湖南省灌区灌排沟渠生态化技术构建方案探讨

陈宏德 陈子年 秦伯玄 梁卫平

（湖南省水利工程管理局 长沙市 410007）

灌排沟渠是指从水源取水，为农田进行调配水和排除田间多余水分等目的而人工修建的工程系统，通常分为干、支、斗、农4级固定沟渠。近年来，为了提高灌区灌排工程的输配水效率和灌排能力，湖南省灌排沟渠改造方案主要采取全断面混凝土防渗衬砌的形式，基本上没有考虑灌排沟渠工程对区域的生态环境影响，致使灌区生态环境条件恶化、生物生存条件失去、渠系水体自净能力下降等问题日益凸显。如在烈日下，成群的小蝌蚪在断面光滑的混凝土渠道里面死亡。针对这些问题，下面就如何改善沟渠生态环境条件这一角度，浅显探讨一下湖南省灌区沟渠生态化技术构建方案。

1 灌区灌排沟渠工程现状

湖南省已建成设计灌溉面积1万亩以上的大中型灌区692处，设计灌溉总面积3078万亩，占全省耕地总面积的54.2%，有效灌溉总面积2232.6万亩，为设计灌溉总面积的72.5%，是湖南省粮食产量的主要来源。

灌排沟渠建设现状以湖南省20处大型灌区为例，具体数据见附表。

附表 湖南省大型灌区骨干灌排沟渠现状表 km

从灌区建成到现在，湖南省大型灌区灌排沟渠型式只有两种：一种是常见的土质沟渠，另一种是混凝土（浆砌石）沟渠。土质沟渠存在的主要问题是渠墙、渠底耐冲刷能力差，不稳定，容易产生水土流失和杂草丛生，这两种情况的发生都是对水体的再次污染；另一种是混凝土（浆砌石）硬质化沟渠，其结构稳定、耐冲刷能力强，水流速度快，存在的主要问题一是缺少水生植物和微生物，不能吸持、降解、缓冲水源污染物；二是淡化了沟渠、湿地的资源功能和生态功能，破坏了沟渠区域内的生态链，导致生态环境恶化。特别是普遍采用硬质化衬砌措施进行衬底和护坡后，基本上割裂了区域内土壤与水体的关系，使水系与土地及其生物环境相分离，有些生态功能随之消失。自净能力也逐渐失去，水污染的程度进一步加剧；三是近年来，沟渠形态的顺直化、均一化的建设趋势，同样对生物多样性造成影响也极为不利。

2 灌排沟渠生态化技术构建模式设想

目前，我国有关生态灌区的基本理论和技术研究都还在一个起步阶段，作为灌区生态系统的一个重要组成环节，认真研究灌排沟渠生态化技术构建模式，是湖南省建设现代化生态灌区的必然要求。

韶山灌区作为湖南省供水功能最齐全的灌区，以其为例进行灌排沟渠生态化技术构建模式探讨最具代表性和技术推广性。韶山灌区位于湘中丘陵地带，是一个以农业灌溉、防洪排涝为主，兼具发电、工矿及城镇供水等综合利用功能的湖南省最大的自流引水灌溉工程，通过洋潭水库拦截湘江支流涟水取水，灌溉湘潭、长沙、娄底3市的双峰、湘乡、韶山、湘潭、宁乡、望城等6县市和雨湖区，灌区范围总土地面积2 500 km2，设计灌溉面积100万亩，实际灌溉面积86.4万亩。现有干渠5条长186 km；支渠401条长1186km；斗渠及以下渠系长8730km。

韶山灌区灌排沟渠生态系统的主要构成要素有：灌排沟渠工程系统、农田、水库（鱼塘、小河坝）等设施、水生物、沟渠接壤林陆地林草系统。通过合理配置水资源，灌排沟渠通过与河湖、水库、山塘、农田、沼泽以及湿地相衔接组成了一个水网络生态环境，给水生物提供了首要生存、生长条件，部分水中生物有吸收与转化水中有害物质的作用，在一定程度上净化了水体，同时，由于灌区灌排沟渠线长面广的这一特征，导致其所构成的水体网络也出现了多样化，因此，一方面可以纵深与沿线区域内地下水相互渗透，为其区域内动、植物的生存、生长提供所需水分，区域内的植物因具备涵养水源、调节净化气候和土壤保持等功能，又可改善其外部环境；另一方面是其水体网络的多样化为水生物物种的多样化创造了条件，这些水生物的存在使得沟渠可自身进行吸持、降解、缓冲农业氮、磷以及其他生产、生活所造成的面源、非点源污染。通过分析这些要素的相互关系与作用，并结合灌区实际，初步建立起湖南省灌区灌排沟渠生态化技术构建模式，即灌排沟渠系统水体生态服务模式。具体关系构建模式如图1所示。

图1 灌排沟渠系统水体生态服务模式

3 灌排沟渠生态化工程技术处理方案

灌排沟渠系统水体生态服务模式建立起以后，根据湖南省灌区实际情况，支撑、推动其发展的动力在现阶段则主要依靠灌区续建配套与节水改造项目，即在进行灌区灌排沟渠防渗加固改造的同时，推行沟渠生态化工程技术处理。以下是根据湖南省灌区灌排沟渠的特点提出的几种生态化技术设计方案。

（1）植生型防渗砌块衬砌设计。对于地质条件相对比较差的地段，为确保灌溉水高效利用，灌溉输水渠道必须考虑进行防渗，传统”三面光”混凝土衬砌渠道满足了防渗要求，但无法为水生生物创造生存、生长环境。在这种情况下，既要达到防渗目的，又要结合创造适宜水生生物的生长环境，维持渠道内生态的完整性以及保持一定的自净能力。经综合因素考虑，采取植生型防渗砌块衬砌渠道这一方案可行。植生型防渗砌块结构是下部为方形混凝土防渗板，其前部下端有一凸块，后部下端有一凹槽，混凝土防渗板上为“＃”形无砂混凝土隔板，形成植物种植区。优点：能有效地防止灌溉水渗漏，保障了渠道正常的输水。在砌块内种植植物，使渠道内与渠坡的生态群落得到了一定的恢复，生物多样性得到了提高。一方面，水生植物可以吸收水体中的氮、磷等营养物质，达到去除水体污染物质的目的；另一方面，水生植物表面还可形成生物膜，利用生物膜的吸附及同化、异化作用净化水体。设计简图如图2。

图2 植生型防渗砌块设计简图

（2）混凝土衬砌渠道生态带设计。对于地质条件比较差的地段，在对其进行混凝土防渗衬砌的情况下，宜适当对混凝土衬砌的渠道采取生态处理。如每隔一定距离专门设置一横向植草生态带与渠堤顶部纵向植被相连接，开辟渠内与外界相连的生态通道；在不影响水面线衔接的情况下，在渠道的适当位置拓宽渠道断面，利用木条、石头等材料人工设置鱼巢；渠内坡安全超高线以上位置进行人工植草，不可全断面进行混凝土防渗衬砌等。

（3）生物砖排水沟生态设计。生物砖砌筑排水沟技术既具有施工方便、造价相对较低，结构相对稳定等特点，又有利于自然生态的恢复，在需要防渗地段可结合土工布（膜）进行防渗处理。主要设计技术方案为：渠底、渠壁采用M7.5水泥砂浆砌筑生态砖，在渠壁种植孔种植黑麦草或青菜，渠底种植孔种植水芹，这样可有效吸附、降解和缓冲农田中排出的氮、磷等流入河湖，尽量降低河湖水体富营养化程度，净化水质。设计简图如图3。

图3 M7.5水泥砂浆生态砖砌筑排水沟设计

4 结语

目前，湖南省灌区沟渠生态化建设还在探索阶段，尚未形成一套完整的基本理论体系，也没有成熟的、可靠的经验以供参考，很多问题需要作进一步的深入研究。随着新技术、新材料的推广与应用，沟渠生态化工程处理技术也在不断更新与提高，具体情况具体对待，因地制宜地选择适宜的生态化处理方案。同时，对于这一全新课题，应根据省内灌区的实际情况，选取试点灌区，积极开展沟渠生态化项目的试点工作。