迪慶州沿江兩岸河谷地區渠道砌石防滲研究

周郁文

(迪慶州水利水電勘察設計所 云南香格里拉 674400)

迪慶州位于三江并流區,分布在金沙江、瀾滄江河谷地區的耕地面積占全州耕地面積的46%,是迪慶州農作物主產區。

沿江兩岸分布著上百條大大小小的灌溉渠道,大多數沿著山坡丘陵等高線延伸,一般渠線長,地形地質復雜,不少地段因巖石裂縫多、土質差,填方地段夯壓質量不好,也有的通過沙質地帶,因此渠道水大量滲漏損失,甚至引起滑坡,加上有的工程管理不善,計劃用水不周等原因,渠系水的利用系數僅有0.3～0.4,損失量十分驚人。

沿江河谷氣候炎熱,年平均氣溫15.5℃,最高氣溫為38.6℃;年降雨量300～960mm,年蒸發量為600～1040mm,屬干熱河谷山地氣候。耕地多為沖洪層一、二級階地,土質以砂質粘土為主,保水性差,每年的11月份起至次年的5月份為少雨期,降雨量僅為全年的12%左右,但這時期又是灌溉用水的高峰期,用水量占全年灌溉用水的85%以上,供用水矛盾十分突出。

為了充分利用水資源,提高抗旱效率,渠道工程多采用砌石 (塊石、條石、河卵石、石板)、鋪設混凝土 (預制板和現澆板)、水泥沙漿抹面等防滲措施,取得了顯著效果。

由于兩江沿岸盛產石料,因此,大多數渠道采用砌石防滲。據2007年統計資料,全州中、小型水利工程流量0.35m3/s以上的渠道總長394.5km,其中使用砌石防滲的有 171.2km,占43.4%。

砌石防滲特點是。

(1)能就地取材,砌筑技術簡單,防滲效果較好,抗沖、耐磨、壽命長,應用廣泛。

(2)工程投資少、見效快、群眾易掌握。

為了總結群眾性的砌石防滲經驗,在此,選擇金沙江左岸的金江大溝灌區灌溉干渠進行深入調查,原因是該干渠長,涉及面廣,灌溉面積大,砌石防滲前后產生的效果驚人,在沿江兩岸的砌石防滲水利工程中影響大,極具代表性。現綜述如下。

1 工程效益及運行情況

1.1 減少滲漏損失,擴大灌溉面積及社會效益

香格里拉縣金江大溝灌區,干渠長18.42km,設計引用流量1.82m3/s,砌石前均為土渠,渠系水利用系數僅為42.5%,砌石防滲后提高到90.7%,減少滲漏流量0.88m3/s,如以每年平均放水210天計算,一年可節約水量1597萬m3,相當于修建一座中型蓄水工程。

原先土渠時,幾乎沒人主動維護過渠道,只有村社組織的歲修,線長面廣,僅能做簡易的維護,對于渠道沿線滲漏無能為力。人們只能大面積種植旱作物,年年干旱,歲歲如此,用水時經常是計時分段、分片灌溉,各片區派人日夜堅守在分水閘處,防止有人偷偷放水,爭水斗毆經常發生。灌溉時干渠大漏,支渠小漏,澆灌效率及質量極差,大部分土地根本就灌不到水。那時灌區人均年收入總徘徊在300元左右,村社破落,物質缺乏,年年靠國家救濟,犯罪率居高不下,更談不上精神文明。

自1999～2000年國家投資對干、支渠道進行砌石防滲處理后,灌區面貌煥然一新,灌溉面積由原先的6100畝增至18500畝,作物種類由原先的3～5種增加到現在的9～11種,由于來水量充足,經濟作物種植面積由原來零星的幾十畝猛增到2000余畝,灌區人均年收入從1999年的341元增加到2007年的2186元。現在各村社新修了道路、籃球場、娛樂室,灌區90%以上的家庭已擁有電視機、冰箱、洗衣機及各種生活電器,近一半的人家新修了新房,大部分家庭還購置了農機。

隨著灌區居民經濟收入的不斷提高,物質文化生活的極大豐富,普法宣傳、農科普及、節水灌溉推廣深得人心,全面展開。

目前,在迪慶州沿江兩岸的大小灌區中,渠道工程多以砌石防滲為主。大多數灌區的發展經歷與金江大溝灌區大體相同,幾年前大多數灌區就成立了渠道管護小組,制定了用水、管水的鄉規民約。

隨著水利工程在農村經濟發展中的巨大作用,人們科學認識顯著提高,護渠、節水工作深得人心,他們把水利工程看作命根子,嚴格管理,互相監督,做經常性巡視和維護。據調查統計,現階段95%以上水利工程管理到位,運行正常,大小灌區整體效益不斷提高。

1.2 減小渠道糙率,加快流速,縮短流時

砌石防滲后,斷面標準,糙率減小,流速普遍加快,可以縮短輸水時間,這在干旱時期,能及時送水到田,將對農業生產起重要作用。

1.3 防止渠道變形,保證輸水能力,減少維修工程量和費用

渠道砌石后不易變形,可延長工程壽命,減輕維修、歲修任務。

根據香格里拉縣金江鄉水管站的統計資料,金江大溝主干渠砌石防滲后,平均每年可節約費用11.86萬元。特別是其中3.5km的一段,地質破碎,穩定性差。砌石防滲前,每下一場大雨,渠中淤土塌方需要發動數百人清理,而且,局部地段還時常出現滑坡,當地政府每年都要投入大量的精力和財力,發動群眾投工投勞,既影響生產,又加重群眾負擔。砌石防滲后,只需管護小組進行日常維護管理就可以保證渠道的正常運行。

2 工程設計及施工中須注意的問題

2.1 斷面形式與結構

我州沿江兩岸地區渠道砌石斷面主要有梯形與矩形兩大類。在瀾滄江沿岸,由于灌區面積多在500～3000畝之間,坡度較大,地質條件較好,且引用流量不大,多在0.15～0.45m3/s之間,渠道基本上采用矩形斷面。金沙江灌區則不相同,相對坡度較緩,地質條件較差,灌區面積多在1000～5000畝之間,引用流量較大,渠道采用多種斷面,但還是以梯形、矩形斷面為主。

梯形斷面水力要素較好,邊坡較為穩定,襯砌工程量較小。矩形斷面土方工程量省,占地少,基礎好的小型工程用得比較多。渠道通過耕地或村莊居民點時,為了少占地,也多采用矩形斷面。但水深較大的矩形渠道需建擋土墻,工程量大,造價較高。因此,渠道設計時采用何種斷面須根據當地具體情況決定。

由于在老土渠上砌石防滲坡降受限制,流速不大,除擋土墻外,都是采用單層漿砌石結構。梯形斷面的邊坡系數 (m)根據土質、流量、填挖方等情況來確定,水深小于2m的灌溉渠道,一般在1.0～1.5之間選用,土坡穩定的挖方小型渠道,結合具體情況,系數可以在0.5～0.7之間選用。

矩形斷面的側墻結構有直立式和擋土墻式兩種形式。

前者適用水深不大的小型渠道,一般墻厚25～40cm,用單層毛塊石漿砌。通過地下水位高、土質差、容易滑坡、水深較大,以及村莊居民點的渠道,經常采用擋土墻式的渠墻,其墻背面的邊坡系數視墻高而定,一般 1～3m高的墻,頂寬為0.35～0.50m,背邊坡系數在0.1～0.25之間。

結合渠段具體情況,也有的渠道一岸采用直立式,另一岸采用擋土墻式的矩形渠槽。

采用梯形和矩形斷面的直立式渠墻,在砌石體的兩邊坡頂加砌一層厚度約15cm,寬度45～60cm的條石或塊石蓋頂,并使之與土坡緊密接合齊平(如與土坡結合的蓋頂稍向渠內傾斜更好),這樣既防止地表徑流注入襯砌體的背面,又可使渠頂整齊美觀。

在地下水位高于渠底高程的渠段,無論采用那一種的襯砌斷面形式,都應注意做好排水孔,在其集中逸出的地方,還應做好反濾排水。

2.2 石料選用

石料有塊石、毛塊石、條石和板石等,其中用塊石、毛塊石襯砌的最多,條石其次,板石由于厚度薄,對石質和開采技術要求高,只有個別地區的石料場能開采,使用受到限制。塊石一般控制單塊重量不小于10kg,厚度不小于10～15cm,條石一般不小于10cm,板石最小厚度為5cm。對石料要有選擇,塊石必須有一面平整,其他面大體平整,厚度不應相差太大,不要采用風化石及尖錐形亂毛石。

2.3 流速與糙率

單層漿砌石的允許流速可達2.5～4m/s,但由于老土渠按不沖流速設計,縱坡、斷面大小已固定,故砌石防滲的渠道流速只受砌石糙率影響,變化很小,一般仍在 1m/s以下。土渠經多年運行后,沖淤變形,糙率有所增加,一般n=0.027～0.03之間,砌石后糙率減少。從多條渠道運行的情況看,漿砌石并有勾縫的渠床糙率,設計時選用n=0.023～0.025是恰當的。

2.4 施工要求

土渠斷面修整好后即可拉線砌筑,均采用水泥沙漿,座漿采用 M5,勾縫用 M10,一般先砌渠坡,座漿砌筑。要求塊石料采用花砌,邊坡絕大多數采用石料長方向順水流的縱砌,但也有個別渠段采用橫砌以及人字形的斜砌。沾在石料上的污物要清除干凈,砌筑時要求飽漿錯縫,較薄的石料要墊以片石再座漿砌筑,并用手錘錘緊,砌縫要緊湊均勻,縫寬一般控制在1～3cm。為更好地防滲,待渠坡施工完成后,渠底鋪10～15cm厚的毛石墊層,后澆筑5cm厚的混凝土且磨光。

3 問題和經驗

沿江兩岸河谷地區砌石渠道在規劃設計階段必須做好前期工作,以人為本,從長遠的眼光看問題。就金沙江、瀾滄江兩岸來講,是迪慶州的糧食主產區,也是經濟文化發達、人口比較集中的地區,隨著社會經濟的發展,人口的不斷增加和對物質需求的擴大,對水資源、水利灌溉、土地資源的開發利用須引起高度重視。在兩岸河谷地區砌石渠道高程控制的以下范圍內,分布著大片未開墾的荒地和河灘地。僅金江大溝灌區控制的范圍內,就有荒地2100畝,河灘地1400多畝,共計3500多畝。

據調查統計,金沙江、瀾滄江兩岸渠道高程以下現有的荒地、河灘地大約36400多畝,這是可持續發展的基礎性資源,荒地、河灘地均可改造成農田或林果園,以此滿足人們不斷增長的物質需求,但任何美好的設想,最終都離不開水,因為水是農業的命脈。所以,我們水利部門在設計、規劃、施工過程中,要有大局意識、可持續發展的思想,要充分利用有限的水資源,增強節水意識,嚴格控制好渠道的施工質量,做好防滲工作。

現將自己在設計、施工中發現的問題及經驗總結如下。

(1)設計時,必須綜合考慮灌區發展遠景,作出合理的規劃設計。例如,對今后可能擴大的灌區面積,應按需要的擴大流量設計襯砌斷面。應結合渠道改線,統一規劃,避免襯砌后又改線,造成浪費。

(2)險工隱患的渠段,必須處理后再襯砌,否則,隱患暫被掩蓋,運行中可能突然造成毀渠事故。

(3) 在填方渠道上砌石防滲,要求填方夯實質量好,沉陷已經穩定,并盡量采用梯形斷面護坡式結構。采用擋土墻式的矩形渠槽者,要慎重考慮由于擋土墻的集中荷載引起渠墻與渠底板間的不均勻沉陷而產生剪切破壞 (裂縫)的問題,因它往往是造成嚴重垮渠事故的主要原因。

(4)裂縫問題。出現裂縫的主要原因是:①溫度影響;②地基不均勻沉陷。解決的辦法是:根據基礎的地質條件,合理布置沉陷縫,對于巖性基礎,沉陷縫間距一般為25～30m,對于均勻的土質基礎,沉陷縫間距一般為15～20m,而對于地質條件不同的兩種基礎的交接處須設沉陷縫。

(5)搞好沉陷縫止水,防止集中滲漏。以往我州在止水填料的選用上有不當之處,如常采用的低標號瀝青混合物填料,冬季收縮易與板體脫開而失去止水作用。后期均選用塑料膠泥,經在我州砌石渠道中廣泛使用,防滲效果很好。

(6)渠道防滲具有綜合性效益,包括減少滲漏損失、加快流速、便利管理等。在缺水地區搞好防滲減少滲漏損失最為重要。但應當指出,加強水利工程管理也是減少水量損失,提高渠道水利用率的一項重要措施,不可忽視。如果防滲和管理相互配合,則其效益必將更加顯著。