綠色設計理念在水利工程設計中的應用

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摘要：綠色設計就是生態(tài)設計或者環(huán)境設計，而水利工程一般規(guī)模較大，征遷移民占地較多，對區(qū)域環(huán)境會產(chǎn)生一定的影響，尤其是水資源時空重新分配對水環(huán)境產(chǎn)生較大影響。因此，在工程設計過程中，設計師需要充分采用綠色設計理念，使工程不僅不會破壞環(huán)境，反而對生態(tài)環(huán)境進行充分的修復，對水利行業(yè)可持續(xù)發(fā)展、人水和諧以及生態(tài)環(huán)境改善產(chǎn)生深遠的影響。

關鍵詞：綠色設計；生態(tài)工程；環(huán)境工程；修復治理 1綠色設計的提出 綠色設計（Green Design）是20世紀80末出現(xiàn)的一股國際設計潮流。綠色設計反映了人們對于現(xiàn)代科技引起的環(huán)境及生態(tài)破壞的反思，同時也體現(xiàn)了設計師道德和社會責任心的回歸。在漫長設計史中，工程設計為人類創(chuàng)造了現(xiàn)代生活方式和生活環(huán)境的同時，也加速了資源、能源的消耗，并對地球的生態(tài)平衡造成了很大的影響。正是在這種背景下，設計師們不得不重新思考他們的職責和作用，綠色設計也就應運而生。對于綠色設計產(chǎn)生直接影響的是美國設計理論家維克多•巴巴納克（Victor Papanek）。早在20世紀60年代末，他就出版了一本引起極大爭議的專著———《為真實世界而設計》（De-sign for the real world）。該書專注于設計師面臨的人類需求的最緊迫的問題，強調(diào)設計師的社會及倫理價值。他認為，設計的最大作用并不是創(chuàng)造商業(yè)價值，而是一種適當?shù)纳鐣兏镞^程中的元素。他同時強調(diào)設計應該認真研究有限的地球資源的使用問題，并為保護地球的環(huán)境服務。對于他的觀點，當時能理解的人并不多。 自從20世紀70年代“能源危機”的爆發(fā)，他的“有限資源論”才得到人們普遍的認可，綠色設計也得到了越來越多人的關注和認同。 2綠色設計的概念 綠色設計（Green Design）也稱為生態(tài)設計（Ecological De-sign）、環(huán)境設計（Design for Environment）。它是指在產(chǎn)品及其壽命周期全過程的設計中，要充分考慮對資源和環(huán)境的影響，在充分考慮產(chǎn)品的功能、質(zhì)量、開發(fā)周期和成本的同時，優(yōu)化各種相關因素，使工程建設過程中及投入使用后對環(huán)境的總體負影響減到最小，使產(chǎn)品的各項指標符合綠色環(huán)保的要求，同時，對于生態(tài)修復項目要有利于保護生態(tài)環(huán)境，使生態(tài)環(huán)境得到最大程度的修復。其基本思想是：在設計階段就著眼于人與自然的生態(tài)平衡關系，在設計過程的每一個決策中都充分考慮到環(huán)境效益，將環(huán)境因素和預防污染的措施納入產(chǎn)品設計之中，將環(huán)境性能作為產(chǎn)品的設計目標和出發(fā)點，力求使產(chǎn)品對環(huán)境的影響減至最小。 3綠色設計產(chǎn)生的原因 資源、環(huán)境、人口是當今人類社會面臨的3大主要問題，特別是環(huán)境問題，正對人類社會生存與發(fā)展造成嚴重的威脅。隨著全球環(huán)境問題的日益惡化，人們愈來愈重視環(huán)境問題的研究。近年來的研究和實踐使人們認識到：環(huán)境問題決不是孤立存在的，它和資源、人口兩大問題有著根本性的內(nèi)在聯(lián)系，特別是水資源問題，它不僅涉及區(qū)域有限資源的合理利用，還是環(huán)境問題的主要根源。近30a來，北方氣候變化、持續(xù)干旱、水資源短缺等問題人所共知。隨著社會發(fā)展，用水量與日俱增，水利工程設計師的任務也從過去的防洪排澇工程設計轉(zhuǎn)向引調(diào)水及水生態(tài)環(huán)境改善治理工程設計，因此國家水利工作重點也要從工程水利向資源水利和環(huán)境水利轉(zhuǎn)變。水利工程設計師面臨著設計思想觀念的轉(zhuǎn)變：不僅要考慮單純的水利工程設計，還要做好其對水資源的分配引起的環(huán)境問題和生態(tài)問題設計。因此，綠色設計理念應用到水利工程設計中是當務之急，也是水利工程設計師的責任和使命。 4綠色設計在河道生態(tài)治理堤防中的應用 4.1非綠色設計理念的河流治理設計 4.1.1過分強調(diào)依靠工程措施抗拒和馴服洪水，忽略了對生態(tài)環(huán)境的破壞 人們用堤防將河流、洪水束縛在一個指定的空間，不允許其泛濫，從經(jīng)濟角度看是有利的，但是由于人們在建設堤防、大壩等水利工程時，很少考慮對生態(tài)環(huán)境的補償措施，出現(xiàn)了由于水庫、堤防的存在，而破壞河流、水陸連續(xù)性，使沿河濕地消失，從而出現(xiàn)沿岸生物生存環(huán)境日益惡化、河流自凈能力不斷退化等問題。 4.1.2盲目填沒河流，使其硬化、渠化，導致雨洪增大自然河流的人工渠道化，包括平面布置上的河流形態(tài)直線化、河道橫斷面幾何規(guī)則化、河床材料的硬質(zhì)化。隨著城市建設步伐的加快，出現(xiàn)了人水爭地的矛盾，河流水面被人為侵占或縮窄，水面積急劇減少，再加上河道在治理中被裁彎取直，河岸被硬化襯砌變成人工渠道，致使河流的天然調(diào)蓄功能萎縮，產(chǎn)匯流規(guī)律改變，雨洪增加；另一方面，由于地下水補充減少，地下水位下降，引起地面沉降，從而加重了內(nèi)澇幾率的發(fā)生。 4.1.3自然河流的非連續(xù)化筑壩導致的順水流方向的河流非連續(xù)化，筑堤引起側(cè)向的水流連通性的破壞。 4.1.4河流污染嚴重，生態(tài)功能遭到破壞隨著城市經(jīng)濟的迅猛發(fā)展，河道兩岸土地的開發(fā)利用，大量工業(yè)、生活污水不經(jīng)處理直接排入河道，造成河水嚴重污染，水質(zhì)惡化，致使雨蝦等生物基本絕跡，一些對人類有益的或有潛在價值的物種消失，致使河流生態(tài)環(huán)境遭到破壞。隨著科學的進步，從保護生態(tài)環(huán)境的高度，人們認識到非綠色設計的水利工程對于河流生態(tài)系統(tǒng)可能造成不同程度的負面影響。積極采取工程措施和生物措施，對于受損河流的生態(tài)系統(tǒng)要予以必要的補償，維護水域生態(tài)系統(tǒng)的功能，是流域生態(tài)建設的重要任務之一。 4.2綠色設計理念的河道治理設計 近年來，各地在進行防洪工程建設和河流整治工程中，已經(jīng)采取了一些新技術和新材料加強河流的生態(tài)建設，比如生態(tài)型護坡技術、堤防綠化措施等。這些技術經(jīng)驗不僅缺乏系統(tǒng)的總結(jié)，還迫切需要有關技術規(guī)范和技術導則的指導，使之更具科學性和規(guī)范化。 4.2.1有關防洪工程規(guī)劃的原則 應加強工程經(jīng)濟效益和環(huán)境效益分析，權衡經(jīng)濟效益與環(huán)境效益之間的關系，即進行工程項目經(jīng)濟技術及生態(tài)環(huán)境效益評估，改變現(xiàn)行的單一經(jīng)濟技術評估指標體系。以往的治河工程僅著眼于河流本身，往往忽略了河流湖泊與岸上生態(tài)系統(tǒng)的有機聯(lián)系，忽視了河流周圍的生物群落的存在及整治后原有生物群落的恢復。因此，在進行防洪工程的規(guī)劃時，應明確河流與其上下游、左右岸的生物群落處于一個完整的生態(tài)系統(tǒng)中。建議按照“河流生態(tài)廊道”的范圍，進行統(tǒng)一規(guī)劃、設計和建設。在平時的設計中除說明需進行常規(guī)的水文、地質(zhì)的測量勘察外，還要補充加強相關范圍的生態(tài)系統(tǒng)調(diào)查的要求，重點是生物群落（動物、植物）的歷史與現(xiàn)狀調(diào)查，對特定生物群落與水體的相互依存關系有明確的認識。 4.2.2堤線布置及堤型選擇 河流形態(tài)的多樣化是生物物種多樣化的前提之一，河流形態(tài)的規(guī)則化、均一化，會在不同程度上對生物多樣性造成影響。因此，在堤線布置原則中，補充說明應盡可能保留江河湖泊的自然形態(tài)，保留或恢復其蜿蜒性或分汊的散亂狀態(tài)，即保留或恢復濕地、河灣、急流和淺灘。在確定堤防間距時，遵循宜寬則寬的原則，要處理好行洪和生態(tài)保護要求與土地開發(fā)利用之間的矛盾，河槽和河漫灘不僅要滿足設計洪水行洪要求，還要保持一定的淺灘寬度和植被空間，為生物的生長發(fā)育提供棲息地，發(fā)揮河流的自凈化功能。堤型的選擇原則除滿足工程滲透穩(wěn)定和滑動穩(wěn)定等安全條件外，還應結(jié)合生態(tài)保護或恢復技術要求，盡量采用當?shù)夭牧虾途徠?，為植被生長創(chuàng)造條件，保持河流的側(cè)向聯(lián)通性。 4.2.3河流斷面設計 自然河流的縱、橫斷面也顯示出多樣性的變化，淺灘與深潭相間。因此設計規(guī)范中應提出河床盡量做到非平坦化，采用非規(guī)則斷面。避免因規(guī)則斷面而導致流場的均一化，增加與生物的親和力，有助于與自然風景相協(xié)調(diào)。與上述設計相對應，需要推廣使用一些與非規(guī)則斷面有關的水力學計算方法和配套的實用工具或計算機軟件包。 4.2.4岸坡防護在河流整治 工程中，對生態(tài)系統(tǒng)沖擊最大的因素是水陸交錯帶的岸坡防護結(jié)構。水陸交錯帶是水域中植物繁茂發(fā)育地，為動物的覓食、棲息、產(chǎn)卵、避難之所，也是陸生、水生動植物的生活遷移區(qū)，故其至關重要。因此，岸坡防護工程的設計應從強調(diào)人與自然和諧的生態(tài)建設要求出發(fā)，采用與周圍自然景觀協(xié)調(diào)的結(jié)構形式，在滿足工程安全的前提下，確保生態(tài)和景觀的護岸形式多種多樣。在典型的岸坡防護結(jié)構中，盡可能使用具有良好反濾和墊層結(jié)構的堆石，盡可能利用多孔混凝土構件和自然材質(zhì)制成的柔性結(jié)構，盡可能避免使用硬質(zhì)不透水材料，如混凝土、漿砌塊石等，為魚類、兩棲類動物和昆蟲的棲息與繁殖及植物生長創(chuàng)造條件。 4.2.5景觀建設 城市水域整治的景觀建設中，注意保留江河湖泊天然的美學價值，避免將水流置于過多的亭臺樓閣等混凝土與砌石形成的人工環(huán)境之中。水利工程設施要創(chuàng)造一種人與自然親近的環(huán)境，現(xiàn)代的城市景觀設計，應更多注重生物棲息地建設。水利工程還應為公眾廣泛參與和對兒童進行水環(huán)境保護教育創(chuàng)造良好條件，如水生態(tài)公園等。 4.2.6工程施工 在工程施工中，應對生物棲息地進行保護和恢復，避開動植物發(fā)育期進行施工。對特殊區(qū)域的物種，在施工期要采取其他輔助保護措施，如它處養(yǎng)育等。取料場開挖后應進行適當處理，以滿足美觀和環(huán)境方面的要求，合理設置排水、平整地形和改善有利于植被生長的條件。料場區(qū)應進行植被恢復，與周圍景觀相一致。 4.2.7工程管理 為降低施工環(huán)境對生態(tài)系統(tǒng)的沖擊，保障工程效果的實現(xiàn)，并延長生態(tài)工程的壽命，宜強調(diào)加強前期的養(yǎng)護和后期的管理，包括維護、監(jiān)測和評估，并積累數(shù)據(jù)和經(jīng)驗。綠色設計理念引入水利工程當中來，無疑是將水利工程簡單的“防洪減災”的功能拓展至既防洪又與城市的生態(tài)建設規(guī)劃聯(lián)系在一起，這也是現(xiàn)在水利工程的一個新特點。 5綠色設計理念在筑壩技術中的研究應用 5.1筑壩需要考慮的生態(tài)環(huán)境問題 5.1.1移民問題水庫移民涉及眾多領域，是一項龐大復雜的系統(tǒng)工程，關系到人的生存權和居住權。因此，移民問題值得高度重視。我國的水庫移民相當一部分是山區(qū)水庫，庫區(qū)群眾生活貧困，采用移民脫貧是擺脫貧困的一個途徑，因此移民工作得到了庫區(qū)百姓的支持。只要扎扎實實地做好工作，我國水庫移民問題就能夠妥善解決。 5.1.2對泥沙和河道的影響 這是目前討論大壩與生態(tài)問題的文章中很少提及的。事實上，泥沙對于河勢、河床、河口和整個河道的影響，從生態(tài)角度講，是修建大壩產(chǎn)生的最根本的影響因素。在河流上建壩，阻斷了天然河道，導致河道的流態(tài)發(fā)生變化，進而引發(fā)整條河流上下游和河口的水文特征發(fā)生改變，這才是建壩帶來最大的生態(tài)問題，也是最令人擔憂的問題。 5.1.3對大氣的影響 國外輿論在談到大壩與生態(tài)問題時，首先談到大壩建設對大氣和氣候的影響。我國電站雖然很大，但多屬高山狹谷型水庫，并且?guī)靺^(qū)幾乎沒有大面積的森林。林木淹沒很少，不會產(chǎn)生大量腐爛氣體來影響大氣氣候。 5.1.4水體變化帶來的影響 河流中原本流動的水在水庫里停滯后所帶來的影響：①對航運的影響，譬如過船閘需要時間，對上、下行航速會帶來影響；②水庫水溫有可能升高，水質(zhì)可能變差，特別是水庫的溝汊中容易發(fā)生水污染，如水華現(xiàn)象的出現(xiàn)；③水庫蓄水后，隨著水面的擴大，蒸發(fā)量的增加，水汽、水霧就會增多。這些都是修壩后水體變化帶來的影響。 5.1.5對魚類和生物物種的影響 魚類和生物物種泛指動物、植物和微生物。當前社會上極為關注的是大壩建設對洄游魚類造成的影響。事實上，洄游魚類由于種類不同，其生存的環(huán)境也各不相同，世界各國在建壩中解決魚類洄游問題通常采取兩種辦法：①采取工程措施，建魚梯、魚道；②對洄游魚類進行人工繁殖。我國長江葛洲壩工程建設中，在解決中華鱘洄游問題時選擇了人工繁殖的辦法，事實證明是比較成功的。需要強調(diào)的是，在不同的地區(qū)、不同的河流上建壩，對魚類和生物物種的影響是不同的，要對具體的河流進行具體分析，不能一概而論。 5.1.6對文物和景觀的影響我國是歷史文明古國，文物古跡極多。水庫庫區(qū)淹沒后可能對文物和景觀帶來影響，這一問題也需要引起高度重視。 5.1.7地質(zhì)災害修建大壩后可能會觸發(fā)地震、崩岸、滑坡、消落帶等不良地質(zhì)災害。 5.1.8潰壩可能造成潰壩的原因是多方面的，如大壩運行不當，工程質(zhì)量問題，或遇到超標準的負荷，也有可能是戰(zhàn)爭帶來的人為破壞等。 5.2采用綠色設計理念研究解決筑壩技術生態(tài)難題 在以往的工作中，我國水利水電工作者考慮較多的是如何建大壩，對相關的生態(tài)問題考慮不夠充分?，F(xiàn)在歷史賦予我們的責任是既要挑起大壩建設的擔子，也要挑起生態(tài)保護的擔子。我們應認識到，任何水利水電工程，從本質(zhì)上說都是生態(tài)工程。如果在水利水電建設中不能正確對待和科學處理生態(tài)問題，就會影響整個國家的經(jīng)濟社會發(fā)展。社會各界關于筑壩帶來的生態(tài)問題存在不同看法和一些難題，但因此全盤否定大壩工程建設必要性的錯誤觀點也決不能茍同。大壩畢竟承擔著防洪和水資源配置的任務。在這種情況下，必須在高度重視生態(tài)問題的同時積極進行大壩建設。發(fā)展是第一位的，是黨執(zhí)政興國的第一要務，在發(fā)展中應牢記新的可持續(xù)發(fā)展的理念，以科學發(fā)展觀來統(tǒng)領新時期水利水電事業(yè)，實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展。相信通過采用綠色設計理念，一定會解決好所帶來的難題。 6結(jié)語 隨著社會的迅速發(fā)展，城市規(guī)模迅速擴大，防洪問題與城市建設和經(jīng)濟發(fā)展的矛盾也日益突出。河道生態(tài)修復整治后，對保護城市城區(qū)的人民生命和財產(chǎn)安全、減少洪澇災害以及為城市經(jīng)濟發(fā)展起到重要的作用，使河道成為城市的一道靚麗的風景線，以致于更好地發(fā)揮工程的社會效益和環(huán)境效益，更好地造福于子孫后代，也是綠色設計理念在水利工程設計中得以更好應用的意義所在。   參考文獻： ［1］李樹平，黃廷林.城市化對城市降雨徑流的影響及城市雨洪控制［J］.中國市政府工程，2002（3）：35-37，67. ［2］楊愛玲.城市飲用水地表水源保護研究———以東北區(qū)為例［D］.長春：中國科學院東北地理與農(nóng)業(yè)生產(chǎn)態(tài)研究所，2000. ［3］何麗蓮，李元.農(nóng)田土壤農(nóng)藥污染的綜合治理［J］.云南農(nóng)業(yè)大學學報，2003，18（4）:430-434. ［4］劉超翔，胡洪營，張健，等.人工復合生態(tài)床處理低濃度農(nóng)村污水［J］.中國給水排水，2002，18（7）:1-4. 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