环保材料在水利施工中的应用与效益分析

2024-05-28苏保印

大科技 2024年21期

苏保印

（山东白云建工集团有限公司，山东菏泽 274000）

0 引言

水利工程在现代社会中扮演着至关重要的角色，但传统的施工方法往往伴随着资源浪费、环境污染等问题，给生态环境和社会经济带来了不小的压力。因此，寻找可持续的施工方式成为当今水利领域的一个紧迫任务。环保材料作为一种新兴技术，具有绿色、低碳、高效等特点，被广泛应用于水利施工中，以改善施工过程中的环境影响和经济效益。本文旨在深入探讨环保材料在水利施工中的应用，并全面评估其带来的环境效益和经济效益。通过对相关案例的研究和数据分析，将阐明环保材料在水利工程中的优势和潜在问题，为推动可持续水利工程的发展提供有益的借鉴和经验。通过此研究，有望为水利工程领域的可持续发展贡献新的思路和方法[1]。

1 在水利施工中环保材料的关键应用领域

水利工程作为国家基础设施的重要组成部分，在社会发展和生态环境保护方面具有不可替代的作用。然而，传统水利施工常伴随着大量资源的浪费、能源消耗和环境破坏，亟须采取可持续的方法。环保材料作为一种创新的解决方案，正在改变水利工程的面貌，为其注入更多绿色、高效、可持续的元素。本节将深入探讨环保材料在水利施工中的关键应用领域。

河道治理与水资源保护：为了应对气候变化和水资源管理的挑战，河道治理变得尤为重要（图1）。传统的河道维护方法通常需要大量的混凝土结构，这不仅消耗资源，还可能破坏生态系统。环保材料如生态混凝土和生物工程材料，可以用于修复和保护河道的生态环境，提高水资源的可持续利用。这些材料具有良好的生物相容性，可促进水体中的生态系统恢复，减少污染物的渗透，并增加水资源的存储和净化效率[2]。

图1 河道治理

水库与水电工程：水库和水电工程是水利工程的重要组成部分，对能源供应和灌溉系统至关重要（图2）。然而，传统的水利工程结构通常需要大量的水泥和混凝土，这对资源的消耗和二氧化碳排放构成了挑战。环保材料如高性能混凝土和可再生能源材料，可以用于水库和水电工程的建设，减少碳足迹，提高工程的可持续性。此外，一些新型环保材料，如碳纳米管复合材料，可以用于水力发电设备的制造，提高能源产出效率。

图2 水库与水电工程

水利设施的修复和改造：许多旧的水利设施需要进行修复和改造，以适应新的环境要求和安全标准（图3）。在这些项目中，采用环保材料具有显著的优势。例如，使用再生材料和可循环材料可以减少废弃物的产生，并延长设施的寿命。同时，环保材料的使用还可以提高设施的能效，降低运营成本，对于水利工程的可持续性发展具有积极的促进作用。

图3 水利设施的修复和改造

2 水利工程中应用环保材料产生的环境效益

水利工程的建设和维护在过去往往依赖于传统材料，如混凝土和钢铁，但这些材料的生产和使用对环境产生了不可忽视的影响。为了应对气候变化和生态保护的迫切需求，环保材料作为一种可持续的替代选择，被广泛应用于水利工程中。传统水利工程通常需要大规模的土地开垦和树木砍伐，这对生态系统造成了严重的破坏。相比之下，环保材料的使用可以降低对自然环境的侵害。例如，在河道治理项目中，采用生态混凝土和生物工程材料可以实现河道修复，而不破坏生态平衡。这些材料有助于维护和恢复水体生态系统，促进鱼类栖息地的再生，提高水质，并降低河岸侵蚀。传统建筑材料的生产通常需要大量的自然资源，如水泥、砂石、木材等，其开采和加工会导致生态系统的严重破坏。相反，环保材料常常采用再生材料、废弃物利用或可循环材料制造，有助于保护自然资源。例如，使用再生混凝土可以减少对砂石的需求，同时降低废弃物的排放。这种资源保护方式有助于维护生态平衡，降低开采压力，减少环境破坏。环保材料通常具有较低的碳足迹，因为它们的生产和运输过程产生的温室气体排放较少。与传统材料相比，采用环保材料可以显著减少水利工程项目的碳排放。例如，在坝的建设中使用高性能地下工程复合材料（HPFRCC），不仅提高了工程的稳定性，还降低了能源消耗，减少了温室气体的排放。这有助于应对气候变化，减轻全球暖化的压力。水利工程的目标之一是有效管理水资源，确保供水、灌溉和发电的可持续性。环保材料的应用可以改善水资源管理。例如，在水库和水电工程中，使用高性能混凝土和可再生能源材料可以提高工程的能效，减少水资源的浪费。这有助于更好地满足日益增长的水资源需求，提高水资源的利用效率[3]。

3 水利施工中应用环保材料产生的经济效益评估

在当前社会中，可持续性成为重要关注点之一，不仅关系到生态环境的保护，还涉及经济效益的实现。水利工程作为国家基础设施的重要组成部分，其建设和维护通常需要大量的投资。环保材料的应用可以在经济层面带来诸多优势，包括降低施工成本、提高资源利用效率、延长工程寿命等。环保材料在水利施工中的广泛应用可以显著降低施工成本。首先，一些环保材料，如再生混凝土，采用了废弃物再利用的原则，降低了原材料采购成本。

其次，一些新型环保材料，如高性能地下工程复合材料（HPFRCC），通常比传统材料更耐久，减少了维护和修复的频率，从而降低了运营成本。此外，环保材料的生产和运输过程中的能源消耗较低，也有助于节省成本。环保材料的使用可以提高资源利用效率，从而减少浪费和降低成本。例如，可再生能源材料在水电工程中的应用可以提高能源产出效率，减少对燃料和电力的依赖，降低运营成本。再生混凝土的使用减少了对天然砂石等原材料的需求，有助于资源保护，并降低了采购成本。这些资源利用效率的提高有助于实现经济效益。环保材料通常具有更长的使用寿命，因为它们具有更好的耐久性和抗腐蚀性能。在水利工程中，采用这些材料可以延长工程的寿命，减少频繁的维修和修复工作，从而降低了运营成本。例如，使用高性能混凝土和耐久的生态岩土工程材料可以延长坝、堤等建筑物的使用寿命，减少了维护费用，并提高了工程的可靠性。环保材料的使用有助于提高水利工程项目的可持续性。在全球可持续发展的背景下，可持续性不仅关乎经济效益，还关乎社会和环境效益。采用环保材料可以降低工程对自然环境的冲击，减轻生态系统的压力，符合可持续发展的原则。这有助于提高项目的可持续性评价，增加了项目融资的竞争力，降低了项目风险。随着环保和可持续性的重要性逐渐凸显，绿色金融和政策支持正逐渐增加。采用环保材料可以使水利工程项目更容易获得绿色融资，融资成本可能更低，并且获得政府和国际组织的政策支持。这不仅有助于降低项目的融资成本，还有助于项目的可持续性发展。环保材料在水利施工中的应用带来了显著的经济效益，包括降低施工成本、提高资源利用效率、延长工程寿命、提高项目可持续性以及推动绿色金融和政策支持。这些效益不仅有助于降低项目总体成本，还有助于推动水利工程向更加可持续和经济高效的方向发展，为社会、环境和经济带来了多重利益[4]。因此，环保材料的广泛应用在水利工程中具有重要的战略意义。

4 可持续水利工程的未来展望与建议

随着社会对可持续发展的需求不断增加，水利工程领域也面临着新的挑战和机遇。为了实现可持续水资源管理和生态保护的目标，未来水利工程需要更加注重环保、经济性、社会责任等方面的因素。

引入更多环保材料：未来的水利工程应更广泛地采用环保材料，以降低生态环境的负担。这包括使用再生材料、可循环材料和低碳材料等，以减少资源消耗和碳排放。同时，应推动环保材料的研发和创新，以提高其性能和降低成本。政府和行业组织可以提供奖励和激励措施，鼓励工程项目采用环保材料。

加强生态系统保护：未来的水利工程需要更加重视生态系统保护。这包括修复河道、湖泊和湿地生态系统，以改善水质、保护生物多样性和提高生态系统的恢复能力。工程项目应采用生态工程方法，利用环保材料建设生态岸线和人工湿地，促进水体自净和水生生态系统的恢复。

提高水资源利用效率：未来的水利工程应致力于提高水资源的利用效率。这包括采用智能水资源管理系统，监测和控制水资源的供应和分配，以满足不断增长的需求。水资源的循环利用和回收也应成为常态，减少浪费，实现可持续的水资源管理。

推广和应用可再生能源：水力发电作为可再生能源的重要组成部分，未来应继续发展和推广。水力发电项目应进行优化设计，能减少对生态环境的影响，并且在采用环保材料的情况下可以提高工程的效率和可靠性。同时，其他可再生能源如太阳能和风能也应在水利工程中得到更广泛的应用，实现能源的多元化和可持续发展。图4 为水利大坝。

图4 水利大坝

增强社会参与和合作：未来的水利工程需要更多地与社会各界合作，包括政府、企业、学术界和社会组织。建立多方参与的决策机制，听取各方意见，提高决策的透明度和民主性。同时，应注重社会责任，关注当地居民的权益，确保工程项目的社会可持续性。

推动数字化和智能化发展：未来的水利工程应推动数字化和智能化的发展。利用先进的传感技术和数据分析，实时监测水资源和工程设施的状态，提高管理和运营的效率。智能水利工程可以更好地适应气候变化和应对突发事件，提高抗灾能力。

持续创新与教育培训：水利工程领域需要持续创新，不断寻求更环保、高效、经济的解决方案。同时，应加强教育培训，培养具备可持续发展意识的工程师和专业人才，推动水利工程的可持续发展。

未来的可持续水利工程将面临更多的挑战和机遇，需要在环保、经济性、社会责任等方面取得平衡。通过采用环保材料、加强生态系统保护、提高水资源利用效率、发展可再生能源、增强社会参与和合作、推动数字化和智能化发展以及持续创新与教育培训等措施，我们可以实现水利工程的可持续发展，为未来的水资源管理和生态保护作出贡献。这将有助于确保水资源的可持续利用，保护生态环境，满足人类的需求，实现经济、社会和环境的可持续平衡[5]。