水利水电工程设计论文范文
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第1篇
在水利水电工程设计中，需要进行应用的三维设计软件是一种集成化的系统。对于三维设计软件的科学评测，应从这么几个方面分析：第一，系统综合：主要是指设备驱动、图形显示、图形管理、绘画等功能。第二，二维图形功能：主要是指必要的绘图、编辑、标准、辅助功能等。第三，三维造型、零件设计功能：主要是指线框、曲面、实体等多方面的造型功能。第四，装配功能：主要是指基本规模、约束、干涉检查等功能。第五，二维及三维模型的关联功能：主要是指运用三维模型的建立进一步生成相应的二维图形。
2.水利水电工程中三维设计方法的应用
夜上海论坛 2.1CATIA的应用
2.1.1CATIA的应用功能CATIA三维设计平台所包含的主要内容为曲面设计、内部结构设计、施工工程设计、知识工程四大工程包。第一，曲面设计包。此工程包在水利工程设计中的应用主要为：对工程设计所涉及到的不同地形、地质的建模问题进行科学妥善的解决。主要包括的内容为对复杂型曲面、曲面变形、逆向工程等进行设计。同时在应用中还可对地面建模相关数据信息进行较为完整的导入及处理，从而预测生成地质建模数据。通过相关的地质模型进行数据的科学计算，确保整个工程设计中地质、水工、施工等多方面的信息数据得以结合，其应用价值极佳。第二，内部结构设计包。此工程包在工程设计中的应用主要针对问题为坝工部件的合理设计，能够完成较为复杂的曲面设计工作。同时还可实现参数及模板化设计，为坝体的建模创设一个较为直观且高效的环境。对于设计的整个过程及方法能够进行捕捉及重用操作，进一步提升整个水利水电工程的设计速率及整体质量。第三，施工工程包。此工程包在应用中主要针对的问题为工程施工中存在的整体布置问题，能够提供曲面、地质设计的布尔运算功能，对水利工程的建筑物进行全面设计，并对其相互之间存在的影响关系充分考量。第四，知识工程包。此工程包的主要应用价值为对模板化的设计问题进行全面科学的解决，而且能够应用重用特征设计功能。在CATIA中加入部分设计经验及规则制度，为后续设计提供帮助。从而进一步将工程设计的盲目抓瞎化成功转化为规范科学化。与此同时，还可将整个工程设计的速度进一步提升。
夜上海论坛 2.1.2CATIA的水利工程设计（1）零部件设计。水工的零部件设计主要是指对工程内部的各部分进行实体型的造型设计，主要分为三步。第一步，对工程模板进行初稿绘制，在对工程设计要求充分全面分析的基础上对各个部分模板进行二维图的绘制。第二，运用软件中已具备的零件设计模块对各个工厂模块进行造型。与此同时依照零件外形之间存在的拓扑关系进一步明确其相应的特征，完成模型制作。第三，依照水工设计要求对模块自身的辅助特征进行科学合理的加工操作，进而完成相应的造型工作。（2）装配设计。装配设计同样也是分为三大步。第一，将工程设计中所需运用的零件进行模块导入。在整个导入过程中，可以运用相关的对称工具完成对零件的复制工作，以此加强零件模型的导入速度。第二，在对装配关系充分掌握明确的基础上对工程设计中的零部件进行一定程度上的约束，如角度、间距、同轴等。此工作进行中需对各零部件的具置认真校对检查，以此确保其约束具有极强的准确性。第三，对零部件存在的组装缺陷问题进行认真检验，确认零件装配中是否存在不必要的冲突性问题。如发现冲突问题，则应及时对其进行科学调整，对工程设计细节进行补缺完善。
2.2ANSYS为基础的三维有限元应用
在水工设计中应用ANSYS具有极为重要的意义，其应用价值极为优良。而且ANSYS得应用发展具有与时俱进性，能够随着时代科技的逐步发展而发生变化发展，进一步提升整个水工设计整体效率及质量，帮助工程企业获取到最大化的合理经济收入，其应用发展潜力极大。此设计方式的应用步骤为：将小特征层上存在的面、线关键点一一去除，之后再寻找出具有此特性的相关边界线，促使其成为一整条线，形成一个较大面积的曲面。运用相关工具自身所具备的打断功能进行与曲面相连线的制作。运用制图工具将所有的线进行结合，进而形成一个较小面积的曲面。此种类型的图形制作能够促使各个面之间都存在所需的公共线及点[3]。完成模型导入操作后，其所显示出的图形影响较为模糊，在相关制作工具中完成实体命令的输入后，便可看到细致化的工程设计模型。在ANSYS中导入零件设计模型，对其进行合理的调整修改及网格剖分，便完成了大致的三维建模设计。
2.3三维设计方法在水工设计中的应用
实例某个水电站其自身的进水口组成部分为进水引渠及塔。进水塔所采用的取水方式为双层取水，长宽值分别为226m及31.48m。塔顶高度值为821.8m，建基面的高度值为735.2m。此水工所在地域的地基岩体主要为微风化的花岗岩、沉积角砾岩，具有较为良好的完整性。相关设计人员对此工程运用CATIA三维技术进行了零件及装配设计。与此同时还运用其内部所具备的模块帮助设计人员进行了载荷的添加及约束操作。如此一来，便能够帮助设计人员进行有限元初步分析，对整个工程设计进行了验证。另外，工程设计人员运用三维设计技术ANSYS进行了设计模型的数据调整修正。最终获取到了极为科学合理的水利工程设计建模，为其实际设计提供了参考帮助。
3.结语
第2篇
关键词：基本建设项目勘测设计水利水电工程设计监理咨询
1概述
夜上海论坛 我国的基本建设项目，从20世纪80年代开始实行改革，从计划经济逐步向市场经济体制过渡。基本建设项目推行了项目法人(业主)负责制、招标投标制、建设项目监理制和合同管理制。发展到现在，我国的水利、能源、交通、建工、铁路等基本建设行业的建筑安装工程、设备制造采购工程的合同实施均采用了“四制”。实践证明，采用“四制”可以在市场体制条件下更好地保证工程质量、工程进度、控制工程项目投资。
夜上海论坛 然而，基本建设工程的勘察设计项目实行上述“四制”比起工程建设项目工程来还滞后很多。特别是勘察设计项目的招标投标制和项目监理制在许多行业还未真正实行。究其原因，我认为有以下几点：
(1)我国勘测设计单位原来是按行业分属各部门，条块分割管理的。计划经济时期，其勘测设计任务由上级主管部门下达。目前，勘测设计单位正在由事业单位向企业单位转化，但还没有真正脱离部门领导，推向社会。近年来，各个行业的勘测设计企业化的改革力度很大，但发展很不均衡。
(2)我国基本建设项目大多是由国家投资兴建的公共工程项目，许多项目是项目的可行性研究完成报国家批准后才组建项目业主，由项目业主代表国家管理该项目。许多大型工程项目，勘测设计单位比业主先介入项目，仅由设计单位与业主签订“勘测设计合同”，谈不上业主对设计项目进行招标。
(3)我国规范勘测设计市场的法律、法规和相应的勘测设计市场管理制度还不健全。尽管我国在1983年颁布了《勘察设计合同管理条例》，但我国勘测设计市场发育不完善，相应的设计规程规范、勘察设计收费办法、勘测设计资质管理等文件和条例等有很多部分不适宜市场管理体制的需要。所以我国基本建设项目，特别是大型工程项目的勘测设计招标还有很长的一段路要走。
夜上海论坛 2我国水利水电工程设计市场概况
2.1水利水电工程的特点
水利水电工程属关系国计民生的公共工程项目，多由国家投资。一般工程规模大，工期较长，投资大。工程的设计方案受诸如水文、地质、气象、地貌自然条件，移民等社会条件影响比较大。
2.2历史背景
夜上海论坛 我国水利水电工程的勘测设计、工程建设及运行管理都隶属于水利部和原能源部。我国水利水电项目的勘测设计由六大流域管理机构(水利委员会)和水电工程勘测设计院分区域和条块分割进行。同时，各省区有省属水利水电勘测设计院，从事本省的水利水电工程的规划、勘测、设计工作。这样从历史上就形成了我国水利、水电工程勘测设计条块分割的格局。
水电工程要从事长时期的水文、水能资料的收集，并由所在区域的勘测设计院进行规划，而这些资料长期由该流域管理机构或勘测设计院掌握，造成了勘测设计单位对该工程项目的勘测设计垄断地位。
我国水电工程的业主有流域滚动开发的，也有单个水电工程的开发公司。他们一般都是滞后于勘测设计单位介入工程，由于勘测设计单位预先掌握了工程的基础资料，因而也不可能能进行勘测设计招标，仅能依靠原规划设计单位进行设计工程，只补充签订勘测设计合同并进行合同管理。3水利水电工程需要进行设计监理
设计是工程建设的灵魂，设计方案的优劣，直接关系到工程的功能、投资效益以及安全运行，对勘测设计加强管理，是完善工程项目法人负责制的一项有效措施，因而对设计进行有效的管理和监督是必要的。
夜上海论坛 3.1什么是设计监理
在计划经济时期，勘测设计院设计的的水利水电工程设计方案(可行性研究报告、初步设计报告)要经过水利水电规划设计总院进行审查。这就是行业主管部门对下属设计单位的设计进行管理和监督，而且其设计费计划有时也由规划设计总院下达。现在推行水电项目项目法人(业主)负责制，由项目法人全权负责水利水电工程项目的资金筹措，征地移民，工程建设管理，协调社会各方关系等方面的工作。因而项目法人也理所当然要管理勘测设计工作，保证前期勘测设计工作按时提供优质勘测设计成果，以满足工程建设的招标投标和工程施工的需要。目前多数水利水电工程的开发公司人员较少，有些公司内部有一些水利水电设计方面的行家，但远不能满足对勘测设计成果进行审查、管理的需求。因而项目法人须借助外界的力量对工程的设计进行监督、控制和管理，以使工程的设计方案满足功能要求，安全、可靠，技术经济指标优化。设计监理就是监理单位受项目法人单位委托对设计单位进行的勘测设计工作过程及勘测设计成果进行质量、进度以及工作费用实行控制和管理，以使设计单位提交满足勘测设计合同需要的、技术经济指标较优的勘测设计成果，并提供满意的技术服务。
在工程项目批准立项的前提下，设计监理有以下几项工作内容：
夜上海论坛 (1)根据工程立项的预可行性研究报告和有关批文，审查勘测设计单位的“设计大纲”；
(2)组织工程设计方案投标和评定设计方案；
夜上海论坛 (3)协助项目法人选择勘测设计单位，委托勘测设计任务，帮助签订(下一阶段)勘测设计合同；
夜上海论坛 (4)督促、检查勘测设计合同的执行，进行设计质量、进度和费用控制；
(5)进行勘测设计预可研阶段以后各阶段的设计成果审查，使勘测设计单位提交可行性研究成果，招标设计成果和施工详图；
(6)过程中进行必要的设计方案的研究、核算。在现阶段，我国的水电工程设计监理可作(3)、(4)、(5)、(6)项工作。
夜上海论坛 3.2我国现阶段对勘测设计控制的几种模式
近几年来，我国的水利水电项目的项目法人也是借助外界的专家或单位对设计单位的勘测工作进行控制，主要有以下模式：
夜上海论坛 (1)业主白行管理型：有些工程初步设计已经国家审查批准，其后的勘测设计管理工作由业主自行与设计单位签订合同，进行质量、进度和费用管理。并从社会聘请专家对设计成果进行审查，保证勘测设计成果的质量。三峡工程等都采用厂这种模式。设计审查的责任由业主承担。
(2)前期设计监理型：在设计之初，就聘请有资质的咨询机构对设计合同进行管理，控制设计质量、进度和费用。咨询机构有大量的技术专家，也负有设计成果的审查责任，监理从一开始介入了设计方案，对方案有较深的理解。清江水布垭、雅砻江二滩等工程就是这种模式。
3.3设计监理和施工监理
设计监理是业主依据监理合同和勘测设计合同委托的设计监理对设计单位的勘测设计进行监督、控制管理，协调业主与设计单位的关系与并与双方一起把勘测设计成果做好。
施工监理则是业主依据监理合同和工程施工承包合同委托施工监理单位对工程建设质量、进度和合同费进行控制。
夜上海论坛 后者主要代表业主管理工程建设，协调业主与承包商之间的关系，一般不与设计单位发生直接的关系。对业主转发的施工图进行审核以检查施工图与施工合同的偏差及施工图的正确性。
两者的工作对象，依据的合同和工作内容、工作方式等均不相同，相同方面是都对业主负责。对业主而言如果监理单位有合格的设计咨询和工程监理资质，设计监理和工程监理选一个监理单位，从勘测设计到工程建设进行全工程监理则最好；它对工程特点比较熟悉，能更好把握设计、施工质量和进度，也可减少业主的协调工作量。
4结论
(1)在水电工程界开展设计监理是必要的，它能帮助业主更好地控制工程勘测设计质量、设计进度和设计费用。从而更好地贯彻项目法人(业主)负责制，对设计质量进行评估和把关。
夜上海论坛 (2)推行设计监理象推行工程建设监理一样，有许多管理方面的工作要做。
夜上海论坛 ①国家主管部门要出台相应的设计市场管理文件，健全设计监理行业指导文件，规范设计监理的工作内容和行为，规范设计监理行业的收费标准。以方便勘测设计工作的管理。主要要搞好设计资质管理和咨询资质管理，建立设计和监理单位的资质认证和信誉管理制度，资质认证和市场准人和清出、处罚等要结合起来，以便在设计、咨询领域扶优扶强，优胜汰劣。要求设计监理具备高水平的专家，并且有独立、公正的立场。
第3篇
1、评价的主要对象
夜上海论坛 1.1资料的可靠性
基础资料的可靠性，是指设计中所引用的基本资料、数据、时期等，都要满足两条要求：一是十分可靠;二是适应研究对象精度要求。
夜上海论坛 基础资料未经过严格复核、审查，就会给工作带来很多麻烦。例如：台勒外丘克河拜城站2002年7月23日0时的流量数据，数据库中显示其值为8.59m3/s，而原始资料记载该值为204m3/s。该错误不仅影响了瞬时流量甚至洪峰流量，而且使时段洪量相差甚大。
由此可见：基础资料必需具有足够的可靠性，才能保证成果的合理性。
1.1.1“规范”的基本要求
夜上海论坛 我国现行各种水文计算规范中都规定，在水利水电工程规划设计中，首先要对水文基本资料进行严格审查、复核，这就是要求首先要对资料的可靠性负责。
⑴中华人民共和国水利行业标准《水利水电工程水文计算规范》SL278—2002(以下简称“水文计算规范”)中，多条、反复强调了基础资料的重要性，并用黑体印刷其意为强制执行，因为水文设计成果的精度主要取决于基本资料的可靠程度，故必须予以重视。
⑵中华人民共和国水利行业标准《水利水电工程设计洪水计算规范》SL44—93(以下简称“洪水计算规范”)中，对基础资料，要求：“应重点复核，必要时进行现场调查和比测试验”。因为设计洪水计算所依据的各种洪水资料，一般为不同历史时期所积累，精度各异，复核审查相当必要。
夜上海论坛 ⑶其它规范中凡涉及水文资料者，均强调了“资料复核和审查”，可见，基础资料的可靠性非常关键。
1.1.2审查的重点内容
夜上海论坛 总结多年来的经验，对基础资料的复核、审查应重点放在如下几个方面：
夜上海论坛 ⑴资料的极值年群，即大水年和小水年的资料。
⑵设计对象所应用的主要资料。如：
水位：水尺位置、高程系统、水尺零点、水位衔接、观测次数等。
断面：测量方法、断面形状、滩槽边界、断面冲淤变化等。
夜上海论坛 流量：测量方法、测点布设、比降、糙率、借用断面、浮标系数等。
夜上海论坛 降雨：观测场址、仪器类型、观测时段等。
夜上海论坛 1.2系列的一致性
一致性，是指所用的资料系列必须是在同一自然条件下产生的或是同一种类型的水文因素，不能混合统计不同性质的、各种条件下产生的资料系列。
影响系列一致性主要有两类现象。一是人类活动的影响；二是气象成因的不同。
人类活动影响，主要表现在各种工程建设，改变了水文系列的天然状态；人类活动改变，了流域上游的天然地貌与环境。图1所示，额尔齐斯河上游水文站与下游水文站洪峰流量关系在整个系，上游站迁移使关系线下部点据贴近线两侧，而两站间引水工程的修建，人为地改变了水文要素形成条件，使其上部点据偏离并平行向左侧排列，可见不考证水文条件而合为一个系列是不恰当的。
夜上海论坛 气象成因的不同对系列一致性影响的典型事件可以用叶尔羌河冰川湖溃决洪水说明。
图2为叶尔羌河卡群站洪峰流量频率曲线。从图可见：Qm（洪峰流量，下同）≤2500m3/s的融水型洪水点群非常密集在下部，并基本成一字排列，中部仅有6270＞Qm＞2500m3/s的几个洪水点；依中小量级点据拟合整个曲线，显然曲线上部的任意性很大。
图2叶尔羌河卡群站洪峰流量频率曲线
1.3样本的代表性
代表性，对不同的设计对象，有不同的含义。对水文频率计算来讲，系列的代表性，是该样本对系列所在接近程度，如越接近程度越高，代表性越好，频率分析成果精度高，反之则低。对设计暴雨来讲，其所选用的雨量站位置，是相对流域面雨量的代表性。对水力发电站、灌溉引水工程、分期设计洪水等来说，则枯水时段、分段最小流量的代表性，是决定设计精度的关键。等等……。
水文系列代表性的优劣，反映了系列代表总体统计特征的程度，所以系列代表性是水文设计成果质量保证的前提。《“水文计算规范”》及《“设计洪水计算规范”》等中都明确规定：“应在可靠性和一致性分析的基础上，进行代表性分析”。上述规定同时说明了分析步骤及顺序，即：首先进行资料可靠性和系列一致性分析，然后进行样本的代表性分析。
夜上海论坛 目前在很多水文设计中普遍存在以下三方面问题：
(1)只注意代表性分析，而忽视可靠性与一致性，这样就失去了牢固的基础。
(2)水文系列代表性分析后所确定最短系列长度，与频率计算时采用的系列长度不一致。因为我们的目的是判断该系列是否处于系列偏大或偏小时期;是否能比较均匀地包含各种量级水文信息。但关键在于，水文系列代表性分析确定的最短系列长度，与计算采用系列长短无关。
(3)过分强调模比系数累积平均值趋近于1的效果，而忽略了整个过程的收敛程度。
1.4成果的合理性
夜上海论坛 成果的合理性，主要是包含两方面：一方面是单项设计计算的平衡；另一方面是上、下、相邻、区域的各项参数的规律性。
夜上海论坛 主要评价内容应从资料、思路、方法、参数、图表、结论等方面进行综合审查。
2判断标准
水文设计的不确定因素太多，加之资料信息不够充分，设计中肯定会存在一定的风险，所以对设计成果取值，一般都是在合理的基础上，按偏于安全的原则考虑。这样做也符合规范要求。留有一定余地是十分必要的，既要使风险有合理性，又要使安全有科学性，投入产出不失衡。
笔者认为，合理性的判断标准，概括起来只有两条：
夜上海论坛 ⑴符合规范要求，规范是行业的统一技术标准；
⑵适当留有余地，接受合理风险。
3评价的思路和方法
3.1相关检查
夜上海论坛 相关检查分析水文要素的合理性，其前提是相关变量之间应有因果关系，并结合当时当地的真实情况，具体分析、真实应用。近年来，只要是计算暴雨洪水，不论是山地局地暴雨还是大面积降雨，也不论是山前麓还是山后麓，凡雨量站，资料全用，也有专选雨量量级大的站，不普查、不分析、不筛选，这就叫不作成因研究的偶合相关，偶合相关会导致不良结果。
国际水文科学协会副主席陈家琦教授认为：用太阳黑子与黄河陕县洪水相关，按此推理，世界上就一个太阳，太阳黑子与地球上所有河流洪水都有关系，这个问题很难解释。笔者的观点：不能用宇宙因子与地方因子简单相关，否则会形成假相关或伪相关。
夜上海论坛 3.2频率曲线的检查
夜上海论坛 频率曲线的检查，应注意以下几点：
⑴在资料可靠性、一致性、代表性合理评价的基础上进行。
夜上海论坛 ⑵严格执行规范规定的各种频率曲线适线原则。区分各种频率曲线适线的侧重点。
⑶历史洪水的考证期，对三参数影响极大，要多方考证确认，否则，宁短勿长。
夜上海论坛 ⑷新疆最长水文系列不足70年，历史洪水考证期，一般在百年左右，若求小频率设计值，以作者经验最好以P=0.33%作上限，不然风险太大。图3是库车河兰干站洪峰流量实例。从图中可见：①排位第一的值是排位第二的值的3倍，流量1940～619m3/s之间，没有点据，适线难度大；②曲线通过老大点据的上部（最安全）和通过老大点据的下部（较安全）其稀遇频率的设计值相差甚大。
夜上海论坛 图3库车河台兰站洪峰流量频率曲线
图4
⑸综合频率检查是验证设计成果的最好、最方便、最直观的方法之一。图4是托什干河沙里桂兰克站一、三、五、七、十日洪量频率曲线综合图，由图可见，各条频率曲线分布趋势近于一致，相互协调，证明成果合理。
3.3其它方法检查
夜上海论坛 3.3.1差积曲线与滑动平均曲线
夜上海论坛 差积曲线和滑动平均曲线都是反映水文要素丰、枯变化的分析手段。曲线形状不同，反映出的水文要素周期不同。其目的都是判断系列是否包含丰、平、枯的完整过程，如果计算系列反映出的水文要素过程处于总体的丰水阶段或枯水阶段，则系列的代表性就差，若系列覆盖了丰、平、枯和另一个丰或枯，即使系列增长，其系列均值偏大或偏小，代表性也不好，也要外延，系列才能有好的代表性。
夜上海论坛 图5是塔里木河阿拉尔站根据树木年轮延长的220年径流量模比系数差积曲线。由资料统计知，1784～2003年多年平均年径流量53.55×108m3，1964～2003年多年平均年径流量50.60×108m3，1954～2003年多年平均年径流量53.39×108m3，1934～2003年多年平均年径流量56.07×108m3，1924～2003年多年平均年径流量58.15×108m3。
由后向前推，40年平均比220年平均小；50年平均与220年平均相近；增长到70年或更长，反而与220年平均值相差越来越大。这说明用差积曲线分析系列代表性，除应达到规范要求的基本系列长度外，主要取决于系列是否是丰、平、枯的完整过程。
夜上海论坛 3.3.2累积曲线与双累积曲线
夜上海论坛 模比系数是表现短系列各值对长系列平均值的偏离程度，模比系数累积平均值随着系列变化逐步趋近于1，这是基本要求。若只强调这一点，而忽视若短系列的模比系数平均值大于或者小于1，短系列均值都偏大或偏小，短系列最终虽然趋近于1，但仍缺乏代表性。
夜上海论坛 双累积曲线，最早是美国水文学者用于检查雨量资料一致性的分析技术，现在被广泛使用。对于水文要素双累积的结果，是连续完整的曲线，证明被检查对象是在原来同一条件下和同一的取值；否则应予以修正。
3.3.3抽样误差
抽样误差是由随机样本估计总体参数而产生的误差。这里作者仅根据频率计算中统计参数均方误公式计算（取CS=2CV）列下表，可见均值及CV的误差较小，CS误差较大，若系列长度不足，则计算的CV误差较大。
样本参数均方误（%）
均值
Cv
Cs
60
30
60
30
60
30
0.1
1
2
11
15
168
240
0.5
7
9
14
20
55
77
夜上海论坛 本文是根据近几年各类分析计算成果存在问题的汇总，意在提高成果质量，在实际工作中应视不同对象，结合实际应用。
参考文献
夜上海论坛 1水利水电科学研究院水资源研究所.水文计算经验汇编（第四集）.北京：水利水电出版社，1984
2王国安，李文家，水文设计成果合理性评价.郑州：黄河水利出版社，2002
夜上海论坛 3水利部长江水利委员会水文局等.水利水电工程设计洪水计算手册.北京：水利水电出版社，1995
4李江风，袁玉江，由希尧等，树木年轮水文学研究与应用.北京：科学出版社，2000
