水利工程設計中綠色設計理念的應用

【摘要】綠色設計就是生態設計或者環境設計，而水利工程一般規模較大，征遷移民占地較多，對區域環境會產生一定的影響，尤其是水資源時空重新分配對水環境產生較大影響。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境，反而對生態環境進行充分的修復，對水利行業可持續發展、人水和諧以及生態環境改善產生深遠的影響。

【關鍵詞】綠色設計；生態工程；環境工程；修復治理

1. 綠色設計的提出

（1）綠色設計（Green Design）是20世紀80末出現的一股國際設計潮流。綠色設計反映了人們對于現代科技引起的環境及生態破壞的反思，同時也體現了設計師道德和社會責任心的回歸。在漫長設計史中，工程設計為人類創造了現代生活方式和生活環境的同時，也加速了資源、能源的消耗，并對地球的生態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造商業價值，而是一種適當的社會變革過程中的元素。他同時強調設計應該認真研究有限的地球資源的使用問題，并為保護地球的環境服務。對于他的觀點，當時能理解的人并不多。

（2）自從20世紀70年代“能源危機”的爆發，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

（1）綠色設計（Green Design）也稱為生態設計（Ecological De-sign）、環境設計（Design for Environment）。它是指在產品及其壽命周期全過程的設計中，要充分考慮對資源和環境的影響，在充分考慮產品的功能、質量、開發周期和成本的同時，優化各種相關因素，使工程建設過程中及投入使用后對環境的總體負影響減到最小，使產品的各項指標符合綠色環保的要求，同時，對于生態修復項目要有利于保護生態環境，使生態環境得到最大程度的修復。

（2）其基本思想是：在設計階段就著眼于人與自然的生態平衡關系，在設計過程的每一個決策中都充分考慮到環境效益，將環境因素和預防污染的措施納入產品設計之中，將環境性能作為產品的設計目標和出發點，力求使產品對環境的影響減至最小。

3. 綠色設計產生的原因

（1）資源、環境、人口是當今人類社會面臨的3大主要問題，特別是環境問題，正對人類社會生存與發展造成嚴重的威脅。隨著全球環境問題的日益惡化，人們愈來愈重視環境問題的研究。近年來的研究和實踐使人們認識到：環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在聯系，特別是水資源問題，它不僅涉及區域有限資源的合理利用，還是環境問題的主要根源。近30a來，北方氣候變化、持續干旱、水資源短缺等問題人所共知。隨著社會發展，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向引調水及水生態環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境水利轉變。

（2）水利工程設計師面臨著設計思想觀念的轉變：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境問題和生態問題設計。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過分強調依靠工程措施抗拒和馴服洪水，忽略了對生態環境的破壞。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，很少考慮對生態環境的補償措施，出現了由于水庫、堤防的存在，而破壞河流、水陸連續性，使沿河濕地消失，從而出現沿岸生物生存環境日益惡化、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直線化、河道橫斷面幾何規則化、河床材料的硬質化。隨著城市建設步伐的加快，出現了人水爭地的矛盾，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，致使河流的天然調蓄功能萎縮，產匯流規律改變，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，從而加重了內澇幾率的發生。

4.1.3自然河流的非連續化筑壩導致的順水流方向的河流非連續化，筑堤引起側向的水流連通性的破壞。

4.1.4河流污染嚴重，生態功能遭到破壞隨著城市經濟的迅猛發展，河道兩岸土地的開發利用，大量工業、生活污水不經處理直接排入河道，造成河水嚴重污染，水質惡化，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，致使河流生態環境遭到破壞。隨著科學的進步，從保護生態環境的高度，人們認識到非綠色設計的水利工程對于河流生態系統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系統要予以必要的補償，維護水域生態系統的功能，是流域生態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，已經采取了一些新技術和新材料加強河流的生態建設，比如生態型護坡技術、堤防綠化措施等。這些技術經驗不僅缺乏系統的總結，還迫切需要有關技術規范和技術導則的指導，使之更具科學性和規范化。

4.2.1有關防洪工程規劃的原則。應加強工程經濟效益和環境效益分析，權衡經濟效益與環境效益之間的關系，即進行工程項目經濟技術及生態環境效益評估，改變現行的單一經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系統的有機聯系，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系統中。建議按照“河流生態廊道”的范圍，進行統一規劃、設計和建設。在平時的設計中除說明需進行常規的水文、地質的測量勘察外，還要補充加強相關范圍的生態系統調查的要求，重點是生物群落（動物、植物）的歷史與現狀調查，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。河流形態的多樣化是生物物種多樣化的前提之一，河流形態的規則化、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，保留或恢復其蜿蜒性或分汊的散亂狀態，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保護要求與土地開發利用之間的矛盾，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，為生物的生長發育提供棲息地，發揮河流的自凈化功能。堤型的選擇原則除滿足工程滲透穩定和滑動穩定等安全條件外，還應結合生態保護或恢復技術要求，盡量采用當地材料和緩坡，為植被生長創造條件，保持河流的側向聯通性。

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。因此設計規范中應提出河床盡量做到非平坦化，采用非規則斷面。避免因規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調。與上述設計相對應，需要推廣使用一些與非規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，對生態系統沖擊最大的因素是水陸交錯帶的岸坡防護結構。水陸交錯帶是水域中植物繁茂發育地，為動物的覓食、棲息、產卵、避難之所，也是陸生、水生動植物的生活遷移區，故其至關重要。因此，岸坡防護工程的設計應從強調人與自然和諧的生態建設要求出發，采用與周圍自然景觀協調的結構形式，在滿足工程安全的前提下，確保生態和景觀的護岸形式多種多樣。在典型的岸坡防護結構中，盡可能使用具有良好反濾和墊層結構的堆石，盡可能利用多孔混凝土構件和自然材質制成的柔性結構，盡可能避免使用硬質不透水材料，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境之中。水利工程設施要創造一種人與自然親近的環境，現代的城市景觀設計，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境保護教育創造良好條件，如水生態公園等。

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，避開動植物發育期進行施工。對特殊區域的物種，在施工期要采取其他輔助保護措施，如它處養育等。取料場開挖后應進行適當處理，以滿足美觀和環境方面的要求，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。為降低施工環境對生態系統的沖擊，保障工程效果的實現，并延長生態工程的壽命，宜強調加強前期的養護和后期的管理，包括維護、監測和評估，并積累數據和經驗。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建設規劃聯系在一起，這也是現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環境問題。

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水庫，庫區群眾生活貧困，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，從生態角度講，是修建大壩產生的最根本的影響因素。在河流上建壩，阻斷了天然河道，導致河道的流態發生變化，進而引發整條河流上下游和河口的水文特征發生改變，這才是建壩帶來最大的生態問題，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，并且庫區幾乎沒有大面積的森林。林木淹沒很少，不會產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，水質可能變差，特別是水庫的溝汊中容易發生水污染，如水華現象的出現；（3）水庫蓄水后，隨著水面的擴大，蒸發量的增加，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。需要強調的是，在不同的地區、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地質災害修建大壩后可能會觸發地震、崩岸、滑坡、消落帶等不良地質災害。