摘要：基于價(jià)值工程理論，針對(duì)某城市近郊河道的水生態(tài)治理方案進(jìn)行系統(tǒng)評(píng)價(jià)與優(yōu)化。從河道現(xiàn)狀出發(fā)，分析了水質(zhì)污染、河道淤積及生態(tài)功能退化等問(wèn)題，結(jié)合河道清淤、植被修復(fù)、生態(tài)護(hù)坡及水質(zhì)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)等措施，詳細(xì)開(kāi)展了功能與成本的分析，并計(jì)算了各治理措施的價(jià)值系數(shù)。研究發(fā)現(xiàn)，該河道先前部分治理措施的成本高且效果有限，需要進(jìn)一步優(yōu)化。在此基礎(chǔ)上，通過(guò)引入高效清淤技術(shù)、組合式人工浮島系統(tǒng)、生態(tài)袋護(hù)坡及物聯(lián)網(wǎng)水質(zhì)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)等技術(shù)手段，優(yōu)化治理方案，顯著降低了成本，提高了生態(tài)效益。優(yōu)化后的方案表現(xiàn)出較高的性?xún)r(jià)比，清淤、生態(tài)護(hù)坡和水質(zhì)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的成本降低20%～30%，生態(tài)功能改善明顯。研究結(jié)論可為類(lèi)似水生態(tài)治理工程提供借鑒。

關(guān)鍵詞：價(jià)值工程；河道；生態(tài)治理

中圖分類(lèi)號(hào)：F592.7 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1008-9500（2025）03-0-04

Research on Evaluation and Optimization of Water Ecological Treatment Scheme for a River Based on Value Engineering

GONG Dingsong

（Guizhou Comprehensive Risk Monitoring and Early Warning Service Center， Guiyang 550004， China）

Abstract： Based on the theory of value engineering， a systematic evaluation and optimization of the water ecological governance plan for a suburban river in a certain city. Starting from the current situation of the river， the problems of water pollution， river siltation， and ecological function degradation were analyzed. Combined with measures such as river dredging， vegetation restoration， ecological slope protection， and water quality monitoring system， a detailed analysis of functions and costs was carried out， and the value coefficients of each governance measure were calculated. The study found that some of the previous governance measures for the river had high costs and limited effectiveness， and further optimization is needed. On this basis， by introducing efficient dredging technology， combined artificial floating island system， ecological bag slope protection， and Internet of Things water quality monitoring system and other technical means， the governance plan has been optimized， significantly reducing costs and improving ecological benefits. The optimized plan shows high cost-effectiveness， with a cost reduction of 20%～30% for dredging， ecological slope protection， and water quality monitoring systems， and significant improvement in ecological functions. The research conclusion can provide reference for similar water ecological governance projects.

Keywords： value engineering; river course; ecological governance

隨著城市化進(jìn)程的加快，部分河道水生態(tài)環(huán)境逐漸惡化，水質(zhì)污染、河道淤積以及生態(tài)功能退化問(wèn)題日益嚴(yán)重。近年來(lái)，水生態(tài)治理工程在全球范圍內(nèi)逐漸受到重視，然而治理方案的成本效益不均衡，導(dǎo)致資源浪費(fèi)及治理效果不穩(wěn)定[1]。價(jià)值工程作為一種有效的管理工具，能夠通過(guò)系統(tǒng)性分析，在保證治理功能的前提下，最大限度地降低成本，優(yōu)化方案。本研究以某城市近郊河道為案例，針對(duì)該河道水生態(tài)系統(tǒng)面臨的污染及生態(tài)退化問(wèn)題，運(yùn)用價(jià)值工程理論全面評(píng)價(jià)現(xiàn)有治理方案，并提出優(yōu)化設(shè)計(jì)，以實(shí)現(xiàn)更高的治理效益和經(jīng)濟(jì)性。

1 案例概述

1.1 河道概況

某河道位于城市近郊，屬于典型的平原河道，河流全長(zhǎng)約20 km，河寬在30～50 m，水深約2 m，流速緩慢。該河道長(zhǎng)期受到周邊農(nóng)業(yè)灌溉及生活污水的排放影響，導(dǎo)致水質(zhì)污染嚴(yán)重，主要污染物包括化學(xué)需氧量（Chemical Oxygen Demand，COD）、總磷（Total Phosphorus，TP）、總氮（Total Nitrogen，TN），水質(zhì)常年處于Ⅳ類(lèi)至Ⅴ類(lèi)。河道底部淤積物厚達(dá)0.5～1.0 m，富含有機(jī)物，導(dǎo)致沉積物內(nèi)部營(yíng)養(yǎng)鹽持續(xù)釋放，進(jìn)一步加劇水體富營(yíng)養(yǎng)化。生態(tài)系統(tǒng)退化明顯，河道沿岸植被破壞嚴(yán)重，生物多樣性降低，水生植物稀少，浮游生物群落失衡。水文分析表明，該河道的季節(jié)性流量變化較大，汛期流量暴增，存在一定的洪澇隱患，非汛期水量減少，水動(dòng)力不足，難以形成有效的自?xún)裟芰Α，F(xiàn)有河道的斷面形態(tài)不規(guī)則，河岸硬質(zhì)化較為嚴(yán)重，生態(tài)滯留功能缺失，不利于水生生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定恢復(fù)。

1.2 現(xiàn)有治理方案描述

為解決河道淤積及污染物沉積問(wèn)題，該河道當(dāng)前采用機(jī)械清淤技術(shù)來(lái)清除底泥。為恢復(fù)沿岸植被生態(tài)功能，使用原生水生植物重建帶，結(jié)合生態(tài)修復(fù)技術(shù)重塑河道兩岸植被。為增強(qiáng)河道結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，采用生態(tài)護(hù)坡技術(shù)，取代硬質(zhì)化河岸，設(shè)計(jì)生態(tài)階梯結(jié)構(gòu)。針對(duì)水質(zhì)污染問(wèn)題，構(gòu)建水質(zhì)監(jiān)測(cè)與預(yù)警系統(tǒng)，實(shí)時(shí)監(jiān)控COD、TN、TP等指標(biāo)，通過(guò)在線數(shù)據(jù)傳輸平臺(tái)進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)控。治理過(guò)程中通過(guò)構(gòu)建人工濕地和生物滯留設(shè)施來(lái)進(jìn)一步凈化水體。方案初期實(shí)施效果表明，水質(zhì)指標(biāo)有所改善，COD濃度降低15%，TP減少10%，但在汛期水質(zhì)波動(dòng)較大，治理效果不穩(wěn)定。此外，植被修復(fù)區(qū)域局部覆蓋率不足，應(yīng)加強(qiáng)后續(xù)維護(hù)及補(bǔ)種。

2 基于價(jià)值工程的治理方案評(píng)價(jià)

2.1 功能分析

功能分析主要從各治理措施的技術(shù)原理和功能實(shí)現(xiàn)角度進(jìn)行細(xì)化。該河道清淤的核心功能是去除富含有機(jī)物的底泥，降低內(nèi)源污染[2]。通過(guò)高效挖泥船結(jié)合泥水分離設(shè)備，將清淤深度控制在0.8～1.2 m，以減緩沉積物中TN與TP的釋放，預(yù)計(jì)削減內(nèi)源負(fù)荷30%。植被修復(fù)技術(shù)應(yīng)用了生態(tài)浮床及挺水植物群落，理論上可提升水體中TN和TP的去除率。生態(tài)護(hù)坡采用自然材料結(jié)合微生物基質(zhì)，通過(guò)構(gòu)建階梯式護(hù)坡結(jié)構(gòu)，增強(qiáng)岸邊穩(wěn)定性；利用植生帶實(shí)現(xiàn)土壤微生物對(duì)污染物的協(xié)同降解反應(yīng)，減少表層徑流攜帶的懸浮顆粒物和營(yíng)養(yǎng)鹽。水質(zhì)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)集成在線監(jiān)測(cè)傳感器，實(shí)時(shí)采集數(shù)據(jù)，關(guān)鍵參數(shù)如溶解氧（Dissolved Oxygen，DO）、COD等可實(shí)現(xiàn)分鐘級(jí)響應(yīng)，通過(guò)遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)分析平臺(tái)進(jìn)行自動(dòng)調(diào)節(jié)與預(yù)警。清淤和植被技術(shù)的應(yīng)用能有效降低污染負(fù)荷，促進(jìn)生物多樣性恢復(fù)。

2.2 成本分析

成本分析從各治理措施的技術(shù)實(shí)施細(xì)節(jié)、設(shè)備及材料成本、維護(hù)費(fèi)用及環(huán)境代價(jià)進(jìn)行具體分解[3]。清淤工程成本主要來(lái)源于機(jī)械設(shè)備及淤泥處理技術(shù)，采用螺旋式絞吸船，日清淤量為5 000 m3，單價(jià)約為150元/m3，含淤泥脫水、固廢填埋，清淤總量約為5萬(wàn)m3，總成本為750萬(wàn)元。浮床材料采用高分子材料，單位造價(jià)為300元/m3，總恢復(fù)面積為10萬(wàn)m2，費(fèi)用為3 000萬(wàn)元。采用植物纖維毯及基質(zhì)混合生態(tài)袋，單價(jià)為1 200元/m，總護(hù)岸長(zhǎng)度為5 km，成本為600萬(wàn)元。

水質(zhì)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)成本主要集中在多參數(shù)水質(zhì)傳感器、數(shù)據(jù)傳輸模塊及云端實(shí)時(shí)監(jiān)控平臺(tái)，每套系統(tǒng)成本約為50萬(wàn)元，覆蓋20個(gè)點(diǎn)位，總成本為1 000萬(wàn)元。系統(tǒng)的年維護(hù)成本包括傳感器校準(zhǔn)成本、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)成本及平臺(tái)運(yùn)行成本，預(yù)計(jì)每年10萬(wàn)元。環(huán)境影響成本按項(xiàng)目總成本的5%計(jì)提，總預(yù)算約為500萬(wàn)元。

2.3 價(jià)值分析

價(jià)值分析通過(guò)計(jì)算各治理措施的價(jià)值系數(shù)，評(píng)估其性?xún)r(jià)比[4]。價(jià)值系數(shù)的計(jì)算公式為

V=F/C（1）

式中：V為價(jià)值系數(shù)；F為各治理措施功能；C為成本。

河道清淤的功能（F1）是減少內(nèi)源污染，提升水質(zhì)，預(yù)計(jì)能削減底泥中70%的TN和TP，其成本（C1）為750萬(wàn)元，價(jià)值系數(shù)V1約為0.093。植被修復(fù)的功能（F2）是恢復(fù)水生生態(tài)系統(tǒng)，提高生物多樣性，修復(fù)區(qū)域內(nèi)生物多樣性預(yù)計(jì)提高30%，成本（C2）為3 000萬(wàn)元，價(jià)值系數(shù)V2為0.01。生態(tài)護(hù)坡的功能（F3）是增強(qiáng)河岸穩(wěn)定性，防止水土流失，并為水生動(dòng)植物提供棲息地，防護(hù)效能預(yù)計(jì)提升40%，成本（C3）為600萬(wàn)元，價(jià)值系數(shù)V3為0.067。水質(zhì)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的功能（F4）是實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)水質(zhì)參數(shù)，快速響應(yīng)污染變化，系統(tǒng)反應(yīng)速度提升90%，成本（C4）為1 000萬(wàn)元，價(jià)值系數(shù)V4為0.09。綜合各項(xiàng)措施的價(jià)值系數(shù)，清淤和水質(zhì)監(jiān)測(cè)的性?xún)r(jià)比較高，植被修復(fù)性?xún)r(jià)比偏低，應(yīng)在后續(xù)優(yōu)化中重點(diǎn)考慮其功能提升與成本降低。

3 治理方案優(yōu)化設(shè)計(jì)

3.1 優(yōu)化思路與原則

優(yōu)化思路基于價(jià)值工程的核心原則，即在功能不降低的前提下，最大限度地降低成本，提高整體性?xún)r(jià)比。在清淤技術(shù)中引入環(huán)保型泥水分離技術(shù)，通過(guò)減少底泥運(yùn)輸和處置費(fèi)用，降低成本，同時(shí)提升清淤效率。植被修復(fù)方案引入混合濕地修復(fù)技術(shù)，采用挺水植物與沉水植物，提高氮磷吸收能力。生態(tài)護(hù)坡設(shè)計(jì)則優(yōu)化為模塊化生態(tài)袋護(hù)坡，采用輕量化可降解材料替代傳統(tǒng)材料，提升施工便捷性，同時(shí)降低運(yùn)輸及材料費(fèi)用。對(duì)于水質(zhì)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，采用基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的智能化管理平臺(tái)，通過(guò)多傳感器協(xié)同監(jiān)控和大數(shù)據(jù)分析，減少人工維護(hù)成本，提升監(jiān)測(cè)精度。優(yōu)化設(shè)計(jì)的原則堅(jiān)持生態(tài)優(yōu)先，通過(guò)技術(shù)集成提升工程的生態(tài)效益，同時(shí)確保成本最小化和長(zhǎng)期可持續(xù)管理。

3.2 具體優(yōu)化措施

在河道清淤方面，采用LW450型絞吸式挖泥船，配備固液分離裝置進(jìn)行泥水分離，旨在降低運(yùn)輸和處理成本，提升清淤效率。植被修復(fù)方案引入CI-300型組合式人工浮島系統(tǒng)。該系統(tǒng)集成了挺水植物和沉水植物，可通過(guò)生物膜技術(shù)提高氮、磷的吸附效率，減少二次污染。生態(tài)護(hù)坡優(yōu)化為“生態(tài)袋+微生物掛膜系統(tǒng)”，利用SE-500型高分子材料生態(tài)袋，結(jié)合微生物菌劑，形成生物活性濾膜，在提升抗沖刷能力的同時(shí)降低成本[5-6]。水質(zhì)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)優(yōu)化為多傳感器融合的IoT-WQM300物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)，通過(guò)多參數(shù)傳感器集群實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)控，包括pH值、COD、TN、TP等指標(biāo)。結(jié)合WD-Cloud大數(shù)據(jù)分析平臺(tái)，實(shí)時(shí)自動(dòng)調(diào)整治理措施。優(yōu)化流程中應(yīng)用的設(shè)備與材料均經(jīng)過(guò)經(jīng)濟(jì)性分析，確保整體方案的高效性。優(yōu)化技術(shù)的流程如圖1所示。

3.3 優(yōu)化方案評(píng)價(jià)

優(yōu)化后的治理方案通過(guò)價(jià)值工程的重新評(píng)估顯示出顯著的提升效果。從功能與成本的綜合性?xún)r(jià)比來(lái)看，河道清淤采用的潛水式絞吸挖泥船和固液分離裝置顯著提升了施工效率，清淤成本從原來(lái)的750萬(wàn)元降至600萬(wàn)元，總體清淤成本減少約20%。植被修復(fù)中引入的組合式人工浮島系統(tǒng)，利用挺水和沉水植物的協(xié)同作用，有效提升了氮磷去除率，TN、TP分別下降35%和40%，同時(shí)成本減少10%。生態(tài)護(hù)坡通過(guò)使用模塊化生態(tài)袋和微生物掛膜系統(tǒng)，強(qiáng)化了河道的岸坡穩(wěn)定性，抗沖刷能力提升30%，成本減少15%。水質(zhì)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)傳感器和大數(shù)據(jù)平臺(tái)的實(shí)時(shí)分析，使監(jiān)測(cè)精度提升15%，人工維護(hù)成本減少20%。優(yōu)化方案評(píng)價(jià)結(jié)果如表1所示。

從表1可以看出，優(yōu)化后的方案在降低總成本的同時(shí)，有效提升了整體治理效果和系統(tǒng)運(yùn)行效率，符合價(jià)值工程的優(yōu)化目標(biāo)。

4 結(jié)論

通過(guò)基于價(jià)值工程的系統(tǒng)分析和優(yōu)化設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了河道水生態(tài)治理方案的顯著改進(jìn)。優(yōu)化后的清淤方案采用了高效的潛水式絞吸挖泥船和固液分離技術(shù)，提升清淤效率的同時(shí)降低了成本；植被修復(fù)引入組合式人工浮島系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了氮磷去除效率提升的同時(shí)降低了成本；生態(tài)護(hù)坡技術(shù)通過(guò)使用輕量化生態(tài)袋和微生物掛膜系統(tǒng)，增強(qiáng)了岸坡穩(wěn)定性。優(yōu)化后的治理方案在生態(tài)效益和成本控制方面均表現(xiàn)出較高的性?xún)r(jià)比，為類(lèi)似項(xiàng)目的設(shè)計(jì)與實(shí)施提供了重要參考。

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