混凝土渠道生態(tài)改造方案的探討

□王永輝

我國(guó)大部分輸水渠道的襯砌工作基本上是在上世紀(jì)八九十年代完成的，當(dāng)時(shí)輸水渠道的襯砌主要是以混凝土為主。與土渠相比，單一混凝土襯砌雖然明顯提高了輸水效率，但是隨著經(jīng)濟(jì)、社會(huì)、文化的全面發(fā)展，單一混凝土襯砌技術(shù)對(duì)環(huán)境的嚴(yán)重破壞越來(lái)越受到重視，這種技術(shù)對(duì)環(huán)境破壞的表現(xiàn)無(wú)論是汛期還是枯水期，水中的動(dòng)植物都無(wú)法生存，而且由于混凝土襯砌的坡度較大，生活在河岸的兩棲動(dòng)物失去了原有的生活環(huán)境，造成水中生物及河岸動(dòng)物的大量減少，降低了水資源的自凈能力，對(duì)于生態(tài)環(huán)境造成巨大的破壞。本文提出對(duì)混凝土渠道的具體改造方法，可增加生物群落數(shù)量，提高水的自凈能力并增加景觀效果等。

一、混凝土襯砌的利弊

混凝土防滲襯砌渠道，防滲性能好，每晝夜?jié)B水量?jī)H為0.03 m3／m2，即防滲效果為0.04～0.14 m3／(m2·d)，減少滲漏水量可達(dá)80%～90%，使用年限30～50y，粗糙率小，抗沖性能好，能耐高速流速，流速可達(dá)4～6m/s。在地形坡度較陡的地區(qū)可節(jié)省連接建造物，縮小渠道斷面，減少土方工程量和占地面積，強(qiáng)度高，耐久性強(qiáng)，便于管理。對(duì)各種地形、氣候和運(yùn)行條件的大中小型渠道都能適用。所以，在我國(guó)渠道防滲中采用最為普遍。

當(dāng)今我國(guó)節(jié)水灌溉的發(fā)展，不只注重渠系水利用率和灌溉水利用率的提高，已經(jīng)開(kāi)始考慮節(jié)水灌溉對(duì)農(nóng)田生態(tài)環(huán)境產(chǎn)生的負(fù)面影響，所以混凝土防滲襯砌渠道的弊端已逐漸被人們所重視，其主要表現(xiàn)在：

(一)田間大面積渠道的防滲襯砌，改變了青蛙、蛇等其他田間生物的農(nóng)田生存、繁殖與越冬的基礎(chǔ)條件。

(二)混凝土防滲渠道減少了進(jìn)入農(nóng)田的細(xì)粒泥沙，而少量細(xì)粒泥沙具有對(duì)水中有害物質(zhì)的吸附作用與田間土壤結(jié)構(gòu)改善的作用，所以不利于農(nóng)田物質(zhì)交換和作物生長(zhǎng)。

(三)渠中的生物和微生物失去了賴以生存的環(huán)境而難以存活，渠道的自凈能力降低。

從農(nóng)田生態(tài)的角度看，近年來(lái)，世界上的一些發(fā)達(dá)國(guó)家都致力于研究自然生態(tài)渠道技術(shù)，并且大力推廣，以農(nóng)田生態(tài)化建設(shè)、生產(chǎn)有機(jī)與綠色的農(nóng)產(chǎn)品為目標(biāo)。從微生物活動(dòng)和為親水動(dòng)物提供餌料與棲息地，以及生物多樣性和農(nóng)田面污染源的吸收利用等方面考慮，在采用明渠輸水時(shí)，生態(tài)較優(yōu)的輸配水工程為土渠，盡可能不采用混凝土襯砌與漿砌石渠道。因此，要做到節(jié)水與生態(tài)的兼顧，對(duì)現(xiàn)有渠道改造的工程技術(shù)是今后的主要發(fā)展方向。灌溉渠道除局部沖刷嚴(yán)重的地段和輸水滲漏嚴(yán)重的大型土質(zhì)渠道外，一般不采用單一混凝土襯砌的形式。

二、土料類護(hù)面防滲的特點(diǎn)

土料類護(hù)面防滲是指用壓實(shí)素土、黏砂混合土、灰土、三合土、四合土等土料進(jìn)行渠槽護(hù)面防滲的一種工程措施。通常利用土料類護(hù)面防滲能就地取材，造價(jià)低，施工簡(jiǎn)單。但是土料類護(hù)面防滲效果較差，使用年限較短。土料類護(hù)面防滲效果(允許最大滲漏量)為0.07～0.17 m3／(m2·d)，使用年限為5～25y。

土渠能夠在一定程度上適應(yīng)生態(tài)環(huán)境的要求，但是由于我國(guó)水資源缺乏以及水資源分配不均勻，這就要求必須提高水的利用效率，因此單一的使用輸水效率較低的土渠是不能適應(yīng)我國(guó)的基本形勢(shì)的。

三、混凝土襯砌生態(tài)改造方案

對(duì)混凝土襯砌渠道進(jìn)行的生態(tài)改造是在常規(guī)混凝土襯砌的基礎(chǔ)上，建立立體的生態(tài)空間。其方案是在原有混凝土渠道上再鋪設(shè)生態(tài)護(hù)面，便于水生植物以及親水動(dòng)物的繁殖，恢復(fù)渠水的自凈能力與物種多樣性，增加渠道小生態(tài)環(huán)境的種群數(shù)量；在渠邊坡種植兩棲植物，以達(dá)到固土、凈水等目的；在距離工廠或居民區(qū)較近的地區(qū)再利用“生態(tài)工程”技術(shù)，在水中建立固定式的新型人工浮島，以增加水的自凈能力，保證渠道水的等級(jí)在一個(gè)相對(duì)穩(wěn)定的范圍內(nèi)。該方案建立了一套立體式的生態(tài)改造方案。

(一)生態(tài)護(hù)面設(shè)計(jì)

進(jìn)行混凝土渠道生態(tài)改造就是借鑒土渠對(duì)于生態(tài)環(huán)境保護(hù)的基礎(chǔ)上，提高輸水效率的工程措施。可為水生植物提供生長(zhǎng)土壤，為兩棲和魚(yú)類等動(dòng)物的生活與繁殖創(chuàng)造一定條件，提高渠道小生態(tài)圈的生態(tài)水平等。所以，在混凝土渠道上設(shè)置生態(tài)護(hù)面是最直接、有效的方法，且可操作性較強(qiáng)。

生態(tài)護(hù)面的整體設(shè)計(jì)為在混凝土襯砌的渠道內(nèi)，建立一套標(biāo)準(zhǔn)的土料護(hù)面，與土渠襯砌方法相類似，一般要求素土或黏砂混合土夯壓后的干容重在1.5～1.7t／m3；厚度對(duì)于一般小渠道為15cm以下，大渠道在25cm左右。對(duì)于灰土、三合土、四合土等防滲層，一般要求壓實(shí)后容重在1.65t／m3左右，厚度為20～40cm。渠坡或側(cè)墻厚度一般應(yīng)比渠底厚度稍大。若流速較大，為增強(qiáng)護(hù)面的表面強(qiáng)度，可采取下列措施處理：

1、根據(jù)渠道流量的大小，分別采用1:4～1:5水泥砂漿，或1:3:8水泥石灰砂漿，或1:1的貝(貝殼灰)灰(石灰)砂漿抹面，抹面厚度一般為0.5～1.0cm。

2、在灰土、三合土或四合土表面，涂刷一層1：10～1：15硫酸亞鐵溶液保護(hù)層。

由于生態(tài)護(hù)面與土渠結(jié)構(gòu)類似，其具有良好的生態(tài)性，在渠底采用挺水植物、浮葉植物、沉水植物組合的水生植物種植方式可以提高渠道整體的生態(tài)性，還具有一定的凈化污水、水中固土的能力。因?yàn)樯鷳B(tài)護(hù)面的設(shè)計(jì)允許水流流速與土渠的允許水流流速相仿，且比混凝土渠的允許水流流速小，所以在渠道水口處不宜做混凝土渠道生態(tài)護(hù)面的工程設(shè)計(jì)。

(二)生態(tài)固土設(shè)計(jì)

渠道生態(tài)固土主要是生態(tài)護(hù)坡技術(shù)。相對(duì)國(guó)外生態(tài)護(hù)坡技術(shù)的研究與推廣，我國(guó)由于起步比較慢，生態(tài)護(hù)坡技術(shù)還不是很完善，但是由于近幾年國(guó)內(nèi)對(duì)于生態(tài)護(hù)坡技術(shù)的重視，以及科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，生態(tài)護(hù)坡技術(shù)也取得了一些成效。

生態(tài)固土設(shè)計(jì)原則首先就是要保證渠道的水力穩(wěn)定性，原混凝土渠道中水流流速一般較快，有些渠道水流流速超過(guò)了生態(tài)護(hù)面允許水流流速的上限。所以，除了限制流速外，對(duì)生態(tài)護(hù)面進(jìn)行固土防沖設(shè)計(jì)就十分必要。應(yīng)在坡腳處設(shè)計(jì)混凝土埂，厚度與生態(tài)護(hù)面厚度一致。若流速過(guò)快，在渠道縱向設(shè)計(jì)混凝土埂，厚度與生態(tài)護(hù)面一致，混凝土埂的縱向間距由實(shí)際渠道水流流速?zèng)Q定。

其次，要保證渠道對(duì)周圍生態(tài)環(huán)境干擾較小或是起到積極方面的作用，在渠坡上種植兩棲植物，以達(dá)到生態(tài)固土的目的，并通過(guò)不同的兩棲植物進(jìn)行合理的生態(tài)配置，盡量多地采用當(dāng)?shù)貙?duì)土壤要求低、壽命長(zhǎng)、抗蟲(chóng)害能力強(qiáng)、維護(hù)成本低的兩棲植物，且營(yíng)造喬、灌、草結(jié)合的局部立體生態(tài)空間，增加渠道物種多樣性。若引進(jìn)外來(lái)植物，要做好充足的調(diào)查工作，以免對(duì)當(dāng)?shù)刂参镄纬晌锓N入侵。兩棲植物主要有野稻、香蒲、蘆葦、水毛莨、慈姑等。根據(jù)種植兩棲植物種類的不同，可以增加渠道邊坡面生態(tài)護(hù)面的厚度。

為了提高混凝土渠道生態(tài)改造的可行性，還應(yīng)控制好以下幾點(diǎn)：

1、控制比降i，使比降i數(shù)值降低，使得渠道流速降低，i的取值參考表1。

表1 設(shè)計(jì)流量與邊坡系數(shù)關(guān)系

2、控制渠道流速，不要讓渠道流速超過(guò)不沖允許流速，即0.75～0.95 m/s。(此不沖允許流速為水力半徑R＝1.0 m的情況，如R≠1.0 m，則應(yīng)將此數(shù)值乘以Ra得到相應(yīng)的不沖允許流速值。對(duì)于本設(shè)計(jì)的生態(tài)護(hù)面a＝1/4～1/5。)

四、小結(jié)

在當(dāng)今社會(huì)的可持續(xù)發(fā)展思想的指導(dǎo)下，渠道改造也必須遵循這一發(fā)展原則，走可持續(xù)發(fā)展的道路，創(chuàng)造環(huán)保的渠道文化。渠道改造已不僅僅是一項(xiàng)水利工程，要以水資源的可持續(xù)利用帶動(dòng)城市生態(tài)、文化、社會(huì)、經(jīng)濟(jì)等各方面的可持續(xù)發(fā)展，最終促進(jìn)城市的可持續(xù)發(fā)展?；炷燎赖纳鷳B(tài)改造在當(dāng)今與今后都是十分必要的任務(wù)，本文為混凝土渠道生態(tài)改造提供了一種對(duì)渠道、渠道水及渠道周圍的立體生態(tài)改造方案，且有一定的科學(xué)性和可操作性，提高水利用效率，有較高的社會(huì)和生態(tài)價(jià)值。