遼寧省小型農(nóng)田水利灌溉設(shè)施現(xiàn)狀與發(fā)展對策

王 磊

(朝陽縣水務(wù)局重點田建設(shè)辦公室，遼寧 朝陽 122000)

近年來，我國對流域性治理以及大水庫、大江大河整治取得了快速發(fā)展，而“小農(nóng)水”作為“最后一公里”的農(nóng)田灌溉設(shè)施逐漸成為制約農(nóng)業(yè)發(fā)展的關(guān)鍵因素。調(diào)查顯示，遼寧省縣域農(nóng)田水利末級渠系完好率為60%，偏薄弱農(nóng)田水利設(shè)施占35.6%，現(xiàn)今仍未徹底的解決“最后一公里”問題。在遼寧省“最后一公里”專項規(guī)劃中小型農(nóng)田水利灌溉設(shè)施占據(jù)重要地位，工程資料及建管運行體系也不夠完善。鑒于此，本文從丘陵地區(qū)、山區(qū)、平原地區(qū)等不同地貌類型的角度系統(tǒng)調(diào)查了研究區(qū)農(nóng)田水利灌溉設(shè)施，通過實地調(diào)研多個典型市縣分析田間斗農(nóng)渠及其配套設(shè)施的建管運行情況，為了解決其所存在的主要問題提出啟示性建議，以期為解決農(nóng)田水利灌溉設(shè)施“最后一公里”問題提供參考，為水利工程建設(shè)技術(shù)的改進(jìn)及優(yōu)化提供科學(xué)指導(dǎo)[1-4]。

圖1 遼寧省地勢分布圖

1 遼寧省小型農(nóng)田水利灌溉設(shè)施現(xiàn)狀

1.1 調(diào)查方法

遼寧省地處東北地區(qū)南部，總面積14.75萬 km2，地勢自東西兩側(cè)向中部，自北向南部傾斜，形成了“馬鞍型”的地勢特征，中部為廣闊的遼河平原，山地丘陵大致分列東西兩側(cè)，水面、平地、山地占總土地面積比例為9%、33%、58%，地貌類型大體呈“六山一水三分田”，入境河流主要有東遼河、西遼河、柳河、渾江、大凌河支流?？傮w呈遼西低山丘陵區(qū)、遼東山地丘陵區(qū)和遼北康法丘陵區(qū)三面環(huán)繞遼河平原的地貌格局，地貌結(jié)構(gòu)如圖1。

根據(jù)工程實際建設(shè)情況和研究區(qū)的地形特點，在遼西低山丘陵區(qū)、遼河平原、遼東山地丘陵區(qū)選擇典型小型農(nóng)田水利工程，從生態(tài)現(xiàn)狀、服役年限、施工安裝方式、斷面尺寸、結(jié)構(gòu)形式、材料類型等角度對其渡槽、分水池、生產(chǎn)橋、放水口、斗(農(nóng))門及渠道等渠系建筑物的使用現(xiàn)狀進(jìn)行實地考察和座談交流，調(diào)查方法見表1。

表1 調(diào)查方法

1.2 小型農(nóng)田水利灌溉設(shè)施

采取實地調(diào)查與座談交流相結(jié)合的方式，總結(jié)了農(nóng)橋、放水口、分水閘(池)、渡槽、斗(農(nóng))門、渠道的運行現(xiàn)狀及其存在的問題，三種典型地貌區(qū)的建筑物類別如表2。

表2 建筑物類型調(diào)查統(tǒng)計表

1.2.1 渠道設(shè)施

在灌溉系統(tǒng)中渠道占據(jù)著重要地位，渠道工程質(zhì)量狀況與周邊居民安全及農(nóng)業(yè)灌溉效益直接相關(guān)，不同自然區(qū)域內(nèi)灌溉渠道的制作方法也存在明顯的差異，具體如下：

平原地區(qū)。該區(qū)域?qū)儆谶|寧省人口最多、面積最廣的農(nóng)業(yè)區(qū)，耕地面積占全省總體的50%以上。斗農(nóng)渠斷面多梯形，設(shè)計截面尺寸一般較大，坡面施工方式以砂漿勾縫、預(yù)制砌塊鋪筑為主，渠道運行年限為5～10 a，其勾縫、麻面較多的現(xiàn)象普遍存在。由于批次不同預(yù)制砌塊易出現(xiàn)色差，渠道坡面砌塊多斷裂、壓頂裂縫或大范圍塌陷等情況，非灌溉期廢棄雜物在渠道內(nèi)堆砌的現(xiàn)象比較常見[5]。

丘陵地區(qū)。該區(qū)域以西部、北部為主，海拔高度多為200～500 m，總體表現(xiàn)成遼西低山丘陵和遼北康法丘陵區(qū)，較遼河平原其灌溉面積稍小。調(diào)查顯示，以矩形和U形斷面為主，修建時間大部分處于近5年，其中U形斷面的外傾角基本為0，長度約50 cm、壁厚5～8 cm，其半徑處于150～200 mm范圍。渠槽、壓頂一般用干硬性和普通現(xiàn)澆混凝土制成，渠槽多麻面、蜂窩，錯位、坍塌現(xiàn)象比較嚴(yán)重，填方多形成土壤侵蝕，壓頂總體達(dá)到坍塌、斷裂的狀態(tài)；采用砂漿勾縫的處理方式，使得渠槽安裝存在較多的拼縫；夏季調(diào)查時田間渠道淤積嚴(yán)重，雜草叢生，特別是較大斷面的渠系幾乎干枯。現(xiàn)澆矩形渠道大多選用人工自拌混凝土，現(xiàn)場骨料含泥量過大、級配不良等現(xiàn)象普遍存在；現(xiàn)場混凝土生產(chǎn)時僅靠生產(chǎn)工具粗放計量，因缺少必要的精準(zhǔn)計量設(shè)備使得施工效率明顯受限，無法保證工程質(zhì)量。此外，部分尚未完工的工程就已經(jīng)出現(xiàn)塌陷、起砂、大范圍裂縫的問題，矩形現(xiàn)澆渠道的渠底下部及邊坡沒有排水設(shè)施，積水問題比較突出[6]。

山區(qū)。該區(qū)域以遼東地區(qū)為主，海拔在500～800 m范圍，由南北兩列平行山地構(gòu)成，最高山峰超過1 300 m。經(jīng)濟(jì)基礎(chǔ)薄弱、耕地面積普遍較小和土壤侵蝕問題突出等，使得傳統(tǒng)小尺寸U形裝配式渠道仍為遼東山區(qū)田間灌溉系統(tǒng)的主要斷面形式。渠道長度50 cm左右、外傾角5°～8°、壁厚3～6 cm、半徑100～150 cm之間，以砂漿勾縫和人工安裝為主，大部分修建于1990s。受到特有的山區(qū)地形等條件限制，渠道設(shè)計較多彎道，普遍存在破損甚至未壓頂?shù)那闆r。通過座談交流發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)階段田間灌溉存在的關(guān)鍵問題是滲漏。近年來，采取填方與挖方有效結(jié)合的施工方法修建了多條磚砌渠道，利用砂漿對磚砌渠內(nèi)表面做抹面處理，未預(yù)留變形縫并用混凝土壓頂；由于未處理外表面，渠身存在較多裂縫其整體美觀性較差，已出現(xiàn)多處滲水通道但未發(fā)現(xiàn)大范圍的滲漏現(xiàn)象[7]。

1.2.2 斗(農(nóng))門

斗(農(nóng))門作為開放與關(guān)閉水的主要通道，在田間灌溉系統(tǒng)中發(fā)揮著重要的作用。目前，大多利用部分裝配式與現(xiàn)澆相結(jié)合或現(xiàn)澆的制作方法，以該方式制成的斗(農(nóng))門造價高，其工程量較大。

因遼河平原灌溉范圍廣、耕地面積大，為了保證農(nóng)田灌溉用水設(shè)計的斗(農(nóng))門尺寸普遍較大。采用混凝土澆筑排架與閘墩，在閘墩上利用鋼板錨固排架，難以控制現(xiàn)場的施工質(zhì)量；大多數(shù)應(yīng)用混凝土或鋼板制作的閘門，閘門的上下升降用旋轉(zhuǎn)絲桿實現(xiàn)，這種結(jié)構(gòu)存在啟閉操作不便、施工難度較高、連接困難、組成復(fù)雜等特點，加之門槽與閘門之間的密閉性較差，其止水效果差且故障率偏高，通常會引起比較嚴(yán)重的水資源浪費。由于拆卸簡便，閘門被盜或遺失的現(xiàn)象時有發(fā)生，斗農(nóng)門也逐漸失去了其應(yīng)有的功能。

1.2.3 渡槽設(shè)施

渡槽屬于跨越河道、洼地、河渠等設(shè)施輸送渠道水的架空水槽，由于特殊的自身結(jié)構(gòu)，大中型渡槽的上部槽身和下部基礎(chǔ)多為預(yù)制裝配式以及現(xiàn)澆式鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，而現(xiàn)澆鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)多用于小型渡槽的槽身。結(jié)合實際調(diào)研結(jié)果，U型槽和矩形槽結(jié)構(gòu)形式比較常見。

平原地區(qū)的渡槽斷面尺寸和斗農(nóng)渠斷面較大，受地形條件限制，丘陵地區(qū)的渡槽結(jié)構(gòu)尺寸往往較小，槽身以預(yù)制混凝土管結(jié)構(gòu)或現(xiàn)澆鋼筋混凝土槽為主，這種結(jié)構(gòu)被廣泛用于新建的渡槽。山區(qū)大跨度輸水渡槽具有較大的架空高度和斷面尺寸，在拼接縫的止水處理、運輸、生產(chǎn)等方面大尺寸槽身預(yù)制構(gòu)件仍面臨著一定技術(shù)難題。此外，大多數(shù)渡槽建于1980s，因缺乏完善的質(zhì)量管理、規(guī)范化施工和標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計體系，加之受施工條件、工程技術(shù)等因素的限制，無法保證工程質(zhì)量，經(jīng)過長期的服役運行，槽身出現(xiàn)局部破損、裂縫、蜂窩和麻面的現(xiàn)象十分普遍，特別是拼接縫處發(fā)現(xiàn)較多裂縫，勾縫砂漿脫落并造成一定程度的滲漏，渡槽大多處于帶病運行的狀態(tài)。受交通條件限制，田間工程選用現(xiàn)澆混凝土結(jié)構(gòu)時，其施工方式仍以傳統(tǒng)的現(xiàn)場攪拌為主，這種方式無法保證施工質(zhì)量且費時費力。

1.2.4 分水閘(池)

分水閘(池)可用于量水和水量分配，一般建于渠道分岔處。結(jié)合調(diào)研結(jié)果，分水閘結(jié)構(gòu)以矩形現(xiàn)澆鋼筋混凝土為主，渠道斷面與結(jié)構(gòu)尺寸相匹配，結(jié)構(gòu)形式簡單、數(shù)量多而規(guī)模小。閘門多為垂直啟閉的簡易鋼閘，因無止水膠條閘門槽止水效果較差?；炷潦┕楝F(xiàn)場攪拌的方式，無法保證施工質(zhì)量且環(huán)境影響較大。

1.2.5 放水口

放水口的施工質(zhì)量和設(shè)計水平在很大程度上決定了輸水灌溉的效率，一般用于農(nóng)田水利的配套設(shè)施。

地勢平坦的遼河平原，耕地較多，農(nóng)田成片，農(nóng)業(yè)灌溉用水量大，所以設(shè)計的渠道尺寸較大。放水口為直徑50 cm的圓形過水?dāng)嗝?，主要通過上覆填土壓實、放置涵管和渠道邊坡開槽來實現(xiàn)，預(yù)制放水口門板安裝于矩形混凝土門框上，一般位于渠道邊坡一側(cè)。結(jié)合調(diào)查結(jié)果，放水口與門板連接處存在一定的縫隙，門框表面出現(xiàn)開裂，極易產(chǎn)生滲漏現(xiàn)象；同時，門板丟失致使其失去擋水功能的情況也比較常見。外凸形和內(nèi)嵌形為矩形混凝土閘門框兩種常見的形式，其中外凸形放水不僅降低了輸水效率，對過水流量產(chǎn)生極大的不利影響，而且其美觀性差。此外，雜草秸稈在放水口處嚴(yán)重淤積，耕地高程甚至高于放水口，使得其自流灌溉功能逐漸喪失[8]。

地面崎嶇不平、坡度較緩、地形起伏不大的丘陵地區(qū)，相對于平原地區(qū)其灌溉渠道結(jié)構(gòu)尺寸通常較小，與此同時放水口尺寸也不大。采用混凝土澆筑而成的渠道放水口，大多存在麻面、蜂窩的現(xiàn)象且部分結(jié)構(gòu)出現(xiàn)開裂，門板結(jié)構(gòu)丟失使得用水量失去控制。以朝陽縣為例，部分渠道的放水口配套門板已丟失，為了控制用水量以一塊三合板來替代門板，結(jié)構(gòu)破損、開裂以及放水口處雜草順流堵塞的問題較為突出。

人均耕地較少、坡度陡峭、高度和地形起伏較大的山區(qū)，其渠道斷面一般較小，放水口也比較簡易。山區(qū)渠道多裝配式結(jié)構(gòu)，一般在預(yù)制時預(yù)留U形口或圓形孔洞，并作為渠道的放水口，節(jié)水控水設(shè)施缺乏且結(jié)構(gòu)形式簡單粗放，由于孔洞較小易被碎石、淤泥、雜草和樹葉堵塞，極大的影響其放水功能的發(fā)揮。山區(qū)渠道不僅有裝配式，還有磚混和現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)，現(xiàn)澆渠道放水口位置較高且無控水閘門，開口多為U形；磚混結(jié)構(gòu)也面臨著防水閘門丟失、放水口易淤積堵塞的問題。

1.2.6 農(nóng)橋

通過對山區(qū)、丘陵和平原地區(qū)板梁橋、拱橋、涵管橋的調(diào)查，發(fā)現(xiàn)調(diào)查區(qū)域內(nèi)多現(xiàn)澆橋，雖然具有不同的尺寸和結(jié)構(gòu)類型，但橋梁總體存在一些共性的問題，具體如下：

(1)外觀質(zhì)量差。涵管橋、現(xiàn)澆梁和預(yù)制橋梁的混凝土表面都或多或少的存在蜂窩麻面現(xiàn)象，雖鋼筋無外露但局部結(jié)構(gòu)強(qiáng)度嚴(yán)重?fù)p失，混凝土總體處于酥散狀態(tài)。通過擠壓成型的干硬性混凝土傳統(tǒng)預(yù)制橋梁，因長期的服役運行混凝土老化嚴(yán)重。對涵管橋現(xiàn)澆部分和現(xiàn)澆橋梁，由于模板安裝拼縫尺寸偏差大、水泥漿渣附著以及模板表面粗糙等，澆筑過程中水泥漿嚴(yán)重流失，從而產(chǎn)生較多蜂窩麻面甚至錯臺等外觀質(zhì)量問題。

(2)擋墻與墻體開裂。主體結(jié)構(gòu)表面開裂且隨時間推移裂縫縱橫發(fā)展，對橋梁主體穩(wěn)定造成影響，擋墻坍塌、開裂等現(xiàn)象普遍存在。由于原材料質(zhì)量差、原設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)低、年久失修、超使用年限運行、橋梁預(yù)制水平不高等，致使橋梁質(zhì)量問題突出。針對涵管橋梁現(xiàn)澆部分和現(xiàn)澆橋梁多選用現(xiàn)場攪拌，施工技術(shù)水平不高，就地取材的骨料級配差，難以把控工程質(zhì)量，為主體結(jié)構(gòu)裂縫的形成創(chuàng)造了條件。

(3)接縫處滲水和橋內(nèi)淤積。灌溉期橋下涵洞內(nèi)雜草淤積以及渠槽內(nèi)雜草叢生，降低了渠系輸水效率。此外，在拼裝橋梁預(yù)制構(gòu)件過程中，因接縫處理不到位、勾縫砂漿脫落使得結(jié)構(gòu)整體失穩(wěn)甚至坍塌。部分較小尺寸的涵管橋，在涵管上直接覆土以形成橋面，許多小型涵管橋橋面在夏季雨水充沛時出現(xiàn)嚴(yán)重的填土沖刷，使得涵管裸露并進(jìn)一步產(chǎn)生破損。

2 農(nóng)田水利灌溉設(shè)施發(fā)展對策

2.1 推進(jìn)裝配化建設(shè)，轉(zhuǎn)變傳統(tǒng)建造模式

對于配套建筑物以及田間裝配式渠道，從質(zhì)量控制、施工工藝、生產(chǎn)技術(shù)、結(jié)構(gòu)設(shè)計及配合比設(shè)計等角度進(jìn)行研究，設(shè)計建造施工方便、質(zhì)量優(yōu)良、生態(tài)環(huán)保、結(jié)構(gòu)合理的裝配式預(yù)制構(gòu)件，通過提高建筑技術(shù)水平實現(xiàn)裝配式安裝、工業(yè)化生產(chǎn)、工藝化設(shè)計的農(nóng)田水利裝配式結(jié)構(gòu)。

2.2 深化產(chǎn)權(quán)制度改革，發(fā)展智慧農(nóng)業(yè)

積極推廣以智能定量節(jié)水、遠(yuǎn)程控制供水、裝配式渠系建筑物及渠道輸水等為特征的節(jié)水灌溉信息化技術(shù)，加快提升農(nóng)村經(jīng)濟(jì)和節(jié)水灌溉的發(fā)展。隨著人工智能的發(fā)展和生態(tài)環(huán)保主題的提出，加強(qiáng)智能技術(shù)應(yīng)用以及生態(tài)保護(hù)等逐漸引起更多行業(yè)的關(guān)注，隨著時代的發(fā)展也應(yīng)加快農(nóng)田水利設(shè)施建設(shè)，安設(shè)智能節(jié)水控制系統(tǒng)和生物逃生通道，實現(xiàn)高效節(jié)水、生態(tài)相容以及環(huán)境友好型智慧水利建設(shè)。

2.3 加大建設(shè)投資力度，推進(jìn)標(biāo)準(zhǔn)化建設(shè)

堅持“用之于民、取之于民”的原則，對農(nóng)田水利設(shè)施進(jìn)行定期維護(hù)，為用水戶的合法權(quán)益提供基礎(chǔ)保障，每年地方財政都要安排一定的小型農(nóng)田水利設(shè)施管護(hù)資金，保證其及時維護(hù)以及正常運轉(zhuǎn)、使用。在工程施工、管理和設(shè)計的全過程要堅持標(biāo)準(zhǔn)化和規(guī)范化的原則。設(shè)計人員應(yīng)依據(jù)相關(guān)規(guī)程規(guī)范、定型圖集等開展標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計，對裝配式預(yù)制構(gòu)件要因地制宜的選擇；在安裝預(yù)制構(gòu)件過程中，施工人員要科學(xué)把握裝配、運輸?shù)拳h(huán)節(jié)，科學(xué)設(shè)定工序；依托遠(yuǎn)程監(jiān)控、測控等信息化設(shè)備管理人員，最大程度的實現(xiàn)工程運維自動化管理。

3 結(jié)語

以遼寧省典型地貌區(qū)為例，從生態(tài)現(xiàn)狀、服役年限、施工安裝方式、斷面尺寸、結(jié)構(gòu)形式、材料類型等角度，深入探析了農(nóng)田水利設(shè)施現(xiàn)狀及其現(xiàn)存的主要問題，并從多尺度、多方面提出啟示性對策。通過提高農(nóng)田水利管理水平、不斷創(chuàng)新體制機(jī)制以及改進(jìn)工程建設(shè)技術(shù)等，逐步建立適用于不同自然地貌的運行管理機(jī)制，從根本上逐漸轉(zhuǎn)變落后的建設(shè)局面。