集雨节灌工程

李 战

摘要介绍了水窑的结构设计、施工要点和工程管护,以期为解决旱坡地的农作物灌溉问题提供参考。

关键词水窑;设计;施工;管理

中图分类号 TV672+.1 文献标识码A文章编号 1007-5739(2009)08-0164-01

水窑是依山修建的隧道式蓄水工程,可将山涧小溪、雨季地表径流有效地拦蓄起来,然后利用山地落差对作物进行自压灌溉,适合在水源短缺、地块零碎的土质山丘区和一定条件的石质山区建造,若配之小管移动自压灌溉,可有效解决旱坡地的农作物灌溉问题,汝阳群众称之为“微集水工程”。近年来,累计建成该类工程60多处,发展集雨灌溉面积逾66.67hm2,有效地破解了山丘区旱坡地的农业灌溉难题。

1结构设计

水窑的主体结构包括平窑和窖池两大部分,附属设施则有沉沙池、过滤网、进出水管和溢流管等。

(1)平窑。实践经验表明,土窑断面以圆拱斜墙式最佳(图1),这种形式不仅施工简单,而且稳定性较好。石窑可当作土窑的特殊形式将侧墙修成直立状。

根据研究[1],土窑的断面尺寸底宽a宜取2.5～4.0m,窑高h宜控制在3.5m以内,窑深(即窑洞长)依蓄水容积选择6～10m(石窑可达10～20m或更长),窑顶埋深H一般不低于3m,拱矢高f控制在1.5m左右,矢跨比不宜超过1∶3。

(2)窖池。窖池建在土窑内,其布置形式有2种:一种是把崖坎上水平挖进的土窑洞当成工作窑使用,主要用于进人和取水,窖池则由工作窑下挖而成,这种形式的窖池完全处在地下,比较安全且不易渗漏;另一种是在窑洞口设置挡水墙(一般采用浆砌石或砌砖抹面而成),将窑洞直接兼作窖池而蓄水,这种形式的窖池蓄水位高出外部地面,处理不好容易发生漏水。前者一般适用于土质地区,后者多用于岩石地区(岩石地区的窑窖实际上就是隧洞式的蓄水工程,断面形式为城门洞式)。无论采用哪种形式蓄水,其两侧及里端依托土窑的斜(直)墙(壁)均需做防渗处理(如混合砂浆抹面),窑底一般需铺8cm厚混凝土防渗。

(3)附属部分。一是在窑外布设沉沙池和拦污栅;二是根据地形条件在窑顶或侧墙角布设进水管,在窖池封闭墙底部布设出水管(可兼排水管用)和灌溉供水系统相连接。

2施工要点

一般根据地质、地貌条件的不同分为大开挖施工法和一头掘进施工法2种形式。

(1)大开挖施工法。多适用于岩石地层或覆盖层较簿的土质地区,一般采用人工或机械开挖。开挖前首先根据设计尺寸放好开挖线;开挖时再在挖区两侧设置定位桩以便及时校正位置,以避免局部挖伤造成不必要的浪费;挖成后的基础一般应低于设计高程的20～30cm、宽度则留够砌墙厚度的2倍空间位置。墙体可依据就地取材的原则采用块(料)石或砖,料石厚度可选40cm,块石厚度可选60cm,砌砖厚度可选24cm或37cm,水泥砂浆标号应不低于50号。窑壁砌完后,再进行窑顶封砌。窑顶一般采取圆拱型支体作模,分段进行拱圈砌体的砌筑,拱圈分段长度不宜大于3m。全部窑体完砌后,最后进行防渗层施工。防渗层采取水泥砂浆抹面,水泥砂浆标号采用100号(水泥∶砂子∶水的重量比为1∶4.5∶1.0,砂子宜用中砂),通常需抹2遍:第1遍在砌体表面上抹10～15mm,主要起表面平整光滑和防渗作用;第2遍再抹5mm,使表面提浆压光,起到提高防渗效果的作用。2层间应紧密结合,连续施工,不得留有施工缝。防渗层完工后应注意至少养护14d,养护期间窑内要保持湿润以避免干裂。

(2)一头掘进施工法。适用于崖头土层厚的地区(窑顶以上原状土层厚度不应小于2m,且最好为均质黏土或有砂石间层但间层厚度不大于50cm[2])。开挖时先在崖头挖出马道,再按设计尺寸向内掘进,挖成达到验收容积后即可进行防渗处理。这种类型水窑的防渗措施一般有2种:一是二合泥防渗法。即采用黏土(塑性指数大于17[2])和生石灰水拌合成胶泥后做成防渗层,制作时先将黏土和生石灰的体积比调制为5∶1,然后将生石灰稀释成石灰水滤去废渣与黏土拌合,闷浸24h便制成为二合泥(二合泥含水量33%～37%)。施工顺序按照先窑壁后窑底、先壁上后壁下的原则进行连续作业,窑壁抹挂厚度一般为2～5cm(上簿下厚),随抹挂随捣实(通常需在48h之内用铁制或瓷制的平底手锤捣7～9遍),直到抹面起亮断水为止。窑底可平铺厚为15cm、含水量为28%～32%的二合泥层,铺时需用木夯夯实,亦直到表面起亮

断水为止。二是水泥砂浆防渗法。这种方法是先用黄草铡成3～5cm长的穰段,然后与黄黏土拌合均匀,加水闷浸24h制成含水量33%～37%的穰泥,在窑壁上抹挂2～4cm(先上后下,上簿下厚)并捣实、压平,24h后用水泥∶砂子∶水=1∶4.5∶1.0(重量比)的水泥砂浆进行二次抹面处理,2层厚度均为10mm左右,窑底砂浆厚度一般为5～8cm。抹面窑底砂浆均应反复抹压至提浆压光。

3工程管护

(1)蓄水时的管护。下雨前要及时清理集水渠、沉砂池和拦污栅前的杂物,疏通进水管。一般雨洪初期往往携带杂物较多,应改由沉砂池的溢流口排出,以免涌入窑内,待来水变清后再引入窑内。当窑内进水达到设计水位时,应及时关闭进水口,以防超蓄对窑体造成不利影响。

(2)日常管护。平时窑口要设门落锁,以保证水质安全、干净、卫生。要定期进窑检查,一般保持20cm水深[3],以免窑内出现干湿交替而导致防渗层脱落。当发现窑内淤泥深度达到50cm以上时,要及时组织清淤。

4结语

水窑之所以在山丘区极具开发潜质,关键在于工程设计上体现了一个“微”字、突出一个“蓄”字、落实了一个“节”字,使平时难以利用的小水一点一滴的集起来,做到零存整取,供人使用,因而深受干旱、半干旱的山丘地区农民欢迎。

5参考文献

[1] 陈维杰.集雨节灌技术[M].郑州:黄河水利出版社,2003.

[2] 顾斌杰,张敦强,潘云生.雨水集蓄利用技术与实践[M].北京:中国水利水电出版社,2001.

[3] 李怀有,赵安成,郭永乐.黄土高塬沟壑区集雨节水灌溉技术[M].郑州:黄河水利出版社,2002.