都比较狭窄，而为了保障横缝可以拥有足够大的缝隙空间，一般需要对上下游地段的宽缝采取闭合处理措施，在这样的情况下就可以保证坝体轴向连续体具有较强的保水能力。坝段之间的宽度一般在坝段总宽度的15%～35%，所以难以实现对坝体的有效保护，因此会有一些安全隐患存在。

6.3.2 大头坝型

大头坝型主要是将大体积桥墩当成设计结构，可以看成是薄壁板坝型与宽缝坝型的一种融合结构，从整体结构来看与宽缝重力坝比较相似。大头坝型是典型的由多个桥墩连接组成的重力坝，一般设置在流域上游，坝体头部形态多样，有圆形、多边形等。在目前的重力坝设计方案中，多边形大头坝体是比较常见的一种坝型，它的桥墩可以分为单墩和双墩，这种坝型具有很强的抗水压能力，也可以在泄水管的帮助下具有较强的溢流能力。

6.3.3 空腹坝型

在许多大型水利工程中，空腹坝型是主要采用的一种重力坝结构，它可以在底部坝轴部位钻一个大孔，在基岩表面空间开发一大块空腹低段，这种方式可以有效降低坝底承受的压力，并且还可以降低坝体对混凝土的用量需求。设计人员在对空腹坝体进行设计的过程中，可以灵活对空腹的位置以及空腹空间大小进行调节[3]。但是空腹坝型的内部结构十分复杂，对钢筋的需求量非常大，所以在实际建设的过程中往往要消耗更多资金，和其他坝型相比空腹坝型的施工难度更大。

6.3.4 斜坡折线坝型

这种坝型的设计，主要是将流域上游段设计成斜坡的形状，也可以对局部坝体形状进行设计，通过在坝体内部设置空腹空间的方式，可以有效提升坝体的稳定性，并增强坝体的抗水压能力，与其他坝型相比，斜坡折线坝型的经济学更强，在实际施工过程中可以节省大量成本。

7 水工方案设计需要注意的问题

7.1 满足基本要求

一方面要能够达到工程运行的标准，同时也要满足工程规模，以达到预期的应用目标。另一方面要能够符合安全要求，并在技术上能够具备足够的安全性。

7.2 具备足够的针对性

所谓针对性，具体是指在设计的过程中不可以采用生搬硬套的方式，从水工设计的角度上来看，无论是工程的布置和处理都应该结合实际的情况来进行调整。首先是不同的场址和地形条件，那么工程的布置和形式必然会有所差别。例如不同方案中的枢纽布置和坝型都会因为场址的影响而在投资上和工程量上产生一定的区别。再例如输水渠道，无论是断面尺寸还是渠道类型都会因为其所处的地形条件而产生变化。其次是同类项目，因为不同的地区经济水平和发展情况，那么在水工设计的过程中必然会有着不同的控制因素。例如一些地区的经济较为发达，那么为了确保工程安全以及降低其对环境造成的影响，那么首先要考虑的就是工程的投资。同时，由于不同的区域有着不同的设计目标，所采用的处理方法也会不同，例如，对于工程基础的处理，需要对处理的目标进行了解，例如加固或者防渗，如果是防渗则应该对重点进行明确，是对防渗破坏进行防范还是对渗漏量进行控制。

7.3 具备足够的设计依据

这里所说的设计依据具体是指设计中需要进行必要的论证，除了要对工程中所运用的相关措施进行论证，对其中的问题进行解决，例如对于调压井进行设置的过程中，要论证这样设置的理由。其次是涉及尺寸方面的相关依据，为了确保具备足够充分的依据，需要进行规范和标准的设置，通过模型试验和计算来对尺寸进行检验，如果缺少了计算依据则应该通过类比或者借鉴的方式来达到预期的效果。

7.4 设计深度

在工程前期施工阶段设计深度有所不同，深度会随之加深，在这个过程中应该严格遵循以下原则，首先要求设计满足深度上的要求，其次要确保同一个阶段中的各个方案保持同样的深度，方案的可信程度也同样与深度有着密切的关联，深度越深则可信度越高，从水库枢纽的角度上来看，进行深度的设计时需要重视控制投资，不管是研究可行性还是初始阶段的设计工作都应该先明确方案，且不肯影响到方案的选择。

7.5 其他需要注意的问题

首先要保证足够的设计实用性，通过工程处理来提升整体的耐久性和实用性。其次要利用难度小的技术或者成熟度较高的技术，以降低工程风险，如果需要进行创新则需要做好前期的论证工作，同时也要考虑到环保方面的要求，尽可能的降低工程对环境带来的负面影响。最后是确保设计中各个专业之间的协调性。总而言之，在水工方案设计时，为了确保所选方案的最优，应该保持一个实事求是的工作态度，综合全面地进行方案选择，确保方案设计的合理性，为设计提供足够的依据。

8 提升设计水平的路径

8.1 规范前期勘察工作

为了确保设计方案具备足够的合理性，应该在前期阶段做好勘察作业，从而获得有效的数据信息，以此为基础来为设计工作的开展带来充分的参考依据。在前期的勘察作业过程中，需要对工程开展的具体情况进行调查了解，例如工程的作用和功能等等，在具体的设计工作中，需要做好前期的现场勘查工作，从而全方位的去了解工程情况，并严格遵循相关的政策，对方案进行合理的设计，同时也包括了对材料和设备的选用，在方案中对于各个环节的准备内容以及进度内容进行明确，实现对施工工艺和方案的优化。在工程开始之前，应该做好目标区域的勘察作业，对其所处的环境情况进行了解，并对获取的数据进行认真的审核，组织设计工作的开展应该以相关的政策为依据，保证各项作业的顺利进行，使得设计质量获得显著的提升。例如在管线设计的过程中，需要对土地性质和施工面筋进行了解，并通过合理的设计来避免发生脱落或者磨损的问题，实现对管道应用寿命的延长，从而获得更大的效益[4]。

8.2 满足功能要求

水工设计方案有必要对相关的功能要求进行满足，要求设计者能够对功能要求进行充分的了解，并结合现场情况和水文条件来进行准确的分析和判断，从而对工程的功效进行明确，从而在水工设计方案中能够更好地突出重点内容，使其更加适应实际环境。另外，水工设计方案也要充分考虑到安全方面的问题，这一点需要在方案内容中得到充分体现，不管是施工阶段还是竣工后都应该全面考虑安全因素，做好安全防护工作，将其作为方案筛选的重要指标。

8.3 完善监测内容

在水工设计的过程中，对所在地区的水文、气候和地质情况必须进行充分的了解，掌握准确的信息，如果信息准确度不足，那么必然会对水工设计方案的质量带来不利影响。在工程规划设计时，要增加该区域的观测点，并在设计中对气象、水文等相关方面的信息进行仔细把关，进行多次的审核和考察，保证信息的真实可靠。

8.4 培养专业人员

水工设计过程中需要应用到多个专业的知识，设计者在开展这项工作时需要综合考虑多方面的因素，包括材料和环境因素等等，与传统的水工设计相比，当前的设计工作要求设计者必须具备较为全面的知识体系，要具备足够的设计意识和能力，所以需要重视对设计人员的培训教育，建立一支具备更强能力和水平的设计队伍，对设计团队进行充实和完善[5]。另外，也要对责任制度进行落实，并完善奖惩制度，以激发设计人员的工作热情和积极性，确保工作得到规范性地开展。总而言之，水工设计与社会民生息息相关，水工设计是否科学合理直接影响到工程的质量和效益，所以需要做好前期准备工作，以切实提升设计质量，推动我国水利水电工程建设的良好发展。

9 结语

综上所述，在水利水电工程项目中，水工设计方案的确定一般需要依靠对比、分析的方式实现，这对设计人员的专业性有着很高的要求，设计方案的选择直接决定了水工项目的后续实施情况。在具体对比、选择水工设计方案的过程中，设计人员应当秉持实事求是的原则，站在不同角度对不同设计方案的合理性进行研究，确保最终可以选择出一种既经济又实用的水工设计方案。