防洪集流保水滴灌工程技术在乌鞘岭铁路隧道弃渣治理恢复中的应用

吕海元，高文耀

(甘肃祁连山国家级自然保护区管理局乌鞘岭自然保护站，甘肃 天祝 733200)

1 治理恢复实验区概况

高速铁路兰州至张掖三、四线工程新乌鞘岭隧道段地处甘肃祁连山国家级自然保护区，该自然保护区是我国西部重要生态安全屏障[1，2]，地理位置位于河西走廊的咽喉地带，属石羊河流域主要水源涵养保护地，具有举足轻重的生态保护治理地位，保护好森林资源对整个流域生态环境建设与人民群众生产生活和经济发展具有非常重要的生态战略意义[3]，而该项目横穿保护区，隧洞双线设计，全长17125 m[4]，大量废渣运输到保护区外集中倾倒堆放，治理恢复难度大，针对这一现状，通过在废渣堆放区域建立实验模块，在治理恢复中开展防洪集流保水滴灌工程措施进行实践示范研究。

2 技术措施

我国滴灌工程经历了尝试、引进与研究、国产化与示范、规模化发展4个阶段[5]，目前技术力量比较成熟，在农业生产中应用非常广泛，在甘肃民勤防沙治沙中进行过系统的实践研究，目前积极推广，成效显著[6]，但在祁连山生态脆弱区恢复治理工程中缺乏系统的实践研究和推广使用。在本区域选择面积35351 m2废渣台作为试验研究样板，将水利工程技术与渣台恢复治理有机结合，建设防洪集流水利自流式滴管设施。主要是修建容积2.25 m3沉淤池4座、容积72 m3蓄水池4座，修筑相应的集流水渠、排洪水渠 、排淤管道，埋设PVC主管(Ф110 mm、0.63 MPa)、PVC分管(Ф60 mm、0.63 MPa)，安装内镶贴片式滴灌带(Ф16 mm、e=0.20 mm、q=2.1 L/h)。

2.1 防洪集流水渠

修建防洪集流水渠既拦截季节性山洪，预防山洪对治理恢复区渣台坡面造成冲毁，又能汇集水源对治理恢复区植被进行有效灌溉。集流渠规划设计在渣台与山体结合处等高水平线位置，设置为混凝土浇筑“U”型渠，根据山体径流量设计渠规格，针对该区域设置为上沿宽80 cm，下底宽60 cm，深60 cm,集流水渠适当设置与沉淤池连接入水口，入水口处与渠终端设计高差为1/2渠深高度以便汇集水源，同时便于进水量过大从水渠两端排洪，集流水渠两端与垂直排洪渠连接，连接处设置在斜面缓坡，防止冲毁排洪渠。防洪渠设置与山体坡面垂直并与山体沟槽联通。

2.2 沉淤池

设置沉淤池主要是分离集流水中的泥沙、悬浮物，保护管道、阀门等设施避免堵塞和受损。沉淤池设计在低于防洪集流渠水平高度的位置，进水口设置在集流渠渠底最低位置处，在进水口安装滤网，滤网网口直径应在0.5～1 cm之间，防止块石进入池内。池身用C20砼现浇为内径长150 cm圆形，池身壁厚25 cm，池内径设计为宽130 cm，深150 cm，池底设计为一定坡度的锥形体，具有更好的沉淤作用。盖板为预制C25钢筋砼圆形结构，直径为160 cm，厚15 cm，为使进出水顺畅在靠池壁一侧开直径30 cm大小的通气孔。在最底部设置排淤口、排淤管道及阀门，排淤管道与排洪渠相连。在沉淤池壁上部安装出水口与集流池相连，在出水口处安装网孔大小为0.3 cm滤网。

2.3 集流池

集水池是整个防洪集流滴管小型水利灌溉系统中的关键部位，为整个灌溉系统提供水源，其设计规划位置选择十分重要，池体在整个管网系统中具有一定水平高度差，一般高差应在5 m以上产生的压力才能保证滴管系统自然灌溉。池体容量大小根据渣台治理恢复区降雨量、灌溉面积、树(草)种根系深度、灌溉次数来具体确定。该治理恢复试验区年降水量410.5 mm[3]，治理恢复面积35351 m2，建设长6 m，宽4 m,深3 m集水池，确保每亩灌溉量5 m3。集水池身用C20砼现浇，池身壁厚30 cm，盖板为预制C25钢筋砼结构，在盖板上设置边长为80 cm的长方形活动盖板，同时预留进气口使排水畅通。池壁设置钢筋池梯，以便清除淤泥或维修检查。池壁顶部设置进水口与沉淤池相连，池壁底端预留30 cm高度位置设置出水口，预留部分起沉淤作用，池壁底端设置排淤口及时排出泥沙。在集水池出水口和排淤口分别处安装PVC主管和排淤管，并在一定距离处设置检查井、安装闸阀(图1)。

图1 防洪集流系统布局平面图

2.4 管网布局

渣台治理恢复试验区采取若干独立的集水池及滴管管网闭合系统，滴灌输配水管网由于单组灌溉面积小，设计主管、支管、配水管和滴灌带(管)四级管网组成。各级管道均按照“管路短、控制面积大”的原则布置，主管、支管、配水管、滴管带互相垂直布设，使管道长度最短，控制面积最大。主管和支管分别采用外径为φ160 mm、φ110 mm聚氯乙烯PVC管道，均埋置在地下。主管的始端与集水池相连，主管与支管交叉处设置闸阀井，安装总控制阀、初级过滤器、二级过滤器，便于灌溉控制和水质净化。支管垂直与主管，呈“丰”字型，支管沿水平线平行分布，间距设置在10～15 m之间，每条支管均安装一个调节阀，便于分组灌溉和解决因坡面高差造成供水不均衡的问题。在每条支管上垂直连接若干条辅管，铺设于地面，地面辅管选用不容易损坏的基乙烯PE管道(0.32 Mpa,壁厚e=2.3 mm)，外径为φ75 mm，间距一般保持在40～50 m之间。选择内镶贴片式滴灌带(Ф16 mm、e=0.20 mq=2.1 L/h)，垂直于辅管设置，根据植被带和植树行距确定间距，沿植被带和植树行水平沟平行铺设，确保全面补给灌溉。在辅管末端及各管道水平低凹处均安装排水井和闸阀以便于冲洗管道泥沙和冬季排积水(图2)。

图2 自流式滴管系统布局平面图

3 实验调查分析

在该区域往年采取传统单一覆土、植树植草措施的废弃渣台治理恢复成效调查的基础上，选取相同立地条件、渣台地质结构的模块进行防洪集流保水技术模块试验，通过对不同措施治理恢复区样块进行当年干旱季节土壤保水湿度情况、治理恢复区坡面受洪灾情况及不同树种植被成活率等因子对照分析。

3.1 土壤含水量调查

传统的渣台坡面治理恢复措施主要采取的是渣堆平整、清除块石、覆土回填、植树植草等工程措施修复水文地质结构，治理恢复生态，其土壤保水性能较差，苗木及植被因季节性干旱致使成活率底、生长不良现象。在次基础上应用了防洪保水水利自流灌溉水利工程措施治理恢复实验，解决了难题。5、6、7、8、9月份植物生长期在不同措施治理区选择渣台坡度35～42°区域，分别设置100 m×100 m两块样方，分别重复调查深度0～10、10～20、20～30 cm之间土质平均含水量，采用烘干法测量计算，具体数据对照显示如表1所示。

表1 相同立地条件地质结构不同补水措施渣台土壤含水量调查对照

通过调查数据显示：在采取常规治理方法措施的渣台坡面降雨量较少的5、6、7月份内，渣台坡面土壤相对缺水干旱，不利于植树植绿植物成活和生长，采取防洪保水水利自流灌溉治理恢复措施后，及时集流水源用于季节性干旱期补水灌溉，使渣台坡面土壤水分含量相对充足，补水均衡。通过两种措施对比：5～9月份植物生长季坡面不同深度平均含水量从22.01%提高到31.09%，提高了9.08%，避免植物生长期树木及植被土壤缺水状态。

3.2 治理恢复成效调查

对采取两种不同治理恢复措施的治理恢复区分别进行了当年洪灾受灾面积和植被成活率调查，调查数据显示如表2所示。

表2 渣台治理恢复中不同措施当年恢复成效调查

调查数据显示，采取防洪保水集流滴灌治理恢复措施后，治理恢复区渣台坡面受季节性洪抵御能力增强，受灾率下降11.48%。造林苗木成活率明显提高，苗木成活率综合提高15.63%，植草单位面积成活率提高16.6%。

4 结论与讨论

针对在祁连山高海拔林区国家工程项目建设倾倒废弃渣台治理恢复措施单一、治理恢复区受自然洪灾和季节性干旱天气影响致使治理恢复成效易反弹、重复性修复治理工作量大、生态恢复进度慢等难题和不足，在探索研究新方法、新举措、新技术上还存在一些短板和难题。通过以高速铁路新乌鞘岭隧道渣台恢复治理为样板，积极在治理恢复中采用防洪保水滴灌水利工程措施，并对照开展技术研究和成效调查，治理恢复区抵御自然灾害能力增强，植树植草成活率提高，治理区生态恢复治理进度加快，效果明显。但对于防洪集流保水滴灌工程在治理区实施中前期投资较高、工程设施建设技术不够完善等问题和不足，有待于深入开展实践探索研究，进一步改进和创新。