鐘 華，蘇安雙，劉麗佳，張家陽

(黑龍江省水利科學(xué)研究院，黑龍江 哈爾濱 150080)

1 生態(tài)渠道與傳統(tǒng)渠道優(yōu)勢

農(nóng)業(yè)灌溉離不開輸水工程，傳統(tǒng)渠道，一方面要考慮防止下滲引起的水資源損失，必須要對渠道進(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長環(huán)境，維持渠道內(nèi)的生態(tài)系統(tǒng)完整性，保持一定的自凈能力。生態(tài)渠道相較傳統(tǒng)渠道對生態(tài)系統(tǒng)的保持與改善上，有較大的優(yōu)勢[1]。在一些渠道上應(yīng)用生態(tài)護(hù)坡技術(shù)，尤其是針對一些小型的田間支斗農(nóng)渠道，既節(jié)省工程造價(jià)，又能為水生生物提供洞室、巢穴等生存場所，有利于魚類、蛙類等水生生物的生長，同時(shí)改善渠道內(nèi)的水質(zhì)。

灌區(qū)生態(tài)渠道空間形態(tài)的構(gòu)建主要是經(jīng)過人工改造，滿足輸水要求后，重新營造出接近自然的狀態(tài)，以有利于生物的多樣性[2]。通過生物恢復(fù)與重建技術(shù)，包括利用物種保護(hù)技術(shù)、植物配置技術(shù)、坡面工程技術(shù)、水土保持技術(shù)等，充分利用渠道空間，進(jìn)行生態(tài)修復(fù)重建，依據(jù)當(dāng)?shù)貧夂驐l件、植被組成，因地制宜，與周圍的自然景觀協(xié)調(diào)一直，適應(yīng)自然的營造方式。

1.1 傳統(tǒng)渠道斷面型式構(gòu)建

傳統(tǒng)輸水渠道常用的斷面型式有矩形、梯形、弧形、U形和復(fù)合形斷面，斷面的選擇主要綜合考慮以下幾個(gè)因素：水力條件、抗凍脹性能，輸水輸沙能力[3-4]。

(1)梯形斷面渠道。 渠道大都是采用梯形斷面，此種斷面施工簡單，便于渠道襯砌防護(hù)及后期維護(hù)，但不符合最佳水力斷面，水流條件不是很好，抗凍性能較差，岸坡防護(hù)要求及工程量較大。

(2)U形斷面渠道。 U形渠目前采用底部為半圓形或者弧形，或者底部邊角弧形。目前U形槽產(chǎn)品大量應(yīng)用于渠道中，此種斷面比梯形斷面濕周短、流速快、裂縫少，輸水損失小，混凝土產(chǎn)品渠道占地少，整體性好，抗外力和抗凍脹性能好。

(3)渠道斷面生態(tài)化改建。 主要是改造渠道混凝土硬化覆蓋的邊坡，恢復(fù)邊坡的自然化，為水生生物重建棲息地環(huán)境，增強(qiáng)渠道自然景觀，創(chuàng)造優(yōu)美的緩沖植物帶景觀，提供豐富的自然親水空間。

圖1 生態(tài)型排水溝生態(tài)護(hù)坡示意圖

生態(tài)護(hù)坡一般是在排水溝的兩側(cè)布置蜂窩狀混凝土板，也可直接采用泥質(zhì)溝壁，條件允許或某區(qū)段有防滲要求時(shí)，可在護(hù)坡上布置植生型防滲砌塊，后種植適宜的水生植物，為其中的微生物、小體積動(dòng)物提供適宜的生長環(huán)境，由其構(gòu)成的生態(tài)系統(tǒng)中的微生物還可以吸收、降解、凈化水體中的污染物質(zhì)，對水體的凈化有積極促進(jìn)作用[5-6]。

1.2 渠道生態(tài)護(hù)坡型式構(gòu)建

生態(tài)護(hù)坡是國內(nèi)外都大力提倡和推行的一種生態(tài)型形式，要求在滿足相應(yīng)輸水排水要求的基礎(chǔ)上，重點(diǎn)構(gòu)建能保水透氣、生長植物的生態(tài)防護(hù)平臺(tái)；通過種植花草和喬灌木等形成生態(tài)緩沖帶。當(dāng)前國內(nèi)外用的各種生態(tài)防護(hù)技術(shù)主要有植物防護(hù)、土工新型材料網(wǎng)格、植被型生態(tài)混凝土等[7]。

植物-工程復(fù)合護(hù)坡，是利用工程措施，在坡面構(gòu)建一個(gè)利于植物生長的防護(hù)系統(tǒng)，通過植物的生長活動(dòng)，對邊坡起到加固作用，能有效抑制雨水沖刷及水土流失，從而提高邊坡的穩(wěn)定性和抗沖刷能力。而且可以成功的解決硬化與綠化的矛盾，對于營造生態(tài)景觀、改善生態(tài)環(huán)境，起到了積極的作用。

2 常見生態(tài)渠道構(gòu)建

2.1 渠道生態(tài)護(hù)坡滿足條件

(1)柔性結(jié)構(gòu)。寒冷地區(qū)的江河岸坡在地下水補(bǔ)給充足的情況下，冬季發(fā)生凍脹，春季融沉，護(hù)岸結(jié)構(gòu)(混凝土板或漿砌石等)在被頂起后，有些在融沉?xí)r不能完全回復(fù)原位，在自重或水流作用下，塌落到坡底或被水流沖走，造成了護(hù)岸結(jié)構(gòu)的破壞。另外冬季冰壓力作用也很大，常常將護(hù)砌層壓碎或頂起。柔性護(hù)岸結(jié)構(gòu)可以適應(yīng)基礎(chǔ)的凍脹融沉或冰排的擠壓引起的變形，而不會(huì)輕易被破壞[8]。

(2)整體性好。護(hù)岸的破壞有時(shí)是因?yàn)榫植康钠茐膶?dǎo)致整體的失穩(wěn)。因此，整體性好的護(hù)岸結(jié)構(gòu)，在局部破壞的情況下，其他單元仍然可以正常工作。

(3)多孔隙。混凝土板、漿砌石等硬質(zhì)護(hù)岸結(jié)構(gòu)不具有生態(tài)效應(yīng)和景觀效應(yīng)的一個(gè)重要原因是，這樣的光面結(jié)構(gòu)使土壤無法存留，進(jìn)而無法生長植物，動(dòng)物沒有隱蔽的環(huán)境和多樣的流速環(huán)境而無法生存和繁衍。多孔隙的結(jié)構(gòu)就可以滿足這樣的要求?？紫吨锌梢粤舸嫱寥拦┲参锷L，水下的孔隙可以為動(dòng)物提供隱蔽的環(huán)境和較小的流速，滿足魚類等動(dòng)物的生存繁衍要求。

(4)透水結(jié)構(gòu)。硬質(zhì)護(hù)岸不透水，阻礙了堤岸內(nèi)外的水和營養(yǎng)物質(zhì)的交換，隔斷了動(dòng)物遷徙的通道。生態(tài)護(hù)岸應(yīng)該具有透水的特點(diǎn)。同時(shí)提高了水質(zhì)、達(dá)到了初步凈化的效果。

(5)材料環(huán)保?；炷潦菈A性材料，他的存在改變了局部水的酸堿度，不利于動(dòng)植物的生存。另外，鋼筋、水泥等的生產(chǎn)從取料到生產(chǎn)過程都破壞了自然環(huán)境。生態(tài)護(hù)岸要求盡量使用天然材料，這樣可以使工程結(jié)構(gòu)與自然能很好的融為一體，也避免因獲取建筑材料而破壞環(huán)境。

(6)抗凍融破壞能力強(qiáng)。護(hù)岸結(jié)構(gòu)要與水接觸，水在負(fù)溫時(shí)凍結(jié)成冰，在正溫時(shí)融化，冬季要經(jīng)歷一次或多次凍融循環(huán)，這就要求護(hù)岸材料要有很強(qiáng)的抗凍融破壞能力。

2.2 常見生態(tài)渠道型式

(1)雷諾護(hù)墊填塊石土種草。 將雷諾護(hù)墊做成長方體狀，內(nèi)填入塊石，放在護(hù)岸的護(hù)腳處，保護(hù)護(hù)岸結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定。結(jié)構(gòu)簡單，施工方便，造價(jià)較低，親近自然，在水下時(shí)，能為魚類等水生動(dòng)物及微生物等提供生存繁衍環(huán)境。

(2)無砂混凝土護(hù)坡覆土。 無砂混凝土具有與其它種類混凝土所不同的特點(diǎn)：容重小，水的毛細(xì)現(xiàn)象不顯著，透水性大，水泥用量少，施工簡單等等。與其它透水性土工材料相比，無砂混凝土又具有混凝土所具備的造型方便、堅(jiān)固耐久等優(yōu)越性。在其上覆蓋種植土，可以進(jìn)行植草綠化處理，景觀效應(yīng)良好[9]。

(3)混凝土與塊石結(jié)合。 有表面不填縫漿砌塊石，渠底與護(hù)岸采用漿砌塊石，或者常水位以下為混凝土襯砌，而常水位以上石頭的外側(cè)縫隙不填砂漿，營造面粗糙及多孔質(zhì)空間環(huán)境。

(4)拋石填土種草。 在岸坡坡腳處拋石，填土密實(shí)縫隙，土厚不少于20cm，土上播撒草籽，塊石空隙扦插活體柳樹樁穿透拋石至土體?？蓡为?dú)加固坡腳，也可配合護(hù)坡工程?；铙w柳樹樁成活后，根系可固土，樹冠可消浪促淤，植草可固土并美化環(huán)境。

(5)土工格柵填塊石土種草。 將土工格柵做成長方體狀，內(nèi)填入塊石，放在護(hù)岸的護(hù)腳處，保護(hù)護(hù)岸結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定。結(jié)構(gòu)簡單，施工方便，造價(jià)較低，親近自然，在水下時(shí)，能為魚類等水生動(dòng)物及微生物等提供生存繁衍環(huán)境。

(6)格賓結(jié)構(gòu)擋土墻。 用格賓網(wǎng)箱疊砌成擋墻，網(wǎng)箱內(nèi)可填充塊石、河卵石等。網(wǎng)箱之間壓活體柳條或網(wǎng)箱內(nèi)插柳條，柳樹成活后，根系可固土，樹冠可消浪并綠化環(huán)境。經(jīng)計(jì)算，當(dāng)擋墻本身不夠穩(wěn)定時(shí)，可在墻后用格賓網(wǎng)加筋。結(jié)構(gòu)簡單，施工快捷。透水結(jié)構(gòu)，墻后無水壓力，不需設(shè)排水。柔性結(jié)構(gòu)，能很好地適應(yīng)基礎(chǔ)變形，抵抗震動(dòng)破壞。多孔隙結(jié)構(gòu)，可為動(dòng)植物提供生存環(huán)境。耐腐蝕，可作為永久工程。整體性好，各單元結(jié)構(gòu)可聯(lián)合抵抗較大的破壞荷載。

3 生態(tài)渠道與傳統(tǒng)型渠道的經(jīng)濟(jì)指標(biāo)評(píng)價(jià)

將傳統(tǒng)渠道襯砌與生態(tài)渠道襯砌比較，將建設(shè)費(fèi)用、輸水效率、設(shè)計(jì)年限、維修費(fèi)等成本按照壽命周期費(fèi)用進(jìn)行計(jì)算，將傳統(tǒng)渠道與生態(tài)渠道襯砌的工程造價(jià)及后期維護(hù)費(fèi)用進(jìn)行評(píng)價(jià)，統(tǒng)計(jì)結(jié)果見表1。

表1 傳統(tǒng)渠道襯砌與生態(tài)渠道襯砌比較

通過調(diào)查顯示單位面積的預(yù)制混凝土護(hù)坡成本約為50～80元/m2，生態(tài)植被護(hù)坡約為75元/m2,透水混凝土襯砌成本約為70～90元/m2，蜂巢格室襯砌造價(jià)約為35～65元/m2，石籠襯砌造價(jià)約為30～40 元/m2,其中草皮襯砌與石籠襯砌造價(jià)相對較低。但如果將建設(shè)費(fèi)用加上設(shè)計(jì)年限周期內(nèi)的維修費(fèi)用作為總造價(jià)費(fèi)用來看，透水混凝土塊的綜合造價(jià)費(fèi)用最低。從這幾種常見的襯砌結(jié)構(gòu)的綜合對比發(fā)現(xiàn)，生態(tài)型渠道透水混凝土塊襯砌的輸配水效率較高，對有效利用水資源，提高灌溉效率，具有積極作用。

混凝土由于表面堅(jiān)硬，可以有效的避免機(jī)械破壞。混凝土結(jié)構(gòu)維修方便。主要的缺點(diǎn)是預(yù)制混凝土板間容易產(chǎn)生裂縫，導(dǎo)致其長期效率隨著使用年限的增加而降低。

草皮護(hù)坡應(yīng)用在渠道上，生態(tài)效果較好，有利于周圍生物的宜生性與多樣性，缺點(diǎn)是受草皮植物的生長周期約束及渠道通水周期的限制，草皮護(hù)坡受自然條件影響較大。每年的維修費(fèi)用較高。

石籠護(hù)坡整體性和抗沖刷性較好，固土效果較好，還具有較好的涵水性和透水性，能夠減小坡岸徑流流速，截留懸浮物質(zhì)，具有較強(qiáng)的排水性能。鉛絲石籠受紫外線照射及風(fēng)雨侵蝕，鉛絲連接處等薄弱環(huán)節(jié)易隨時(shí)間增長，侵蝕加劇，不能有效約束籠內(nèi)礫石，隨著水流沖刷，石籠內(nèi)的石子易滲出，逐年掏空。

透水混凝土鉸接塊護(hù)坡具有較高的抗沖刷能力和穩(wěn)定性，與綠化完美結(jié)合，具有較好的涵水性和透水率，有助于凈化水質(zhì)，截留懸浮物質(zhì)。護(hù)坡其整體性較好，抗水流沖刷效果好，具有較高的穩(wěn)定性能，施工方便快捷，工程質(zhì)量便于控制，耐久性好。綜合經(jīng)濟(jì)成本(包括建設(shè)費(fèi)用與后期維護(hù)費(fèi)用)較低。

4 結(jié) 論

文中對生態(tài)型渠道與傳統(tǒng)渠道從構(gòu)建、型式、材料、結(jié)構(gòu)、經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)等方面進(jìn)行了對比，發(fā)現(xiàn)，生態(tài)型渠道在寒區(qū)的應(yīng)用過程中，既能提高輸水效率，同時(shí)能保證渠道生態(tài)系統(tǒng)的完整性，適宜生物生長，且從建設(shè)到維修過程都體現(xiàn)了經(jīng)久耐用的特點(diǎn)。是綜合優(yōu)勢很高的新型渠道結(jié)構(gòu)。