合顺垸重点中型灌区节水配套改造项目中渠堤边坡稳定问题研究

严后山，韦富瀛

（荆州市水利水电勘测设计院，湖北荆州 434020）

0 引言

灌区在我国农业农村发展中扮演着重要角色，近年来灌区的发展方向逐渐朝着节能环保和绿色智慧转型，使得节水配套改造项目的数量不断增多。在实际施工环节，提高节水配套改造项目的施工可靠性是增强灌区可持续发展能力的基础，而在这一环节增强渠堤边坡稳定性至关重要。因此，深入研究灌区节水配套改造项目的渠堤边坡稳定问题十分必要。

1 合顺垸重点中型灌区节水配套改造项目概述

灌区属于半人工的生态系统，是我国农业发展过程中的重要技术产物，主要包括水库、渠道、田地、作物4个部分。按照行业规定，灌区属于水利设施，可按面积大小分为不同等级。目前，大型灌区的面积都在20 000 hm2以上，中型灌区面积为667~20 000 hm2，小型灌区面积在667 hm2以下。合顺垸重点中型灌区位于公安县西部，总面积17 160 hm2，包含耕地面积14.78万亩（约9853.3 hm2）。该灌区水源主要来自松滋西河和老洈水河。该灌区在两条河流的基础上，建成以“9干+12支+83涵闸+5倒虹吸+78机耕桥”为主的灌排渠道系统工程，可有效完成平原湖区农田灌溉任务。合顺垸重点中型灌区涉及17个行政村、275个村民小组，2个居委会，总人口6.7万人。灌区内的主要粮食作物是水稻和小麦，经济作物是油菜，棉花、蔬菜、瓜果等各项农产品产量较高，当地农民的人均纯收入可达17 800元/年。为响应2011年的中央1号文件号召，实现“2020年底基本完成重点中型灌区节水配套改造任务”的目标，该灌区的节水配套改造工作在2019年3月正式全面启动。

合顺垸重点中型灌区的大部分工程在20世纪60—70年代完工，经过多年使用后灌区内普遍存在严重的渠道淤塞和渗漏问题，渠系建筑物大多年久失修（图1），现有工程的完好率低于50%，严重影响了灌溉能力和效益。目前，合顺垸重点中型灌区骨干工程存在水源取水不足的情况，引水量无法满足现实需求；此外，该灌区还存在渠道严重淤塞、渠系建筑物严重损毁、田间配套设施老化且布局混乱、水利死角增多等问题。合顺垸重点中型灌区节水配套改造施工内容如表1所示。

图1 拦淤闸进口损毁

表1 合顺垸重点中型灌区节水配套改造施工内容

2 灌区节水配套改造项目的建设价值

2.1 改造作用

合顺垸重点中型灌区节水配套改造项目建设的根本目的是改善灌区灌溉环境，完善水利基础设施，提升灌溉有效性、节水性和经济性。从现实角度来看，开展节水配套设施改造，可以充分满足灌区的可持续发展需要，能进一步提高灌溉质量，助力当地的农业生产和农民增收，为社会经济发展提供辅助[1]。同时，开展合顺垸重点中型灌区节水配套改造项目建设，有利于提升国土资源和水资源的利用率，大幅减少资源浪费，提高科技生产力，减轻农民劳动强度和生产成本。最重要的是，基于合顺垸重点中型灌区节水配套改造项目，可全面提升灌区生产科学性，通过加强新虚拟化建设提高农业发展的整体技术水平，以便从根本上实现农业发展转型升级。

2.2 实效分析

合顺垸重点中型灌区节水配套改造项目的分项目众多，不仅完善了区域内部的功能设施，还建设了环保水保工程。项目完成后，该灌区的灌溉能力将进一步增强，灌溉水源辐射范围扩大，灌溉面积进一步增加。从实际情况来看，项目完成后，该灌区可恢复和改善的灌溉面积分别为0.1万亩和2.99万亩；而灌区的灌溉率也得到了大幅提升，从原有的67.7%提升至87%。随着渠系建筑物改造完成，水资源利用率也得到了提升，改造后的渠系水利用系数已经达到0.65。此外，施工人员还完成了一些电灌站改造，使得灌区灌溉能力得到大幅增强，粮食综合生产能力以及农业发展潜力也得以增强。项目完成后，规划区内的农作物类型、种植面积以及复种指数也发生了变化。当前，种植比例较高的农作物主要包括水稻、油菜、小麦和棉花4种。为实现有效节水，本项目还对灌溉制度进行了改良。在改造后，合顺垸重点中型灌区将采用“薄浅湿晒”的形式进行作物灌溉，灌区负责人将根据各类作物的多年平均灌溉定额确定农业需水量，从而有效控制灌溉用水量。

3 灌区项目的渠堤边坡稳定问题分析

在合顺垸重点中型灌区节水配套改造项目中，渠堤边坡的稳定性问题事关重大，一旦出现渠堤边坡失稳必然让灌溉系统的整体运行能力大打折扣，灌溉有效性以及水土保持建设也将受到打击[2]。为明确合顺垸重点中型灌区节水配套改造项目中的渠堤边坡稳定问题，需要对渠道工程气象地质和边坡稳定性进行分析。

3.1 渠道工程气象地质分析

目前，合顺垸重点中型灌区节水配套改造项目位于平原湖滨地区，区域内地势平坦河流众多，平均海拔约为36 m。工程区内部有局部起伏情况，但整体地势较为平缓开阔。在气象水文条件方面，本项目所在地属亚热带季风气候，光热充足、无霜期长，每年的6月中旬至7月上旬为梅雨季节，光照、降水等参数如表2所示。

表2 合顺垸重点中型灌区节水配套改造项目渠道工程气候参数

根据地质勘探结果可知，项目所在区域位于江汉盆地新华夏系第二沉降带的江陵凹陷，江陵凹陷为开阔复式向斜，凹陷整体走向为北西－北西西。目前，该区域的沉降速度较快，强烈沉降区的沉降速率达到了2~12 mm/a。从施工场地的抗震调价角度来看，当地地震烈度应按Ⅵ度设防，该区域土地稳定性高，不属于不良地质发育区，但由于区域内部存在水工建筑不均匀沉降的问题，所以也具有地质条件复杂、差异性大的特质。本项目所在地水系发达，地表水和地下水水量大、分布广，地下水主要有孔隙潜水、孔隙承压水两种。经过地质勘查发现，堤身、地基底层结构自上而下分别是：素填土、淤泥质粉质黏土、粉砂夹质粉质黏土、粉质黏土、黏土。

3.2 渠堤边坡稳定分析

在本项目中，渠道工程以及渠系建筑物年久失修，渠堤边坡的稳定性也受到了一定的影响。事实上，渠堤土层、堤身、填筑土、地质结构以及历年险情等多种因素都会对渠堤边坡的稳定性造成影响。目前，堤防工程地质条件可分为A、B、C、D四大类，分别对应地质条件良好、较好、较差和差。在此次项目中，不同渠堤段工程的地质条件并不相同，其中左右岸K0+000—K0+350渠底土基本为砂性土，渠道邻水侧的边坡有滑坡垮塌情况且内部淤积严重；而左右岸K0+350—K5+144及其支渠也存在沉降变形和抗滑问题。整体来看，本项目内部的渠堤边坡稳定性较好，并未出现大量塌方和崩岸问题。

4 灌区改造项目渠堤边坡维护稳定设计

为切实保障合顺垸重点中型灌区节水配套改造项目中的渠堤边坡稳定性，项目负责人需要结合实际情况科学开展维护稳定设计[3]。在此环节，设计人员应该关注项目内部的干渠和支渠治理情况，为有效开展防渗衬砌和维护稳定工程设计做好充足准备。同时，相关工作人员需要合理开展永久边坡分析，还应该根据施工区域岩土特性以及综合地质条件提出科学建议。

4.1 渠道纵坡设计

渠道纵坡设计人员可根据实际情况，从降本增效的角度出发进行合理设计。从实际情况来看，可根据渠道上的现有过水建筑物确定渠道纵坡设计的节点控制参数根据过水建筑物的进出口底板高程确认纵坡过水能力，保证水面线衔接的合理性。而且，通过此番设计，还能够让新建纵坡接近原有纵坡，这样一来将节省土方开挖环节的施工量和工期。在本次设计中，根据实际情况可按1/5000设计渠道纵坡。

4.2 渠道横断面设计

渠堤边坡设计环节也需要关注渠道横断面设计。本项目对5.05 km长的渠道进行了清淤和衬砌治理，为了切实提升输水速度和灌溉水利用率，还进行了部分渠道断面扩挖以及全断面防渗处理。边坡设计过程中，完成渠道纵坡设计后，需基于地质条件、渠道过水断面情况以及水利计算结果确定横断面参数。通常来说，渠道的横断面都以梯形为主，按底层差异选定其边坡系数。本次设计中，渠堤宽度大于2 m，边坡基于“6块8 cm厚C20混凝土砌块+草皮”护坡。

4.3 渠道衬砌设计

在衬砌设计方面，设计人员需要考虑的重点在于防渗衬砌处理。通常来说，可用于渠堤防渗的衬砌类型包括混凝土和浆砌块石两种。在本次施工中，渠道衬砌必须满足以下要求：①拥有良好的抗冲击性能；②拥有良好的输水辅助能力；③拥有良好的结构耐久性和易维护性；④拥有良好防渗性。为选定本项目的砌块类型，设计人员根据材料工艺差异以及实际工作需求开展方案比选[4]。从现实角度来看，两种砌块类型各具有优势，混凝土砌块的防渗性好、强度大且施工便利，成品耐久性、经济性都较强，但质量控制难度大；而浆砌块石砌块也同样拥有良好的防渗性、耐久性和施工便捷性，但这种工艺不仅难以控制施工质量，还存在成本高的问题。所以经过多方比对，本项目选择整体采用混凝土衬砌，仅在干渠前50 m的渠段处采用浆砌块石衬砌。

5 结语

综上所述，合顺垸重点中型灌区节水配套改造项目的施工质量会对当地的社会经济、农业产业、自然生态发展产生深刻影响。在进行灌区节水改造时，保证骨干工程施工质量和水渠工程稳定运行至关重要。从现实角度来看，灌区节水改造环节的渠堤边坡稳定性受多方面因素影响，在进行维稳设计时应进行综合考量，保证渠道纵坡、横断面以及衬砌的设计合理性。