水利工程设计中绿色设计理念的应用

2019-02-16张庭秀柴禾蕾

水利规划与设计 2019年10期

张庭秀，柴禾蕾

(吉林省水利科学研究院，吉林长春 130022)

水利工程的开发与建设是国家重大工程建设的主要内容之一，在社会经济和稳定中发挥着至关重要的作用。当前水利工程设计工作的实际意义在于合理调整配置和利用水资源。为实现这一目标，水利工程设计亟需引入绿色设计的概念，尽可能减少项目建设对周围环境的影响。

1 绿色设计理念概述

20世纪60年代初，绿色设计概念被提出，在设计界引起了广泛争议。绿色概念主张，设计工程师的设计不应该只考虑产品设计的实用性和美感。更要体现出设计师的社会道德价值观。同时，这一理念还强调合理使用地球有限资源进行设计。因此，绿色设计作为产品设计阶段被整合在一起。将污染控制和环境因素引入产品设计、设计制作等环节之中，使产品设计充满绿色环保理念。

绿色设计也被称为生态设计或环境设计。它指的是产品设计及其生命周期，充分考虑资源和环境影响，并优化各种相关因素，同时适当考虑产品功能、质量、开发周期和成本。产品指标符合绿色环保要求，将工艺和使用后对整体负面环境影响最小化。对于生态恢复项目，保护生态环境，最大限度地恢复生态环境。基本思路是在设计阶段关注人与自然之间的生态平衡，设计过程的所有决策都充分考虑环境效益。将环境因素和污染控制整合到产品设计中，环境绩效被用作产品设计目标的起点，并最大限度地减少产品对环境的影响。资源、环境和人口是当今人类社会面临的三大问题，尤其是环境问题，对人类社会的生存和发展构成严重威胁。随着全球环境问题的恶化，人们越来越关注环境问题。环境问题绝不是孤立的，与资源和人口这两个要素，特别是水资源，包括合理利用该地区有限的资源，具有根本的内在联系；人口也是造成环境问题的主要原因。过去30年，北方气候变化，持续干旱和水资源短缺等问题是众所周知的。随着社会发展和用水量增加，水利工程设计人员的工作已从过去的防洪排涝设计转变为水和水生态的引入，水利工程设计得到了改进。因此，水利工程应从工程节水转向资源节约型水源保护和环境节水。水利工程设计师不仅要做好水利工程具体设计，要还做好水资源分配造成的环境和生态问题设计，这是设计理念的转变，因此，将绿色设计理念应用于水利工程设计是水利工程设计师的首要任务，也是责任和使命。

2 应用绿色设计理念的重要作用

随着水利环保工程的建设，工程耗材众多，建设规模大，对周边地区影响广，施工时间长，同时还涉及拆迁户的安置情况。为了避免造成重大污染，绿色设计的概念需要纳入水利工程的设计，因为水资源的浪费会对水资源的应用环境产生严重影响。水利工程设计中，绿色设计需要考虑产品材料是否符合绿色要求，确保设计内容避免或减少施工对环境的影响。

随着社会的不断发展，水利工程的建设得到了越来越广泛的应用，特别是在消防和救灾领域。同时，在实现当地经济发展的同时，也满足了人们的日常需求。工程设计阶段，有必要充分了解该地区的地形环境，设计一个合理的保护方案，以应对后期施工造成的生态破坏。如果建设水利工程不可避免地涉及周边地区的生态污染，也将阻碍水利工程的发展。水利工程需要在设计阶段引入生态观念，以发挥其作用，实现人与自然和谐共处的目标。生态观念在水利工程设计中的应用是满足保护生态环境，维护生态平衡的重要途径。

3 水利工程的常见问题

3.1 建筑材料消耗问题

水利工程设计中原材料的选择非常重要。水泥的不合理使用会造成严重的环境问题；钢铁的不合理使用会浪费大量的铁矿石资源，炼钢的同时产生大量的废气，对空气造成严重污染，对植被产生严重破坏，并在一定程度上降低了土壤含水量，对周围的生态环境产生严重影响，因此，企业需要高度重视原料的选择，避免原料引起的生态环境问题。钢筋，水泥和块石是水利工程建设中使用时间最长的建筑材料，众所周知，钢材只能通过在制造过程中消耗煤炭资源和铁矿石资源才能再生。水泥在制造过程中也会产生一些高污染物，对环境造成严重后果。此外，建设一个水利项目，人们需要挖掘大量的石头材料，这样会破坏山地植被，导致山区的水土严重风化和水容量的直接损失，从而影响周围的生态环境。

3.2 施工过程的一些问题

传统水利工程设计过于注重施工效果，缺乏对周边施工环境的重视，特别是在建设大型水利工程时，所需的土地面积大，很容易损坏树木，甚至有各种污染现象，如噪音污染和废气污染，将严重破坏周围的生态环境。工程设计时，设计师很容易忽略产品在实际实施过程中是否会影响周围环境，只考虑设计的美学和实用性，使工程建设造成严重的环境破坏。特别是临时占地和永久占地，一些绿色植物不可恢复的破坏和占用，除此之外，还有建筑泥浆污染，粉尘固体污染，固体废物坑在开发和挖掘时的影响周围环境。通过对环境中的噪声源进行分类，建筑施工噪声占总数的6%。浇注混凝土制成的混凝土噪音高达85dB，打桩机登记值可能超过95dB。另外在应用过程中，易于使用阻塞和反流配置，这严重污染了工程周边的水质。同时，它将改变水流的方向和速度，对水下生物也有一定的影响。

4 工程后期的问题

在水利工程设计过程中，要强调环保、节水等设计内容，但由于绿色设计的概念未体现在实际工程设计中，许多水利工程在节水规划、节水措施中虽然对周围植被的恢复有一定的效果，但植被生长需要相对较长的时间，很难短时间内满足实际施工需要。

5 解决水利工程设计的环保问题

建立先进的节水理念，加强各种环保方法的应用，如举办专家论坛和设计人员的讲座。通过对工程相关人员的教育和指导，将绿色设计的理念融入到水利工程的设计中。

5.1 建筑材料合理使用

新的经济和环保建筑材料现在广泛用于我们的生活和建筑，但用于水行业的比例较少。因此，在实施水利环保工程时，要精心选择材料，使用一些新型的环保材料。与此同时，要努力开发新型材料，特别是将废弃物再循环到新的环保材料中。通过水利工程中引入绿色材料不仅减少了钢材和水泥等材料的消耗，而且解决了固体废物处理的问题。另外，在工程建设时，还需要注意所用材料的重复率问题。例如，将相同的材料用在其他地方，不仅避免了浪费，还降低了建设成本。因此，正确选择建筑材料，为提高工程建筑质量创造有利条件；加强环保建材使用，尽量减少水泥等高消耗指标产品；密切关注固体废物处理，有效管理项目产生的固体废物。

5.2 施工工程的合理安排

为了确保可持续发展战略目标实现，在设计和施工中要特别注意环境问题，绿色设计的理念需要纳入项目的建设。建立良好的工程环境，控制施工期噪音，在现场有效利用围栏，施工现场定期浇水，减少粉尘污染。总之，对于绿色设计的概念，应结合自然环境和工程结构，以避免对周围环境造成不必要的破坏。

绿色施工技术虽然在水利工程设计中不是一个新概念，但这项技术的引入可以使水利工程建设更加顺畅。例如，在建筑物的建造过程中，可以移植最初用于临时或永久占地的树木。施工对周围动物的影响可以通过建立新的动物栖息地来解决，如鱼道和鱼梯。如有必要，这些鱼类可以人工繁殖，并在施工完成后返回原始河流或水库。对建筑物施工产生的噪音和灰尘，采用阻挡围栏，现场喷水等措施。绿色建筑实际上涵盖了可持续发展的所有方面，如资源和能源，生态环境保护和社会经济发展。

5.3 工程的可持续利用

除了介绍绿色设计理念，保持设计自然美学价值也是必要的。在水利工程规划过程中，确保经济效益与环境效益的高度一致性和协调性，有必要进行详细的评估。工程施工时，避免过渡采伐树木，如有必要，可以考虑移植。在过去的河流管理项目中，过多地关注河流本身的建设，较少强调河流与陆地生态系统之间的关系。要充分认识河流和上下游生物群落属于有机系统，必须保证合理性和科学设计。生物多样性与河流形态多样性之间的关系密切相关，河流形式对生物多样性产生重要影响。因此，在工程布局中，尽可能地将河流塑造成原始状态。在确定堤防之间的距离时，应根据宜宽则宽的原则进行，以确保洪水符合生态保护的需要，妥善处理土地开发和使用之间的关系。此外，河谷和洪泛区应符合水利工程要求，确保足够的畜群宽度和生物的生活条件，充分利用河流的自洁功能。