合順垸重點中型灌區節水配套改造項目中渠堤邊坡穩定問題研究

嚴后山，韋富瀛

（荊州市水利水電勘測設計院，湖北荊州 434020）

0 引言

灌區在我國農業農村發展中扮演著重要角色，近年來灌區的發展方向逐漸朝著節能環保和綠色智慧轉型，使得節水配套改造項目的數量不斷增多。在實際施工環節，提高節水配套改造項目的施工可靠性是增強灌區可持續發展能力的基礎，而在這一環節增強渠堤邊坡穩定性至關重要。因此，深入研究灌區節水配套改造項目的渠堤邊坡穩定問題十分必要。

1 合順垸重點中型灌區節水配套改造項目概述

灌區屬于半人工的生態系統，是我國農業發展過程中的重要技術產物，主要包括水庫、渠道、田地、作物4個部分。按照行業規定，灌區屬于水利設施，可按面積大小分為不同等級。目前，大型灌區的面積都在20 000 hm2以上，中型灌區面積為667~20 000 hm2，小型灌區面積在667 hm2以下。合順垸重點中型灌區位于公安縣西部，總面積17 160 hm2，包含耕地面積14.78萬畝（約9853.3 hm2）。該灌區水源主要來自松滋西河和老洈水河。該灌區在兩條河流的基礎上，建成以“9干+12支+83涵閘+5倒虹吸+78機耕橋”為主的灌排渠道系統工程，可有效完成平原湖區農田灌溉任務。合順垸重點中型灌區涉及17個行政村、275個村民小組，2個居委會，總人口6.7萬人。灌區內的主要糧食作物是水稻和小麥，經濟作物是油菜，棉花、蔬菜、瓜果等各項農產品產量較高，當地農民的人均純收入可達17 800元/年。為響應2011年的中央1號文件號召，實現“2020年底基本完成重點中型灌區節水配套改造任務”的目標，該灌區的節水配套改造工作在2019年3月正式全面啟動。

合順垸重點中型灌區的大部分工程在20世紀60—70年代完工，經過多年使用后灌區內普遍存在嚴重的渠道淤塞和滲漏問題，渠系建筑物大多年久失修（圖1），現有工程的完好率低于50%，嚴重影響了灌溉能力和效益。目前，合順垸重點中型灌區骨干工程存在水源取水不足的情況，引水量無法滿足現實需求；此外，該灌區還存在渠道嚴重淤塞、渠系建筑物嚴重損毀、田間配套設施老化且布局混亂、水利死角增多等問題。合順垸重點中型灌區節水配套改造施工內容如表1所示。

圖1 攔淤閘進口損毀

表1 合順垸重點中型灌區節水配套改造施工內容

2 灌區節水配套改造項目的建設價值

2.1 改造作用

合順垸重點中型灌區節水配套改造項目建設的根本目的是改善灌區灌溉環境，完善水利基礎設施，提升灌溉有效性、節水性和經濟性。從現實角度來看，開展節水配套設施改造，可以充分滿足灌區的可持續發展需要，能進一步提高灌溉質量，助力當地的農業生產和農民增收，為社會經濟發展提供輔助[1]。同時，開展合順垸重點中型灌區節水配套改造項目建設，有利于提升國土資源和水資源的利用率，大幅減少資源浪費，提高科技生產力，減輕農民勞動強度和生產成本。最重要的是，基于合順垸重點中型灌區節水配套改造項目，可全面提升灌區生產科學性，通過加強新虛擬化建設提高農業發展的整體技術水平，以便從根本上實現農業發展轉型升級。

2.2 實效分析

合順垸重點中型灌區節水配套改造項目的分項目眾多，不僅完善了區域內部的功能設施，還建設了環保水保工程。項目完成后，該灌區的灌溉能力將進一步增強，灌溉水源輻射范圍擴大，灌溉面積進一步增加。從實際情況來看，項目完成后，該灌區可恢復和改善的灌溉面積分別為0.1萬畝和2.99萬畝；而灌區的灌溉率也得到了大幅提升，從原有的67.7%提升至87%。隨著渠系建筑物改造完成，水資源利用率也得到了提升，改造后的渠系水利用系數已經達到0.65。此外，施工人員還完成了一些電灌站改造，使得灌區灌溉能力得到大幅增強，糧食綜合生產能力以及農業發展潛力也得以增強。項目完成后，規劃區內的農作物類型、種植面積以及復種指數也發生了變化。當前，種植比例較高的農作物主要包括水稻、油菜、小麥和棉花4種。為實現有效節水，本項目還對灌溉制度進行了改良。在改造后，合順垸重點中型灌區將采用“薄淺濕曬”的形式進行作物灌溉，灌區負責人將根據各類作物的多年平均灌溉定額確定農業需水量，從而有效控制灌溉用水量。

3 灌區項目的渠堤邊坡穩定問題分析

在合順垸重點中型灌區節水配套改造項目中，渠堤邊坡的穩定性問題事關重大，一旦出現渠堤邊坡失穩必然讓灌溉系統的整體運行能力大打折扣，灌溉有效性以及水土保持建設也將受到打擊[2]。為明確合順垸重點中型灌區節水配套改造項目中的渠堤邊坡穩定問題，需要對渠道工程氣象地質和邊坡穩定性進行分析。

3.1 渠道工程氣象地質分析

目前，合順垸重點中型灌區節水配套改造項目位于平原湖濱地區，區域內地勢平坦河流眾多，平均海拔約為36 m。工程區內部有局部起伏情況，但整體地勢較為平緩開闊。在氣象水文條件方面，本項目所在地屬亞熱帶季風氣候，光熱充足、無霜期長，每年的6月中旬至7月上旬為梅雨季節，光照、降水等參數如表2所示。

表2 合順垸重點中型灌區節水配套改造項目渠道工程氣候參數

根據地質勘探結果可知，項目所在區域位于江漢盆地新華夏系第二沉降帶的江陵凹陷，江陵凹陷為開闊復式向斜，凹陷整體走向為北西－北西西。目前，該區域的沉降速度較快，強烈沉降區的沉降速率達到了2~12 mm/a。從施工場地的抗震調價角度來看，當地地震烈度應按Ⅵ度設防，該區域土地穩定性高，不屬于不良地質發育區，但由于區域內部存在水工建筑不均勻沉降的問題，所以也具有地質條件復雜、差異性大的特質。本項目所在地水系發達，地表水和地下水水量大、分布廣，地下水主要有孔隙潛水、孔隙承壓水兩種。經過地質勘查發現，堤身、地基底層結構自上而下分別是：素填土、淤泥質粉質黏土、粉砂夾質粉質黏土、粉質黏土、黏土。

3.2 渠堤邊坡穩定分析

在本項目中，渠道工程以及渠系建筑物年久失修，渠堤邊坡的穩定性也受到了一定的影響。事實上，渠堤土層、堤身、填筑土、地質結構以及歷年險情等多種因素都會對渠堤邊坡的穩定性造成影響。目前，堤防工程地質條件可分為A、B、C、D四大類，分別對應地質條件良好、較好、較差和差。在此次項目中，不同渠堤段工程的地質條件并不相同，其中左右岸K0+000—K0+350渠底土基本為砂性土，渠道鄰水側的邊坡有滑坡垮塌情況且內部淤積嚴重；而左右岸K0+350—K5+144及其支渠也存在沉降變形和抗滑問題。整體來看，本項目內部的渠堤邊坡穩定性較好，并未出現大量塌方和崩岸問題。

4 灌區改造項目渠堤邊坡維護穩定設計

為切實保障合順垸重點中型灌區節水配套改造項目中的渠堤邊坡穩定性，項目負責人需要結合實際情況科學開展維護穩定設計[3]。在此環節，設計人員應該關注項目內部的干渠和支渠治理情況，為有效開展防滲襯砌和維護穩定工程設計做好充足準備。同時，相關工作人員需要合理開展永久邊坡分析，還應該根據施工區域巖土特性以及綜合地質條件提出科學建議。

4.1 渠道縱坡設計

渠道縱坡設計人員可根據實際情況，從降本增效的角度出發進行合理設計。從實際情況來看，可根據渠道上的現有過水建筑物確定渠道縱坡設計的節點控制參數根據過水建筑物的進出口底板高程確認縱坡過水能力，保證水面線銜接的合理性。而且，通過此番設計，還能夠讓新建縱坡接近原有縱坡，這樣一來將節省土方開挖環節的施工量和工期。在本次設計中，根據實際情況可按1/5000設計渠道縱坡。

4.2 渠道橫斷面設計

渠堤邊坡設計環節也需要關注渠道橫斷面設計。本項目對5.05 km長的渠道進行了清淤和襯砌治理，為了切實提升輸水速度和灌溉水利用率，還進行了部分渠道斷面擴挖以及全斷面防滲處理。邊坡設計過程中，完成渠道縱坡設計后，需基于地質條件、渠道過水斷面情況以及水利計算結果確定橫斷面參數。通常來說，渠道的橫斷面都以梯形為主，按底層差異選定其邊坡系數。本次設計中，渠堤寬度大于2 m，邊坡基于“6塊8 cm厚C20混凝土砌塊+草皮”護坡。

4.3 渠道襯砌設計

在襯砌設計方面，設計人員需要考慮的重點在于防滲襯砌處理。通常來說，可用于渠堤防滲的襯砌類型包括混凝土和漿砌塊石兩種。在本次施工中，渠道襯砌必須滿足以下要求：①擁有良好的抗沖擊性能；②擁有良好的輸水輔助能力；③擁有良好的結構耐久性和易維護性；④擁有良好防滲性。為選定本項目的砌塊類型，設計人員根據材料工藝差異以及實際工作需求開展方案比選[4]。從現實角度來看，兩種砌塊類型各具有優勢，混凝土砌塊的防滲性好、強度大且施工便利，成品耐久性、經濟性都較強，但質量控制難度大；而漿砌塊石砌塊也同樣擁有良好的防滲性、耐久性和施工便捷性，但這種工藝不僅難以控制施工質量，還存在成本高的問題。所以經過多方比對，本項目選擇整體采用混凝土襯砌，僅在干渠前50 m的渠段處采用漿砌塊石襯砌。

5 結語

綜上所述，合順垸重點中型灌區節水配套改造項目的施工質量會對當地的社會經濟、農業產業、自然生態發展產生深刻影響。在進行灌區節水改造時，保證骨干工程施工質量和水渠工程穩定運行至關重要。從現實角度來看，灌區節水改造環節的渠堤邊坡穩定性受多方面因素影響，在進行維穩設計時應進行綜合考量，保證渠道縱坡、橫斷面以及襯砌的設計合理性。