迪慶州沿江兩岸河谷地區(qū)渠道砌石防滲研究

周郁文

(迪慶州水利水電勘察設(shè)計所 云南香格里拉 674400)

迪慶州位于三江并流區(qū),分布在金沙江、瀾滄江河谷地區(qū)的耕地面積占全州耕地面積的46%,是迪慶州農(nóng)作物主產(chǎn)區(qū)。

沿江兩岸分布著上百條大大小小的灌溉渠道,大多數(shù)沿著山坡丘陵等高線延伸,一般渠線長,地形地質(zhì)復(fù)雜,不少地段因巖石裂縫多、土質(zhì)差,填方地段夯壓質(zhì)量不好,也有的通過沙質(zhì)地帶,因此渠道水大量滲漏損失,甚至引起滑坡,加上有的工程管理不善,計劃用水不周等原因,渠系水的利用系數(shù)僅有0.3～0.4,損失量十分驚人。

沿江河谷氣候炎熱,年平均氣溫15.5℃,最高氣溫為38.6℃;年降雨量300～960mm,年蒸發(fā)量為600～1040mm,屬干熱河谷山地氣候。耕地多為沖洪層一、二級階地,土質(zhì)以砂質(zhì)粘土為主,保水性差,每年的11月份起至次年的5月份為少雨期,降雨量僅為全年的12%左右,但這時期又是灌溉用水的高峰期,用水量占全年灌溉用水的85%以上,供用水矛盾十分突出。

為了充分利用水資源,提高抗旱效率,渠道工程多采用砌石 (塊石、條石、河卵石、石板)、鋪設(shè)混凝土 (預(yù)制板和現(xiàn)澆板)、水泥沙漿抹面等防滲措施,取得了顯著效果。

由于兩江沿岸盛產(chǎn)石料,因此,大多數(shù)渠道采用砌石防滲。據(jù)2007年統(tǒng)計資料,全州中、小型水利工程流量0.35m3/s以上的渠道總長394.5km,其中使用砌石防滲的有 171.2km,占43.4%。

砌石防滲特點是。

(1)能就地取材,砌筑技術(shù)簡單,防滲效果較好,抗沖、耐磨、壽命長,應(yīng)用廣泛。

(2)工程投資少、見效快、群眾易掌握。

為了總結(jié)群眾性的砌石防滲經(jīng)驗,在此,選擇金沙江左岸的金江大溝灌區(qū)灌溉干渠進行深入調(diào)查,原因是該干渠長,涉及面廣,灌溉面積大,砌石防滲前后產(chǎn)生的效果驚人,在沿江兩岸的砌石防滲水利工程中影響大,極具代表性。現(xiàn)綜述如下。

1 工程效益及運行情況

1.1 減少滲漏損失,擴大灌溉面積及社會效益

香格里拉縣金江大溝灌區(qū),干渠長18.42km,設(shè)計引用流量1.82m3/s,砌石前均為土渠,渠系水利用系數(shù)僅為42.5%,砌石防滲后提高到90.7%,減少滲漏流量0.88m3/s,如以每年平均放水210天計算,一年可節(jié)約水量1597萬m3,相當(dāng)于修建一座中型蓄水工程。

原先土渠時,幾乎沒人主動維護過渠道,只有村社組織的歲修,線長面廣,僅能做簡易的維護,對于渠道沿線滲漏無能為力。人們只能大面積種植旱作物,年年干旱,歲歲如此,用水時經(jīng)常是計時分段、分片灌溉,各片區(qū)派人日夜堅守在分水閘處,防止有人偷偷放水,爭水斗毆經(jīng)常發(fā)生。灌溉時干渠大漏,支渠小漏,澆灌效率及質(zhì)量極差,大部分土地根本就灌不到水。那時灌區(qū)人均年收入總徘徊在300元左右,村社破落,物質(zhì)缺乏,年年靠國家救濟,犯罪率居高不下,更談不上精神文明。

自1999～2000年國家投資對干、支渠道進行砌石防滲處理后,灌區(qū)面貌煥然一新,灌溉面積由原先的6100畝增至18500畝,作物種類由原先的3～5種增加到現(xiàn)在的9～11種,由于來水量充足,經(jīng)濟作物種植面積由原來零星的幾十畝猛增到2000余畝,灌區(qū)人均年收入從1999年的341元增加到2007年的2186元?，F(xiàn)在各村社新修了道路、籃球場、娛樂室,灌區(qū)90%以上的家庭已擁有電視機、冰箱、洗衣機及各種生活電器,近一半的人家新修了新房,大部分家庭還購置了農(nóng)機。

隨著灌區(qū)居民經(jīng)濟收入的不斷提高,物質(zhì)文化生活的極大豐富,普法宣傳、農(nóng)科普及、節(jié)水灌溉推廣深得人心,全面展開。

目前,在迪慶州沿江兩岸的大小灌區(qū)中,渠道工程多以砌石防滲為主。大多數(shù)灌區(qū)的發(fā)展經(jīng)歷與金江大溝灌區(qū)大體相同,幾年前大多數(shù)灌區(qū)就成立了渠道管護小組,制定了用水、管水的鄉(xiāng)規(guī)民約。

隨著水利工程在農(nóng)村經(jīng)濟發(fā)展中的巨大作用,人們科學(xué)認識顯著提高,護渠、節(jié)水工作深得人心,他們把水利工程看作命根子,嚴格管理,互相監(jiān)督,做經(jīng)常性巡視和維護。據(jù)調(diào)查統(tǒng)計,現(xiàn)階段95%以上水利工程管理到位,運行正常,大小灌區(qū)整體效益不斷提高。

1.2 減小渠道糙率,加快流速,縮短流時

砌石防滲后,斷面標(biāo)準,糙率減小,流速普遍加快,可以縮短輸水時間,這在干旱時期,能及時送水到田,將對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)起重要作用。

1.3 防止渠道變形,保證輸水能力,減少維修工程量和費用

渠道砌石后不易變形,可延長工程壽命,減輕維修、歲修任務(wù)。

根據(jù)香格里拉縣金江鄉(xiāng)水管站的統(tǒng)計資料,金江大溝主干渠砌石防滲后,平均每年可節(jié)約費用11.86萬元。特別是其中3.5km的一段,地質(zhì)破碎,穩(wěn)定性差。砌石防滲前,每下一場大雨,渠中淤土塌方需要發(fā)動數(shù)百人清理,而且,局部地段還時常出現(xiàn)滑坡,當(dāng)?shù)卣磕甓家度氪罅康木拓斄?發(fā)動群眾投工投勞,既影響生產(chǎn),又加重群眾負擔(dān)。砌石防滲后,只需管護小組進行日常維護管理就可以保證渠道的正常運行。

2 工程設(shè)計及施工中須注意的問題

2.1 斷面形式與結(jié)構(gòu)

我州沿江兩岸地區(qū)渠道砌石斷面主要有梯形與矩形兩大類。在瀾滄江沿岸,由于灌區(qū)面積多在500～3000畝之間,坡度較大,地質(zhì)條件較好,且引用流量不大,多在0.15～0.45m3/s之間,渠道基本上采用矩形斷面。金沙江灌區(qū)則不相同,相對坡度較緩,地質(zhì)條件較差,灌區(qū)面積多在1000～5000畝之間,引用流量較大,渠道采用多種斷面,但還是以梯形、矩形斷面為主。

梯形斷面水力要素較好,邊坡較為穩(wěn)定,襯砌工程量較小。矩形斷面土方工程量省,占地少,基礎(chǔ)好的小型工程用得比較多。渠道通過耕地或村莊居民點時,為了少占地,也多采用矩形斷面。但水深較大的矩形渠道需建擋土墻,工程量大,造價較高。因此,渠道設(shè)計時采用何種斷面須根據(jù)當(dāng)?shù)鼐唧w情況決定。

由于在老土渠上砌石防滲坡降受限制,流速不大,除擋土墻外,都是采用單層漿砌石結(jié)構(gòu)。梯形斷面的邊坡系數(shù) (m)根據(jù)土質(zhì)、流量、填挖方等情況來確定,水深小于2m的灌溉渠道,一般在1.0～1.5之間選用,土坡穩(wěn)定的挖方小型渠道,結(jié)合具體情況,系數(shù)可以在0.5～0.7之間選用。

矩形斷面的側(cè)墻結(jié)構(gòu)有直立式和擋土墻式兩種形式。

前者適用水深不大的小型渠道,一般墻厚25～40cm,用單層毛塊石漿砌。通過地下水位高、土質(zhì)差、容易滑坡、水深較大,以及村莊居民點的渠道,經(jīng)常采用擋土墻式的渠墻,其墻背面的邊坡系數(shù)視墻高而定,一般 1～3m高的墻,頂寬為0.35～0.50m,背邊坡系數(shù)在0.1～0.25之間。

結(jié)合渠段具體情況,也有的渠道一岸采用直立式,另一岸采用擋土墻式的矩形渠槽。

采用梯形和矩形斷面的直立式渠墻,在砌石體的兩邊坡頂加砌一層厚度約15cm,寬度45～60cm的條石或塊石蓋頂,并使之與土坡緊密接合齊平(如與土坡結(jié)合的蓋頂稍向渠內(nèi)傾斜更好),這樣既防止地表徑流注入襯砌體的背面,又可使渠頂整齊美觀。

在地下水位高于渠底高程的渠段,無論采用那一種的襯砌斷面形式,都應(yīng)注意做好排水孔,在其集中逸出的地方,還應(yīng)做好反濾排水。

2.2 石料選用

石料有塊石、毛塊石、條石和板石等,其中用塊石、毛塊石襯砌的最多,條石其次,板石由于厚度薄,對石質(zhì)和開采技術(shù)要求高,只有個別地區(qū)的石料場能開采,使用受到限制。塊石一般控制單塊重量不小于10kg,厚度不小于10～15cm,條石一般不小于10cm,板石最小厚度為5cm。對石料要有選擇,塊石必須有一面平整,其他面大體平整,厚度不應(yīng)相差太大,不要采用風(fēng)化石及尖錐形亂毛石。

2.3 流速與糙率

單層漿砌石的允許流速可達2.5～4m/s,但由于老土渠按不沖流速設(shè)計,縱坡、斷面大小已固定,故砌石防滲的渠道流速只受砌石糙率影響,變化很小,一般仍在 1m/s以下。土渠經(jīng)多年運行后,沖淤變形,糙率有所增加,一般n=0.027～0.03之間,砌石后糙率減少。從多條渠道運行的情況看,漿砌石并有勾縫的渠床糙率,設(shè)計時選用n=0.023～0.025是恰當(dāng)?shù)摹?/p>

2.4 施工要求

土渠斷面修整好后即可拉線砌筑,均采用水泥沙漿,座漿采用 M5,勾縫用 M10,一般先砌渠坡,座漿砌筑。要求塊石料采用花砌,邊坡絕大多數(shù)采用石料長方向順?biāo)鞯目v砌,但也有個別渠段采用橫砌以及人字形的斜砌。沾在石料上的污物要清除干凈,砌筑時要求飽漿錯縫,較薄的石料要墊以片石再座漿砌筑,并用手錘錘緊,砌縫要緊湊均勻,縫寬一般控制在1～3cm。為更好地防滲,待渠坡施工完成后,渠底鋪10～15cm厚的毛石墊層,后澆筑5cm厚的混凝土且磨光。

3 問題和經(jīng)驗

沿江兩岸河谷地區(qū)砌石渠道在規(guī)劃設(shè)計階段必須做好前期工作,以人為本,從長遠的眼光看問題。就金沙江、瀾滄江兩岸來講,是迪慶州的糧食主產(chǎn)區(qū),也是經(jīng)濟文化發(fā)達、人口比較集中的地區(qū),隨著社會經(jīng)濟的發(fā)展,人口的不斷增加和對物質(zhì)需求的擴大,對水資源、水利灌溉、土地資源的開發(fā)利用須引起高度重視。在兩岸河谷地區(qū)砌石渠道高程控制的以下范圍內(nèi),分布著大片未開墾的荒地和河灘地。僅金江大溝灌區(qū)控制的范圍內(nèi),就有荒地2100畝,河灘地1400多畝,共計3500多畝。

據(jù)調(diào)查統(tǒng)計,金沙江、瀾滄江兩岸渠道高程以下現(xiàn)有的荒地、河灘地大約36400多畝,這是可持續(xù)發(fā)展的基礎(chǔ)性資源,荒地、河灘地均可改造成農(nóng)田或林果園,以此滿足人們不斷增長的物質(zhì)需求,但任何美好的設(shè)想,最終都離不開水,因為水是農(nóng)業(yè)的命脈。所以,我們水利部門在設(shè)計、規(guī)劃、施工過程中,要有大局意識、可持續(xù)發(fā)展的思想,要充分利用有限的水資源,增強節(jié)水意識,嚴格控制好渠道的施工質(zhì)量,做好防滲工作。

現(xiàn)將自己在設(shè)計、施工中發(fā)現(xiàn)的問題及經(jīng)驗總結(jié)如下。

(1)設(shè)計時,必須綜合考慮灌區(qū)發(fā)展遠景,作出合理的規(guī)劃設(shè)計。例如,對今后可能擴大的灌區(qū)面積,應(yīng)按需要的擴大流量設(shè)計襯砌斷面。應(yīng)結(jié)合渠道改線,統(tǒng)一規(guī)劃,避免襯砌后又改線,造成浪費。

(2)險工隱患的渠段,必須處理后再襯砌,否則,隱患暫被掩蓋,運行中可能突然造成毀渠事故。

(3) 在填方渠道上砌石防滲,要求填方夯實質(zhì)量好,沉陷已經(jīng)穩(wěn)定,并盡量采用梯形斷面護坡式結(jié)構(gòu)。采用擋土墻式的矩形渠槽者,要慎重考慮由于擋土墻的集中荷載引起渠墻與渠底板間的不均勻沉陷而產(chǎn)生剪切破壞 (裂縫)的問題,因它往往是造成嚴重垮渠事故的主要原因。

(4)裂縫問題。出現(xiàn)裂縫的主要原因是:①溫度影響;②地基不均勻沉陷。解決的辦法是:根據(jù)基礎(chǔ)的地質(zhì)條件,合理布置沉陷縫,對于巖性基礎(chǔ),沉陷縫間距一般為25～30m,對于均勻的土質(zhì)基礎(chǔ),沉陷縫間距一般為15～20m,而對于地質(zhì)條件不同的兩種基礎(chǔ)的交接處須設(shè)沉陷縫。

(5)搞好沉陷縫止水,防止集中滲漏。以往我州在止水填料的選用上有不當(dāng)之處,如常采用的低標(biāo)號瀝青混合物填料,冬季收縮易與板體脫開而失去止水作用。后期均選用塑料膠泥,經(jīng)在我州砌石渠道中廣泛使用,防滲效果很好。

(6)渠道防滲具有綜合性效益,包括減少滲漏損失、加快流速、便利管理等。在缺水地區(qū)搞好防滲減少滲漏損失最為重要。但應(yīng)當(dāng)指出,加強水利工程管理也是減少水量損失,提高渠道水利用率的一項重要措施,不可忽視。如果防滲和管理相互配合,則其效益必將更加顯著。