嚴(yán)后山，韋富瀛

（荊州市水利水電勘測設(shè)計院，湖北荊州 434020）

0 引言

灌區(qū)在我國農(nóng)業(yè)農(nóng)村發(fā)展中扮演著重要角色，近年來灌區(qū)的發(fā)展方向逐漸朝著節(jié)能環(huán)保和綠色智慧轉(zhuǎn)型，使得節(jié)水配套改造項目的數(shù)量不斷增多。在實際施工環(huán)節(jié)，提高節(jié)水配套改造項目的施工可靠性是增強(qiáng)灌區(qū)可持續(xù)發(fā)展能力的基礎(chǔ)，而在這一環(huán)節(jié)增強(qiáng)渠堤邊坡穩(wěn)定性至關(guān)重要。因此，深入研究灌區(qū)節(jié)水配套改造項目的渠堤邊坡穩(wěn)定問題十分必要。

1 合順垸重點中型灌區(qū)節(jié)水配套改造項目概述

灌區(qū)屬于半人工的生態(tài)系統(tǒng)，是我國農(nóng)業(yè)發(fā)展過程中的重要技術(shù)產(chǎn)物，主要包括水庫、渠道、田地、作物4個部分。按照行業(yè)規(guī)定，灌區(qū)屬于水利設(shè)施，可按面積大小分為不同等級。目前，大型灌區(qū)的面積都在20 000 hm2以上，中型灌區(qū)面積為667~20 000 hm2，小型灌區(qū)面積在667 hm2以下。合順垸重點中型灌區(qū)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(qū)水源主要來自松滋西河和老洈水河。該灌區(qū)在兩條河流的基礎(chǔ)上，建成以“9干+12支+83涵閘+5倒虹吸+78機(jī)耕橋”為主的灌排渠道系統(tǒng)工程，可有效完成平原湖區(qū)農(nóng)田灌溉任務(wù)。合順垸重點中型灌區(qū)涉及17個行政村、275個村民小組，2個居委會，總?cè)丝?.7萬人。灌區(qū)內(nèi)的主要糧食作物是水稻和小麥，經(jīng)濟(jì)作物是油菜，棉花、蔬菜、瓜果等各項農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)量較高，當(dāng)?shù)剞r(nóng)民的人均純收入可達(dá)17 800元/年。為響應(yīng)2011年的中央1號文件號召，實現(xiàn)“2020年底基本完成重點中型灌區(qū)節(jié)水配套改造任務(wù)”的目標(biāo)，該灌區(qū)的節(jié)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(qū)的大部分工程在20世紀(jì)60—70年代完工，經(jīng)過多年使用后灌區(qū)內(nèi)普遍存在嚴(yán)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(xiàn)有工程的完好率低于50%，嚴(yán)重影響了灌溉能力和效益。目前，合順垸重點中型灌區(qū)骨干工程存在水源取水不足的情況，引水量無法滿足現(xiàn)實需求；此外，該灌區(qū)還存在渠道嚴(yán)重淤塞、渠系建筑物嚴(yán)重?fù)p毀、田間配套設(shè)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(qū)節(jié)水配套改造施工內(nèi)容如表1所示。

圖1 攔淤閘進(jìn)口損毀

表1 合順垸重點中型灌區(qū)節(jié)水配套改造施工內(nèi)容

2 灌區(qū)節(jié)水配套改造項目的建設(shè)價值

2.1 改造作用

合順垸重點中型灌區(qū)節(jié)水配套改造項目建設(shè)的根本目的是改善灌區(qū)灌溉環(huán)境，完善水利基礎(chǔ)設(shè)施，提升灌溉有效性、節(jié)水性和經(jīng)濟(jì)性。從現(xiàn)實角度來看，開展節(jié)水配套設(shè)施改造，可以充分滿足灌區(qū)的可持續(xù)發(fā)展需要，能進(jìn)一步提高灌溉質(zhì)量，助力當(dāng)?shù)氐霓r(nóng)業(yè)生產(chǎn)和農(nóng)民增收，為社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展提供輔助[1]。同時，開展合順垸重點中型灌區(qū)節(jié)水配套改造項目建設(shè)，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(chǎn)力，減輕農(nóng)民勞動強(qiáng)度和生產(chǎn)成本。最重要的是，基于合順垸重點中型灌區(qū)節(jié)水配套改造項目，可全面提升灌區(qū)生產(chǎn)科學(xué)性，通過加強(qiáng)新虛擬化建設(shè)提高農(nóng)業(yè)發(fā)展的整體技術(shù)水平，以便從根本上實現(xiàn)農(nóng)業(yè)發(fā)展轉(zhuǎn)型升級。

2.2 實效分析

合順垸重點中型灌區(qū)節(jié)水配套改造項目的分項目眾多，不僅完善了區(qū)域內(nèi)部的功能設(shè)施，還建設(shè)了環(huán)保水保工程。項目完成后，該灌區(qū)的灌溉能力將進(jìn)一步增強(qiáng)，灌溉水源輻射范圍擴(kuò)大，灌溉面積進(jìn)一步增加。從實際情況來看，項目完成后，該灌區(qū)可恢復(fù)和改善的灌溉面積分別為0.1萬畝和2.99萬畝；而灌區(qū)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(shù)已經(jīng)達(dá)到0.65。此外，施工人員還完成了一些電灌站改造，使得灌區(qū)灌溉能力得到大幅增強(qiáng)，糧食綜合生產(chǎn)能力以及農(nóng)業(yè)發(fā)展?jié)摿σ驳靡栽鰪?qiáng)。項目完成后，規(guī)劃區(qū)內(nèi)的農(nóng)作物類型、種植面積以及復(fù)種指數(shù)也發(fā)生了變化。當(dāng)前，種植比例較高的農(nóng)作物主要包括水稻、油菜、小麥和棉花4種。為實現(xiàn)有效節(jié)水，本項目還對灌溉制度進(jìn)行了改良。在改造后，合順垸重點中型灌區(qū)將采用“薄淺濕曬”的形式進(jìn)行作物灌溉，灌區(qū)負(fù)責(zé)人將根據(jù)各類作物的多年平均灌溉定額確定農(nóng)業(yè)需水量，從而有效控制灌溉用水量。

3 灌區(qū)項目的渠堤邊坡穩(wěn)定問題分析

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

3.1 渠道工程氣象地質(zhì)分析

目前，合順垸重點中型灌區(qū)節(jié)水配套改造項目位于平原湖濱地區(qū)，區(qū)域內(nèi)地勢平坦河流眾多，平均海拔約為36 m。工程區(qū)內(nèi)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(fēng)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(jié)，光照、降水等參數(shù)如表2所示。

表2 合順垸重點中型灌區(qū)節(jié)水配套改造項目渠道工程氣候參數(shù)

根據(jù)地質(zhì)勘探結(jié)果可知，項目所在區(qū)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(fù)式向斜，凹陷整體走向為北西－北西西。目前，該區(qū)域的沉降速度較快，強(qiáng)烈沉降區(qū)的沉降速率達(dá)到了2~12 mm/a。從施工場地的抗震調(diào)價角度來看，當(dāng)?shù)氐卣鹆叶葢?yīng)按Ⅵ度設(shè)防，該區(qū)域土地穩(wěn)定性高，不屬于不良地質(zhì)發(fā)育區(qū)，但由于區(qū)域內(nèi)部存在水工建筑不均勻沉降的問題，所以也具有地質(zhì)條件復(fù)雜、差異性大的特質(zhì)。本項目所在地水系發(fā)達(dá)，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(jīng)過地質(zhì)勘查發(fā)現(xiàn)，堤身、地基底層結(jié)構(gòu)自上而下分別是：素填土、淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土、粉砂夾質(zhì)粉質(zhì)黏土、粉質(zhì)黏土、黏土。

3.2 渠堤邊坡穩(wěn)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(wěn)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(zhì)結(jié)構(gòu)以及歷年險情等多種因素都會對渠堤邊坡的穩(wěn)定性造成影響。目前，堤防工程地質(zhì)條件可分為A、B、C、D四大類，分別對應(yīng)地質(zhì)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(zhì)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(cè)的邊坡有滑坡垮塌情況且內(nèi)部淤積嚴(yán)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(nèi)部的渠堤邊坡穩(wěn)定性較好，并未出現(xiàn)大量塌方和崩岸問題。

4 灌區(qū)改造項目渠堤邊坡維護(hù)穩(wěn)定設(shè)計

為切實保障合順垸重點中型灌區(qū)節(jié)水配套改造項目中的渠堤邊坡穩(wěn)定性，項目負(fù)責(zé)人需要結(jié)合實際情況科學(xué)開展維護(hù)穩(wěn)定設(shè)計[3]。在此環(huán)節(jié)，設(shè)計人員應(yīng)該關(guān)注項目內(nèi)部的干渠和支渠治理情況，為有效開展防滲襯砌和維護(hù)穩(wěn)定工程設(shè)計做好充足準(zhǔn)備。同時，相關(guān)工作人員需要合理開展永久邊坡分析，還應(yīng)該根據(jù)施工區(qū)域巖土特性以及綜合地質(zhì)條件提出科學(xué)建議。

4.1 渠道縱坡設(shè)計

渠道縱坡設(shè)計人員可根據(jù)實際情況，從降本增效的角度出發(fā)進(jìn)行合理設(shè)計。從實際情況來看，可根據(jù)渠道上的現(xiàn)有過水建筑物確定渠道縱坡設(shè)計的節(jié)點控制參數(shù)根據(jù)過水建筑物的進(jìn)出口底板高程確認(rèn)縱坡過水能力，保證水面線銜接的合理性。而且，通過此番設(shè)計，還能夠讓新建縱坡接近原有縱坡，這樣一來將節(jié)省土方開挖環(huán)節(jié)的施工量和工期。在本次設(shè)計中，根據(jù)實際情況可按1/5000設(shè)計渠道縱坡。

4.2 渠道橫斷面設(shè)計

渠堤邊坡設(shè)計環(huán)節(jié)也需要關(guān)注渠道橫斷面設(shè)計。本項目對5.05 km長的渠道進(jìn)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(jìn)行了部分渠道斷面擴(kuò)挖以及全斷面防滲處理。邊坡設(shè)計過程中，完成渠道縱坡設(shè)計后，需基于地質(zhì)條件、渠道過水?dāng)嗝媲闆r以及水利計算結(jié)果確定橫斷面參數(shù)。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(shù)。本次設(shè)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(hù)坡。

4.3 渠道襯砌設(shè)計

在襯砌設(shè)計方面，設(shè)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(jié)構(gòu)耐久性和易維護(hù)性；④擁有良好防滲性。為選定本項目的砌塊類型，設(shè)計人員根據(jù)材料工藝差異以及實際工作需求開展方案比選[4]。從現(xiàn)實角度來看，兩種砌塊類型各具有優(yōu)勢，混凝土砌塊的防滲性好、強(qiáng)度大且施工便利，成品耐久性、經(jīng)濟(jì)性都較強(qiáng)，但質(zhì)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(zhì)量，還存在成本高的問題。所以經(jīng)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(jié)語

綜上所述，合順垸重點中型灌區(qū)節(jié)水配套改造項目的施工質(zhì)量會對當(dāng)?shù)氐纳鐣?jīng)濟(jì)、農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)、自然生態(tài)發(fā)展產(chǎn)生深刻影響。在進(jìn)行灌區(qū)節(jié)水改造時，保證骨干工程施工質(zhì)量和水渠工程穩(wěn)定運行至關(guān)重要。從現(xiàn)實角度來看，灌區(qū)節(jié)水改造環(huán)節(jié)的渠堤邊坡穩(wěn)定性受多方面因素影響，在進(jìn)行維穩(wěn)設(shè)計時應(yīng)進(jìn)行綜合考量，保證渠道縱坡、橫斷面以及襯砌的設(shè)計合理性。