迪庆州沿江两岸河谷地区渠道砌石防渗研究

周郁文

(迪庆州水利水电勘察设计所 云南香格里拉 674400)

迪庆州位于三江并流区,分布在金沙江、澜沧江河谷地区的耕地面积占全州耕地面积的46%,是迪庆州农作物主产区。

沿江两岸分布着上百条大大小小的灌溉渠道,大多数沿着山坡丘陵等高线延伸,一般渠线长,地形地质复杂,不少地段因岩石裂缝多、土质差,填方地段夯压质量不好,也有的通过沙质地带,因此渠道水大量渗漏损失,甚至引起滑坡,加上有的工程管理不善,计划用水不周等原因,渠系水的利用系数仅有0.3～0.4,损失量十分惊人。

沿江河谷气候炎热,年平均气温15.5℃,最高气温为38.6℃;年降雨量300～960mm,年蒸发量为600～1040mm,属干热河谷山地气候。耕地多为冲洪层一、二级阶地,土质以砂质粘土为主,保水性差,每年的11月份起至次年的5月份为少雨期,降雨量仅为全年的12%左右,但这时期又是灌溉用水的高峰期,用水量占全年灌溉用水的85%以上,供用水矛盾十分突出。

为了充分利用水资源,提高抗旱效率,渠道工程多采用砌石 (块石、条石、河卵石、石板)、铺设混凝土 (预制板和现浇板)、水泥沙浆抹面等防渗措施,取得了显著效果。

由于两江沿岸盛产石料,因此,大多数渠道采用砌石防渗。据2007年统计资料,全州中、小型水利工程流量0.35m3/s以上的渠道总长394.5km,其中使用砌石防渗的有 171.2km,占43.4%。

砌石防渗特点是。

(1)能就地取材,砌筑技术简单,防渗效果较好,抗冲、耐磨、寿命长,应用广泛。

(2)工程投资少、见效快、群众易掌握。

为了总结群众性的砌石防渗经验,在此,选择金沙江左岸的金江大沟灌区灌溉干渠进行深入调查,原因是该干渠长,涉及面广,灌溉面积大,砌石防渗前后产生的效果惊人,在沿江两岸的砌石防渗水利工程中影响大,极具代表性。现综述如下。

1 工程效益及运行情况

1.1 减少渗漏损失,扩大灌溉面积及社会效益

香格里拉县金江大沟灌区,干渠长18.42km,设计引用流量1.82m3/s,砌石前均为土渠,渠系水利用系数仅为42.5%,砌石防渗后提高到90.7%,减少渗漏流量0.88m3/s,如以每年平均放水210天计算,一年可节约水量1597万m3,相当于修建一座中型蓄水工程。

原先土渠时,几乎没人主动维护过渠道,只有村社组织的岁修,线长面广,仅能做简易的维护,对于渠道沿线渗漏无能为力。人们只能大面积种植旱作物,年年干旱,岁岁如此,用水时经常是计时分段、分片灌溉,各片区派人日夜坚守在分水闸处,防止有人偷偷放水,争水斗殴经常发生。灌溉时干渠大漏,支渠小漏,浇灌效率及质量极差,大部分土地根本就灌不到水。那时灌区人均年收入总徘徊在300元左右,村社破落,物质缺乏,年年靠国家救济,犯罪率居高不下,更谈不上精神文明。

自1999～2000年国家投资对干、支渠道进行砌石防渗处理后,灌区面貌焕然一新,灌溉面积由原先的6100亩增至18500亩,作物种类由原先的3～5种增加到现在的9～11种,由于来水量充足,经济作物种植面积由原来零星的几十亩猛增到2000余亩,灌区人均年收入从1999年的341元增加到2007年的2186元。现在各村社新修了道路、篮球场、娱乐室,灌区90%以上的家庭已拥有电视机、冰箱、洗衣机及各种生活电器,近一半的人家新修了新房,大部分家庭还购置了农机。

随着灌区居民经济收入的不断提高,物质文化生活的极大丰富,普法宣传、农科普及、节水灌溉推广深得人心,全面展开。

目前,在迪庆州沿江两岸的大小灌区中,渠道工程多以砌石防渗为主。大多数灌区的发展经历与金江大沟灌区大体相同,几年前大多数灌区就成立了渠道管护小组,制定了用水、管水的乡规民约。

随着水利工程在农村经济发展中的巨大作用,人们科学认识显著提高,护渠、节水工作深得人心,他们把水利工程看作命根子,严格管理,互相监督,做经常性巡视和维护。据调查统计,现阶段95%以上水利工程管理到位,运行正常,大小灌区整体效益不断提高。

1.2 减小渠道糙率,加快流速,缩短流时

砌石防渗后,断面标准,糙率减小,流速普遍加快,可以缩短输水时间,这在干旱时期,能及时送水到田,将对农业生产起重要作用。

1.3 防止渠道变形,保证输水能力,减少维修工程量和费用

渠道砌石后不易变形,可延长工程寿命,减轻维修、岁修任务。

根据香格里拉县金江乡水管站的统计资料,金江大沟主干渠砌石防渗后,平均每年可节约费用11.86万元。特别是其中3.5km的一段,地质破碎,稳定性差。砌石防渗前,每下一场大雨,渠中淤土塌方需要发动数百人清理,而且,局部地段还时常出现滑坡,当地政府每年都要投入大量的精力和财力,发动群众投工投劳,既影响生产,又加重群众负担。砌石防渗后,只需管护小组进行日常维护管理就可以保证渠道的正常运行。

2 工程设计及施工中须注意的问题

2.1 断面形式与结构

我州沿江两岸地区渠道砌石断面主要有梯形与矩形两大类。在澜沧江沿岸,由于灌区面积多在500～3000亩之间,坡度较大,地质条件较好,且引用流量不大,多在0.15～0.45m3/s之间,渠道基本上采用矩形断面。金沙江灌区则不相同,相对坡度较缓,地质条件较差,灌区面积多在1000～5000亩之间,引用流量较大,渠道采用多种断面,但还是以梯形、矩形断面为主。

梯形断面水力要素较好,边坡较为稳定,衬砌工程量较小。矩形断面土方工程量省,占地少,基础好的小型工程用得比较多。渠道通过耕地或村庄居民点时,为了少占地,也多采用矩形断面。但水深较大的矩形渠道需建挡土墙,工程量大,造价较高。因此,渠道设计时采用何种断面须根据当地具体情况决定。

由于在老土渠上砌石防渗坡降受限制,流速不大,除挡土墙外,都是采用单层浆砌石结构。梯形断面的边坡系数 (m)根据土质、流量、填挖方等情况来确定,水深小于2m的灌溉渠道,一般在1.0～1.5之间选用,土坡稳定的挖方小型渠道,结合具体情况,系数可以在0.5～0.7之间选用。

矩形断面的侧墙结构有直立式和挡土墙式两种形式。

前者适用水深不大的小型渠道,一般墙厚25～40cm,用单层毛块石浆砌。通过地下水位高、土质差、容易滑坡、水深较大,以及村庄居民点的渠道,经常采用挡土墙式的渠墙,其墙背面的边坡系数视墙高而定,一般 1～3m高的墙,顶宽为0.35～0.50m,背边坡系数在0.1～0.25之间。

结合渠段具体情况,也有的渠道一岸采用直立式,另一岸采用挡土墙式的矩形渠槽。

采用梯形和矩形断面的直立式渠墙,在砌石体的两边坡顶加砌一层厚度约15cm,宽度45～60cm的条石或块石盖顶,并使之与土坡紧密接合齐平(如与土坡结合的盖顶稍向渠内倾斜更好),这样既防止地表径流注入衬砌体的背面,又可使渠顶整齐美观。

在地下水位高于渠底高程的渠段,无论采用那一种的衬砌断面形式,都应注意做好排水孔,在其集中逸出的地方,还应做好反滤排水。

2.2 石料选用

石料有块石、毛块石、条石和板石等,其中用块石、毛块石衬砌的最多,条石其次,板石由于厚度薄,对石质和开采技术要求高,只有个别地区的石料场能开采,使用受到限制。块石一般控制单块重量不小于10kg,厚度不小于10～15cm,条石一般不小于10cm,板石最小厚度为5cm。对石料要有选择,块石必须有一面平整,其他面大体平整,厚度不应相差太大,不要采用风化石及尖锥形乱毛石。

2.3 流速与糙率

单层浆砌石的允许流速可达2.5～4m/s,但由于老土渠按不冲流速设计,纵坡、断面大小已固定,故砌石防渗的渠道流速只受砌石糙率影响,变化很小,一般仍在 1m/s以下。土渠经多年运行后,冲淤变形,糙率有所增加,一般n=0.027～0.03之间,砌石后糙率减少。从多条渠道运行的情况看,浆砌石并有勾缝的渠床糙率,设计时选用n=0.023～0.025是恰当的。

2.4 施工要求

土渠断面修整好后即可拉线砌筑,均采用水泥沙浆,座浆采用 M5,勾缝用 M10,一般先砌渠坡,座浆砌筑。要求块石料采用花砌,边坡绝大多数采用石料长方向顺水流的纵砌,但也有个别渠段采用横砌以及人字形的斜砌。沾在石料上的污物要清除干净,砌筑时要求饱浆错缝,较薄的石料要垫以片石再座浆砌筑,并用手锤锤紧,砌缝要紧凑均匀,缝宽一般控制在1～3cm。为更好地防渗,待渠坡施工完成后,渠底铺10～15cm厚的毛石垫层,后浇筑5cm厚的混凝土且磨光。

3 问题和经验

沿江两岸河谷地区砌石渠道在规划设计阶段必须做好前期工作,以人为本,从长远的眼光看问题。就金沙江、澜沧江两岸来讲,是迪庆州的粮食主产区,也是经济文化发达、人口比较集中的地区,随着社会经济的发展,人口的不断增加和对物质需求的扩大,对水资源、水利灌溉、土地资源的开发利用须引起高度重视。在两岸河谷地区砌石渠道高程控制的以下范围内,分布着大片未开垦的荒地和河滩地。仅金江大沟灌区控制的范围内,就有荒地2100亩,河滩地1400多亩,共计3500多亩。

据调查统计,金沙江、澜沧江两岸渠道高程以下现有的荒地、河滩地大约36400多亩,这是可持续发展的基础性资源,荒地、河滩地均可改造成农田或林果园,以此满足人们不断增长的物质需求,但任何美好的设想,最终都离不开水,因为水是农业的命脉。所以,我们水利部门在设计、规划、施工过程中,要有大局意识、可持续发展的思想,要充分利用有限的水资源,增强节水意识,严格控制好渠道的施工质量,做好防渗工作。

现将自己在设计、施工中发现的问题及经验总结如下。

(1)设计时,必须综合考虑灌区发展远景,作出合理的规划设计。例如,对今后可能扩大的灌区面积,应按需要的扩大流量设计衬砌断面。应结合渠道改线,统一规划,避免衬砌后又改线,造成浪费。

(2)险工隐患的渠段,必须处理后再衬砌,否则,隐患暂被掩盖,运行中可能突然造成毁渠事故。

(3) 在填方渠道上砌石防渗,要求填方夯实质量好,沉陷已经稳定,并尽量采用梯形断面护坡式结构。采用挡土墙式的矩形渠槽者,要慎重考虑由于挡土墙的集中荷载引起渠墙与渠底板间的不均匀沉陷而产生剪切破坏 (裂缝)的问题,因它往往是造成严重垮渠事故的主要原因。

(4)裂缝问题。出现裂缝的主要原因是:①温度影响;②地基不均匀沉陷。解决的办法是:根据基础的地质条件,合理布置沉陷缝,对于岩性基础,沉陷缝间距一般为25～30m,对于均匀的土质基础,沉陷缝间距一般为15～20m,而对于地质条件不同的两种基础的交接处须设沉陷缝。

(5)搞好沉陷缝止水,防止集中渗漏。以往我州在止水填料的选用上有不当之处,如常采用的低标号沥青混合物填料,冬季收缩易与板体脱开而失去止水作用。后期均选用塑料胶泥,经在我州砌石渠道中广泛使用,防渗效果很好。

(6)渠道防渗具有综合性效益,包括减少渗漏损失、加快流速、便利管理等。在缺水地区搞好防渗减少渗漏损失最为重要。但应当指出,加强水利工程管理也是减少水量损失,提高渠道水利用率的一项重要措施,不可忽视。如果防渗和管理相互配合,则其效益必将更加显著。