浅析稀水地区河道生态治理中的防渗技术措施

邓 茜，谢玲璐，杨 帆

（1.中国电建集团华东勘测设计研究院有限公司，杭州 311122；2.水利部农村电气化研究所；3.杭州亚太建设监理咨询有限公司，杭州 310012）

近年来，随着国民经济的发展和人民生活水平的提高，河道治理工程在满足防洪排涝等基本功能的同时，也逐步向生态河道的方向发展。对于北方稀水地区，水资源缺乏，河道常年干涸，自然生态和水环境较差，往往需要通过工程措施来实现河道水生态修复和水环境改善，满足人民对居住环境提高的要求。

在对稀水地区河道进行生态治理时，为防止河道耗水量过大，人们通常会对河床采取防渗处理。传统的防渗技术多为硬质化的衬砌结构，这种方法会隔断水的自然循环，使之无法与防渗层下面的部分进行物质、能量交换，导致河湖水彻底变成死水，降低水的自净能力，导致富营养化，水质恶化[1]。因此，本文首先分析了防渗措施的防渗性、耐久性和经济性，然后探讨符合河道生态设计理念的防渗方案，为河道生态治理中防渗设计方案的制定与实施提供参考。

1 工程概况

君赵村位于河南省周口市太康县，村庄的主要水源为李贯河。李贯河为季节性河流，降雨年内分配不均，主要集中在汛期（6-9月），汛期降雨量至少占年降雨量的60%，导致李贯河全年大部分时间处于干涸状态，自然生态和水环境均较差。当前，当地急需实施河道生态治理工程，实现保障水安全、修复水环境、打造水景观和改善居住环境的目标。

工程结合河道生态景观需要，建设蓄水设施，截留上游来水，利用污水处理厂和尾水湿地对生活污水进行净化，同时以此为水源对河道进行生态补水，形成景观水面，保持河流在非汛期的自然形态和水生态特性。

2 河道现状渗漏量计算

工程区域内河道耗水因素主要为蒸发损失、渗漏损失和绿化灌溉耗水，污水处理厂运行后，其补水水源为污水处理厂尾水及降水。水体多年平均月蒸发量为9 199 m3/月，多年平均降雨量为4 430 m3/月，绿化灌溉量为3 000 m3/月，污水厂尾水补水量为17 370 m3/月，在此条件下，河道最大可允许渗漏量为7 381 m3/月，日平均渗漏量为246 m3/d。

河床多含粉土、粉细砂层，属于中等透水，根据《水工设计手册（第八卷）：灌区建筑物》，渠道的水量损失估算按维杰尔尼科夫公式进行计算[2]。

式中，S为每千米渠道上的输水损失量，m3/（s·km）；B为渠道水面宽度，m；h为渠道水深，m；Kθ为河底以下土层的渗透系数，取0.067 m/d；ki为第一类完全椭圆积分的比值，按照边坡系数查表获取。

通过计算可得，现状河道渗漏总量为Q=2 778+5 235=8 013 m3/d＞Q允=246 m3/d。李贯河为季节性河道，平时上游来水较少，为防止河道蓄水后的渗漏量过大，人们需对河床进行防渗处理。

3 防渗方案比较

防渗处理措施一般有混凝土衬砌、浆砌块石衬砌、沥青混凝土衬砌、土工膜防渗和黏土夯实防渗等。考虑河道景观、生态性的要求，防渗设计主要对HDPE防渗土工膜、膨润土防水毯和黏土防渗三种方案进行对比。

3.1 HDPE防渗土工膜

HDPE防渗土工膜是以（中）高密度聚乙烯树脂为原料生产的一种防水阻隔型材料[3]。HDPE防渗土工膜具有以下优势。一是防渗性能好。HDPE防渗土工膜采用优质的高密度聚乙烯原生树脂，具有高分子密度，液体渗透性极低，防渗透效果极佳[4]。二是运输方便。HDPE防渗土工膜质量轻，成品呈卷状，便于现场铺设，有很高的灵活性，可满足不同施工场地的需求。三是强度高、弹性好。HDPE防渗土工膜具有高强抗拉伸机械性，拥有优良的弹性和强变形能力，非常适用于膨胀或收缩基面，可有效克服基面的不均匀沉降，渗透系数K≤1.0×10-12cm/s。

由于防水性能较好，HDPE防渗土工膜隔绝了河道水体与地下水的交换与相互调节，其生态性较差。另外，土工膜铺设之前对基面需进行严格清理，避免坚硬物体刺破土工膜，影响其防渗性能，并且防渗膜接缝需要焊接，其施工要求较高。

方案一的具体内容为：河底及挡墙背侧铺设1.0 mm厚HDPE防渗膜，上下分别铺设300 g/m2的无纺土工布。为保持河道景观效果和保护防渗膜，在土工布上进行30 cm厚的土方回填压实。

3.2 膨润土防水毯

膨润土防水毯是一种将高膨胀性的钠基膨润土填充在特制的复合土工布和无纺布之间的防渗材料。人们采用特殊针刺技术，将高钠基膨润土均匀地织在两层土工织物之间，形成一种毯状防渗材料。膨润土防水毯的防渗是指材料中间的膨润土吸水后，在上下两层土工织物及回填保护层的压力下，夹封局限在一定的空间内并膨胀，从而形成紧密的胶凝体，以此达到止水防渗的作用[5]。

膨润土防水毯具有以下应用优势。一是密实性。钠基膨润土在水压状态下形成高密度横膈膜，当厚度约为6 mm时，它的渗透系数可达1.0×10-11cm/s，相当于1 m厚度压实黏土的密实度，具有很强的自保水性能[6]。二是施工简便，工期短。和其他防水材料比较，施工相对简单，不需要加热和粘贴，只需用膨润土粉末和钉子、垫圈等进行连接和固定。施工后不需要特别检查，如果发现防水缺陷，其维修容易，相对其他防水材料，工期较短。三是抗胀冻性能较好。在寒冷气候条件下，膨润土防水毯也不会脆断。四是绿色环保。膨润土为天然无机材料，对人体无害无毒，对环境不会造成破坏，具有良好的环保性能。

方案二的具体内容为：河底铺设膨润土防水毯，在防水毯上进行30 cm厚的土方回填压实。

3.3 黏土防渗

黏土属于自然防渗材料，采用后，河道水体与地下水能进行交换与相互调节，不会影响河道水生态环境。但其防渗性不如HDPE土工膜及膨润土防水毯，优质黏土的渗透系数一般在1×10-5～1×10-6cm/s，其渗透性还受施工质量影响，若压实度不够，其防渗性也会减弱。另外，其土方工程量大，工期较长。

方案三的具体内容为：河底铺设160 cm厚的黏土并压实。

三种方案的对比如表1所示。一是从防渗性来看，三种方案渗漏量均小于河道允许渗漏量246 m3/d，由计算结果知方案一最好，方案二次之，方案三渗漏量最大；二是从投资来看，方案二最少，方案一次之，方案三最大；三是从生态性来看，方案三的生态性高于方案一和方案二；四是从耐久性来看，方案一耐久性较好，方案二、方案三次之；五是从施工来看，方案二施工最简便，工期短；方案一施工要求较高，接缝需要焊接，工艺较其他两种复杂；方案三工程量较大，工期长。

表1 方案对比

4 结语

通过对HDPE土工膜、膨润土防水毯、黏土防渗三种不同防渗方案进行对比分析，本文以允许渗漏量为出发点，探讨了每种方案的防渗性、投资、生态、施工难易程度，并计算了防渗处理后的渗漏量。防渗技术措施的分析与研究在河道生态治理工程中具有重要意义，尤其是对于稀水地区的河道，水源保证和水量维持是河道水生态水环境改善的关键因素。关于防渗技术措施的研究与应用，人们需重点关注以下几方面：水体与土体能自由交换，具备生物与微生物生存所需的自然条件；水体具有一定的自净能力，能营造和维持水生态环境，确保水生态系统平衡；要保证防渗效果，结构渗透系数较小，满足允许渗漏量的要求；计算渗漏量采用的渗透系数均为理论数值，防渗结构的实际渗透系数和渗漏量建议进行试验论证。