丘陵山区小型农田水利工程施工优化研究

摘要 丘陵山区地形破碎、高差显著，小型农田水利工程（如灌溉渠道、蓄水池、提灌站等）施工面临运输困难、地质不稳定、生态保护要求高等挑战。本文通过分析典型施工难点，从施工组织、技术工艺、生态保护等方面提出优化策略，并结合西南某丘陵区泵站工程案例验证其有效性，为同类工程提供借鉴。

关键词：丘陵山区；小型农田水利；施工优化；生态保护；机械化

一、引言

丘陵山区占我国耕地面积的35%，是粮食生产的重要区域。小型农田水利工程作为保障农业灌溉的“最后一公里”，其施工质量直接影响工程效益。然而，丘陵区地形切割剧烈、田块分散、交通不便，导致施工中常出现材料运输效率低、边坡开挖安全风险高、生态扰动大等问题。传统施工模式依赖人工操作，机械化程度低，难以适应复杂地形条件。因此，研究丘陵山区施工优化技术，对提升工程质量、降低成本、保护生态具有重要意义。

二、丘陵山区施工核心难点分析

2.1 地形与运输瓶颈

· 道路通达性差：山地坡度常达15°-30°，田间道路狭窄（宽度≤2m），大型机械难以进场，材料运输依赖人工或牲畜，效率低（人力运输成本占比达25%）。

· 垂直运输困难：蓄水池、泵站等工程常建于山顶或半山腰，混凝土、管材等需垂直提升（如高差50m以上），传统卷扬机运输安全性低。

2.2 地质与施工安全风险

· 边坡稳定性差：渠道开挖易引发滑坡（坡率常需缓于1：1.5），强降雨下崩塌风险高，如某丘陵区渠道施工中发生3起边坡坍塌事故，延误工期1个月。

· 基础处理复杂：岩层风化破碎带普遍（如强风化页岩承载力仅50-80kPa），需超挖换填或采用桩基，增加施工难度。

2.3 生态保护与施工矛盾

· 植被破坏问题：传统施工需大范围清表，破坏山地植被（如每公里渠道施工破坏植被约0.2hm²），加剧水土流失。

· 水源污染风险：混凝土拌合废水、机械油污等若处理不当，易流入山溪沟渠，影响农村饮水安全。

2.4 机械化与标准化瓶颈

· 设备适配性不足：现有农田水利机械多针对平原设计，缺乏爬坡能力强（如适应25°坡）、体型小巧的设备（如微型挖掘机斗容≤0.1m³）。

· 施工工艺粗放：渠道衬砌、管道安装等依赖人工操作，尺寸偏差率达10%-15%，渗漏率较高（传统土渠年均渗漏损失水量20%-30%）。

三、施工优化策略与技术创新

3.1 施工组织优化：“小而精”的模块化施工

1. 分区段流水作业：按地形将工程划分为若干施工单元（如每500m渠道为1个单元），采用“开挖-基础处理-衬砌-回填”流水作业，缩短工序衔接时间30%以上。

2. 轻量化运输体系：

◦ 山地轨道运输：铺设轻便钢轨（轨距600mm），配备电动平板车运输材料，爬坡能力达20°，效率较人力提升5倍；

◦ 无人机配送：对零星构件（如锚杆、扣件）采用无人机运输，解决陡峭区域人工无法到达问题。

3. 临时设施生态化：拌合站采用可拆卸钢结构，施工结束后恢复植被；弃渣场设置截排水沟和挡土墙，减少水土流失。

3.2 技术工艺优化：适配地形的微创施工

1. 边坡开挖与支护技术：

◦ 动态监测开挖：使用激光测距仪实时控制边坡坡率，配合微型爆破（单孔药量≤0.5kg）减少超挖，边坡成型合格率从70%提升至92%；

◦ 生态护坡技术：采用“藤蔓植物+格构梁”组合支护，如种植爬山虎覆盖裸露坡面，兼具固土与绿化功能，植被覆盖率6个月内达80%。

2. 渠道衬砌机械化：引入小型渠道衬砌机（宽度0.8-1.2m，适应曲率半径≥10m的弯道），实现混凝土浇筑、振捣、抹面一体化作业，施工速度提升40%，尺寸偏差控制在±5mm以内。

3. 智能监测应用：在高边坡、蓄水池等部位安装倾角传感器和裂缝计，数据接入手机APP实时预警，如某工程施工中提前3小时发现边坡位移突变，避免了事故发生。

3.3 生态保护优化：最小扰动施工模式

1. 表土剥离与回用：施工前剥离表层腐殖土（厚度30cm），单独堆放并覆盖，工程结束后回铺，植被恢复周期缩短至1年。

2. 废水循环利用系统：设置三级沉淀池处理施工废水，回用率达70%，SS（悬浮物）浓度从800mg/L降至50mg/L以下，满足《农田灌溉水质标准》（GB5084-2021）。

3. 本土植物保护：划定施工生态红线，绕行古树名木（如胸径≥30cm的樟树），对无法避让的植物实施异地移植保护。

四、工程案例：西南某丘陵区提灌站施工优化实践

4.1 工程概况

项目位于某盆地丘陵区，建设内容为1座山地提灌站（设计扬程120m）及1.5km输水管道，地形坡度18°-25°，施工区域植被覆盖率65%，包含3处滑坡隐患点。

4.2 施工优化措施与效果

1. 运输体系优化：

◦ 沿山脊铺设山地轨道2000m，电动平板车运输混凝土预制管（单节重2t），较传统汽车运输缩短工期20天，成本降低18%；

◦ 泵站设备（电机重0.8t）采用无人机+缆索联合吊装，解决100m高差垂直运输难题。

2. 边坡施工优化：

◦ 泵站基础开挖采用“台阶式开挖+锚杆格构支护”，台阶高度2m，坡率1：1.25，配合微型桩基（直径300mm）处理软弱地基，未发生边坡失稳事故；

◦ 管道沟槽开挖采用小型链式开沟机（宽度30cm），减少土方开挖量30%，植被破坏面积缩小至传统工艺的50%。

3. 生态保护成效：

◦ 表土回用率达90%，施工区域植被覆盖率恢复至90%（施工前65%）；

◦ 施工废水全部回用，未出现农田污染事件，周边河流监测断面水质达标率100%。

4.3 效益对比

指标 传统施工 优化施工 提升幅度 工期 150天 110天 缩短26.7% 综合成本 280万元235万元 降低16.1% 机械利用率 55% 82% 提高27% 边坡事故率 1.2次/月 0次 0

五、结论与建议

结论：

丘陵山区小型农田水利工程施工优化需以“地形适配、机械替代、生态保护”为核心突破口，构建系统性解决方案。通过模块化施工分区（如以500米渠道为单元流水作业）、微创技术应用（动态边坡监测+微型爆破）及智能监测手段（倾角传感器实时预警），可显著提升施工效率与安全水平。西南某丘陵区提灌站工程实证显示，优化后工期缩短26.7%，综合成本降低16.1%，边坡事故率降为零，植被覆盖率一年内从施工前的65%恢复至90%，验证了该模式对地形复杂、生态敏感区域的适用性。此优化路径不仅破解了传统人工施工效率低、风险高的瓶颈，更通过表土回用、废水循环等技术，将生态扰动强度降低50%以上，实现工程效益与生态效益的协同提升。

建议：

1. 强化装备技术创新：针对丘陵区坡度大、空间窄的特点，加快研发履带式微型挖掘机（爬坡能力≥30°）、自走式生态衬砌机（集成植被喷播功能）等小型智能化设备，提升机械对复杂地形的适应性，目标将人工依赖度从40%降至20%以下。

2. 完善全周期生态管控：推广“设计-施工-生态修复”一体化模式，在招标文件中明确生态保护评分项（权重≥15%），同步预留生态修复专项投资（按建安费3%-5%计提），确保表土回用率≥90%、废水处理达标率100%。

3. 健全标准化政策支撑：制定《丘陵山区农田水利施工定额标准》，细化垂直运输、高边坡处理等特殊工况的成本核算规则，建立施工难度分级补贴机制（如坡度＞20°的工程给予10%-15%造价补贴），为项目管理提供量化依据。

该研究为丘陵山区水利工程施工提供了可复制的优化范式，未来可进一步融合数字孪生与低碳材料技术，推动施工模式向智能化、绿色化升级，助力山区农业高质量发展与生态安全屏障建设。

参考文献

[1] 中华人民共和国水利部. 小型农田水利工程施工规范（SL562-2011）[S]. 北京： 中国水利水电出版社， 2011.

[2] 李明， 等. 西南丘陵区渠道机械化施工技术研究[J]. 节水灌溉， 2020（8）： 105-109.

[3] 王建国. 山地工程生态保护施工理论与实践[M]. 北京： 科学出版社， 2019.