时间：2022-04-02 11:04:06
开篇：写作不仅是一种记录，更是一种创造，它让我们能够捕捉那些稍纵即逝的灵感，将它们永久地定格在纸上。下面是小编精心整理的12篇水渠工程论文，希望这些内容能成为您创作过程中的良师益友，陪伴您不断探索和进步。
论文摘要:南阳作为汉代的名邑,为我们今天留下了大量的文字石刻。2003年南阳邓州汉代水利巨石的发现丰富了南阳汉代石刻文字的研究。本文通过对这批文字石刻的考释、研究,旨在让人们更多的了解南阳汉代的文化,从而全面的认识南阳。
一前言
两汉时期,南阳经济发达、文化事业繁荣,在政治上又有着特殊的地位,使南阳成为当时与洛阳、临淄、邯郸、成都齐名的名邑之一。今天我们从地下发掘出来的大量文物进一步印证了这一说法。在南阳出土的汉代文物中,数量最大,也最受人们关注的是汉画像石、汉画像砖,其次就是汉代石刻文字。
在南阳出土的石刻文字中,有歌功颂德的,有标明墓室情况的等等,但关于南阳汉代水利方面的石刻文字,几乎没有发现,仅在汉书中有一处记载,汉书载“开通沟渎,起水门提阏,凡数十处,以广溉灌,岁岁増加,多至三万顷,民得其利,畜积有余。信臣为民作均水约束,刻石立于田畔,以防分争。”关于此石,其它史志均无记载。石早佚,不可考。但是我们从文中所说可知,刻石的内容是为了百姓的合理、平均用水而制定的一些规章制度。无独有偶,2003年我们有了新的发现,在南阳邓州我们发现了一批汉代水利巨石。
二南阳汉代水利巨石的发现及考释
2003年5月在邓州元庄乡曾庄村肖湾组赵河南岸拐角漫滩地发现了99块刻有文字的水利巨石,是该乡村民在平整废弃的砖瓦厂时偶然发现的。这批石头除刻有“虞少文石”一块石头留存于邓州花洲书院外,其余带有文字的石头都存于南阳市卧龙岗汉画馆内。(图附后)
从这批石头外观来看,基本上都是长方体,表面粗糙不平,看样子是经过简单的处理之后便被刻上了名字,并且有的石头凿有铆口(如图三)。从完整的石头来看,除了一块特殊的石头和残砖外,基本上每块长约140厘米,宽约50厘米,并且每块上面都用隶书刻一人名,如“虞少文石”、“云伯山石”、“何吴石”、“何武”、“许阳”、“苏文辽”、“庞君髙”、“鲁孟山”等。
在这批出土的石头中,有一块残砖和一块石头比较特殊。残砖(图一),长约19厘米,宽约14厘米,上部稍残,竖刻隶书两行:左边为“石渠下部”,右边为“艹基石文甫”。石头(图二),长约100厘米,宽约15厘米,竖刻一行隶书为“石渠下部艹基石文甫”,由此可知图
一、图四文字内容是完全一样的。从“石渠下部艹基石文甫”的含义来看,应该是对上面这批石头用途的一个简单说明。
我们先来看看“石渠下部艹基石文甫”这九个字,《南阳晚报》及《邓州文化》一书将其读为“石渠下部”、“基石文甫”,其中一字未释出来,他们可能认为“艹”不是一个字,盖误也。我们来看图一,“基”字上面有“艹”,此时认为“艹”不是一字,在情理之中。我们再来看图四,在“部”和“基”之间也有一个“艹”,两个铭文都有“艹”,看来这不是偶然的写错或者误笔,“艹”应该是一个字。在南阳出土的汉碑《张景碑》中有一“草”字,和我们这里提到的“艹”的写法一样。在汉代的隶书中“艹”同我们今天的“草”字。《说文》:“艹,百艹也,从二艹。”如果按《说文》中的意义来解释铭文的含义,显然说不通。“艹”还有粗糙之意,《史记》:“秦王之国危于累卵,得臣则安然,不可以书传也。臣故载来,秦王弗信使,舍食草具,待命岁余,当是时昭王已立三十六年。”(索隐谓:“亦舍之而食以下客之具,然草具为粗食草菜之馔具也。”)《元史》中曰:“以大麻索缚之,急复缚横木三道於头桅,皆以索维之,用竹编笆夹,以草石立之桅前,约长丈余”。这两个例子中“草”都有粗糙之意。笔者亲眼目睹了这批巨石,这批石头虽然是方形,只是经过简单的加工,表面粗略,高低不平。我们从以上的分析中可以看出“艹”应为粗糙之意。
我们再来看看整句铭文怎么断句,应该有两种断法,一为“石渠下部艹基,石文甫”,一为“石渠下部艹基石,文甫”。我们看这批石头每块上都刻有一名字,并且很多名字后面都刻“石”字,如“虞少文石”、“云伯山石”、“何吴石”、“宋少平石”,所以此句应读为“石渠下部艹基石,文甫”,所以笔者认为后者的读法是正确的。“石渠下部艹基石,文甫”这句话有两个含义:一是指明这批石头的用途,是用于石渠下部的基石;二是“石渠下部艹基石”这六个字是由“文甫”这个人写的。
在图
一、图二两个铭文中,字的结构和精神基本相同,应该都是由“文甫”一人所写,图一应为草稿,图二才是正规的铭文。此铭文字体结构方正、宽博,略带隶意,我们从中看出“文甫”应该是一个书写水平较高的人。
根据这批石头出土于邓州元庄乡赵河漫滩,及上面对铭文“石渠下部艹基石,文甫”的分析来看,这批石头应该是与水利有关。这批石头虽然没有确切的时间纪元,但我们从石刻文字的气象、造形特点和运笔方法上看,应该属于东汉后期的。在这批石刻文字中,“何武”之名与汉书同,但与汉书所载何武不涉。汉书卷八十六列传第五十六有何武,字君公,蜀都郫县人,一生历经汉宣帝、哀帝两朝,此两帝时期皆为前汉,故何武应为西汉人,而石刻铭文中所涉及的何武应为东汉人。
我们知道南阳汉代的冶铁业相当发达,因此为大规模兴修水利提供了得心应手的铁制工具,使汉代南阳的水利工程建设卓有成效。汉代南阳兴建的水利工程比比皆是,主要有钳卢陂、三郎堰、郑渠堰、召父渠、六门堰、樊氏陂、邓氏陂、新野陂等。其中在邓州境内尤多,有钳卢陂、三郎堰、召父渠等,这些水利工程为汉代邓州农业的丰收提供了保障。今天邓州好多村庄的名字都是以“渠”、“陂”、“堰”来命名,这也说明水利工程在邓州的兴盛。
这批水利巨石是在邓州古六门堰遗址范围内发现的。六门堰,又称“六门石碣”或称“六门陂”,又称“穰西石碣”。西汉时,召信臣任南阳太守时修建,继召信臣遗业,东汉杜诗为南阳太守时,复修六门堰,之后不断的复修。《汉书·沟洫志》有关于六门堰的记载,但不够详细。按骆立群《邓州古代史考》中所说,单就六门堰下属水渠陂堰就有三十个之多,灌溉着穰、新野、昆阳三县。后汉末,由于兵乱,工程全毁。
关于这一大批石头,没有文献记载,我们只能根据出土的铭文“石渠下部艹基石,文甫”,断定它是关于水渠的。那么,为什么每一块石头上都刻有人名呢?他们为什么不把所有的名字刻在同一块石头上。在汉代,象这种集体劳动,通常会将所有人的名字镌刻在同一块石头上。我们再看看这批石头上镌刻的文字,形态各异,差别甚大,非出自一人之手。笔者推测,当时人们为了灌溉农田而修建水渠,每家每户捐出来一块石头,然后刻上户主的名字。然而,像这种大规模的文字石刻和这种石刻形制,在中国出土的汉代碑刻中尚属首例,它是否就是当时的一种文化制度,是值得我们去深入研究的。
从这些石刻文字整体来看,应该属于东汉后期民间的通俗隶书,虽然是隶书,但是里面蕴含着楷书的因素,这些文字应和南阳出土的《许阿瞿画像石题记》所刻的年代大致相同。在这些石刻文字中,还有一个普遍的现象,大部分的名字第一个字刻写都很大,第二字或第三字相对较小,这是不是当时民间的一种书写习惯或者是有其它的原因。在这些石刻文字当中,如“何武”(图四)、“何吴石”(图六)、“苏文辽”(图十)、“庞君高”(图五)等字,结体宽博,波磔分明,隶书的味道比较浓,书法风格类似于《石门颂》之类的摩崖石刻。从这几个名字的书写来看,书者应该属于书写水平比较高的人。如“云伯山石”(图八)、“西门廿二淳”(图七)、“鲁孟山”、“陈雎”等字,几乎看不到了隶书的波磔特征,基本上已成了楷书的体势,只是还略带点隶书的余韵。
在这些石刻文字中,还有几个特殊的。如“西门廿二淳”(图七),“西门”应该是姓,像“廿二”这种数字,在过去的人名中也经常出现,如“席廿二妻方氏”、“贾廿二郎”,也就是说“西门廿二淳”就是一个人名。“云伯山石”(图八)、“由孟闓”这两个名字的姓氏在邓州现存的姓氏中是没有的,这两个姓氏的发现无疑对我们研究邓州古代的姓氏文化提供了新的线索。我们再来看“窦建”(图十一)这个名字,这两个字应该是这批石刻文字中最有情趣的。“窦”字为什么写这么长,好像三个字组成,当时作者处于一个什么样的心理状态呢?是不是作者当时正思索着修水渠的事,或者正和人谈话分神而造成的呢?或者说书者是一个书写水平低的人。
三结论
对这批石刻文字的考释,不但对我们研究汉代水利工程、中国水利史有一定参考价值,而且也为研究汉隶的楷化提供了更有力的实物资料。
参考文献
[1]班固撰颜师古注《前汉书·循吏传》四库全书卷八十九
[2]汉许慎撰宋徐铉校订《说文解字》中华书局2003年版15页
[3]司马迁撰裴骃集解司马贞索隐张守节正义《史记·范雎列传》文渊阁四库全书电子版卷七十九
[4]明宋濂等修《宋史·河渠志》文渊阁四库全书电子版卷六十六
【关键词】隧道工程偏压 浅埋 软弱围岩 进洞 施工
中图分类号：TU74 文章标识码：A文章编号：
1.概况
某隧道位于甘肃省宕昌县境内,为兰渝线兰州至广元段一双线隧道。该隧道全长301m，最大埋深90m，通过区位于西秦岭褶皱系中,岩体受区域构造影响严重，节理裂隙发育，岩体破碎。进口端山体纵向坡度50°— 60°，横向坡度40°— 50°，左侧发育一大冲沟，为偏压隧道；进口端位于滑坡体上，滑坡体物质松散，围岩稳定性差，工程地质条件差，围岩类别为V级，属软弱围岩；隧道进口50m埋深为13m—18m，（覆盖层厚度小于2.5倍洞跨=35m）属浅埋段。
隧道进口位于滑坡坡体右侧边缘，为基岩滑坡，滑坡体长：50m，宽：50m，厚15～30m，滑坡体物质主要为细角砾土，稍密—密实，稍湿。滑坡体后壁高陡，平台明显，平台上有当地灌溉用水渠，常年流水，不适合明挖进洞。
施工方案
2.1施工不利因素分析
在各种不利条件中，偏压对隧道施工潜在的威胁最大。偏压会造成隧道的不平衡受力，轻则可使隧道拱圈变形，重则破坏隧道结构。该隧道的偏压来自左右两侧山体不对称，洞口左侧冲沟发育，相对右侧边坡较高，由于隧道不适合明挖，为确保进洞施工安全，首先加固边坡及抑坡；其次在左侧增加了扩大基础挡墙减少山体侧向推力，并在挡墙后拱顶部位回填土，以增加结构重量，加强平衡稳定；再次进洞前施工超前长管棚，以形成加固承载环，加强开挖面围岩稳定。
隧道浅埋段，土层在施工扰动后很难形成稳定受力圈，地表先沉降，辅助施工处理不好很容易造成塌方事故。考虑该隧道进口岩体主要为细角砾土，自身稳定性差，采用地表注浆加固边仰坡；进洞时采用套拱法进洞，施做超前管棚并注浆，使破碎岩体粘结为整体，增强其自稳能力，减少塌方几率，增大安全系数。
2.2专项施工方案
2.2.1偏压
结合实际地形及地质状况，采用以下两种方案解决偏压问题。
2.2.1.1加固边仰坡
a.施做洞顶截水沟及水渠的渗水处理
洞口位于滑坡体上，山体孔隙较大，为减少岩体孔隙水量，防止地面水流下渗，增大地层压力，危害洞口安全，采取施做顶截水沟及水渠的渗水处理的方案。截水沟采用人工开挖，浆砌石砌筑，单坡排水，将降水引至天然冲沟排至山下便道边沟。水渠内铺设防水卷材、防水板、水泥砂浆抹面；水渠外缘施做φ42小导管并注双液水泥浆防渗。小导管单根长4m，间距1m，梅花布置。
b．锚喷注浆加固边仰坡
对边仰坡进行锚喷支护，部分地段施做小导管注浆。根据设计边、仰坡开挖线，利用机械与人工配合，进行排碴开挖，坡面修整、刷齐，对坡面进行挂钢筋网并喷15cm厚C25混凝土，封闭加固松散破碎的岩面，最后进行打锚杆、注浆(1：1水泥浆)，加固岩体。锚杆单根长3m，小导管单根长4m，间距1.5m，梅花布置，钢筋网采用φ8@20cm×20cm，注浆压力不小于2Mpa。
2.2.1.2施做偏压挡墙
偏压挡墙应在进洞前施做，施做时避开雨季。由于此处不适合采用减压法，在滑坡体坡脚处施做混凝土挡墙，挡墙采用扩大基础并用碎石换填。挡墙长9m ,包括明洞段5m及洞身段4m，与明洞设φ22钢筋连接，导向墙及洞口段钢拱架用锁脚锚杆与挡墙连成一体。该挡墙采用C25混凝土，墙高16m，平均厚度3m 。
在挡墙顶部回填填透水性较好的砂土，分层夯打密实，加高覆盖高度，挡墙与洞身拱顶夹角处注1：1水泥浆加固，以增加防推稳定能力。
2.2.2浅埋
结合该处具体情况，采用套拱法进洞，大管棚及小导管注浆预加固及超前支护。
管棚超前支护是在隧道开挖前施做超前导管并注浆，开挖后架立拱形钢架支撑，形成牢固的棚状支护结构，是作为软弱围岩浅埋超前支护的一种手段，安全可靠。它对于防止围岩松弛，坍塌和拱顶下沉有显著效果。考虑各项因素，该隧道采用大管棚进洞，管棚的技术参数为：热轧无缝钢管φ108mm*6mm，43根，单根长30m，管内穿φ18钢筋笼增加刚度，灌注水泥砂浆填充密实；钢管间设φ42小导管注1：1水泥浆。
管棚施工要点如下：
2.2.2.1导向墙施工
施做导向墙有两个目的，一确保管棚钢管位置准确，二起到护拱作用。2m导向墙是由3榀20b工字钢为骨架，固定安放导向管，浇筑80cm厚C25混凝土。施做时根据测量数据认真准确放置导向管并焊接牢固，浇筑混凝土时小心振捣，确保导向管位置。
2.2.2.2钻机定位
安装钻机前先根据实际地形搭设钻机平台，合理安排钻孔顺序，缩短移动钻机与搭设平台的时间，同时便于钻机定位。钻机应安装平稳、牢固，防止施钻时钻机不均匀下沉、摆动、位移等影响钻孔质量。另钻机机身与线路中线方向保持平行。
2.2.2.3管棚定位
上抬量：在实际施工中，水平钻孔弯曲不可避免，在孔弯曲中最成问题的是向隧道设计断面内弯曲。因此，除提高管棚定位精度外，给以适当的上抬量（25～30cm）和上抬角度是防止侵入断面的一种有效办法。
上抬角度：上抬角度的设置除考虑防止管棚侵入设计断面外，还必须充分考虑到管棚钻机工作平台的高度，以及钻孔长度而定。
放线定位：充分考虑到上抬量和上抬角度后，正确算出各钻孔孔口位置，利用测量仪器定出钻孔的位置和倾角。
为保证管棚施工质量，我们采取如下措施：
在拱脚部位，首先试钻2～3个试验孔，从而找出适合本地层特点的可能孔深及其调正系数，并通过试验孔进行施工组织调整。
2.2.2.4管棚施工
钻孔：利用管棚钻机液压旋转推进钻孔到设计深度，每钻入一节续接下一节钻杆，直至钻孔到设计深度。钻机开孔时要低速，待成孔1.0米以上，可升高到正常压力，遇软岩或流塑软粘土，改用低压钻进。钻进时产生塌孔、卡钻者，必须补浆后再钻进。钻进过程中，严格按操作要点施钻，控制好转速及进度，同时随钻进注意钻机的平稳状态及钻杆的铅直到现在稳定状态。发生异样而停机检查，及时对产生的钻孔偏差予以纠正，防止废孔。采取跳位钻孔法钻孔，并钻一孔安设一孔，以防坍孔。每孔均要进行终孔检查，孔位的偏差、终孔端的偏移值不大于10cm，并不侵入开挖周边，对于弯曲、偏移过量孔填充后重钻。
清孔：成孔后用高压风或水水将孔内余碴清洗干净，防止插管时卡管，必须做到随钻随清孔随插管。
校孔：测定时拔出钻杆及钻头，在钢管内安光源装置并将钢管插入孔内，用仪器测定其偏移量。
弯孔的修正：在弯曲部分填充比周围强度大的砂浆，等其凝固后，从开始弯曲的起点重新钻孔。
装入钢管：钻孔检查合格后，将钢管接长装入孔内，注意保持质量，防止开挖过程中接头断裂，引起坍塌。钢管连接用小径钢管插入大径钢管内后再焊接牢固。
穿钢筋笼：钢管安装完毕后穿入加工好的钢筋笼，注意钢筋笼接头焊接质量。
堵孔灌注砂浆：现场配制砂浆，用砂浆泵注入，确保注浆压力。
2.2.2.5管棚施工
在拱顶和2个拱脚预留存胩取芯孔，由取得的岩芯，可检注浆效果并可根据岩芯分析地质情况，对其它孔也是参考，还可提供洞内开挖地址预报资料，指导洞内施工。
2.3洞内施工
软弱围岩一般采用CD、CRD法或三台阶七步法开挖，考虑到施工进度及施工安全等方面，本隧道采用三台阶七步法开挖。以人工风镐配合挖掘机开挖，开挖后钢拱架、锚喷支护、仰拱快速封闭。
三台阶七步流水作业法开挖采用弱爆破或人工开挖，局部爆破时严格控制炮眼深度及装药量。各部开挖循环进尺不大于0.6m（钢架间距0.6m），预留核心土，开挖后及时对围岩进行初喷，初喷C25混凝土，然后架立钢架并设锁脚钢管、系统锚杆后复喷混凝土至设计厚度。图2三台阶七步开挖法示意图
三台阶七步开挖法施工说明：
第1步：施做超前支护后，开挖拱部弧形导坑，预留核心土，施做拱部初期支护；
第2、3步：开挖左右侧阶并施做初期支护；
第4、5步：开挖左右侧下台阶并施做初期支护；
第6步：分别开挖上、中、下台阶核心土；
第7步：开挖隧底并施做仰拱初期支护封闭成环。
图3三台阶七步法施工
2.4监控量测
隧道监控量测的目的：
（1）及时掌握地表沉陷围岩和支护结构的动态，确保施工安全。便于进行日常施工管理。
（2）经过对量测数据的分析处理与必要的计算和判断后，进行下一阶段的施工预测。掌握围岩和支护的动态信息并及时反馈指导施工作业，以确保施工安全和隧道的稳定。
（3）通过对围岩和支护的变位、应力量测修改支护系统设计。
（4）将已有的工程量测结果应用到其它类似工程中，作为今后设计和施工的类比依据。
通过对施工中围岩状态观测，合理安排施工程序，指导工序作业的时间控制，进行变更设计及日常的施工管理。根据收敛值，地表下沉量量测数据，适时或提前对施工方法进行调整，确保施工进度和安全
该隧道施工时隧道在DK323+427处根据监控量测数据发现拱顶下沉速度超标，山体出现裂缝，洞内立即采用大拱脚法（扩大拱脚，临时仰拱）施工，并及时施做仰拱二次衬砌及填充，遏制了山体变形，保证了隧道施工质量。
3. 结束语
通过对该隧道的进洞施工实践，总结经验如下：
①大跨径偏压段隧道施工，首先要及时处理偏压问题，否则事后难以处理；
②为保证偏压浅埋隧道的进洞安全和施工质量，首要是做好洞口的准备工作，如排水、边坡防护等；
③长管棚作为软弱地层，大跨、浅埋地段隧道的超前支护技术，对注浆加固地层、封堵地下水渗漏，仰制围岩变形，加快施工进度，确保施工安全作用明显；
④在保证质量的前提下，开挖方法选择，需因地制宜，应随地质及水文变化而相应变更，以加快进度和提高效率；
⑤监控量测在偏压浅埋隧道施工中尤为重要，利用监控量测数据指导施工能有效保证施工安全和施工质量，还能优化施工工艺。
该隧道进口端位于滑坡体上，属于典型的偏压、浅埋隧道。如果按照传统的施工方案，进洞及洞内施工难度很大，而且工期长，安全隐患大。本文以该隧道为依托工程，进行了隧道进洞施工工艺等方面的探讨，相关研究和结论可直接服务和指导该隧道施工，同时，本研究对类似隧道的施工有着重要的参考价值和指导意义有着巨大的经济效益和社会效益。
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参考文献
【1】铁路大断面隧道三台阶七步开挖法施工作业指南 。北京：中国铁道出版社，2007
【2】TB10601-2009高速铁路工程测量规范[P].北京：中国铁道出版社，2007
【3】TB10417-2003铁路隧道工程施工质量验收标准[S]。北京：中国铁道出版社，2003
论文摘要：麻湾引黄灌区工程，自1989年2月21日破土动工，至1991年6月末全部竣工，总投资4005万元。是当时全省黄淮海平原农业开发和黄河三角洲开发的重点工程项目，也是当时东营市建市以来地方兴建的大型引黄灌溉工程之一。
东营市是一个水资源相对缺乏的城市，在实施国家级战略，建设高效生态经济区的大背景下，强化水资源统一管理，搞好水资源的优化配置和高效利用，实施灌区续建配套与节水改造项目建设，促进灌区水利事业可持续发展非常必要。在此，笔者认为：要进一步强化以黄河水资源为主的水资源统一管理、优化配置和高效利用，搞好引黄灌区综合治理、节水改造和续建配套项目建设，促进引黄灌区可持续发展势在必行。
一、麻湾引黄灌区设计规模
东营市麻湾灌区是在原打渔张引黄灌区工程基础上，调整、改建而成的。新建引黄闸和总干渠，贯通原打渔张灌区二、三、四干渠，进而成为独立引黄灌区。引黄灌溉既保障了农业丰收，又补充了地下水，淋洗了盐分，有效地保证了地下水位的稳定和水质；设计灌溉面积4.93万公顷；年引黄河水1.5到2亿立方米，实际灌溉面积在3万公顷以上。
麻湾引黄闸位于黄河右岸的东营市东营区龙居乡麻湾险工上。总干渠自引黄闸下向东南，穿过南展堤大孙闸经大孙村西，向东南直插原打渔张四干渠，顺四干渠向东至庞家节制闸，然后沿四干四支折向正南，横跨打渔张河、穿过支脉河，经广青路南闫家泵站提水后，过三干向南，在广饶温楼闸入二干。由麻湾引黄闸至二干温楼闸，总干渠纵贯2县区5乡镇， 全长33.2千米。麻湾灌区控制范围，即原打渔张灌区二、三、四干的控制范围：新广蒲河以南、小清河以北(通过二干十二支过清工程也可过小清河)、广南水库以西、东营市与惠民地区边界以东。
麻湾灌区设计规模：引黄流量60立方米每秒，1条总干，3条干渠，1条分干，控制面积7.02万公顷， 设计灌溉面积4.93万公顷。各类建筑物103座，其中较大型建筑物有麻湾引黄闸、 大孙灌溉闸、打渔张河渡槽、支脉河倒虹吸和闫家扬水站等5座，改变了灌区范围内靠天吃饭的局面。
二、麻湾灌区改扩建工程
(一)三干渠改造恢复治理工程
为了解决广饶县2800公顷和广北农场1000公顷农田灌溉， 1991年4月市人大代表视察东营水利工作时，张万湖副市长指示：由市引黄灌溉管理局牵头，组织广饶县和广北农场对三干渠下游进行工程恢复技术设计。设计由东营市水利勘测设计院承担，1992年6月完成全部设计。
设计原则：既要保证三干下游用水，又要汇入二干5.0立方米每秒的流量，以缓解二干下游的供需矛盾，解决原三干渠供水范围没有包括的右岸 (其右岸原属二干供水范围，因偏远、地势高而难供水)供水问题。
该工程由东营市引黄灌溉管理局组织施工，于1992年3～6月施工，共完成土石方23.5万立方米，建筑物37座，其中有李庄节制闸、泄水闸、尾水闸修复、丁庄渡槽，干渠排沟生产桥12座，支门21座，完成投资147.09万元。三干下游的恢复治理，结束了广饶县丁庄乡和广北农场等单位40年来靠近干渠而又用不上黄河水的历史。
(二)总干渠渠首段衬砌工程
由于受东张铁路桥桥底高程限制，麻湾灌区在原设计中，引黄闸到东张铁路桥段渠底比降是1/11000， 在没有渠首沉沙的情况下，经一年运行，造成渠首淤积严重，因此对渠首需要进行改造。由东营市水利勘测设计院设计，将渠首渠底高程抬高75厘米， 将比降由1/10000调整为1/7000，将底宽由28米扩大到33米，将流量由60立方米每秒加大到80立方米每秒。 该工程由市引黄灌溉管理局于1992年9～12月组织施工，完成展区内2.3千米的砼板衬砌，投资150万元，有效地减少了水量流失，节约了水资源，提高了引黄灌溉效率。
(三)总干大孙灌溉闸以下衬砌工程
1998年6～8月，由东营市灌溉管理处设计并组织施工，对大孙闸以下3.2千米进行砼板衬砌，投资250万元，从此改变了该段渗漏严重的现象，进一步提升了干渠整体效能。
(四)四干渠改扩建工程
麻湾灌区四干渠是东营区和胜利油田用水的重要输水渠道。由于黄河近年来经常断流，造成四干下游农田和胜利油田广南水库严重缺水的困难局面。对四干进行改扩建，满足东营区东部4个乡镇和广南水库用水需求，由四干、五干共同向广南水库输水，实现“二龙抱珠”，是东营区和胜利油田多年迫切要求。根据东营市和胜利石油管理局《第七次联席会议纪要》，由胜利石油管理局供水公司委托东营市水利局勘测设计院，对四干渠进行改扩建设计。
四干渠工程改扩建工程总体布置是：扩建四干进水闸，改建北隋节制闸、大许节制闸，新建王岗节制闸；扩大四干断面，底宽由8～5米加大到18.5～11米；流量由15～5立方米每秒加大为50～30立方米每秒。干渠长度由30.30千米延长至32.28千米，终点到广南水库2号沉沙池。 在2号沉沙池前新建浮筒式扬水站，8台机组，设计扬水能力30立方米每秒(此站由河南省水利勘测设计院设计)。干渠为土渠，比降1/6000；其中4处弯道长1089米护坡， 护坡结构自上而下为：60毫米厚、30毫米厚聚苯乙烯保温板(阴和0.2毫米厚塑料薄膜。
整个干渠分为两段布置：四干渠首至东辛路：长8.07千米，北坝基本不动，搬南坝向南拓宽；排水沟设南岸。东辛路至广南水库沉沙池泵站：长24.21千米，南坝基本不动，搬北坝向北拓宽；排水沟设干渠北岸。麻湾灌区四干改扩建工程由胜利石油管理局和东营区人民政府组成施工指挥部，市水利局负责质量监督和竣工验收。1998年3月开工，10月完工，总投资4800万元。
四干渠改扩建工程完成改建长度32.28千米，土方329万立方米；改建四干进水闸(新增4孔) 1座，改建、新建节制闸3座(北隋、大许、王岗)，改建支门36座，新建支渠扬水站18座，新建改建生产桥及公路桥21座；新修东辛路至庞家进水闸柏油路一条，长8.0千米；新建、扩建4处管理站(庞家、北隋、大许、王岗)；四干下游沿渠道新建泵站专用电力线16千米，进一步提升了工程整体面貌，增强了节水综合效益，促进了灌区社会效益的发挥。
三、麻湾灌区节水改造工程
20世纪90年代以来，黄河来水与需求矛盾日益突出，兴建节水型输水工程已成为弥补水资源不足的重要措施。一方面是水资源的严重匮乏，另一方面灌区灌溉水利用系数仅为0.45左右。灌区设计灌溉面积4.93万公顷，现状有效灌溉面积4.00万公顷，实际灌溉面积只有3.33万公顷，因此麻湾灌区建设节水型输水工程已经非常必要。 麻湾灌区节水改造工程是全国大型灌区续建配套与节水改造项目之一， 搞好灌区节水改造对促进灌区经济发展具有十分重要的意义。
四、麻湾灌区节水改造续建北延工程
2010年6-9月间，由东营市水利局组织承建的东营市麻湾灌区续建配套与节水改造工程：“总干渠北延工程”是以麻湾总干作为引水水源，以原打渔张总干作为输水渠道，将麻湾总干、曹店干渠、胜利干渠贯通，可以有效利用麻湾引黄闸的引水优势，实现引黄工程联合调度，水量互补，提高引黄供水保证率；同时，还可以联通广蒲河，老广蒲河、五六干合排、清户沟、广利河等城市水系工程为其建设提供可靠水源；另外，作为一条分干渠还可以向龙居、史口两镇供水，满足区域农业灌溉用水需要。
麻湾总干渠北延工程控制灌溉面积19.10万亩，设计流量20立方米/每秒，该工程严格按照《灌溉与排水工程设计规范》和《水利工程质量体系》要求施工。工程级别为3级，建筑物级别为4级。主要建设内容包括衬砌渠首进水闸（设计桩号：0+000）--南二路桥（5+110）段5.11km渠道以衬砌为主的配套与节水工程；坼除重建生产桥3座；新建生产桥1座；维修生产桥1座；坼除重建支渠进水闸1座；新建支渠进水闸4座；改造支渠提水泵站2座。工程共完成土方（挖方）3.55万立方米；（填方）3.05万立方米，砌石6701立方米；砼及钢筋砼1141立方米。有效地改变了工程面貌，为保障东营市更加合理利用黄河水资源和促进黄河水城建设打下了良好基础。
五、麻湾引黄闸新建闸前泵站工程
关键字：干支渠 防渗技术 渗透理论 方案
Abstract: With the development of national economy, and the increase of agricultural water, water utilization coefficient has drawn more and more attention. In this paper, according to the development of canal seepage control technology of main and branch canal of recent years, and combining with the practical engineering Taoqubo reservoir, the author analyses the canal seepage control technology, anti-seepage effect and economic benefit, and puts forward the current difficulties of canal seepage control technology, and the available solution.
Keyword: main and branch canal; seepage control technology; seepage theory; solution
中图分类号 : TL353+.2文献标识码： A 文章编号：
1 前言
随着我国工业农业的迅速发展，以及人民生活水平的不断提高，各行业用水量也随之增加，尤其是农业灌溉用水更是占全国用水量70%以上，其中灌溉用水约占农业用水的92%。然而由于某些地区灌溉技术的限制使得本来有限的水资源不能得到充分的利用，据统计，我国目前灌溉水的利用系数不足0.5，全国已建防渗渠道还只占渠道总长的18%。
渠道防渗是我国目前农田灌溉节水措施中最为经济而且易于实施的节水措施之一，是我国目前最优先使用的也是使用范围最为广泛的节水技术措施。渠道防渗的作用不仅可以显著减少水的渗漏，提高渠系水利用系数，而且可以提高输水能力，水在防渗渠道中的流速一般较土渠高30%左右，引水能力比土渠增加50%左右，同时渠道防渗还有调控地下水水位、防止土壤盐碱化、沼泽化，改良生态环境和降低渠道管理养护费用以及减小渠道断面尺寸等作用。
正是由于渠道防渗有着如此经济且显著的使用效果才使得进一步发展和优化渠道防渗技术具有了重要的意义。
2 渗透理论
水由渠道深入渠床究其原因是水的渗流引起。渗流指的是水或其他流体透过岩土体孔隙流动的现象，水在岩土体中的渗流，一方面会引起水头损失，另一方面将引起土体变形。
法国工程师达西在垂直圆管中装砂进行渗透试验，得出层流条件下，土中水渗透速度与能量（水头）损失之间关系的渗流规律：达西定律即单位时间内的渗出水量q（cm3/s）与水力梯度i和渗透断面面积A成正比，且与图的透水性质有关：
(1)
其中：k是反映土的透水性大小的一个很有用的系数，称为土的渗透系数，相当于水力梯度i=1时的渗透速度，其量纲与渗透速度相同（cm/s）。
渗流的计算就是为了减少因水的渗流而引起的水利用系数下降，导致工程经济效益下降。对于水的渗流可以根据水流的形态分一维、二维、三维计算。灌溉渠道可按一维水流态进行计算即一维渗流计算方法。
3 防渗设计
3.1 防渗材料
渠道防渗常用的防渗材料有土料、石料、水泥土、混凝土、膜料、沥青混凝土等。各种防渗措施用料及特点如下表所示：
表1防渗措施用料及特点
3.2 衬砌结构型式
目前我国渠道衬砌的断面形式大多采用梯形、矩形、U形及复合形。矩形和梯形渠道优点是施工简单，但水流速度慢，抗冻性能不好。U形断面的渠道较矩形与梯形防渗效果更好而且具有水流条件佳、体积小、结构稳定性好、抗冻胀变形能力强、造价低、使用寿命较长等优点。
4 工程实例
4.1工程概况
桃曲坡水库是一座以农业灌溉为主，兼有城市供水的中型水利工程。水库位于石川河支流沮水河的下游，地处铜川市耀州区城北15km处的沮河峡谷地带，是一座以农业灌溉为主，兼有城市供水的中型水利工程，总库容5720万m3，有效库容3949万m3。桃曲坡水库灌区位于关中北部的渭北旱塬区，辖铜川市耀州区、铜川市新区、渭南市富平县和咸阳市三原县等两区两县21个乡镇，198个行政村，916个村民小组，总人口46.7万人，其中农业人口37.9万人。灌区灌溉是以桃曲坡水库供水为主，兼有引清、引洪，跨流域调水，蓄、引、提结合多渠首多水源的灌溉系统。灌区设施灌溉面积31.83万亩，有效灌溉面积25.5万亩，灌溉保证率为50%。灌区主要设施包括桃曲坡水库、红星水库、尚书水库和马栏、岔口两座自流引水枢纽，共有干渠5条，总长93km；支渠35条，总长139.2km，干支渠建筑物892座。
4.2防渗方案
先选取其中东干渠某段为试验渠，渠身原土料为壤土。经反复比较, 选用土工膜加混凝土薄板衬砌作为试验渠段的处理方案。土工膜采用的是Rm高充填PVC合金膜，密度为1.3g/cm3, 厚度为0.25mm, 抗拉强度为14～16MPa，延伸率≥250%。
试验段渠道设计流量q=15.0m3/s,渠道开挖后如图1所示，由于渠道断面宽浅防渗膜采用埋铺式全铺，具体铺设方案如图2
图1渠道开挖断面图
图2渠道铺设方案图
渠底土工膜铺设完毕后, 渠底及弧形部分直接浇筑混凝土。以上边坡过渡层采用20～30mm厚砂浆，保护层采用预制150#混凝土，厚80mm，防渗层详细构造见图3。
图3
防渗层构造图
4.3施工工艺
施工工艺的优劣直接关系到渠道防渗的效果和经济效益。对于土工布和现浇混凝土防渗施工工艺中最重要的部分是保证土工膜的完整性，以及水渠边坡保护层的稳定。
4.3.1 铺膜
铺膜前要对渠床上的尖角沙石，树根杂草进行清理，并根据渠道设计宽度每边预留至少5cm以便铺膜，然后将原土夯实。膜料接缝采用特种PVC粘接剂，连接前需将膜料擦拭干净，粘结宽度5~10cm。若膜料出现损坏破洞，应及时进行修补，防止渗漏。施工时土工膜不宜拉的太紧，施工人员要注意不要将膜料踩破，冬季温度太低不宜施工。
4.3.2过渡层
因过渡层直接铺在土工膜上，过渡层砂浆不宜太厚，太厚易致使砂浆下滑。
4.3.3砌筑保护层
渠底过渡层铺设完成之后，再现浇200#混凝土，厚度12cm。渠底及弧形部分采用用现浇混凝土，以上采用40厘米x50厘米、50厘米x80厘米两种预制板铺设。原因是，混凝土施工简单，利用拦头模板可进行部分浇筑，能够保证渠道底部及过水部分的整体性。以上部分由于边坡坡较陡，施工时现浇混凝土容易沿土工膜下滑，土工膜上又不便于支模，施工难度较大且效果不如预制混凝土板好，而且上部预制板损坏也便于及时更换。
4.4防渗效果
从2000年开始利用世行项目进行骨干工程改造，水利用系数从0.65提高到0.88。本灌区年平均饮水3500万m3灌区自开灌以来，为当地农业增产、农民增收和农村稳定工作做出了重要的贡献。粮食亩产由开灌初期的150kg提高到现在的630kg，区域内农作物种植结构由以前的单一粮食型向多经高效格局发展，复种指数从开灌前的1.25提高到近年的1.57，累计增产粮食6.4亿kg，农业产值4.86亿元，农民收入持续增加，随着灌区粮食的增产，富平、耀县已被省上列为商品粮基地。
5我国渠道防渗发展趋势
进二十年来，我国渠道防渗技术得到很高的重视，发展也相当快，从最初简单的土料防渗到最新高分子防渗材料的使用，我国在渠道防渗工程方面走出了一条符合我国国情、逐步走向高效的经济技术发展路线。由于受到我国目前经济实力的限制，科研经费投入有限，一些深层次的问题还没有得到很好的解决，特别是成套的防渗技术方案和防渗施工的机械化、自动化还没有实现，目前主要还是简单的靠人力，使用简单的防渗技术进行防渗处理，致使一些防渗工程耐久性差、易损坏、返修多。要进一步提高防渗水平，节约成本、提高水利用率，这些都是需要解决的问题。
5.1渠道防渗发展难点：
(1) 在我国北方地区冬季寒冷，渠道防渗工程存在相当严重的冻胀问题。我国目前采取的渠道防渗防冻胀措施大致可归纳为两种：一是进行土的置换或是强夯处理；二是在衬砌的结构上选择合理的衬砌结构和断面形式。为减少基土冻胀作用对渠道防渗工程的破坏, 标准冻深大于10cm的季节冻土地区衬砌渠道, 必须进行防冻胀设计：做好渠道沿线土质、地下水位、冻深的调查，因地制宜，不同的冻胀情况做好不同的处理方法，并选择有代表性的区段进行试验观测和计算。
(2) 特种土基渠道防渗技术。特种土基渠道,指渠床土是湿陷性黄土、盐渍土、软弱土、膨胀土、冻胀土的渠道。在这类渠道上修建防渗工程, 应先采取措施, 对渠床土进行处理, 然后再根据当地条件, 选用常用的防渗方法, 并注意设置排水设施。
(3) 施工机械化及施工工艺的改进。与发达国家机械化施工为主相比，我国目前仍然以人工施工为主，但也在逐步朝机械化方向发展。机械化施工能更加快速、高质量的完成渠道防渗施工，耐久性好、返修率低、水利用率高。
5.2发展和推广防渗工程新技术的对策
(1) 渠道防渗工程, 虽然形式简单, 但各项技术复杂, 应加强设计与施技术培训, 建立完善的工程设计审查和评议以及工程施工的监理和监测制度。
(2) 增加科研投入力度, 增加跨行业合作, 在工程材料、设计方法、施工技术和施工机械、等方面增加创新进行深化研究。
(3) 倡导就地材料的利用, 以降低工程造价，减少周围生态环境的扰动，保护和改善生态环境。
(4) 结合节水重点县建设, 选择几个具有代表性的的地区, 建立综合性高技术示范工程, 以促进渠道防渗工程技术的发展。
6结语
近几十年以来，我国在干支渠渠道防渗技术以及其在工程应用上取得一定进展，无论是衬砌结构方面还是在防渗材料的开发方面，以及施工新技术方面都取得了长足的进展。伴随着我国灌区节水任务的开展，干支渠渠道防渗工程技术必将被大规模地应用。因此，在我国渠道防渗节水在农业方面起着相当重要的作用。然而在渠道防渗的应用过程中必将会发现跟多新的需要去研究的问题，渠道防渗工程技术技术复杂性使其必须加强跨领域合作，加大科研投入以提高渠道防渗抗冻和耐久性为重点以提高施工速度和降低工程造价为目的加大渠道防渗工程技术的研究力度。
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关键词：水利水电工程；地质灾害；防治技术；方案措施
中图分类号：TV文献标识码： A
一.前言
伴随着我国经济的迅速发展，水利水电工程行业作为一个新兴的行业崛起，并逐步渗入到国家经济发展和人们生活生产的各个角落中来，不仅成为了我国经济发展中一个新的经济增长点，而且对提高我国居民的生活水平，改善生活条件，有着极其重要的影响。在水利水电工程建设过程中，加强对各种水利水电工程所引发的地质灾害防治具有着十分重要的意义，作为整个水利水电工程建设管理中的重要组成部分，不仅密切和人们的生命财产安全连接在一起，也关系到整个水利水电工程行业的健康发展，因此，如何加强对水利水电工程各种地质灾害的防治，将会是水利水电工程行业的相关单位和相关工作人员必须要面对和思考的问题。
二.加强水利水电工程地质灾害防治的意义
1.加强水利水电工程地质灾害的防治，是促进企业安全生产的必然举措。近些年来，在水利水电工程项目施工过程中，由于各种因素引发的崩塌、滑坡、泥石流等地质灾害给社会带来了极大的经济损失和资源的浪费，更对人们的生命财产安全造成了极大的威胁，安全管理缺陷是事故发生的深层次的本质原因。因此，要从根本上防止事故，则必须加强对各种地质灾害的防治，探究各种地质灾害防治的技术措施。如此，可以更好的促进安全生产。
2.加强地质灾害的防治，有助于保护施工人员的切身利益，从而体现出以人为本的思想。在水利水电工程施工过程中，人员的切身利益将会直接关系到整个水利水电工程项目的经济效益和社会效益。在进行施工过程中，加强对地质灾害的防治，保护施工安全，实现整个工程项目的经济效益和社会效益。
三.水利水电工程地质灾害发生是原因分析
在水利水电工程建设中，由于各种基础工程的建设，周边的地质环境、水文地质条件等都在发生着改变，因而，会很大程度的引发一些诸如山体崩塌、滑坡、泥石流等地质灾害。
地质灾害的发生一方面是自然原因导致的， 比如：特大洪水、地震等；另一方面是人为因素， 比如：大规模开挖、维护不到位、预防措施不完善等，其中人为的因素占主要部分。很多人为造成的地质灾害不仅在很大程度上影响了水利水电工程的质量、缩短了工程的使用年限，更重要的是给人们的生命财产安全带来极大的安全隐患，其实大部分地质灾害通过有效地预防措施，是可以避免或者减小地质灾害造成的影响。
1．水利水电工程建设区域自然地质环境较差
我国的地质灾害情况比较严重，其中一部分的地质灾害是由于违背自然规律的工程活动造成和诱发的，随着社会的发展，我国的基础设施建设逐年增加，很多水利水电工程建设区，降雨量少，蒸发量大，山高坡陡，土地瘠薄，植被稀疏，水土流失严重，滑坡、泥石流等山体灾害时有发生，自然生态环境本来就严峻。不少开发建设单位水土保持意识差、法制观念淡薄，发展理念陈旧，急功近利，
重视经济利益，忽视生态环境保护，掠夺式地开发利用水土资源和环境的现象仍然较为普遍。山势险峻，坡度较大，而且很多地方岩体破碎程度严重，生态环境也必将脆弱，在进行大规模的水利水电工程施工过程中，很大程度的让一些破碎的岩体变得更为松动，同时，区域的植被也一定程度的遭到破会，当遇到一些暴雨等气象因素时候，很可能引发诸如滑坡，泥石流等地质灾害。另外就是在建设水利工程的时候，工程大量开挖坡脚、随意堆放废弃的土渣等，对水流的排放和疏通都造成了影响，从而引发一些地质灾害的发生。
2．人类活动可加剧地质灾害的危险性
工程建设可能诱发、加剧地质灾害的危险性，主要是指由于工程建设形成高边坡和开挖坡脚、在坡体中开挖水渠、在坡体上部加载、修建水池又不做有效防渗而诱发滑坡，还有在沟谷中堆砌工程废弃物诱发的危险性等。这里强调的主要是工程建设加剧诱发滑坡、泥石流等而对其他工程设施、人民生命财产造成的危害。尤其是在岩质边坡开挖的时候，一定要对松动的岩石或岩体破碎的边坡进行严格的处理，避免经过长期的日晒雨淋，一定程度上使得边坡的抗滑力减小，从而容易引发滑坡、崩塌等地质灾害，在施工的时候一定要按照规范处理开挖、填埋，尽量减小人为地质灾害发生的可能性。
四.加强水利工程地质灾害防治的技术措施探讨
1．加强技术人员的职业素质培训、明确责任
加强对水利工程维护技术人员的技术培训，地方的水利技术部门应加大对乡镇技术人员、水利工程业主及水利工程建设承包者的技术培训，同时也要加大对他们的责任意识培养。在建设水利工程之前，要找有相关设计经验和资质的单位进行实地勘测、设计，工程建设中要严格按照有关技术要求进行施工、保养，经有关部门验收合格之后再投入使用。在水利工程管理上，应明确城市防洪、重点湖泊、小型水库及在建水利工程的防汛责任，并将责任人名单予以公布，以接受社会监督。
2．加强对水利工程地质灾害监测
对水利工程的地质灾害监测可以在很大程度上避免地质灾害的发生。首先要坚持24小时值班制度，保持通信的顺畅，部门之间加强协作，实行群测群控。水库值班和管理人员等直接管理者应该对大坝、溢洪道、输水道等主要建筑物进行检查和巡视，加强对地质灾害的监测。基层监测部门应该与国土、交通、建设、气象等部门加强联系，按照各部门的分工职责，切实做好水利工程设施的地质灾害监测、预防和治理工作。
同时，上级管理人员也应该对水利工程的监管引起足够重视，尤其是汛期来临的时候，更应该加大对库塘的监控力度，科学调度，依法防汛，确保安全度汛。这期间要随时掌握降雨引起的蓄水变化情况，严格防洪调度，分月控制蓄水，将地质灾害控制在萌芽阶段，如果发现安全隐患要及时进行排除。
3．制定相关的灾害防治预案
进行灾害预防首先应该制定相关的城市防洪紧急预案、在建水利工程安全度汛预案、水库防汛抢险应急预案、山洪灾害防御预案等。在对有可能出现的洪涝灾害的水利工程周边进行检查之后，应迅速制定相应的度汛抢险方案，尤其是在容易发生山体滑坡、山洪、泥石流等地质灾害的地方及重点部位要设置明显的警示牌。
4．做好物资、通讯、抢险应急队等各项工作
为了保证在地质灾害发生的时候，可以进行及时的救援，首先要做好物资、抢险、通讯等各项工作。一旦灾情发生，能够立即调动使用，应急抢险队要随时处于战备状态， 力保灾害能够得到最有效、最及时的控制。另外就是要加强对通讯施设的维护。在汛期，各县区中继站和各水库无线通讯设施必须正常运行，电信部门应该确保水库通讯线路通畅，使各站之间能够及时保持联系。
5. 加强施工安全管理
在水利工程施工中，施工单位获得中标之后，要坚持多级安全控制，多层次的安全负责原则，加强对施工企的安全管理。首先，要建立健全施工过程的安全管理体制。设置项目经理职位，坚持项目经理的第一责任，坚持施工质量检测部门进行质量安全自检，同时，要建立起施工的相关工程试验基地，建立健全各种资料的管理体制，设置专门的施工资料整理人员，并做好各个环节的工作分工，明确职责，加强对施工各个环节的工序质量检测记录，做好各种资料的送检工作，并严格各种文件的存档管理，为各种安全管理措施的出台提供决策依据。
五.结束语
水利工程关系到整个国民经济的发展和人民生活水平的提高。在施工过程中，水利工程所面临的各种地质灾害都有着不同的原因，要结合工程施工状况，结合地质地貌实际情况，从实际出发，采用先进的科学技术，加强对各种地质灾害的防治，从而促进整个水利工程行业的健康快速发展，为国民经济的发展和人民生活水平的提高提供巨大的动力。
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论文摘要：湖北省一方面属于水资源较为丰富的地区，另一方面，在水资源利用中又存在许多巫待解决的问题，如水资源污染问题日趋严重，过境客水资源丰富但难以利用，工、农业用水浪费严重等等。在分析湖北省水资源供水童、用水童现状的基础上，提出了湖北省水资源持续利用的对策。
当前，水资源问题已成为全社会关注的焦点，水资源危机已构成一个巫待解决的问题。我国人均水资源拥有量仅为2300m3，约为世界人均水量的1/4，居世界110位，被联合国列为13个贫水国之一。从湖北省的情况来看，20世纪50年代拥有1050个湖泊，享有“千湖之省”的美誉，而如今只剩下83个湖泊。随着湖北省经济的发展和人民生活水平的不断提高，对水的需求量也必然增加，而一些地区的水环境质量恶化趋势仍未得到有效控制。因此，了解湖北省水资源，保护好水资源，有效利用水资源，是实现湖北省经济、社会持续发展的一个重要问题。
1 湖北省水资源的概况与特征
湖北地处亚热带，位于典型的季风区内。WWw.lw881.com大部分为亚热带季风性湿润气候，光能充足，热量丰富，无霜期长，降水充沛，雨热同季。
1.1降水
通过比较全省各市2003年年降水量及其与常年降水量(见表1)，不难发现，2002.2003年全省降水属偏丰年份，各地平均年降水量在800-1600~之间。降水地域分布呈由南向北递减趋势，鄂西南最多达1400-1600mm。
1.2地表水资源
湖北省境内共有skm以上的河流1195条，总长达3500多km，尤以长江、汉江为最，流经湖北的长度均在1oookm左右，河流总集水面积约131567km2，约占自然水面积70.7%。同时，省内湖泊众多，面积达3001余km2，可谓“星罗棋布”。
1.3地下水资源
地下水资源量指降水、地表水人渗补给地下含水层的动态水量。2003年全省地下水资源总量312.8亿m3，其中平原地区地下水资源量75.1亿m3，山丘区地下水资源量242.9亿m3。全省各地区多年平均地下水资源量显示，江汉平原和河谷盆地地下水资源最为丰富，被称为地下的天然水库。
1.4过境客水资源
2002年全省人境水量7145亿m3，其中长江干流人境水量3836亿m3，江汉水系168.2亿m3，洞庭湖水系3122亿m3;出境水量为8028亿m’o2003年全省人境水量6704亿m3，其中长江干流为3969亿m3，汉江水系为454.4亿m3，洞庭湖水系为2259亿m3;全省出境水量7717亿m3。多年数据显示，湖北省客水资源丰富，自产水资源十分有限。如果考虑到大量的客水资源，则湖北省在总体上属于水资源比较丰富的省份。
2 湖北省水资源利用现状分析
湖北省是水资源大省，多江相聚，湖泊众多。然而，随着经济发展与城市化进程的加快，水污染日益严重，水危机警钟早已敲响。概括起来，湖北省水资源利用中存在的主要问题表现在以下几个方面:
2.1水少问题
根据湖北省水资源供需平衡分析，全省水资源1028亿m3，占全省的3.5%，人水资源量1732m’，列全国第17位，低于全国平均值，接近国际公认的人均1700m的严重缺水警戒线，尤其城市缺水突出。据调查，全省目前县级以上缺水城市有46个。
2.2水多问题
这与上面似乎矛盾，其实不然。水多问题主要是就水利用和客水问题。全省每年要承纳长江、汉水上游以及洞庭湖、湘、资、沉、澄流域大面积的客水，年平均过境客水量6638亿m3，为湖北省水资源的6.13倍。但是这些客水不仅难以利用，而且由于全省江河堤防现有防洪能力还很低，加上全省湖泊的减少、萎缩，降低了调洪能力。因此，洪水威胁始终是湖北省的心腹之患。
2.3水污染问厄
有调查显示，湖北省湖泊和城市内湖富营养化加剧;长江湖北段沿岸排污没有得到有效控制，形成多条污染带;汉江大部分支流受到污染，唐白河、蛮河、小清河等主要支流水质超过五类标准，连农田灌溉水质标准都达不到。水污染事故频发，特别是流域性的水污染事故时有发生，污染范围广、危害大，直接影响人民群众的饮水安全。
2002年长江干流3类水质水体占100%;汉江干流2类水质占30%.3类水质占70%。中小河流1类水质水体占7%,2类水质水体占43%,3类水质水体占26%,受污染的4类水质水体占10%,5类及超5类水质水体占13%。
2.4水资源的地区分布不均
湖北省水资源在地区分布上，南多北少，山区多，平原河谷少，且相差悬殊。南部年径流深最大为1200-1400mm，北部不足200mm，相差6-7倍。鄂西南、鄂东南山区年径流深变化在900-1400mm，为径流高值区;鄂北、鄂西北年径流深变化在150-250mm，为径流低值区;水资源的地区分布与区域人口、耕地、产值等社会经济要素的分布极不符。如武汉、襄樊、荆州、孝感、黄冈5市总人口占全省人口的55%，耕地占51%，工业产值占58%，但其水资源总量仅占全省总量的32%。恩施州人口、耕地、工业产值分别占全省的6.6%,8.6%和1.1%，襄樊市人口、耕地、工业产值分别占全省的9.5%,12.3%和12.2%，但它们的水资源量相差3.8倍，人均亩均水资源量相差5.5倍。
2.5其他问题
主要是指:由于全省水土流失面积扩大而导致的水浑问题;由于全省水资源利用系数不高而导致的节约用水问题。从全省的耗水结构看，农业灌溉耗水量占大头。由于湖北省在农田灌溉方面，大水漫灌仍十分普遍，引水渠利用率仅为50%，既有一半的水白白地渗漏蒸发掉了，因此，农业节水大有潜力可挖。此外，湖北省工业用水重复利用率也很低，武汉市为50%左右，其他城市仅为20%-40%。
3 水资源可持续利用的战略对策
水资源统一管理是一项庞大的系统工程，既要采取工程措施，又要落实非工程措施，这就必须采取思想的、组织的、行政的、经济的、法律的综合对策和措施。
3.1利用舆论，形成保水、节水共识
一是要让广大民众充分认识到水资源统一管理的重要性，要清醒看到水资源不足和水污染问题的严重性。湖北省水资源总量不丰、水污染问题比较严重，统一管理的发展态势不容乐观。因此，必须树立忧患意识，大局思想，发展观念，认真对待水资源统一管理中的问题;二是要坚持在全民中提倡节约用水和保护水的良好风气。水环境保护不仅是我省各级人民政府及其有关部门的一项重要任务，同时也是企业、事业单位、社会团体和每个公民应尽的义务，是一项全民的事业。如果没有公众的支持和积极参与，就缺少了实现水环境保护的必要条件，也就失去了维护良好的水环境的原动力。
3.2抓紧制定湖北省水环境保护法规、规章和标准，据此保护水环境
水环境保护法规和规章是进行水环境保护的法律依据，是依法治水、依法管水的基础。水环境保护标准是对水环境质量和水污染物排放所作的硬性规定，是水环境管理和执法的技术依据。通过制定和实施水环境标准，促使排污者达标排放，从而达到保护和改善水环境的目的。
3.3采取各种措施，防止水污染，维护和改善水环境质且
大力开发湖北省丰富的水力资源和其他洁净能源，推广洁净的燃煤技术，提高城市机动车尾气排放标准，降低酸雨对水环境的危害;对污染大的企业进行曝光，限期整改、停产整改或关停并转等，尤其要加强对乡镇企业的监测、控制和管理;大力建设城市污水收集系统和污水处理设施;制定相关政策，鼓励农民少用化肥和农药，探索替代化肥和农药的新途径，控制化肥、农药污染;加强对水资源保护区的规划、管理和水质监控，逐步推行水源保护区污染防治管理目标责任制，对重污染的河段、湖泊进行重点管理，恢复其天然生态功能。
3.4节约用水，减缓水资源的供希矛盾
目前，湖北省有占总数量达45%的大中型引提水的工程失修、设备老化等原因使工程能力下降，不能正常发挥效益;部分水库尚未达到设计标准;灌区渠系建筑物损坏，渠道水量渗漏很大，引水渠利用率仅为50%;城市供水网漏损现象普遍存在。节水、惜水意识淡薄。农业仍采用大水漫灌;工业水重复利用率低;城市生活用水由于价格不合理，浪费依然严重。
针对这些弊端，在农业方面，可以通过征收水资源费、水费，实施用水定额分配，大力推广节水型农业技术灌溉，提高渠系利用率，大幅度节约用水，特别要在鄂北岗地缺水地区大力推广高效节水农业;工业方面，在各行各业推广用水标准定额，提高水费，鼓励节约用水和清洁生产，提高水资源重复利用率和降低单位产品的用水量;城市生活用水方面，在用水中逐步加收污水治理费，同时大力宣传，提高公众的水资源意识。节水事业大有可为。
3.5抓住三峡工程和南水北调中线工程机遇，推动湖北水利建设
三峡工程和南水北调中线工程建成后，将大大提高湖北沿江地区的防洪安全。湖北省应抓住这个机遇，大力整治长江、汉江河道，完善江汉平原和鄂北岗地的排灌设施，从而从根本上根治全省的旱涝灾害。同时，利用三峡工程提供的电能，降低煤能源给水环境带来的污染。
关键词:水库 导流洞 封堵 设计
中图分类号:TB21 文献标识码:A 文章编号:1672-3791(2012)07(a)-0061-01
1 工程概况
某水库工程任务以防洪、灌溉为主,结合供水、发电。坝址位于陶寺村上游约50m处,距金华城区35km,距汤溪镇8km,厂址位于坝址下游约500m处。九峰水库由拦河坝、溢洪道、发电引水建筑物、发电厂、升压站等组成。拦河坝型式为混凝土面板堆石坝,最大坝高66.5m,坝顶长380m。溢洪道由进水渠、闸室段、泄槽段组成,布置于右岸,溢流堰顶高程139m,设3孔6m泄洪闸。发电引水建筑物由进水口、引水隧洞、调压井、岔支管等组成,布置在右岸,进水口距右坝头约120m。进水口为竖井式,底高程为100.5m,引水隧洞为圆形有压隧洞,开挖洞径3.7m,混凝土衬后洞径为3.0m。发电厂装机容量为2×3200kW。导流隧洞为6m×7m城门洞型,导流洞进口距坝轴线120m,底高程91m,出口距坝轴线约180m,底高程86.5m,直线穿越右岸山体,洞身长338m,进口段明渠长34m,出口段明渠长76m。
2 导流洞地质条件
洞身围岩为侏罗系上统西山头组第四段(J3x4)流纹质晶屑熔结凝灰岩,浅灰紫～黄绿色,风化后呈灰黄～灰白色,块状构造,新鲜岩石致密、坚硬。山坡覆盖第四系坡积(el—dlQ4)粉质粘土夹碎块石层,厚1m～4m,主要分布于出口的山坡。出口地段河谷分布第四系全新统冲洪积(al-plQ4)砂砾卵石层,厚2.0m～7.0m,砾石呈次滚圆状,粒径以2cm～15cm为主,表部见薄层中细砂,主要分布于进出口高程以下的漫滩。隧洞沿线无区域性断裂通过,主要节理发育有3组:N25°W,SW＜80°;N55°E,NW＜15°和N45°E,SE＜24°。节理以闭合为主,表部局部张开,延伸长。
3 下闸封堵设计流量
水库P=20％、10％时的月平均流量如下(见表1)。
封堵设计流量按8月份P=20％时的月平均流量5.4m3/s考虑。九峰水库导流洞从2003年底开工,于2004年5月份完工验收通过,按设计要求导流洞上、下游均已清理疏通,具备过流条件。水库枢纽土建工程于2003年10月份招标,后由于移民政策处理难度较大,一直到2004年底大坝才进行基坑开挖。施工期间由于坝区移民工作难度大,拦河坝在2005年至2006年6月期间施工进度受到影响。2006年6月复工,并在2006年10月中旬河床截流,在2007年、2008年、2009年施工期间通过导流洞实现了安全度汛,在2010年8月下旬下闸封堵。
4 封堵设计
根据施工总进度计划,本工程下闸蓄水选择在2010年8月底进行,下闸封堵设计流量为5.4m3/s(8月份P=20％时的月平均流量)。封堵分为临时封堵和永久封堵。其中临时封堵段采用“导流洞埋设钢管拍门”(以下简称拍门)方式封堵。临时封堵段位于导流隧洞的进口段(桩号导0-013～0-007m),其长度为6m。临时封堵段导流采用在导流洞中心埋设钢管(圆管,直径为2·0m)导流,对导流洞进口段(桩号导0-013～0-007m)进行突击封堵,在完成进口段临时封堵混凝土后,再采用“拍门”对临时导流钢管进行截流及混凝土回填,然后在导流洞进口段顶拱上部120°范围内进行回填灌浆。
根据所在市地区水文分析,8月份月平均流量约5.4m3/s,在非汛期4月份初,根据天气情况统计分析,一般情况下导流洞过流水深约30cm～50cm,过流面积约1.8m2～3.0m2。在临时导流期间,控制涌高水位不超过钢管管顶(经水力计算分析,其过流能力约为7.5m3/s),钢管过流面积不小于现有过水断面积;拟采用的钢管直径为2.0m(断面积为3.14m2),长度为8.5m。导流钢管由专业生产厂家生产安装,运至施工现场,节间通过手工电弧焊焊接。临时封堵段设计按121m水位考虑(按8月份P=20％时的月平均流量5.4m3/s,考虑30d的蓄水量),设计水头为30m。在临时封堵段施工期间,加强关注天气预报,选连续晴天突击施工。
永久封堵段布置在导流隧洞桩号导0+073.5～0+083.5m段。永久封堵段设计按校核洪水位147.78m水位考虑,设计水头为56.8m。在完成进口段混凝土封堵后,再对永久封堵段(桩号导0+073.5～0+083.5m)进行封堵施工。永久封堵段(桩号导0+073.5～0+083.5m)全断面回填C20混凝土,在顶拱上部120°范围内进行回填灌浆(如图1)。
(1)封堵体设计。
导流洞封堵分为临时封堵和永久封堵。临时封堵段位于导流隧洞的进口段(桩号导0-013～0-007m);永久封堵段布置在导流隧洞桩号导0+073.5～0+083.5m段。经计算,临时封堵段Lmin=1.45m,临时封堵段长度采用6m,布置在导流隧洞进口段(桩号导0-013～0-007m)。经计算,永久封堵段Lmin=2.9m,永久封堵段长度采用10m,布置在导流隧洞桩号导0+073.5～0+083.5m段。临时封堵段和永久封堵段均在顶拱上部120°范围内进行回填灌浆,回填灌浆采用预埋回填灌浆管。回填灌浆待混凝土强度达70％后进行,灌浆压力0.3MPa,灌浆采用硅酸盐水泥或普通硅酸盐水泥。
(2)放水管设计。
由于导流洞封堵蓄水后,在封堵初期将使下游河道产生断流,严重影响下游河道两岸的生活用水及下游河道的生态用水。经综合分析,采取在导流洞封堵体内埋设1根放水钢管(圆管,直径50cm)来进行放水,不使河道断流;并分别在导流洞桩号导0-006m、导0+084.5m安装蝶阀来进行控制。
参考文献
而作为专著于包膜控释肥料的研发、生产、销售的金正大公司，其研制的包膜控释肥料作为优质农用肥料，具有利用率高、节约能源、减少污染、均衡营养等特点，不仅占领了行业发展的制高点，而且引领了中国农业与化肥的一场科技革命。
之所以金正大公司由10年前一家不起眼的小企业，发展成为中国包膜控释肥料产业的领跑者，离不开与山东农业大学的紧密合作，更离不开留美归国博士、国家科技进步二等奖和中国专利优秀奖获得者、山东农业大学博士生导师张民教授等专家团队提供的关键技术支撑。
而张民，也因此成为中国包膜控释肥研制及产业化第一人。
从科技队长到留美博士
1958年7月，张民出生在嘉祥县瞳里镇东高庄村的一个农民家庭。1975年高中毕业后，张民在村科技队担任队长。他带领十几个队员，住在离村不远的科技队，在200多亩试验田里搞玉米杂交育种，同时还参加修水渠和引水灌溉等技术推广工作，带动全村的农业生产。
“当时，农村贫穷，仅有的少量作物秸秆用来烧火做饭，没法做到秸秆还田。土地瘠薄，麦穗长的像蝇头，小麦、玉米产量很低，亩产不到100公斤，提高粮食产量主要依靠优良品种和施用肥料。”张民回忆起当年情形，显得有些激动。
“有一次，我们步行10多公里，到县城参观氨水厂，了解氨水的化学原理和使用方法，回来指导农民使用。后来村里建起了氨水池，用大汽油桶运来，放在氨水池里密封保存。在作物生长的关键季节，用氨水耧施到小麦和玉米田里，随后压实，增产效果很好。但是，氨水容易挥发，浪费很大!”
“为了粮食增产，科技队到10公里外的青石山打石头，运回石头修水渠，修排灌站，用12马力195型柴油机，从京杭大运河新挖的引河里抽水灌溉或排涝，以保证庄稼旱涝保收。担任科技队长的经历，让我认识到农民的艰辛，认识到农业科技的重要，作物离开肥水不能增产。”张民说。
1977年，张民考入山东农学院；1986年，张民到南京攻读硕士学位；1992年，他在中国科学院南京土壤研究所读博士，并借助山东农业大学与美国肯塔基大学的合作关系，作为合作培养赴美留学。
3年之后，张民回国，并用在美国作的英文研究论文，完成中国科学院的博士论文答辩。继之，张民二度赴美，继续做他的研究。
在美国，他主要从事土壤肥料、土壤化学、土壤环境与植物营养方面的研究，接触到了美国和日本生产的包膜控释肥料，对包膜控释肥料做了大量调查研究，并在柑橘和柚子上做肥效试验。佛罗里达属于亚热带湿润地区，雨量充沛。柑橘和柚子的根系主要生长在土壤表层，将包膜尿素撒施在地面，营养随雨水逐渐缓慢释放到达根系，省工省肥，效果非常好。
当时，张民就打算回国后研制自己国家的包膜控释肥。
那时候，国外包膜控释肥料产品的价格比普通肥料高出5至8倍，仅在花卉、苗木、草坪等观赏植物上使用。在中国的土壤肥料学教科书上还鲜有相关内容，产品更是闻所未闻。
从技术引进到技术创新
1996年6月，张民完成研究回国。当时，学校正在组织申报“农业部引进国际先进农业科学技术(948)项目”，张民连夜写申报材料，并以自己在国外参与科研的情况和发表的论文，说服了评审专家和农业部分管项目的领导。
第二年，他联合校内外科研人员申报的“自控缓释肥制作技术”研究课题在农业部立项。
从此，他开始了包膜控释肥料从技术引进、技术创新到产业化的艰难历程。
在国外，张民虽然做过包膜控释肥料的肥效试验，但对它的包膜材料和生产技术、工艺流程、生产设备知之甚少。开始，张民在实验室里分析国外的膜壳材料成分，寻找国内相似的包膜材料，制作了小型流化床包膜塔，并研制出了小试控释肥料样品。
1998年夏天，课题组花5万美元，从美国引进了实验室用的流化床包膜塔和多种喷涂设备，加快了研究进度。张民在国内筛选了近50种包膜材料，进行了成千上万次的试验。他把引进的流化床包膜塔放大，自行设计制作了流化床包膜塔及配套生产设备，优选包膜材料的配方，用收集到的美国、德国、日本、以色列的包膜控释肥料样品作对比，按照欧美和日本等国外的产品标准检测自己的产品，并于1999年起草制定了与国际相接轨的《自控缓释肥》企业标准，按此标准不断改进和完善产品的内在控释性能和外观质量，为以后缓控释肥料行业标准和国家标准的制定奠定了理论和工作基础。
研究中，张民带领课题组创新了包膜材料及配方技术、包膜设备研制开发与生产工艺、包膜控释肥料产品的技术指标与质量标准、控释养分释放机理与肥效评价技术、作物专用复合肥配方与造粒技术。
经过大量工作和艰辛探索，张民课题组创新并形成了成熟的包膜控释肥料核心技术，即：可降解膜材料配方精准控释技术、热固性树脂快速表面固化成膜技术……
多次的试制、试验、反馈、改进和创新，终于使张民和他的团队生产出定型的12个系列数百种包膜控释肥料新产品。然后在学校中试车间完成了由小型流化床包膜塔到大型流化床包膜塔的放大调试，产量也由每小时3公斤提高到300公斤。
2004年11月，山东农业大学包膜控释肥料生产技术转让山东金正大公司。
2006年4月，山东农业大学和山东金正大公司合作完成的“包膜控释肥产业化成果转化”项目――年产30万吨的硫加树脂包膜控释肥料生产线在山东临沭建成投产。
第二年底，项目通过了国内11个单位13位权威专家的技术鉴定，形成了具有中国自主知识产权的包膜控释肥生产技术体系，成为世界上品种最多，生产规模最大的包膜控释肥料生产基地，实现了包膜控释肥料关键技术的集成与大规模生产的历史性突破。
目前，张民与金正大公司已研制出具有自主知识产权，适合规模化生产的包膜控释肥料生产新工艺，开发出12大系列100多个品种，获得国家发明专利78项，不仅在中国，而且在美国农业部3个试验站和6所大学的试验基地13种作物上推广应用，产品已出口到澳大利亚、马来西亚、韩国、英国、荷兰、美国等10多个国家。
艰辛创业路
张民，回国创业15年，将中国包膜控释肥料研制和生产工艺做到了极致，完成了包膜控释肥料从技术引进、技术创新、集成到产业化的全过程，汗水洒满了创业的道路。
“生产设备由小到大，靠我们自己研制、安装、调试。产量由每小时1公斤提高到3公斤，由3公斤提高到300公斤，由300公斤提高到1000公斤，由1000公斤提高到3000公斤。每小时生产3000公斤的设备由一套扩大到24套。
这不是几何放大，而是一种物理性放大。在这个过程中，情况复杂，需要一步一步地试验和探索，需要具有顽强的毅力和奉献精神!”
谈到包膜控释肥料由小试、中试到产业化的技术创新历程，许多难忘的情景，张民至今仍然记忆犹新。
“2003年7至8月，正是泰安最炎热的时节，也是300公斤流化床包膜塔在学校农场的车间进行安装调试的关键时期。要使从3公斤到300公斤肥料在包膜塔中均匀包膜，喷头和气流分布板需要一遍一遍的修正，24小时不能停，困了就在车间睡一会儿。天气热，蚊子多，咬的人们难以忍受。一天夜里两点钟，车间突然跳闸停电，我们急忙找来变电室值班人员，接好了电，继续试验。不长时间，线路再次断电，没办法又去叫醒值班人员，和值班人员说好话，赔笑脸。”张民说：“此前，我们已经与荷兰一家贸易公司签订了60吨包膜控释肥中试产品的销售合同，不尽快调试好包膜塔生产设备，就不能按时交货!”
就这样，张民和助手杨越超带领着研究生，吃住在条件十分简陋的生产车间，昼夜加班，奋战两个多月，完成了生产中试试验。
2005年春节前夕，“包膜控释肥产业化成果转化”项目在金正大公司开始启动。
第一台大型流化床包膜塔及辅助设备，需要吊装到四楼车间，由于机器设备庞大，张民在现场指挥工作人员，拆了四楼的窗户，把机器吊装到楼内。时值寒冬腊月，滴水成冰，北风呼啸，冷风直接吹进楼内，穿着羽绒服都冻得难受，张民带领技术人员，冒着零下十几度的低温，调试机器设备，从上午一直干到晚上八九点钟，忙到腊月二十九才收工。
正月初六，当人们还沉浸在过年的气氛中的时候，张民已经来到工地，继续指挥调试正在安装的包膜生产设备。
十几年下来，张民在实践中不断学习树脂、塑料、溶剂、机械、生产工艺流程等方面的知识，书架上增加了一大批新书。他边学习，边摸索，边试验，边总结，成为包膜控释肥料研制和生产技术专家。
“为祖国服务，祖国更需要我!”
为验证国产包膜控释肥料在国外的施用效果以及新型叶面肥料的合作研究，2000年6月至2002年9月，张民作为访问教授再次来到美国佛罗里达大学，在热带作物研究与教育中心做研究工作，一边做中国产包膜控释肥料与美国、日本以色列等国家控释肥产品的对比试验，承担佛罗里达大学热带作物研究中心的试验项目。
曾经担任美国农业部副部长、具有环境生态学专业背景的Dr.WaldemarKlassem，时任佛罗里达大学热带作物研究与教育中心主任，非常赞赏张民的工作表现，极力挽留张民在美国发展，并对张民说“你在这里工作得这么好，你就留下来吧!”
此问，张民16岁的女儿来到美国读书，妻子也从国内来到美国。
当时，只要有工作成绩，有博士学位，有人推荐，是受美国欢迎的人才，很快就会拿到美国绿卡。只要张民有了美国绿卡，就会为女儿在美国的读书、就业和成长带来很多便利。所以，当时女儿也很希望父母继续留在美国工作。
同学和朋友们也好心劝张民“现在，一家人都在美国，应该考虑给女儿争取一张在美国的绿卡，先不要考虑回去了!”张民深沉地说：“留在美国，我主持承担的‘包膜控释肥料的中试与示范’和‘波尔多液营养保护剂制作技术及作物效应研究’两项农业部课题，就无法按期完成。同时，也无法指导国内的3名硕士和1名博士完成论文。为祖国服务，相比之下国内更需要我!”
张民感到：“在美国搞科研，尤其是做应用技术，技术再好，成果再大，产权首先是美国的。在那里做出成果来，受益的首先是国外。而且，应用研究和理论研究不同，理论成果无国界，应用成果和专利技术的推广却受到地域的很大影响。回到国内做科研，就是为中国的农业、农村、农民做事!”
关键词:聚落;水系景观;景观形态;铜湾陈村
中图分类号:TU984.2文献标识码:A文章编号:0439-8114(2014)10-2464-06
Water System Landscape of the Traditional Settlement in Southeastern Hubei Province
――Taking Tongwanchen Village in Yangxin Country of Hubei Province as an Example
HOU Tao,ZHU Rong,ZHANG Pan
(Wuhan university of science and technology school of art and design Huhan 430200,China)
Abstract: Landscape of traditional settlement’s water system is an ancient impression left by the history,and is a vital type of cultural landscape. For hundreds of years, the characteristic,vivid and harmonious landscape of water system space has been developed in Tongwanchen valley because of the local people′s way of producing and living. These landscape,including the characteristics of water system in different times,the relationship between the water system and surrounding environment and the characteristics of the constituent factors of the water system landscape, reflects people’s wisdom and experience in living environment. A study on the water system oftraditional settlements landscape space in Tongwanchen will give us inspiration for landscape architecture practice today.
Key words: settlement; water system landscape; landscape patterns; Tongwanchen village
传统聚落作为乡土文化的载体,具有重要的认知意义,同时也具有相当的审美、情感价值与使用价值。“传统”是从古至今的历史延续,它不仅不是一个短暂、静止的片段,相反,它是一个长期、动态的变化过程。作为具有古老性、科学性、独特性以及民族风俗的集聚或村落,传统聚落应该包括古镇、古城、古村落等。其中古村落是传统聚落的一种,有着悠久的历史沿革,并仍然在继续传承着。
1绪论
1.1聚落
聚落是人类各种形式的聚居地的总称。它不单是房屋建筑的集合体,还包括与居住直接相关的其他生活设施和生产设施,包含了人们生活和社会活动的各种场所,也是人们进行生产的场所。聚落形态所反映出的文化变迁的作用和影响在功能、性质、类型以及所处环境等方面的复杂性对其空间形态的形成会产生复合性的影响。
1.2水系景观空间
水的分布之广泛,一般指的是广义的地球表面的各种水体。对于“水系景观”,可以界定为:针对某一主体,围绕它并对其产生影响的分布于地表空间所有水域组成的有机系统。包括水体、水域建筑群落、道路、桥梁等一切自然与人文要素及其相互关系,包含生态、美学上的多层意义。
鄂南水系景观空间作为传统聚落空间的一部分,通过其自身的地理历史环境和文化传统表现出自己独特的魅力。
2整体布局特征
2.1自然地理概况
湖北省阳新县位于鄂东南,地处长江中游南岸,有着悠久的历史、良好的区位优势和丰富的自然资源。在地理学家眼中,鄂南是一整片的丘陵地,幕阜山、九岭山、武功山、万洋山连绵在鄂湘赣的三省边界,古代那些最初进行迁徙的先民,世世代代沿着一条进出大山的通道迁徙。江西人分水陆两路,水路经长江进入孝感、麻城,陆路走幕阜山通道进入鄂南,再沿长江、汉江、随枣走廊,向西进入四川,向北进入汉中。而地处于鄂湘赣的三省边界的阳新县便成为了“移民”聚居地。
陈氏第九世祖陈涵公有八个兄弟由于原在江西瑞昌村落人口增多,分家后他们各自选择土地组建家园总称“果石庄”。相传当年陈涵公来到阳新县此地后,发现此处三面环山有水有石,空气清新宜人,是一个难得的世外桃源,有肥沃的土地可以耕种。便决定留下来在此建设家园,因此陈氏始祖从山势、水体等自然的几个方面来选址并带领族人在此生息繁衍,又由于此地山石含铜,定居于此的都是陈氏同湾的人,故命名为“铜湾陈”。铜湾陈村隶属于湖北省黄石市阳新县王英镇隧洞村。
该村落三面环山,为了不占农田,又便于生产生活故房屋依傍在溪流边,建在向阳背风的山脚坡地上,由林地、小溪、正屋、宅居、农田构成,形成依山伴水天人合一的村落(图1、图2)。阳新县陈姓村落的祠堂堂匾是“义门第”,出自陈氏第七十世旺公事迹。陈氏族谱载:“旺公,字天相,宋仁宗天圣四年敕封晋国公,后迁江州德安太平乡儒教里艾草坪,为义门始祖。”
2.2铜湾陈聚落历史变迁及水系发展(图3)
2.2.1聚落定居阶段聚落创建之初,这里三面环山,气候宜人,堪称世外桃源,同时有肥沃的土地可以耕种。定居时期,村落的正屋前有一大水塘,屋后靠山,村旁有竹林与老屋相望,背山面水,正屋的修建成为村落搬迁至此的一个试金石。
2.2.2聚落发展阶段陈氏宗族在此处开始发展壮大,东榜山由于坡度较大,树林茂密,交通不便。因正屋修建的大山脚下地势平缓且有两条溪流从两侧经过,族人开始在正屋周围填塘建房。
2.2.3聚落鼎盛时期陈氏家族将古建筑大部分都集中在村落的西部居住,同时沿水域建造,地域范围明显分隔。村落内很少有商业设施分布。
2.2.4聚落衰落时期民国初,军阀混战,民不聊生,大量古建筑被毁,严重影响了当时的经济和文化的发展。同样,历经战争后的铜湾陈也奄奄一息,加上木结构房屋年久失修,正屋遭到破坏后如今已荒废。
2.2.5聚落停滞阶段村落所在地几乎没有什么自然灾害,即使地震时此处震感也不明显,对居住其间的居民生活几乎没有造成影响。同时村落的自然排水系统良好,也不会发生泥石流滑坡以及洪水等灾害。村民修筑了水渠,将泉眼水引入蓄水渠,通过人工来控制水资源。此时期西侧灌溉农田的溪流渐渐消失。
2.3水系景观特征
聚落周边往往都会出现溪流水域,因此水系规划也是聚落建设中非常重要的一环,需要综合饮用水、洗涤水、灌溉水的供给,洪水的防范、雨水的排放以及蓄水防旱防火等各方面因素。
村落一般都要建设水渠,将附近的水源河流引水入村,不仅方便使用,更是为了保证聚落的周边农田的灌溉水源。有的聚落则会有较大的蓄水池塘。
铜湾陈村主要的水系分为两大部分,一部分是泉水,一部分则是自来水。村中有两条从山中流下来的泉水溪流,经由泉眼流出,也是村中生活用水以及灌溉农田的来源,其中西侧溪水已由于水库的修建而干涸,曾用于灌溉农田。现存东侧的水源也逐渐减少,现主要用于居民日常洗衣以及儿童洗澡嬉戏。整体水系连续统一,走势自南向北顺应山势而流向村落。
2.4引水方式
水对于传统聚落的重要意义不仅仅因为其是传统聚落的灵魂和生命之源,也为古村居民的生活提供了便利,同时也为当地村落文化民俗的形成提供了智慧源泉并影响着生活其间的居民生活、习俗、日常活动等各个方面。
铜湾陈村所在地为周边村落的水源地,其水之源头为山上一泉眼,水资源丰富,长年不干涸,经过分流为三向――东、西、中。其中西渠由于水库的修建改道而逐渐干涸,东渠则是通过修建的管道引水至山腰的水塔,以满足村落居民使用,中渠则是现今流经村落的一条溪流(图4)。
村落内的引水方式则极为简便,多是通过建造小型自流引水工程利用水流的重力作用自上而下流至村落及周边。具体做法则是在被引流的水体高于村落整体高程的上游,采用筑坝、水管等方式拦截潜流,引水至修建好的沟渠和水塔中,再顺地势缓缓流至村落。这些几百年前规划建设的引水工程直至今日仍发挥着不可替代的作用。
3聚落水系景观形态
铜湾陈村中的泉眼提供了丰富的水资源,村中溪流经过颇为复杂的地势状况。整个村落水系景观构成要素主要是泉眼、溪流、水塔、桥及其他要素。
古村落由山中泉眼发散而形成的主要水系的景观空间,顺应山势流向村落,与城市景观空间不同,呈现的是自由式的水系景观空间系统,且多数水系景观空间的水都是通向山下村落。由此可以看出村落自山腰向东西两渠的发展脉络。
3.1泉眼
泉眼是村落水系景观空间结构的重要构成要素。泉眼的分布大多依山川天然走势而形成。铜湾陈的泉眼位于山腰,其间丛林茂密,同时包含铜湾陈在内的附近村落用水也一直依靠此泉眼水供应。据年长的村民描述,从建村以来一直依靠这里的水供给家家户户,后因用水过多,将自然形成的泉眼池水依山挖凿将水分为东、中、西三渠。其中东渠水引到水塔每天用开关控制供村民生产生活中使用,而西渠由原灌溉农田到如今已废弃。中间的水渠由水管引水至山下村庄形成溪流。
泉眼是铜湾陈村的水系景观空间序列的开端,一方面为村民解决了饮水灌溉等生活问题,也是独具聚落特色的景观之一,另一方面村民对于泉眼的尊重及保护都是传统聚落得以存在和发展的关键。
3.2溪流
一般而言溪流与村落的关系有两种:一种是沿着村落的边缘涓涓流过,此种方式使得一般村民的建筑依山而建,依地形而起伏参差错落,溪流顺地势而下,濒临于溪边的人家便可得“近水楼台”之利,不仅可充分利用溪水来方便生活,还使生活更加接近自然,从而获得山石林泉等自然风光。另一种是贯穿于村落的中间,令环境优美让人神往。即便是穿过村落内的溪流,虽然受人工影响其自然的情趣有所减弱,但依然可起到某种调节村落小环境氛围的作用,而使村落景观富有更独特的生机和情趣。
铜湾陈村落的溪水属于第一种,溪水发自山上泉眼并顺山势而下,水势平稳,水面如镜。村民也经常在溪水里洗菜,由于泉水天然冰凉,夏天溪水边也成为村民纳凉休闲的好去处。
3.3水塔
鄂南地区大多数农村用水主要是来自于井水或自来水,而在铜湾陈村中则是蓄水塔。当年修建水塔的原因一方面是因附近村落用水都依靠这一泉眼的泉水,铜湾陈村民为了保护以及充分利用水资源,开始引水筑塔,并由本村村民自行控制开关供水。本村居民将泉水通过管道引进到家里,由此“自来水”都是山上的天然泉水;另一方面则是因为露天顺山势而下的溪水不如直接从泉水源头而下的水干净,且附近村民曾因用水有过纠纷,而修筑水塔可更方便地控制用水。
3.4桥
桥是村落常见的设施之一,桥体本身连同它的周边环境通常也往往是富有诗情画意的美景。桥作为一种公共交通设施对于传统聚落来讲是非常重要的。
铜湾陈村的桥的形式也多种多样,建于不同年代、形式各异的桥也仿佛在深情述说着村落古老的历史。
桥为欣赏水景提供了方便,而桥本身也是作为水景的一部分也供人观赏。铜湾陈村中桥的宽度大概都在2~3 m之间,其中历史最为久远的桥名为“集义桥”,在现在村落的西边,由青石砌成。据说是起初建村八兄弟为给陈涵公祝寿而建,但因年代久远,聚落变迁发展,村落中心转移了,此桥也已渐被废弃,但对于研究村落发展与水系变化仍有着重要的意义。而村中其他桥,大多在村口和村内,具有重要的日常交通功能。同时桥的所在地往往也是村民集会和日常出行使用较为频繁的场所,如用作打谷场。而且村民的日常行为如洗菜、洗衣甚至洗澡都与桥或多或少地发生着联系。因此,桥的存在对于传统聚落景观空间形态的塑造和形成有着极为重要的意义,甚至可以说,桥本身已经成为了传统聚落公共空间的一个重要组成部分。
3.5其他构成要素
3.5.1天井天井有聚水、采光、通风、消防、排水和调节小气候的功能,天井的尺度则以间为基准。其更深一层的功能是精神上的要求,可以说天井是中国人“天人合一”观念的特殊产物。天井是鄂南地区民居的重要生活空间,在居民生活中发挥着举足轻重的作用。雨季时节,天井作为收集雨水的重要工具,在密集的建筑群体中,夏季能降低室内温度,通风、采光、排水,冬天还能补充光照提高室温(图5)。
3.5.2排水设施铜湾陈村排水系统有两部分,一部分为村落生活排水,一部分为住宅自排水。村落排水主要靠道路和地形来引导,呈自然排水的形式。住宅排水主要是通过建筑四周的沟渠和天井,房屋四周的青石板夹缝内有暗沟,雨水降落到街巷和天井之中会从暗沟排出,最终流入水塘、小溪之中。
4水系景观的空间扩展
历史的变迁,常常会导致村落水系景观周边环境的变化,改变村落水系景观空间与周边环境的关系,从总体上说,铜湾陈村水系景观空间是一个功能和谐、形式统一的景观整体,与建筑、田地、植物等周边环境联系紧密,周边环境实际上也是水系景观空间向其他区域过渡的重要部分,起到视觉形象的引导或烘托作用。水系景观空间与周边环境共同组合而成多样的空间形态,既有带状的空间形态,也有块状的空间形态。在诸多水系景观空间同周边环境共同组成的空间形态中,根据其空间的私密程度、尺度的大小变化,可以将其划分为三个等级。由于用地类型的差异,水系景观空间构建往往考虑与村落不同用地类型的结合,以及各种空间在功能及其周边环境方面的差异,所形成的景观空间的构建也有所不同。
4.1开敞水系景观空间
开敞水系景观空间包括泉眼、水塔、小溪和桥,主要位于村落的,在功能上主要是满足日常生活、灌溉等的引水、排水及交通的问题。由于此类水系景观空间没有山体、建筑等要素的围合,因此视线开阔、空间开敞,可以从整体上观看整个村落的总体状况,这类水系景观空间既界定了村落区域,又形成了村落水系景观空间的总体框架。
4.2半开敞水系景观空间
此类水系景观空间属于半开敞、半私密性的空间类型,其空间构建一面或多面是由建筑或其他垂直要素限定。在功能上,主要是提供水源、排水。建筑物围绕带状水系景观空间布置,同时也受其空间形态以及地形的影响。在此类空间中,村中村民的集体活动以及生活、交往活动也会在此类空间中进行。
4.3封闭水系景观空间
包括建筑物内的排水空间、天井,主要位于村落内部。此类水系景观空间属于私密性最高的景观空间,是由建筑物所围合的水系景观空间所形成的。水系景观空间系统较为狭窄,两侧多为建筑或墙面,空间层次变化较少,多为结合自然地形由人工开发而成。其功能是满足排水功能、改善小气候、采光、空间组织功能及交往活动功能。
铜湾陈村这三个不同等级的水系景观空间与周边其他环境因素共同构成了丰富的空间形态。由此可以看出,古村落传统水系景观空间框架由开敞水系景观空间构成,半开敞水系景观空间为主体并与村民日常活动息息相关,封闭水系景观空间则私密性较强,因此主要是村民自发聚集、生活、活动的交往活动地区。通过建筑界面的围合形成的不同级别的水系景观空间,易被人所感知,同时也形成了亲切的空间氛围。
5水系景观空间形态与村落形态分析
自古以来当地人用他们的聪明才智因地制宜地利用和开发水系,满足了日常生活以及农业灌溉用水的需要。同时这种自发形成的聚落形态在一定程度上尊重并利用了现有自然环境中的有利因素,建构了与自然和谐统一的空间形态。
5.1建筑与水系的关系
水系空间分布,限定了村落的范围,建筑大多依水布置,聚落扩展的规模和发展的方向也受到了水系的限制。民居都依山旁水而建,顺应地势建造村落。溪水由山上泉眼而出,顺山势而下。铜湾陈村小溪宽度大约1.5~2 m,同地面高差约2~2.5 m,小溪是居民赖以生存的水源,与居民的生活息息相关。建筑与水系一静一动,丰富了村落的空间形态,使其充满活力与灵气。
5.2道路与水系的关系
由于地形南高北低,泉眼位于南面山上。在雨季较多的季节,为顺应地势,易于泉水和山水的排放,故而村落内多南北向街道,东西向街道较短。
道路路面高出水面约1 m,依山就势,人工与自然式相结合的排水方式,雨水经由路面流入到水塘、小溪,有利于农田的灌溉。道路与水系的走势基本保持一致,二者共同构成统一的空间体系。
5.3水系与村落公共活动空间的关系
桥头、小溪、水塔、打谷场等水陆节点空间与村落中主要水系呈并行的线型空间,构成了聚落环境内主要的公共空间体系。村中的集体活动以及村民的生活、交往活动也会由此展开。溪边作为公共活动场所,主要为村民提供浣洗的空间,地势较低,是一个较为私密的活动空间。同时由于取水于山泉,溪水尤为清凉沁人,每到夏日也是纳凉的宝地。打谷场、桥头与小溪形成上下两个不同层次的空间构架,村民们在此进行农作物晾晒、交谈、嬉戏、集会等活动,空间开敞,公共交往活动较为频繁。同时,也有部分公共空间则是由建筑间的不规则的组合而成的巷弄,是铜湾陈村民们经常聚集聊天的地方,在所有公共空间中活动最为频繁。
5.4水系与农田的关系
农田紧临水系景观空间,主要目的是便于灌溉取水,因此农田作为带状空间与线形水系形成一个整体的块面。铜湾陈村的农田主要分布在东面,与主要水系并行,农田成为山体与小溪间的过渡空间。水系景观空间与农田联系紧密。石板桥将农田与陆地相连,人们经过小桥越过小溪到达农田,溪水给予农田养分,是村民不可或缺的耕作条件,因此人们更加珍惜泉眼带给大家的福泽。
6小结
古村落的一池一沼,一墙一隅,无不因水成趣。水系对于塑造和谐的聚落空间环境,对村落历史文化景观有很大的保护作用。研究村落历史文化景观对解决中国由于城镇化所引发的关于村落历史文化的保护和发展之间的矛盾,具有一定的现实意义。
当前在城镇化急速发展的背景下,随着人们保护观念的增强,村落历史文化景观不断受到大众普遍的关注和空前的重视。如何处理水系景观与周边环境的关系,是人们应该思考的一个重要方面,笔者认为应该遵循以下3个原则:
1)保护村落水系景观的完整性。村落的水系景观是历史留下的村落古老印记,是一种亲切的历史文脉的延续,是人们可以感受到的村落历史文化信息的物质载体,使人们有强烈的文化和景深归属感。因此,在处理村落水系景观与周边环境关系的问题上的首要原则就是应该尽量保持其景观的完整性状态。
2)突出村落水系景观风格特色。村落水系景观是村落历史与文化展现的物质载体,同聚落的整体风貌有相互依存的关系。然而,传统古村落的保护必然遭到由城市化带来在空间、交通、功能等各方面的影响。而保护与建设之间的矛盾,几乎伴随着聚落发展的每一个环节。因此如何着重突出水系的景观风格特色在一定程度上对于塑造传统聚落空间形态有着举足轻重的作用和意义。
3)生态性原则:构筑可持续水系景观环境。村落水系景观本身就是村落中集视觉审美与自然风貌为一体的景观,它往往与周边的自然环境要素有紧密联系,共同形成村落中自然和谐而有鲜明景观特色的生态气氛。尽可能保留和恢复一些传统聚落的生活环境,保留传统聚落整旧如旧的状态,保持本土的水系循环平衡对于塑造水系景观环境的可持续性甚为重要。
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人类进行边坡防护已有很长的历史，但在防护与绿化美化两方面一直没有统一，与传统防护材料相比，生态混凝土既有较高的强度能有效地进行边坡防护、加强边坡的稳定性，提高防护年限，又具有很大的孔隙率便于植物在其中生长，具有改善环境的功能，是一种被广泛认可的生态修复材料，因此，开展生态混凝土的研究具有重要意义。
本文主要针对具有生态环保功能的生态混凝土的配合比设计、强度、干湿交替作用下的耐久性、护坡构建和综合生态效应等方面进行了探讨和研究。在基本性能方面，本论文研究了生态混凝土在掺加矿物掺合料时，其强度随着掺合料掺量的变化规律。除此以外，还研究了掺加矿渣的生态混凝土处在干湿交替作用下的耐久性特点，进行了生态混凝土抗干湿交替性能的试验。在护坡构建中，还研究了植物必要的生长环境、生态护坡植物的选择以及生态护坡基质的选择。此外，本文最后研究了不同粗骨料的生态混凝土水质净化性能和污水处理的标准。
关键词：生态混凝土，干湿交替，生态护坡，强度，水质净化
中图分类号：TU37 文献标识码：A 文章编号：
第一章 绪论
1.1 研究背景
近年来，在水利工程建设中，人们逐渐意识到河堤护坡是河流生态系统的一个重要组成部分，它是河道水流生态系统向陆地生态系统过渡的一个通道。河道不仅仅具有防洪、航运等基本功能，还应具有生物栖息地和人文景观等功能。传统的浆砌石或混凝土河堤护坡虽然结构稳定，具有防止水流和波浪对岸坡基土的冲蚀和淘刷作用，但水体封闭在河道中，切断了水体和近岸陆地土壤之间各生态要素间的物质、能量及信息系统的有机联系，破坏了原有水陆交错带的生物群落。水生植物、水生动物不能正常生长而消失，生物多样性急剧下降，从而影响整个河流的生态环境。
此时就需要考虑发展能与自然协和共生的建筑材料来建造护坡。此护坡可保持水土，加固堤岸，又可维持甚至增加生物多样性并净化水质。这样，生态混凝土的概念就被引进了。生态混凝土又称环境友好型混凝土，又名亲环境混凝土，可以减轻环境负荷同时也与有机物相适应，它实质上是一种有着连续孔隙的多孔混凝土，水与空气能够很容易通过或存在于其连续通道内,能与生态环境相适应，可使水质得到净化。虽然与普通混凝土相比，它的强度和耐久性都有所不及，但是其有着极为广泛的应用前景，对人类社会的可持续发展有着深远的意义。
生态混凝土的净水功能主要由于它存在大量的孔隙，所以具有良好的透水与透气性。就目前国内外的研究现状来看，它的净水机理主要是物理作用、化学作用以及生态综合效应三个方面：
1．物理作用
多孔混凝土的孔隙率在5%～35%之间，并且连通孔占15%～30%，平均孔径为4～5 mm，并且孔隙弯弯曲曲，这就形成了很好的过滤材料，但是它的比表面积是远远小于如沸石、活性炭等良好的吸附净水材料。而且在实际应用中，我们可以想像到，它的孔隙会慢慢堵塞，从而丧失了过滤的功能。因此它通过物理作用来净水的效果是不会太明显的。
2．化学作用
大家都知道,我们经常使用石灰来净化水质,因为它不但可以调节pH,而且作为无机混凝剂可使污水中的悬浮物质絮凝沉淀,在澄清的同时也降低了水中污染物质的含量。混凝土组成材料中的水泥在水化过程中,以及混凝土浸泡在水中都会不断地溶蚀出Ca（OH）2, 从而起到净化作用。但是这会影响混凝土的耐久性，其碱性也会对生态植物产生影响。
3．生态综合效应
由于生态混凝土是多孔结构的，所以它就提供了适合微生物生长的生存环境。在其表面和内部有大量的细菌栖息繁衍,包括硝化菌、甲烷菌、脱氮菌等喜氧性和厌氧性细菌。而且多孔混凝土上形成的生物膜中生物种群较多,可以充分发挥生物膜的作用,降解水中的污染物质。另外水草等植物附着生长在生态混凝土上时，可以吸收水中的N、P等污染物质。
总之，生态混凝土在水中富集的微生物、动植物形成了一个综合的生态效应从而取得良好的水质净化效果，因此是我们研究的重点。
1.2 国内外研究现状
由于环境保护的需要，水土保持、水质净化和退化生态环境的修复和重建得到了世界各国的重视。人们试图通过多种途径解决保水、排水、保护水资源、保护生物的多样性等一系列包含复杂技术的生态环境保护问题。多孔混凝土是一种采用特殊工艺制备的含有连续空隙的混凝土，它既有一定的强度同时又具有透水性和透气性；多孔混凝土在水中富集的微生物、动植物形成了一个综合的生态效应从而取得良好的水质净化效果，在美国、日本、欧洲等国家得到了较为广泛的应用。
直到20世纪90年代美国、日本、欧洲等国家才开发使用生态混凝土这种新型的材料，尤其是日本在这方面做了深入细致的研究。日本大成建设技术研究所进行了连续四年的探索性研究，在1993年提出生态材料(environment conscious materials)概念的基础上, 日本混凝土工学协会在1994－1995年设立了“生态混凝土研究委员会”，1995年日本混凝土工学协会提出了生态混凝土(environmentally friendly concrete / eco-concrete )的概念。[1]
在生态混凝土的水质净化方面，文献报道日本近畿大学的玉井元治教授从90年初就开始进行多孔混凝土（POC）在自然水环境中生物附着和水质净化的可能性的研究。表明POC在自然水环境中会有大量不同的生物附着生长在其上面并具有水质净化的效果。[2]文献报道日本长崎大学于1994年起进行海水现场试验,将直径1m高0.5m的有孔试块10个一组地投入海中,并于1995年2月至1996年2月每月实测一次水质变化,发现生态混凝土有富集营养物质的功能. 另有文献报道,使用生态混凝土在公园内小河上建造净水渠(15m×2m×0.4m),水在其中停留1～3h可去除水中的BOD40%～50%,长时间停留可去除80%～90%。[3]日本德岛大学的水口裕之教授1997年在实验室建立了POC水质净化装置并开始研究多孔混凝土的空隙率，粗骨料粒径，孔隙直径对混凝土的强度，生物膜附着和水质净化效果的影响。发现空隙率20%～30%，粗骨料粒径5～20mm的混凝土（28天强度7.5～23MPa）在实验装置中浸泡30天，T-P除去率达60%，T-N去除率达50％。[4]林正浩和水口裕之教授通过在生态混凝土中添加高炉矿渣和沸石粉方法，研究其对多孔混凝土强度和水质净化的影响，取得了较好的成果。[5]日本宫崎大学中泽隆雄博士等也通过室内实验装置对POC的水质净化效果进行了研究，表明POC对废水的TOC、T-P、T-N的去除有明显的效果。[6]
我国在生态混凝土的研究在20世纪90年代后期才开始，与国外水平还存在较大的差距。清华大学、吉林水利科学研究所、吉林水土保持科学研究所对植生型多孔混凝土进行了一些研究。近年来，东南大学高建明教授、吕锡武教授和河海大学的吉伯海教授共同对生态混凝土进行了较为系统研究，取得一定的成果，并将其成功应用于镇江的江滨治理上。[7]同济大学陈志山副教授利用生态混凝土为材料设置了一套装置并研究其污水处理的效果。[3]除此之外，国内对其研究还是空白。
关键词：无人机航摄技术；土地综合整治；动态监测
1 引言
土地综合整治是国土资源工作的重要组成部分，是确保我国粮食安全、提高粮食综合生产能力的有力支撑，是一项涉及面广、实施时间长、管理程序复杂的系统工程，对保证国民经济和社会可持续发展，实现耕地总量动态平衡，加速农业、农村现代化有着不可替代的作用。现阶段，我国土地综合整治事业正处于管理模式调整和管理水平提高的关键时期。如何建立一套科学的监管体系，确保土地综合整治专项资金发挥预期绩效，全面完成国家补充耕地计划和项目建设任务，让项目长期发挥效益，促进社会经济可持续发展，已成为我国当前土地开发整理工作的一项首要任务。
2 无人机航摄系统简介
2.1 无人机航摄系统组成
无人机航摄系统主要由飞行控制系统、地面站系统、航拍摄像系统和影像处理软件四部分组成。
2.2 无人机航摄系统的特点
（1）低空飞行，空域申请便利。飞行系统升空准备时间短，操作简单，运输便利。
（2）系统可快速获取超高分辨率数字影像和定位数据，可针对特殊监测目标搭载全色波段、单波段、多波段等传感器，并可进行多角度摄影。
（3）系统为多种小型遥感传感器提供了良好的搭载平台，如探地雷达、热成像仪、气象传感器、合成孔径雷达等，易于拓展监测功能，以满足多种快速监测所需。
（4）系统的置建费用较低，运营成本、维护成本和操作手的成本远远低于载人机系统。
3 试验方案
3.1 试验区概况
本文选择宁乡县大成桥乡土地整理项目作为试验。该项目位于宁乡县大成桥乡东北角区域，属丘陵地区。土地综合整治面积4km?，分割成四小块，如图1所示。
3.2 试验目的
采取航空摄影方式获取不同时间阶段的地面影像资料和数字线划图，通过数据变化分析对比对土地整治项目全过程实施动态监控。
3.3 试验方案流程
本次实验方案主要分为“事前、事中和事后”三个阶段，使其达到“事前预控、事中监控和事后验控”的效果。试验方案流程如图3所示。
由于实验区域范围不发生变化，因此在进行航线设计时只做一套方案，采取对项目区进行3次航飞，分别为规划设计前航飞一次、施工过程中航飞一次、竣工后航飞一次。如图2所示：
4 动态监测
4.1 事前预控
主要是获取项目区内DOM、DLG产品，向设计部分提供设计依据。DLG数据叠加DOM数据可为设计人员提供更为直观的设计效果，更能合理地进行道路、水渠及其附属工程的设计，而DEM成果可作为土方量计算的依据。
在方便设计部分的同时也为土地监管部门留下了历史依据，为项目实施过程中是否存在夸大土方量，田间道路重复建设，桥梁维修虚报为桥梁新建，虚列拆迁补偿费、青苗补偿费及其他变更工程，整理田块面积错报，整理田块数量漏报，整理结果、质量瞒报等现象起到了防微杜渐、提前预防的效果。
4.2 事中监控
在项目施工过程中，工程量大，土地监管人员无法直观地了解到项目区的施工情况。而事中阶段能根据土地监管部门的需要，采用无人机定期对项目区进行航飞，可飞一次或者多次，主要是获取生产项目区的DOM数据，能直观地反映出项目区施工进度及施工质量，并能及时发现施工单位是否按照设计图纸进行施工，是否存在工程质量问题。对存在质量问题的工程起到了实时监控的作用。如图4所示：左边影像为项目施工前，右边影像为项目施工中。
4.3 事后验控
项目验收是项目完成的最后一个关键环节。事后阶段无人机航飞主要是为生产项目区的竣工验收图纸、竣工后DOM和DEM 数据。通过竣工后影像与施工前影像获取对比，可直观地检查出其工程是否按照设计图纸进行施工，是否存在偷工减料、瞒报工程量等现象。如图5所示。
5 结语与展望
在大力发展RS技术运用于土地整理动态监测的时代，无人机航摄技术的产生无疑又是一个新的转折点。相对于传统的RS技术，其高效、快捷、成本低的特性，促使土地监管部门加强了土地监管力度。无人机航摄技术能够全面提高规划设计和预算编制的科学性，为土地监管打下了坚实的基础，在今后的土地整理动态监测项目中对提高土地整理项目竣工验收质量和进一步规范土地整理权属管理工作等方面具有广阔的应用前景。
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我国水资源总量为2．8X10rn3，占全球总量的6％，在巴西、俄罗斯和加拿大之后，位居第4。但我国人口众多，人均下来只有2200m3，仅为世界平均水平的1／4，在世界上位居121位，是全世界13个人均水资源最匮乏的国家之一。而实际上，扣除难以利用的洪水径流和散布在偏远地区的地下水资源后，我国现实可利用的淡水资源量则更少，仅为1．2X10m3左右，人均可利用水资源量约为900m3，并且分布极其不均衡。由于经济生活的迅猛发展，水污染问题越来越严重，不仅降低了水的使用功能，进一步加剧了水资源的短缺。
长期以来，农业和农村生活用水占全国用水总量的绝大部分。但是，随着工业化和城镇化的推进，这个比重在逐渐下降，但是，过去几年农业用水的减少是以粮食产量的不断下降为代价的。在保障粮食安全的前提下，最根本的选择是提高粮食的单位面积产量…。而由于单位用水量对粮食产量的贡献率递减，对粮食单产提高的需求使未来对灌溉用水的需求以更快的速度膨胀。而在目前以及未来发展的情况下，农业不可能再获取更多的水资源，就现有的农业灌溉水平和用水模式而言，我国的农业灌溉问题就更为突出。
2关于节水灌溉和节水灌溉技术
2．1节水灌溉
节水灌溉，简单的来讲就是指采用先进的农业节水技术，提高灌溉水的利用率和水的生产率。换言之，节水灌溉是用尽可能少的水投入，取得尽可能多的农作物产出的灌溉形式。节水灌溉的内容大致包括：水资源的合理开发利用；节水工程技术；节水农业技术；节水管理技术。
2．2节水灌溉技术
灌溉用水从水源到田间，到被作物吸收、形成产量，主要包括水资源调配、输配水、田间灌水和作物吸收等4个环节。在各个环节采取相应的节水措施，组成一个完整的节水灌溉技术体系，包括水资源优化调配技术、节水灌溉工程技术、农艺及生物节水技术和节水管理技术。其中节水灌溉工程技术是该技术体系的核心，已相对成熟并得到普及，其它技术相对薄弱，急需加强研究开发和推广应用。
(1)灌溉水资源优化调配技术。主要包括地表水与地下水联合调度技术、灌溉回归水利用技术、多水源综合利用技术、雨洪利用技术。
(2)节水灌溉工程技术。主要包括渠道防渗技术、管道输水技术、喷灌技术、微灌技术、改进地面灌溉技术、水稻节水灌溉技术及抗旱点浇技术。直接目的是减少输配水过程的跑漏损失和田间灌水过程的深层渗漏损失，提高灌溉效率。
(3)农艺及生物节水技术。包括耕作保墒技术、覆盖保墒技术、优选抗旱品种、土壤保水剂及作物蒸腾调控技术。目前，农艺节水技术已基本普及，但生物节水技术尚待进一步开发。
(4)节水灌溉管理技术。包括灌溉用水管理自动信息系统、输配水自动量测及监控技术，土壤墒情自动监测技术、节水灌溉制度等。其中，输配水自动量测及监控技术采用高标准的量测设备，及时准确地掌握灌区水情。
2．3国内外节水灌溉技术的发展趋势
(1)因地制宜，继续普及与推广喷、微灌技术。在节水灌溉模式中，喷、微灌应用越来越多，目前国内外喷、微灌技术正朝着低压、节能、多目标利用、产品标准化、系列化及运行管理自动化方向发展。任何一项节水灌溉技术都有其适用的自然条件、经济条件，普及与推广喷、微灌技术必须坚持因地制宜。此外还有地下滴灌技术。
(2)灌溉渠系管道化。上世纪80年代中期以后，日本新建灌溉渠系的大部分都采用管道化。美国约有1／2的大型灌区实现了管道化输水。我国已基本普及了井灌区低压管道输水技术，今后的发展方向是大型渠灌区渠系管道化，并加快相应大口径塑料管材的开发生产。
(3)现代精细地面灌溉技术。土地平整是改进地面灌溉的基础和关键，由于我国地面灌溉量大、面广，需要采用推广应用激光控制平地技术、水平畦田灌溉技术、田问闸管灌溉系统以及土壤墒情自动监测技术等一切改进地面灌溉措施，逐步实现田间灌溉水的有效控制和适时适量的精细灌溉。
(4)研究和推广非充分灌溉技术。非充分灌溉理论将与生物技术、信息技术及“四水”转化理论等高新节水技术和理论相结合，创建新的灌溉理论及技术体系，它将对现有灌溉工程的规划设计及灌溉管理模式等产生巨大的冲击和影响。
(5)“3S”技术在农业节水中的应用。现代农业是以高新技术应用为标志。在西方发达国家，通过遥感(RS)、地理信息系统(GIS)、地球定位系统(GPS)及计算机网络获取、处理、传送各类农业信息的应用技术已到了实用化的阶段，中国在这方面的工作也开始起步，如作物估产、土壤含水率分布的监测等，如果能在农业节水中推广应用“3s”技术，产生的节水效能将是革命性的。此外，国外还出现了地面浸润灌溉、坡地灌水管灌溉、土壤网灌溉、绳索控制灌溉等新的节水灌溉技术，都对我国的节水灌溉有积极的参考借鉴意义。
3我国农业节水灌溉的发展
3．1我国农业节水灌溉的现状
根据《中国水利年鉴2005》的统计数据，截至2004年底，我国灌溉面积为0．615×loshm2，其中有效灌溉面积0．562×loshm2，节水灌溉面积为0．203×loshm2，占有效灌溉面积的36．1％；其中喷滴灌和微灌面积315．447Xlo4hm2，占节水灌溉面积的15．5％，占有效灌溉面积的5．6％；低压管道输水灌溉面积470．627×lo4hm2，占节水灌溉面积的23．1％；其余为渠道防渗和其他节水工程，占节水灌溉面积的61．4％。2005年的耕地面积为1．221×loshm2，由此看出，全国约有1／2的耕地面积没有灌溉设施；约2／3的有效灌溉面积还在沿用传统落后的灌溉方法。在节水灌溉面积中，采用现代先进节水灌溉方式的微乎其微，绝大部分只是按低标准初步进行节水改造，输水渠道的防渗衬砌率不到30％。
3．2推广农业节水灌溉出现的问题
(1)节水法规制度建设不健全，未形成水市场，缺乏强有力的政策支持。虽然我国近期大力推动节能减排，也出台了一系列的包括节水在内的节能条例，但不可否认的是，我国节水法规制度方面的建设很不完善，尤其灌溉用水的市场机制不健全。其次，农用水价偏低，未形成水市场，调节手段单一。再就是政策扶持力度不够，优惠措施不到位，都不利于节水灌溉工作的实施。
(2)多头管理导致“水乱”，影响节水灌溉推广。地方水务存在多头管理的问题，出现“城乡分割、职责交叉、多头治水”等弊端严重，在水资源与供水管理、排水与河道管理、河涌综合整治涉及的截污、堤岸建设和环境、绿化工程、城市供水与农村供水、涉水工程审批等环节上权责不明，政事和政企不分，严重影响了节水灌溉的推广。其次，重建设、轻管理仍然是长期以来没有解决好的问题。
(3)农民群众的认识程度低，不具备水资源危机意识。很多地方老百姓养成了“一条土渠一把掀，开个豁子随便浇”的大漫灌思想，认为“有河就有水，挖井就有水，水是用不完的”，对水资源缺乏认识不到位，没有水资源危机意识，节水意识淡薄，导致了抵触情绪。又由于节水灌溉将打破以往农作方式，这也给农民群众带来了新问题，因循守旧的思想促使着他们抵触此类工程。
(4)地方政府支持与否是节水灌溉推广的瓶颈。很多地区借节水灌溉的幌子骗取国家资金，这些工程往往是形式主义，面子工程，往往是“领导来了放一放，领导走了盖起来”，甚至到最后不了了之，给当地的群众造成了很大的心理伤害。
新疆很缺水，群众普遍对节水工程有较高的认识，再加上兵团化的管理，对推广节水灌溉起到了组织保障。但对于有水灌溉的东部平原区来说，就没有那么高的积极性去节水灌溉。即使做了节水的工程，但也不会有节水的积极性。以灌区工程为例，灌区做了节水工程措施节水了，但直接的问题是灌区管理部门收缴的水费少了收入就少了，这个损失如何进行弥补?节约的水如果用到工业上会创造更大的价值，那就是全社会收益，应由政府主导来对灌区管理部门做补偿，但现在尚未建立一个有效的补偿机制。
(5)节水灌溉只适合规模化生产需要，投入很大。节水灌溉的工程一次性投资是很大的，以喷滴灌为例，教科书中说的造价约15000元／hm2，其实这个造价应该是说管网部分，而非全部工程。一个节水灌溉工程需要有动力源、水源、取水设备、水处理设备、输水管、分水的三通、多通、灌水器等多种设备。这里水源部分又有河水、泉水库水、方塘水、井水等，而这些拦蓄设施的造价是很高的。由于集中种植，又涉及到产品销售等问题，不适合散户发展节水灌溉。因此说节水灌溉只适合规模化土地种植采用。
(6)节水灌溉工程的技术培训、技术支持等服务不到位。投资建设了节水灌溉工程，有时候却得不到足够的技术培训，甚至由于各种原因，得不到后续的技术支持因此，对作为使用者的农民群众来说，节水灌溉工程就等于毫无用处。
总之，资金、政策、管理、观念、技术支持等问题制约着节水灌溉的推广。
3．3逐步推广节水灌溉，循序渐进
(1)加强宣传力度，提高节水意识。发展节水灌溉作为我国的一项国策，要首先在群众中建立起水资源有限和水危机的意识，变被动接受为主动节水，积极投入到节水灌溉的开展中去，有利于节水灌溉的快速推广，使农民节水增产增收。
(2)政策配套改革，加强引导。加快我国的节水法规制度的建设和健全，尤其加快水价改革措施，加强节水灌溉中的管理环节，逐步实现以水养水，达到节水的良性循环，通过管理降低成本，理顺体制，提高节水效益。出台相关优惠政策，鼓励农民参与节水，加强引导力度。
(3)快建立水市场，形成补偿机制。在加快水价改革的基础之上，更需要加快研究建立水市场，用市场经济的杠杆来促进节水意识。而在水市场的框架内，建立合理、有效的补偿机制，形成“谁收益，谁补偿”的用水氛围，带动农民群众节水的主动性，进而促进节水灌溉工程的推广。
(4)变多头管理为统一管理，更有效推进节水灌溉。现在相当多的地方比如广州，已经开始成立统一管理涉水事务的水务局，类似这样的理顺的管理结构，将有利于解决水务管理工作中存在的诸多弊端与瓶颈，更能有效推进节水灌溉。
(5)优先在灌溉条件差地区进行推广。灌溉条件差的地区，粮食产量低，通过广泛推广节水灌溉工程，利用有限的水资源实现增产，让农民增产又增收，农民致富，在区域性的范围内起到一个示范带头作用。
(6)以国家投入为主。我国农民收入水平相对较低，而节水灌溉的效益主要体现在改善生态环境等社会效益方面，要求农民投入太多的资金用于发展节水灌溉是不现实的。从现阶段的国情来看，除发展温室大棚或经济作物等高产出的节水灌溉，以业主或农民为主投入外，我国节水灌溉的投入应以国家为主。
(7)统筹安排，因地制宜，切勿盲目。在发展节水灌溉采取的措施上，要打破常规，采取非常措施，改分散为集中、改小打小闹为战略安排、改单纯搞示范点、示范区为全流域综合治理，改以需定供为以供定需，改追求工程建设规模为出台重大管理举措，统筹安排，合理发展。我国地域广阔，各地经济条件不同，作物类型有别，气候差异较大。因此，发展节水灌溉要从各地的实际出发，在充分考虑当地自然条件和农村社会经济水平的基础上，因地制宜地选取各种适宜的节水灌溉技术和模式。
(8)强节水灌溉相关技术的创新研究：①对于节水灌溉设备而言，要组织力量进行技术攻关，研制低成本、使用环保材料、物美价廉的节水灌溉设备；②要发展一批以节水灌溉为主要服务内容的具备咨询、规划、设计为一体的技术服务公司、营销与培训相结合的经济实体等多种形式组成的节水灌溉产业化技术支持体系。
总而言之，节水灌溉工程推广，任重而道远。我们有理由相信，通过节水灌溉的逐步推广使用，实现水资源的科学开发，节约用水，实现水资源的可持续利用，指日可待。