水田灌區混凝土渠道生態改造技術探究

陳科巨 蔡其成 王興華

（無錫市水利設計研究院有限公司 江蘇無錫 214023）

引言

我國混凝土襯砌技術推廣十分迅速，但是隨著我國經濟、社會、文化綜合發展，而單一混凝土襯砌與土渠相比，雖然很大程度上提高了輸水效率，但對于生態環境的破壞是十分嚴重的，無論在枯水期還是汛期，水中動植物都是無法生存的，尤其是在河岸生活的兩棲動物，在坡度較陡的混凝土襯砌的渠道中更難以生存，水中生物群落較襯砌之前大量減少，對周圍的生態環境破壞極大，使渠道水自凈能力下降，所以未來對混凝土渠道進行生態化改造有很大的可發展空間。

1 混凝土襯砌渠道的利弊

混凝土襯砌渠道具有節水、堅固、美觀、運行安全、管理方便等優點，極大地促進了農田灌溉的節水和增效。

但是，許多地方興建混凝土襯砌渠道主要注重于提高灌溉效率，忽視了渠道自身的生態問題。用混凝土襯砌將渠道封閉后，渠中的生物和微生物由于失去了賴以生存的環境而難以存活，渠道的自凈能力找到了破壞；各種植物也難以在堅硬的混凝土坡面上生長，各種水生生物也因失去了生存環境而無法生存；尤其是混凝土面較為光滑，不利于水生動物生存和行走，在炎炎烈日的暴曬下混凝土襯砌渠道也成了蛙、蛇等爬行動物死亡之地。整個渠道的生態功能因一層堅硬的護砌結構而缺失，渠道生態系統遭到了破壞。

除此之外，在地下水質較好的地區，渠道襯砌后，切斷了地下水的補給途徑，往往造成地下水位降低，對井灌以及當地居民生活用水產生了不利影響。

2 混凝土襯砌渠道生態處理方案

對混凝土襯砌渠道進行生態處理，是在渠道防滲節水的前提下恢復襯砌渠道的生態功能，通過生態措施使之在生態保護方面科學做到在節水上可行，在造價上合理，在灌溉運行中實用?；炷烈r砌渠道生態處理是在常規混凝土襯砌渠道的基礎上獎勵渠道立體的生態空間。其方案就是在混凝土襯砌渠道中設置專門的生態帶，形成類似于土渠的生態區域，便于動植物生存，恢復渠道的生態自凈能力；在渠道內開辟與外界相連的生態通道，便于水生動物行走，還原渠道的生機。

2.1 植生型防滲砌塊技術

對干旱性和半干旱地區渠道，一方面要考慮下滲引起的水資源損失，必須時要對渠道進行不透水性全襯砌；另一方面也要創造適宜的水生生物生存環境，維持渠道內的生態系統完整性，并保持一定的自凈能力。

植生型防滲砌塊技術可以較好地解決這一矛盾，它由不透水的混凝土塊體和供水生植物生長的“井”形無砂混凝土框格組成，如圖1所示。無砂混凝土是由大粒徑的粗骨料、水泥和水配置而成的混凝土。由于水泥漿不起填充作用，只是包裹在石子表面將石子膠結成大孔結構的整塊混凝土結構，因此，它具有孔隙多、透水性大、抗變形能力好的特點?？紫抖唷⑼杆源笥欣谥参锏纳L發育。在對河道進行防滲襯砌時，砌塊之間通過凸塊和凹槽的聯結緊密地排列于河床底部，可以有效地防止滲漏；“井”形無砂混凝土框格中填土，種植適宜的水生植物，水生植物的生長也為其他微生物提供了生長環境，構成的水生生物系統還可以吸收降解水體中的污染物質，提高水體的自凈能力。

圖1 植生型防滲砌塊結構效果

2.2 生態固土護坡技術

渠道生態固土主要是生態護坡技術。生態護坡技術國外研究的相對較早也較成熟。近幾年由于科技的進步與理念的更新，國內的此類技術也有了不錯的發展。生態固土設計原則首先就是要保證渠道的水力穩定性，原混凝土渠道中水流流速一般較快，有些渠道水流流速超過了生態護面允許水流流速的上限，所以，除了限制流速外，對生態護面進行固土防沖設計就十分必要。應在坡腳處設計混凝土埂，厚度與生態護面厚度一致；若流速過快，在渠道縱向設計混凝土埂，厚度與生態護面一致，混凝土埂的縱向間距由實際渠道水流流速決定。其次，要保證渠道對周圍生態環境干擾較小或是起到積極方面的作用，在渠坡上種植兩棲植物，以達到生態固土的目的，并通過不同的兩棲植物進行合理的生態配置，盡量多地采用當地對土壤要求低、壽命長、抗蟲害能力強、維護成本低的兩棲植物，且營造喬、灌、草結合的局部立體生態空間，增加渠道物種多樣性，若引進外來植物，要做好充足的調查工作，以免對當地植物形成物種入侵。兩棲植物主要有野稻、香蒲、蘆葦、水毛莨、慈姑等。根據種植兩棲植物種類的不同，可以增加渠道邊坡面生態護面的厚度。

生態護坡以保護和創造良好的生物生存環境與自然景觀為前提，在保證坡體強度、安全穩固性和耐久性能的同時，兼顧水利工程環境效應和生物效應，以達到一種土體和生物相互涵養，適合生物生長的自然狀態，如圖2所示。生態擴坡具有一定的開放性，能保護生物的多樣性，較少改變河道生物棲息環境，生態護坡材料以環保材料為主，多數為天然材料，對環境污染小。從一定程度上說，用作生物護坡的植被根系具有一定的錨固加筋作用，能夠有效降低坡體孔隙水壓力，緩解降雨徑流，防止水土流失，改善坡體環境的護坡功能。

圖2 生態固土護坡示意圖

2.3 生態工程在提高渠道水自凈能力的應用

鑒于我國工業廢水排放標準，工廠廢水達到Ⅲ類或Ⅳ類水就可排放的實際狀況，有效提高水的自凈能力十分必要。而利用物理和化學的方法進行污水處理對生態環境還是有一定負面影響，尤其是化學方法處理污水，可能發生不易控制的負面效應，所以利用生態工程技術進行污水處理是對整體生態環境最友好的方法，本設計利用的是生態工程中的基于傳統人工浮島技術的新型技術，把可以有效吸收氮、磷、有機物等污染物質的植物放在可在水面漂浮的浮島上，利用植物根系吸收水中的有害物質，以達到增加渠道水自凈能力，為鳥類、兩棲動物等提供棲息地等目的。人工浮島實際上是在水面進行的無土栽培技術的新應用。新型人工浮島技術與傳統人工浮島技術相比可以抵御小風浪，更適合在渠道中應用，為了節約成本，人工浮島一般在距離居民較近或工廠較近的渠段設立，且新型人工浮島技術高效應用了生物接觸氧化法，比傳統技術可更加明顯提高渠道水的自凈能力。新型人工浮島是把具有凈化作用的植物種植在空心竹排上，空心竹排再利用彈性填料固定在渠底，這種人工浮島提高了生物接觸氧化法的利用效率，增加了附著面，以利于生物膜載體中微生物的生長。生物接觸氧化法是以附著在載體上的生物膜為主要手段凈化有機廢水的一種高效水處理工藝，目前在各種廢水的凈化處理方面已經有了較為廣泛的應用。這種新型的人工浮島在去除水中COD、TP、TN的含量上都明顯高于傳統的人工浮島。

3 結語

在現代水利思想的指導下，渠道改造已不僅僅是一項水利工程，而是一項可持續工程，要以水資源的可持續利用帶動城市生態、文化、社會、經濟等各方面的可持續發展，最終促進城市的可持續發展，這就要求創造渠道文化?；炷燎赖纳鷳B改造在當今與今后都是十分必要的任務，本文為混凝土渠道生態改造提供了一種對渠道、渠道水及渠道周圍的立體生態改造方案，且有一定的科學性和可操作性，提高水利用效率，有較高的社會和生態價值。