淺析稀水地區(qū)河道生態(tài)治理中的防滲技術(shù)措施

鄧 茜，謝玲璐，楊 帆

（1.中國電建集團(tuán)華東勘測設(shè)計研究院有限公司，杭州 311122；2.水利部農(nóng)村電氣化研究所；3.杭州亞太建設(shè)監(jiān)理咨詢有限公司，杭州 310012）

近年來，隨著國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和人民生活水平的提高，河道治理工程在滿足防洪排澇等基本功能的同時，也逐步向生態(tài)河道的方向發(fā)展。對于北方稀水地區(qū)，水資源缺乏，河道常年干涸，自然生態(tài)和水環(huán)境較差，往往需要通過工程措施來實現(xiàn)河道水生態(tài)修復(fù)和水環(huán)境改善，滿足人民對居住環(huán)境提高的要求。

在對稀水地區(qū)河道進(jìn)行生態(tài)治理時，為防止河道耗水量過大，人們通常會對河床采取防滲處理。傳統(tǒng)的防滲技術(shù)多為硬質(zhì)化的襯砌結(jié)構(gòu)，這種方法會隔斷水的自然循環(huán)，使之無法與防滲層下面的部分進(jìn)行物質(zhì)、能量交換，導(dǎo)致河湖水徹底變成死水，降低水的自凈能力，導(dǎo)致富營養(yǎng)化，水質(zhì)惡化[1]。因此，本文首先分析了防滲措施的防滲性、耐久性和經(jīng)濟(jì)性，然后探討符合河道生態(tài)設(shè)計理念的防滲方案，為河道生態(tài)治理中防滲設(shè)計方案的制定與實施提供參考。

1 工程概況

君趙村位于河南省周口市太康縣，村莊的主要水源為李貫河。李貫河為季節(jié)性河流，降雨年內(nèi)分配不均，主要集中在汛期（6-9月），汛期降雨量至少占年降雨量的60%，導(dǎo)致李貫河全年大部分時間處于干涸狀態(tài)，自然生態(tài)和水環(huán)境均較差。當(dāng)前，當(dāng)?shù)丶毙鑼嵤┖拥郎鷳B(tài)治理工程，實現(xiàn)保障水安全、修復(fù)水環(huán)境、打造水景觀和改善居住環(huán)境的目標(biāo)。

工程結(jié)合河道生態(tài)景觀需要，建設(shè)蓄水設(shè)施，截留上游來水，利用污水處理廠和尾水濕地對生活污水進(jìn)行凈化，同時以此為水源對河道進(jìn)行生態(tài)補(bǔ)水，形成景觀水面，保持河流在非汛期的自然形態(tài)和水生態(tài)特性。

2 河道現(xiàn)狀滲漏量計算

工程區(qū)域內(nèi)河道耗水因素主要為蒸發(fā)損失、滲漏損失和綠化灌溉耗水，污水處理廠運行后，其補(bǔ)水水源為污水處理廠尾水及降水。水體多年平均月蒸發(fā)量為9 199 m3/月，多年平均降雨量為4 430 m3/月，綠化灌溉量為3 000 m3/月，污水廠尾水補(bǔ)水量為17 370 m3/月，在此條件下，河道最大可允許滲漏量為7 381 m3/月，日平均滲漏量為246 m3/d。

河床多含粉土、粉細(xì)砂層，屬于中等透水，根據(jù)《水工設(shè)計手冊（第八卷）：灌區(qū)建筑物》，渠道的水量損失估算按維杰爾尼科夫公式進(jìn)行計算[2]。

式中，S為每千米渠道上的輸水損失量，m3/（s·km）；B為渠道水面寬度，m；h為渠道水深，m；Kθ為河底以下土層的滲透系數(shù)，取0.067 m/d；ki為第一類完全橢圓積分的比值，按照邊坡系數(shù)查表獲取。

通過計算可得，現(xiàn)狀河道滲漏總量為Q=2 778+5 235=8 013 m3/d＞Q允=246 m3/d。李貫河為季節(jié)性河道，平時上游來水較少，為防止河道蓄水后的滲漏量過大，人們需對河床進(jìn)行防滲處理。

3 防滲方案比較

防滲處理措施一般有混凝土襯砌、漿砌塊石襯砌、瀝青混凝土襯砌、土工膜防滲和黏土夯實防滲等。考慮河道景觀、生態(tài)性的要求，防滲設(shè)計主要對HDPE防滲土工膜、膨潤土防水毯和黏土防滲三種方案進(jìn)行對比。

3.1 HDPE防滲土工膜

HDPE防滲土工膜是以（中）高密度聚乙烯樹脂為原料生產(chǎn)的一種防水阻隔型材料[3]。HDPE防滲土工膜具有以下優(yōu)勢。一是防滲性能好。HDPE防滲土工膜采用優(yōu)質(zhì)的高密度聚乙烯原生樹脂，具有高分子密度，液體滲透性極低，防滲透效果極佳[4]。二是運輸方便。HDPE防滲土工膜質(zhì)量輕，成品呈卷狀，便于現(xiàn)場鋪設(shè)，有很高的靈活性，可滿足不同施工場地的需求。三是強(qiáng)度高、彈性好。HDPE防滲土工膜具有高強(qiáng)抗拉伸機(jī)械性，擁有優(yōu)良的彈性和強(qiáng)變形能力，非常適用于膨脹或收縮基面，可有效克服基面的不均勻沉降，滲透系數(shù)K≤1.0×10-12cm/s。

由于防水性能較好，HDPE防滲土工膜隔絕了河道水體與地下水的交換與相互調(diào)節(jié)，其生態(tài)性較差。另外，土工膜鋪設(shè)之前對基面需進(jìn)行嚴(yán)格清理，避免堅硬物體刺破土工膜，影響其防滲性能，并且防滲膜接縫需要焊接，其施工要求較高。

方案一的具體內(nèi)容為：河底及擋墻背側(cè)鋪設(shè)1.0 mm厚HDPE防滲膜，上下分別鋪設(shè)300 g/m2的無紡?fù)凉げ?。為保持河道景觀效果和保護(hù)防滲膜，在土工布上進(jìn)行30 cm厚的土方回填壓實。

3.2 膨潤土防水毯

膨潤土防水毯是一種將高膨脹性的鈉基膨潤土填充在特制的復(fù)合土工布和無紡布之間的防滲材料。人們采用特殊針刺技術(shù)，將高鈉基膨潤土均勻地織在兩層土工織物之間，形成一種毯狀防滲材料。膨潤土防水毯的防滲是指材料中間的膨潤土吸水后，在上下兩層土工織物及回填保護(hù)層的壓力下，夾封局限在一定的空間內(nèi)并膨脹，從而形成緊密的膠凝體，以此達(dá)到止水防滲的作用[5]。

膨潤土防水毯具有以下應(yīng)用優(yōu)勢。一是密實性。鈉基膨潤土在水壓狀態(tài)下形成高密度橫膈膜，當(dāng)厚度約為6 mm時，它的滲透系數(shù)可達(dá)1.0×10-11cm/s，相當(dāng)于1 m厚度壓實黏土的密實度，具有很強(qiáng)的自保水性能[6]。二是施工簡便，工期短。和其他防水材料比較，施工相對簡單，不需要加熱和粘貼，只需用膨潤土粉末和釘子、墊圈等進(jìn)行連接和固定。施工后不需要特別檢查，如果發(fā)現(xiàn)防水缺陷，其維修容易，相對其他防水材料，工期較短。三是抗脹凍性能較好。在寒冷氣候條件下，膨潤土防水毯也不會脆斷。四是綠色環(huán)保。膨潤土為天然無機(jī)材料，對人體無害無毒，對環(huán)境不會造成破壞，具有良好的環(huán)保性能。

方案二的具體內(nèi)容為：河底鋪設(shè)膨潤土防水毯，在防水毯上進(jìn)行30 cm厚的土方回填壓實。

3.3 黏土防滲

黏土屬于自然防滲材料，采用后，河道水體與地下水能進(jìn)行交換與相互調(diào)節(jié)，不會影響河道水生態(tài)環(huán)境。但其防滲性不如HDPE土工膜及膨潤土防水毯，優(yōu)質(zhì)黏土的滲透系數(shù)一般在1×10-5～1×10-6cm/s，其滲透性還受施工質(zhì)量影響，若壓實度不夠，其防滲性也會減弱。另外，其土方工程量大，工期較長。

方案三的具體內(nèi)容為：河底鋪設(shè)160 cm厚的黏土并壓實。

三種方案的對比如表1所示。一是從防滲性來看，三種方案滲漏量均小于河道允許滲漏量246 m3/d，由計算結(jié)果知方案一最好，方案二次之，方案三滲漏量最大；二是從投資來看，方案二最少，方案一次之，方案三最大；三是從生態(tài)性來看，方案三的生態(tài)性高于方案一和方案二；四是從耐久性來看，方案一耐久性較好，方案二、方案三次之；五是從施工來看，方案二施工最簡便，工期短；方案一施工要求較高，接縫需要焊接，工藝較其他兩種復(fù)雜；方案三工程量較大，工期長。

表1 方案對比

4 結(jié)語

通過對HDPE土工膜、膨潤土防水毯、黏土防滲三種不同防滲方案進(jìn)行對比分析，本文以允許滲漏量為出發(fā)點，探討了每種方案的防滲性、投資、生態(tài)、施工難易程度，并計算了防滲處理后的滲漏量。防滲技術(shù)措施的分析與研究在河道生態(tài)治理工程中具有重要意義，尤其是對于稀水地區(qū)的河道，水源保證和水量維持是河道水生態(tài)水環(huán)境改善的關(guān)鍵因素。關(guān)于防滲技術(shù)措施的研究與應(yīng)用，人們需重點關(guān)注以下幾方面：水體與土體能自由交換，具備生物與微生物生存所需的自然條件；水體具有一定的自凈能力，能營造和維持水生態(tài)環(huán)境，確保水生態(tài)系統(tǒng)平衡；要保證防滲效果，結(jié)構(gòu)滲透系數(shù)較小，滿足允許滲漏量的要求；計算滲漏量采用的滲透系數(shù)均為理論數(shù)值，防滲結(jié)構(gòu)的實際滲透系數(shù)和滲漏量建議進(jìn)行試驗論證。