□王永輝

我國大部分輸水渠道的襯砌工作基本上是在上世紀八九十年代完成的，當時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、社會、文化的全面發(fā)展，單一混凝土襯砌技術對環(huán)境的嚴重破壞越來越受到重視，這種技術對環(huán)境破壞的表現(xiàn)無論是汛期還是枯水期，水中的動植物都無法生存，而且由于混凝土襯砌的坡度較大，生活在河岸的兩棲動物失去了原有的生活環(huán)境，造成水中生物及河岸動物的大量減少，降低了水資源的自凈能力，對于生態(tài)環(huán)境造成巨大的破壞。本文提出對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水量僅為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，強度高，耐久性強，便于管理。對各種地形、氣候和運行條件的大中小型渠道都能適用。所以，在我國渠道防滲中采用最為普遍。

當今我國節(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)開始考慮節(jié)水灌溉對農(nóng)田生態(tài)環(huán)境產(chǎn)生的負面影響，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、繁殖與越冬的基礎條件。

(二)混凝土防滲渠道減少了進入農(nóng)田的細粒泥沙，而少量細粒泥沙具有對水中有害物質的吸附作用與田間土壤結構改善的作用，所以不利于農(nóng)田物質交換和作物生長。

(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，世界上的一些發(fā)達國家都致力于研究自然生態(tài)渠道技術，并且大力推廣，以農(nóng)田生態(tài)化建設、生產(chǎn)有機與綠色的農(nóng)產(chǎn)品為目標。從微生物活動和為親水動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，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，對現(xiàn)有渠道改造的工程技術是今后的主要發(fā)展方向。灌溉渠道除局部沖刷嚴重的地段和輸水滲漏嚴重的大型土質渠道外，一般不采用單一混凝土襯砌的形式。

二、土料類護面防滲的特點

土料類護面防滲是指用壓實素土、黏砂混合土、灰土、三合土、四合土等土料進行渠槽護面防滲的一種工程措施。通常利用土料類護面防滲能就地取材，造價低，施工簡單。但是土料類護面防滲效果較差，使用年限較短。土料類護面防滲效果(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生態(tài)環(huán)境的要求，但是由于我國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我國的基本形勢的。

三、混凝土襯砌生態(tài)改造方案

對混凝土襯砌渠道進行的生態(tài)改造是在常規(guī)混凝土襯砌的基礎上，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生態(tài)護面，便于水生植物以及親水動物的繁殖，恢復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，在水中建立固定式的新型人工浮島，以增加水的自凈能力，保證渠道水的等級在一個相對穩(wěn)定的范圍內。該方案建立了一套立體式的生態(tài)改造方案。

(一)生態(tài)護面設計

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

生態(tài)護面的整體設計為在混凝土襯砌的渠道內，建立一套標準的土料護面，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；厚度對于一般小渠道為15cm以下，大渠道在25cm左右。對于灰土、三合土、四合土等防滲層，一般要求壓實后容重在1.65t／m3左右，厚度為20～40cm。渠坡或側墻厚度一般應比渠底厚度稍大。若流速較大，為增強護面的表面強度，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硫酸亞鐵溶液保護層。

由于生態(tài)護面與土渠結構類似，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。因為生態(tài)護面的設計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)護面的工程設計。

(二)生態(tài)固土設計

渠道生態(tài)固土主要是生態(tài)護坡技術。相對國外生態(tài)護坡技術的研究與推廣，我國由于起步比較慢，生態(tài)護坡技術還不是很完善，但是由于近幾年國內對于生態(tài)護坡技術的重視，以及科學技術的發(fā)展，生態(tài)護坡技術也取得了一些成效。

生態(tài)固土設計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了生態(tài)護面允許水流流速的上限。所以，除了限制流速外，對生態(tài)護面進行固土防沖設計就十分必要。應在坡腳處設計混凝土埂，厚度與生態(tài)護面厚度一致。若流速過快，在渠道縱向設計混凝土埂，厚度與生態(tài)護面一致，混凝土埂的縱向間距由實際渠道水流流速決定。

其次，要保證渠道對周圍生態(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，以達到生態(tài)固土的目的，并通過不同的兩棲植物進行合理的生態(tài)配置，盡量多地采用當?shù)貙ν寥酪蟮?、壽命長、抗蟲害能力強、維護成本低的兩棲植物，且營造喬、灌、草結合的局部立體生態(tài)空間，增加渠道物種多樣性。若引進外來植物，要做好充足的調查工作，以免對當?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)護面的厚度。

為了提高混凝土渠道生態(tài)改造的可行性，還應控制好以下幾點：

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 設計流量與邊坡系數(shù)關系

2、控制渠道流速，不要讓渠道流速超過不沖允許流速，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，則應將此數(shù)值乘以Ra得到相應的不沖允許流速值。對于本設計的生態(tài)護面a＝1/4～1/5。)

四、小結

在當今社會的可持續(xù)發(fā)展思想的指導下，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水利工程，要以水資源的可持續(xù)利用帶動城市生態(tài)、文化、社會、經(jīng)濟等各方面的可持續(xù)發(fā)展，最終促進城市的可持續(xù)發(fā)展?；炷燎赖纳鷳B(tài)改造在當今與今后都是十分必要的任務，本文為混凝土渠道生態(tài)改造提供了一種對渠道、渠道水及渠道周圍的立體生態(tài)改造方案，且有一定的科學性和可操作性，提高水利用效率，有較高的社會和生態(tài)價值。