呂海元，高文耀

(甘肅祁連山國家級(jí)自然保護(hù)區(qū)管理局烏鞘嶺自然保護(hù)站，甘肅 天祝 733200)

1 治理恢復(fù)實(shí)驗(yàn)區(qū)概況

高速鐵路蘭州至張掖三、四線工程新烏鞘嶺隧道段地處甘肅祁連山國家級(jí)自然保護(hù)區(qū)，該自然保護(hù)區(qū)是我國西部重要生態(tài)安全屏障[1，2]，地理位置位于河西走廊的咽喉地帶，屬石羊河流域主要水源涵養(yǎng)保護(hù)地，具有舉足輕重的生態(tài)保護(hù)治理地位，保護(hù)好森林資源對(duì)整個(gè)流域生態(tài)環(huán)境建設(shè)與人民群眾生產(chǎn)生活和經(jīng)濟(jì)發(fā)展具有非常重要的生態(tài)戰(zhàn)略意義[3]，而該項(xiàng)目橫穿保護(hù)區(qū)，隧洞雙線設(shè)計(jì)，全長17125 m[4]，大量廢渣運(yùn)輸?shù)奖Ｗo(hù)區(qū)外集中傾倒堆放，治理恢復(fù)難度大，針對(duì)這一現(xiàn)狀，通過在廢渣堆放區(qū)域建立實(shí)驗(yàn)?zāi)K，在治理恢復(fù)中開展防洪集流保水滴灌工程措施進(jìn)行實(shí)踐示范研究。

2 技術(shù)措施

我國滴灌工程經(jīng)歷了嘗試、引進(jìn)與研究、國產(chǎn)化與示范、規(guī)模化發(fā)展4個(gè)階段[5]，目前技術(shù)力量比較成熟，在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用非常廣泛，在甘肅民勤防沙治沙中進(jìn)行過系統(tǒng)的實(shí)踐研究，目前積極推廣，成效顯著[6]，但在祁連山生態(tài)脆弱區(qū)恢復(fù)治理工程中缺乏系統(tǒng)的實(shí)踐研究和推廣使用。在本區(qū)域選擇面積35351 m2廢渣臺(tái)作為試驗(yàn)研究樣板，將水利工程技術(shù)與渣臺(tái)恢復(fù)治理有機(jī)結(jié)合，建設(shè)防洪集流水利自流式滴管設(shè)施。主要是修建容積2.25 m3沉淤池4座、容積72 m3蓄水池4座，修筑相應(yīng)的集流水渠、排洪水渠 、排淤管道，埋設(shè)PVC主管(Ф110 mm、0.63 MPa)、PVC分管(Ф60 mm、0.63 MPa)，安裝內(nèi)鑲貼片式滴灌帶(Ф16 mm、e=0.20 mm、q=2.1 L/h)。

2.1 防洪集流水渠

修建防洪集流水渠既攔截季節(jié)性山洪，預(yù)防山洪對(duì)治理恢復(fù)區(qū)渣臺(tái)坡面造成沖毀，又能匯集水源對(duì)治理恢復(fù)區(qū)植被進(jìn)行有效灌溉。集流渠規(guī)劃設(shè)計(jì)在渣臺(tái)與山體結(jié)合處等高水平線位置，設(shè)置為混凝土澆筑“U”型渠，根據(jù)山體徑流量設(shè)計(jì)渠規(guī)格，針對(duì)該區(qū)域設(shè)置為上沿寬80 cm，下底寬60 cm，深60 cm,集流水渠適當(dāng)設(shè)置與沉淤池連接入水口，入水口處與渠終端設(shè)計(jì)高差為1/2渠深高度以便匯集水源，同時(shí)便于進(jìn)水量過大從水渠兩端排洪，集流水渠兩端與垂直排洪渠連接，連接處設(shè)置在斜面緩坡，防止沖毀排洪渠。防洪渠設(shè)置與山體坡面垂直并與山體溝槽聯(lián)通。

2.2 沉淤池

設(shè)置沉淤池主要是分離集流水中的泥沙、懸浮物，保護(hù)管道、閥門等設(shè)施避免堵塞和受損。沉淤池設(shè)計(jì)在低于防洪集流渠水平高度的位置，進(jìn)水口設(shè)置在集流渠渠底最低位置處，在進(jìn)水口安裝濾網(wǎng)，濾網(wǎng)網(wǎng)口直徑應(yīng)在0.5～1 cm之間，防止塊石進(jìn)入池內(nèi)。池身用C20砼現(xiàn)澆為內(nèi)徑長150 cm圓形，池身壁厚25 cm，池內(nèi)徑設(shè)計(jì)為寬130 cm，深150 cm，池底設(shè)計(jì)為一定坡度的錐形體，具有更好的沉淤作用。蓋板為預(yù)制C25鋼筋砼圓形結(jié)構(gòu)，直徑為160 cm，厚15 cm，為使進(jìn)出水順暢在靠池壁一側(cè)開直徑30 cm大小的通氣孔。在最底部設(shè)置排淤口、排淤管道及閥門，排淤管道與排洪渠相連。在沉淤池壁上部安裝出水口與集流池相連，在出水口處安裝網(wǎng)孔大小為0.3 cm濾網(wǎng)。

2.3 集流池

集水池是整個(gè)防洪集流滴管小型水利灌溉系統(tǒng)中的關(guān)鍵部位，為整個(gè)灌溉系統(tǒng)提供水源，其設(shè)計(jì)規(guī)劃位置選擇十分重要，池體在整個(gè)管網(wǎng)系統(tǒng)中具有一定水平高度差，一般高差應(yīng)在5 m以上產(chǎn)生的壓力才能保證滴管系統(tǒng)自然灌溉。池體容量大小根據(jù)渣臺(tái)治理恢復(fù)區(qū)降雨量、灌溉面積、樹(草)種根系深度、灌溉次數(shù)來具體確定。該治理恢復(fù)試驗(yàn)區(qū)年降水量410.5 mm[3]，治理恢復(fù)面積35351 m2，建設(shè)長6 m，寬4 m,深3 m集水池，確保每畝灌溉量5 m3。集水池身用C20砼現(xiàn)澆，池身壁厚30 cm，蓋板為預(yù)制C25鋼筋砼結(jié)構(gòu)，在蓋板上設(shè)置邊長為80 cm的長方形活動(dòng)蓋板，同時(shí)預(yù)留進(jìn)氣口使排水暢通。池壁設(shè)置鋼筋池梯，以便清除淤泥或維修檢查。池壁頂部設(shè)置進(jìn)水口與沉淤池相連，池壁底端預(yù)留30 cm高度位置設(shè)置出水口，預(yù)留部分起沉淤作用，池壁底端設(shè)置排淤口及時(shí)排出泥沙。在集水池出水口和排淤口分別處安裝PVC主管和排淤管，并在一定距離處設(shè)置檢查井、安裝閘閥(圖1)。

圖1 防洪集流系統(tǒng)布局平面圖

2.4 管網(wǎng)布局

渣臺(tái)治理恢復(fù)試驗(yàn)區(qū)采取若干獨(dú)立的集水池及滴管管網(wǎng)閉合系統(tǒng)，滴灌輸配水管網(wǎng)由于單組灌溉面積小，設(shè)計(jì)主管、支管、配水管和滴灌帶(管)四級(jí)管網(wǎng)組成。各級(jí)管道均按照“管路短、控制面積大”的原則布置，主管、支管、配水管、滴管帶互相垂直布設(shè)，使管道長度最短，控制面積最大。主管和支管分別采用外徑為φ160 mm、φ110 mm聚氯乙烯PVC管道，均埋置在地下。主管的始端與集水池相連，主管與支管交叉處設(shè)置閘閥井，安裝總控制閥、初級(jí)過濾器、二級(jí)過濾器，便于灌溉控制和水質(zhì)凈化。支管垂直與主管，呈“豐”字型，支管沿水平線平行分布，間距設(shè)置在10～15 m之間，每條支管均安裝一個(gè)調(diào)節(jié)閥，便于分組灌溉和解決因坡面高差造成供水不均衡的問題。在每條支管上垂直連接若干條輔管，鋪設(shè)于地面，地面輔管選用不容易損壞的基乙烯PE管道(0.32 Mpa,壁厚e=2.3 mm)，外徑為φ75 mm，間距一般保持在40～50 m之間。選擇內(nèi)鑲貼片式滴灌帶(Ф16 mm、e=0.20 mq=2.1 L/h)，垂直于輔管設(shè)置，根據(jù)植被帶和植樹行距確定間距，沿植被帶和植樹行水平溝平行鋪設(shè)，確保全面補(bǔ)給灌溉。在輔管末端及各管道水平低凹處均安裝排水井和閘閥以便于沖洗管道泥沙和冬季排積水(圖2)。

圖2 自流式滴管系統(tǒng)布局平面圖

3 實(shí)驗(yàn)調(diào)查分析

在該區(qū)域往年采取傳統(tǒng)單一覆土、植樹植草措施的廢棄渣臺(tái)治理恢復(fù)成效調(diào)查的基礎(chǔ)上，選取相同立地條件、渣臺(tái)地質(zhì)結(jié)構(gòu)的模塊進(jìn)行防洪集流保水技術(shù)模塊試驗(yàn)，通過對(duì)不同措施治理恢復(fù)區(qū)樣塊進(jìn)行當(dāng)年干旱季節(jié)土壤保水濕度情況、治理恢復(fù)區(qū)坡面受洪災(zāi)情況及不同樹種植被成活率等因子對(duì)照分析。

3.1 土壤含水量調(diào)查

傳統(tǒng)的渣臺(tái)坡面治理恢復(fù)措施主要采取的是渣堆平整、清除塊石、覆土回填、植樹植草等工程措施修復(fù)水文地質(zhì)結(jié)構(gòu)，治理恢復(fù)生態(tài)，其土壤保水性能較差，苗木及植被因季節(jié)性干旱致使成活率底、生長不良現(xiàn)象。在次基礎(chǔ)上應(yīng)用了防洪保水水利自流灌溉水利工程措施治理恢復(fù)實(shí)驗(yàn)，解決了難題。5、6、7、8、9月份植物生長期在不同措施治理區(qū)選擇渣臺(tái)坡度35～42°區(qū)域，分別設(shè)置100 m×100 m兩塊樣方，分別重復(fù)調(diào)查深度0～10、10～20、20～30 cm之間土質(zhì)平均含水量，采用烘干法測量計(jì)算，具體數(shù)據(jù)對(duì)照顯示如表1所示。

表1 相同立地條件地質(zhì)結(jié)構(gòu)不同補(bǔ)水措施渣臺(tái)土壤含水量調(diào)查對(duì)照

通過調(diào)查數(shù)據(jù)顯示：在采取常規(guī)治理方法措施的渣臺(tái)坡面降雨量較少的5、6、7月份內(nèi)，渣臺(tái)坡面土壤相對(duì)缺水干旱，不利于植樹植綠植物成活和生長，采取防洪保水水利自流灌溉治理恢復(fù)措施后，及時(shí)集流水源用于季節(jié)性干旱期補(bǔ)水灌溉，使渣臺(tái)坡面土壤水分含量相對(duì)充足，補(bǔ)水均衡。通過兩種措施對(duì)比：5～9月份植物生長季坡面不同深度平均含水量從22.01%提高到31.09%，提高了9.08%，避免植物生長期樹木及植被土壤缺水狀態(tài)。

3.2 治理恢復(fù)成效調(diào)查

對(duì)采取兩種不同治理恢復(fù)措施的治理恢復(fù)區(qū)分別進(jìn)行了當(dāng)年洪災(zāi)受災(zāi)面積和植被成活率調(diào)查，調(diào)查數(shù)據(jù)顯示如表2所示。

表2 渣臺(tái)治理恢復(fù)中不同措施當(dāng)年恢復(fù)成效調(diào)查

調(diào)查數(shù)據(jù)顯示，采取防洪保水集流滴灌治理恢復(fù)措施后，治理恢復(fù)區(qū)渣臺(tái)坡面受季節(jié)性洪抵御能力增強(qiáng)，受災(zāi)率下降11.48%。造林苗木成活率明顯提高，苗木成活率綜合提高15.63%，植草單位面積成活率提高16.6%。

4 結(jié)論與討論

針對(duì)在祁連山高海拔林區(qū)國家工程項(xiàng)目建設(shè)傾倒廢棄渣臺(tái)治理恢復(fù)措施單一、治理恢復(fù)區(qū)受自然洪災(zāi)和季節(jié)性干旱天氣影響致使治理恢復(fù)成效易反彈、重復(fù)性修復(fù)治理工作量大、生態(tài)恢復(fù)進(jìn)度慢等難題和不足，在探索研究新方法、新舉措、新技術(shù)上還存在一些短板和難題。通過以高速鐵路新烏鞘嶺隧道渣臺(tái)恢復(fù)治理為樣板，積極在治理恢復(fù)中采用防洪保水滴灌水利工程措施，并對(duì)照開展技術(shù)研究和成效調(diào)查，治理恢復(fù)區(qū)抵御自然災(zāi)害能力增強(qiáng)，植樹植草成活率提高，治理區(qū)生態(tài)恢復(fù)治理進(jìn)度加快，效果明顯。但對(duì)于防洪集流保水滴灌工程在治理區(qū)實(shí)施中前期投資較高、工程設(shè)施建設(shè)技術(shù)不夠完善等問題和不足，有待于深入開展實(shí)踐探索研究，進(jìn)一步改進(jìn)和創(chuàng)新。