混凝土渠道生态改造方案的探讨

□王永辉

我国大部分输水渠道的衬砌工作基本上是在上世纪八九十年代完成的，当时输水渠道的衬砌主要是以混凝土为主。与土渠相比，单一混凝土衬砌虽然明显提高了输水效率，但是随着经济、社会、文化的全面发展，单一混凝土衬砌技术对环境的严重破坏越来越受到重视，这种技术对环境破坏的表现无论是汛期还是枯水期，水中的动植物都无法生存，而且由于混凝土衬砌的坡度较大，生活在河岸的两栖动物失去了原有的生活环境，造成水中生物及河岸动物的大量减少，降低了水资源的自净能力，对于生态环境造成巨大的破坏。本文提出对混凝土渠道的具体改造方法，可增加生物群落数量，提高水的自净能力并增加景观效果等。

一、混凝土衬砌的利弊

混凝土防渗衬砌渠道，防渗性能好，每昼夜渗水量仅为0.03 m3／m2，即防渗效果为0.04～0.14 m3／(m2·d)，减少渗漏水量可达80%～90%，使用年限30～50y，粗糙率小，抗冲性能好，能耐高速流速，流速可达4～6m/s。在地形坡度较陡的地区可节省连接建造物，缩小渠道断面，减少土方工程量和占地面积，强度高，耐久性强，便于管理。对各种地形、气候和运行条件的大中小型渠道都能适用。所以，在我国渠道防渗中采用最为普遍。

当今我国节水灌溉的发展，不只注重渠系水利用率和灌溉水利用率的提高，已经开始考虑节水灌溉对农田生态环境产生的负面影响，所以混凝土防渗衬砌渠道的弊端已逐渐被人们所重视，其主要表现在：

(一)田间大面积渠道的防渗衬砌，改变了青蛙、蛇等其他田间生物的农田生存、繁殖与越冬的基础条件。

(二)混凝土防渗渠道减少了进入农田的细粒泥沙，而少量细粒泥沙具有对水中有害物质的吸附作用与田间土壤结构改善的作用，所以不利于农田物质交换和作物生长。

(三)渠中的生物和微生物失去了赖以生存的环境而难以存活，渠道的自净能力降低。

从农田生态的角度看，近年来，世界上的一些发达国家都致力于研究自然生态渠道技术，并且大力推广，以农田生态化建设、生产有机与绿色的农产品为目标。从微生物活动和为亲水动物提供饵料与栖息地，以及生物多样性和农田面污染源的吸收利用等方面考虑，在采用明渠输水时，生态较优的输配水工程为土渠，尽可能不采用混凝土衬砌与浆砌石渠道。因此，要做到节水与生态的兼顾，对现有渠道改造的工程技术是今后的主要发展方向。灌溉渠道除局部冲刷严重的地段和输水渗漏严重的大型土质渠道外，一般不采用单一混凝土衬砌的形式。

二、土料类护面防渗的特点

土料类护面防渗是指用压实素土、黏砂混合土、灰土、三合土、四合土等土料进行渠槽护面防渗的一种工程措施。通常利用土料类护面防渗能就地取材，造价低，施工简单。但是土料类护面防渗效果较差，使用年限较短。土料类护面防渗效果(允许最大渗漏量)为0.07～0.17 m3／(m2·d)，使用年限为5～25y。

土渠能够在一定程度上适应生态环境的要求，但是由于我国水资源缺乏以及水资源分配不均匀，这就要求必须提高水的利用效率，因此单一的使用输水效率较低的土渠是不能适应我国的基本形势的。

三、混凝土衬砌生态改造方案

对混凝土衬砌渠道进行的生态改造是在常规混凝土衬砌的基础上，建立立体的生态空间。其方案是在原有混凝土渠道上再铺设生态护面，便于水生植物以及亲水动物的繁殖，恢复渠水的自净能力与物种多样性，增加渠道小生态环境的种群数量；在渠边坡种植两栖植物，以达到固土、净水等目的；在距离工厂或居民区较近的地区再利用“生态工程”技术，在水中建立固定式的新型人工浮岛，以增加水的自净能力，保证渠道水的等级在一个相对稳定的范围内。该方案建立了一套立体式的生态改造方案。

(一)生态护面设计

进行混凝土渠道生态改造就是借鉴土渠对于生态环境保护的基础上，提高输水效率的工程措施。可为水生植物提供生长土壤，为两栖和鱼类等动物的生活与繁殖创造一定条件，提高渠道小生态圈的生态水平等。所以，在混凝土渠道上设置生态护面是最直接、有效的方法，且可操作性较强。

生态护面的整体设计为在混凝土衬砌的渠道内，建立一套标准的土料护面，与土渠衬砌方法相类似，一般要求素土或黏砂混合土夯压后的干容重在1.5～1.7t／m3；厚度对于一般小渠道为15cm以下，大渠道在25cm左右。对于灰土、三合土、四合土等防渗层，一般要求压实后容重在1.65t／m3左右，厚度为20～40cm。渠坡或侧墙厚度一般应比渠底厚度稍大。若流速较大，为增强护面的表面强度，可采取下列措施处理：

1、根据渠道流量的大小，分别采用1:4～1:5水泥砂浆，或1:3:8水泥石灰砂浆，或1:1的贝(贝壳灰)灰(石灰)砂浆抹面，抹面厚度一般为0.5～1.0cm。

2、在灰土、三合土或四合土表面，涂刷一层1：10～1：15硫酸亚铁溶液保护层。

由于生态护面与土渠结构类似，其具有良好的生态性，在渠底采用挺水植物、浮叶植物、沉水植物组合的水生植物种植方式可以提高渠道整体的生态性，还具有一定的净化污水、水中固土的能力。因为生态护面的设计允许水流流速与土渠的允许水流流速相仿，且比混凝土渠的允许水流流速小，所以在渠道水口处不宜做混凝土渠道生态护面的工程设计。

(二)生态固土设计

渠道生态固土主要是生态护坡技术。相对国外生态护坡技术的研究与推广，我国由于起步比较慢，生态护坡技术还不是很完善，但是由于近几年国内对于生态护坡技术的重视，以及科学技术的发展，生态护坡技术也取得了一些成效。

生态固土设计原则首先就是要保证渠道的水力稳定性，原混凝土渠道中水流流速一般较快，有些渠道水流流速超过了生态护面允许水流流速的上限。所以，除了限制流速外，对生态护面进行固土防冲设计就十分必要。应在坡脚处设计混凝土埂，厚度与生态护面厚度一致。若流速过快，在渠道纵向设计混凝土埂，厚度与生态护面一致，混凝土埂的纵向间距由实际渠道水流流速决定。

其次，要保证渠道对周围生态环境干扰较小或是起到积极方面的作用，在渠坡上种植两栖植物，以达到生态固土的目的，并通过不同的两栖植物进行合理的生态配置，尽量多地采用当地对土壤要求低、寿命长、抗虫害能力强、维护成本低的两栖植物，且营造乔、灌、草结合的局部立体生态空间，增加渠道物种多样性。若引进外来植物，要做好充足的调查工作，以免对当地植物形成物种入侵。两栖植物主要有野稻、香蒲、芦苇、水毛莨、慈姑等。根据种植两栖植物种类的不同，可以增加渠道边坡面生态护面的厚度。

为了提高混凝土渠道生态改造的可行性，还应控制好以下几点：

1、控制比降i，使比降i数值降低，使得渠道流速降低，i的取值参考表1。

表1 设计流量与边坡系数关系

2、控制渠道流速，不要让渠道流速超过不冲允许流速，即0.75～0.95 m/s。(此不冲允许流速为水力半径R＝1.0 m的情况，如R≠1.0 m，则应将此数值乘以Ra得到相应的不冲允许流速值。对于本设计的生态护面a＝1/4～1/5。)

四、小结

在当今社会的可持续发展思想的指导下，渠道改造也必须遵循这一发展原则，走可持续发展的道路，创造环保的渠道文化。渠道改造已不仅仅是一项水利工程，要以水资源的可持续利用带动城市生态、文化、社会、经济等各方面的可持续发展，最终促进城市的可持续发展。混凝土渠道的生态改造在当今与今后都是十分必要的任务，本文为混凝土渠道生态改造提供了一种对渠道、渠道水及渠道周围的立体生态改造方案，且有一定的科学性和可操作性，提高水利用效率，有较高的社会和生态价值。