水田灌區(qū)混凝土渠道生態(tài)改造技術(shù)探究

陳科巨 蔡其成 王興華

（無(wú)錫市水利設(shè)計(jì)研究院有限公司 江蘇無(wú)錫 214023）

引言

我國(guó)混凝土襯砌技術(shù)推廣十分迅速，但是隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)、社會(huì)、文化綜合發(fā)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(duì)于生態(tài)環(huán)境的破壞是十分嚴(yán)重的，無(wú)論在枯水期還是汛期，水中動(dòng)植物都是無(wú)法生存的，尤其是在河岸生活的兩棲動(dòng)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(duì)周?chē)纳鷳B(tài)環(huán)境破壞極大，使渠道水自?xún)裟芰ο陆?，所以未?lái)對(duì)混凝土渠道進(jìn)行生態(tài)化改造有很大的可發(fā)展空間。

1 混凝土襯砌渠道的利弊

混凝土襯砌渠道具有節(jié)水、堅(jiān)固、美觀、運(yùn)行安全、管理方便等優(yōu)點(diǎn)，極大地促進(jìn)了農(nóng)田灌溉的節(jié)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(tài)問(wèn)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(lài)以生存的環(huán)境而難以存活，渠道的自?xún)裟芰φ业搅似茐?；各種植物也難以在堅(jiān)硬的混凝土坡面上生長(zhǎng)，各種水生生物也因失去了生存環(huán)境而無(wú)法生存；尤其是混凝土面較為光滑，不利于水生動(dòng)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(dòng)物死亡之地。整個(gè)渠道的生態(tài)功能因一層堅(jiān)硬的護(hù)砌結(jié)構(gòu)而缺失，渠道生態(tài)系統(tǒng)遭到了破壞。

除此之外，在地下水質(zhì)較好的地區(qū)，渠道襯砌后，切斷了地下水的補(bǔ)給途徑，往往造成地下水位降低，對(duì)井灌以及當(dāng)?shù)鼐用裆钣盟a(chǎn)生了不利影響。

2 混凝土襯砌渠道生態(tài)處理方案

對(duì)混凝土襯砌渠道進(jìn)行生態(tài)處理，是在渠道防滲節(jié)水的前提下恢復(fù)襯砌渠道的生態(tài)功能，通過(guò)生態(tài)措施使之在生態(tài)保護(hù)方面科學(xué)做到在節(jié)水上可行，在造價(jià)上合理，在灌溉運(yùn)行中實(shí)用?；炷烈r砌渠道生態(tài)處理是在常規(guī)混凝土襯砌渠道的基礎(chǔ)上獎(jiǎng)勵(lì)渠道立體的生態(tài)空間。其方案就是在混凝土襯砌渠道中設(shè)置專(zhuān)門(mén)的生態(tài)帶，形成類(lèi)似于土渠的生態(tài)區(qū)域，便于動(dòng)植物生存，恢復(fù)渠道的生態(tài)自?xún)裟芰?；在渠道?nèi)開(kāi)辟與外界相連的生態(tài)通道，便于水生動(dòng)物行走，還原渠道的生機(jī)。

2.1 植生型防滲砌塊技術(shù)

對(duì)干旱性和半干旱地區(qū)渠道，一方面要考慮下滲引起的水資源損失，必須時(shí)要對(duì)渠道進(jìn)行不透水性全襯砌；另一方面也要?jiǎng)?chuàng)造適宜的水生生物生存環(huán)境，維持渠道內(nèi)的生態(tài)系統(tǒng)完整性，并保持一定的自?xún)裟芰Α?/p>

植生型防滲砌塊技術(shù)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(zhǎng)的“井”形無(wú)砂混凝土框格組成，如圖1所示。無(wú)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(jié)成大孔結(jié)構(gòu)的整塊混凝土結(jié)構(gòu)，因此，它具有孔隙多、透水性大、抗變形能力好的特點(diǎn)?？紫抖?、透水性大有利于植物的生長(zhǎng)發(fā)育。在對(duì)河道進(jìn)行防滲襯砌時(shí)，砌塊之間通過(guò)凸塊和凹槽的聯(lián)結(jié)緊密地排列于河床底部，可以有效地防止?jié)B漏；“井”形無(wú)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(zhǎng)也為其他微生物提供了生長(zhǎng)環(huán)境，構(gòu)成的水生生物系統(tǒng)還可以吸收降解水體中的污染物質(zhì)，提高水體的自?xún)裟芰Α?/p>

圖1 植生型防滲砌塊結(jié)構(gòu)效果

2.2 生態(tài)固土護(hù)坡技術(shù)

渠道生態(tài)固土主要是生態(tài)護(hù)坡技術(shù)。生態(tài)護(hù)坡技術(shù)國(guó)外研究的相對(duì)較早也較成熟。近幾年由于科技的進(jìn)步與理念的更新，國(guó)內(nèi)的此類(lèi)技術(shù)也有了不錯(cuò)的發(fā)展。生態(tài)固土設(shè)計(jì)原則首先就是要保證渠道的水力穩(wěn)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(guò)了生態(tài)護(hù)面允許水流流速的上限，所以，除了限制流速外，對(duì)生態(tài)護(hù)面進(jìn)行固土防沖設(shè)計(jì)就十分必要。應(yīng)在坡腳處設(shè)計(jì)混凝土埂，厚度與生態(tài)護(hù)面厚度一致；若流速過(guò)快，在渠道縱向設(shè)計(jì)混凝土埂，厚度與生態(tài)護(hù)面一致，混凝土埂的縱向間距由實(shí)際渠道水流流速?zèng)Q定。其次，要保證渠道對(duì)周?chē)鷳B(tài)環(huán)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(dá)到生態(tài)固土的目的，并通過(guò)不同的兩棲植物進(jìn)行合理的生態(tài)配置，盡量多地采用當(dāng)?shù)貙?duì)土壤要求低、壽命長(zhǎng)、抗蟲(chóng)害能力強(qiáng)、維護(hù)成本低的兩棲植物，且營(yíng)造喬、灌、草結(jié)合的局部立體生態(tài)空間，增加渠道物種多樣性，若引進(jìn)外來(lái)植物，要做好充足的調(diào)查工作，以免對(duì)當(dāng)?shù)刂参镄纬晌锓N入侵。兩棲植物主要有野稻、香蒲、蘆葦、水毛莨、慈姑等。根據(jù)種植兩棲植物種類(lèi)的不同，可以增加渠道邊坡面生態(tài)護(hù)面的厚度。

生態(tài)護(hù)坡以保護(hù)和創(chuàng)造良好的生物生存環(huán)境與自然景觀為前提，在保證坡體強(qiáng)度、安全穩(wěn)固性和耐久性能的同時(shí)，兼顧水利工程環(huán)境效應(yīng)和生物效應(yīng)，以達(dá)到一種土體和生物相互涵養(yǎng)，適合生物生長(zhǎng)的自然狀態(tài)，如圖2所示。生態(tài)擴(kuò)坡具有一定的開(kāi)放性，能保護(hù)生物的多樣性，較少改變河道生物棲息環(huán)境，生態(tài)護(hù)坡材料以環(huán)保材料為主，多數(shù)為天然材料，對(duì)環(huán)境污染小。從一定程度上說(shuō)，用作生物護(hù)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(huán)境的護(hù)坡功能。

圖2 生態(tài)固土護(hù)坡示意圖

2.3 生態(tài)工程在提高渠道水自?xún)裟芰Φ膽?yīng)用

鑒于我國(guó)工業(yè)廢水排放標(biāo)準(zhǔn)，工廠廢水達(dá)到Ⅲ類(lèi)或Ⅳ類(lèi)水就可排放的實(shí)際狀況，有效提高水的自?xún)裟芰κ直匾?。而利用物理和化學(xué)的方法進(jìn)行污水處理對(duì)生態(tài)環(huán)境還是有一定負(fù)面影響，尤其是化學(xué)方法處理污水，可能發(fā)生不易控制的負(fù)面效應(yīng)，所以利用生態(tài)工程技術(shù)進(jìn)行污水處理是對(duì)整體生態(tài)環(huán)境最友好的方法，本設(shè)計(jì)利用的是生態(tài)工程中的基于傳統(tǒng)人工浮島技術(shù)的新型技術(shù)，把可以有效吸收氮、磷、有機(jī)物等污染物質(zhì)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(zhì)，以達(dá)到增加渠道水自?xún)裟芰?，為鳥(niǎo)類(lèi)、兩棲動(dòng)物等提供棲息地等目的。人工浮島實(shí)際上是在水面進(jìn)行的無(wú)土栽培技術(shù)的新應(yīng)用。新型人工浮島技術(shù)與傳統(tǒng)人工浮島技術(shù)相比可以抵御小風(fēng)浪，更適合在渠道中應(yīng)用，為了節(jié)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(shè)立，且新型人工浮島技術(shù)高效應(yīng)用了生物接觸氧化法，比傳統(tǒng)技術(shù)可更加明顯提高渠道水的自?xún)裟芰?。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(zhǎng)。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(jī)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(jīng)有了較為廣泛的應(yīng)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(tǒng)的人工浮島。

3 結(jié)語(yǔ)

在現(xiàn)代水利思想的指導(dǎo)下，渠道改造已不僅僅是一項(xiàng)水利工程，而是一項(xiàng)可持續(xù)工程，要以水資源的可持續(xù)利用帶動(dòng)城市生態(tài)、文化、社會(huì)、經(jīng)濟(jì)等各方面的可持續(xù)發(fā)展，最終促進(jìn)城市的可持續(xù)發(fā)展，這就要求創(chuàng)造渠道文化?；炷燎赖纳鷳B(tài)改造在當(dāng)今與今后都是十分必要的任務(wù)，本文為混凝土渠道生態(tài)改造提供了一種對(duì)渠道、渠道水及渠道周?chē)牧Ⅲw生態(tài)改造方案，且有一定的科學(xué)性和可操作性，提高水利用效率，有較高的社會(huì)和生態(tài)價(jià)值。