渠道襯砌工程設(shè)計(jì)實(shí)例剖析

宋 鳳，潘慶海，袁靖姣

(1.賓縣水務(wù)局，哈爾濱150400;2龍江縣水務(wù)局，黑龍江龍江161100)

1 工程概況

吉東干渠是賓縣二龍山灌區(qū)吉東分灌區(qū)的主干渠，位于哈同公路南側(cè)，自二龍山水庫(kù)下游總干出口至居仁農(nóng)科村西止，全長(zhǎng)6.27 km。吉東灌區(qū)有進(jìn)水閘1座，節(jié)制閘4處，跌水4處，農(nóng)橋10座，涵洞11座，渡槽3座。吉東灌區(qū)水田灌溉面積500 hm2。

吉東干渠過(guò)水?dāng)嗝娑酁樯皩?，造成渠道輸水過(guò)程中嚴(yán)重滲漏，損失大量灌溉水，而且如果長(zhǎng)期滲漏水，容易造成渠道滑坡、決口等情況發(fā)生，給渠道穩(wěn)定增加了不安全因素，又增大了灌溉成本。

為了節(jié)水及減少滲漏帶來(lái)的水量損失，自2001年起，對(duì)吉東干渠進(jìn)行節(jié)水改造，經(jīng)多方案設(shè)計(jì)及比較，最后確定吉東干渠節(jié)水改造工程措施為對(duì)渠道進(jìn)行混凝土襯砌。

2 節(jié)水技術(shù)方案選擇

提高渠道防滲襯砌率是提高渠系水利用系數(shù)的關(guān)鍵，而我省嚴(yán)重的凍害和混凝土襯砌造價(jià)過(guò)高是選擇防滲方案的必須慎之又慎的技術(shù)問(wèn)題。根據(jù)多年來(lái)的經(jīng)驗(yàn)，我們主要考慮了以下4種襯砌方案:

2.1 黏土防滲

黏土可以取材方便，施工技術(shù)簡(jiǎn)單，造價(jià)低，投資少，但但耐久性不強(qiáng)，抗沖能力差，易生雜草，特別是對(duì)北方寒冷地區(qū)，它的抗凍性能差，往往由于凍融反復(fù)作用，使防滲層疏松、剝蝕，而完全失支作用，質(zhì)量不易保證，因此，不是防滲的理想方案。

2.2 膜料防滲

膜料防滲采用聚乙稀膜，主要采用埋鋪式，其上用土作保護(hù)層，具有防滲性能好，適應(yīng)變形能力強(qiáng)、質(zhì)輕運(yùn)輸量小、施工簡(jiǎn)便工期短、有較好的耐腐蝕年限和造價(jià)相對(duì)較低等多重優(yōu)點(diǎn)，但邊坡易塌落，渠道易淤積，易生雜草，膜容易被植被穿透，不利于防滲，也不利于整個(gè)渠道標(biāo)準(zhǔn)化和永久化建設(shè)，因此也不是理想的方案。

2.3 漿砌石防滲

砌石防滲工程量較大，抗凍性能較差，加之不能機(jī)械施工，質(zhì)量難以保證，因此是不可選方案。

2.4 混凝土防滲

采用混凝土預(yù)制板加防滲膜，該方案防滲抗沖能力強(qiáng)，耐久，適應(yīng)變形能力強(qiáng)，施工質(zhì)量可靠，但造價(jià)較高。綜合以上3種防滲型式，同時(shí)參照其它市縣水田節(jié)水灌溉現(xiàn)有渠道防滲工程的運(yùn)行實(shí)踐及本工程具體情況，干渠護(hù)砌選擇為混凝土預(yù)制板，板厚為8 cm，下鋪10 cm砂墊層和1層防滲膜(土工復(fù)合膜為二布一膜，每平方米≥400 g)，預(yù)制板尺寸為50 cm×75 cm。不足部分和封邊采用現(xiàn)場(chǎng)澆筑，分縫寬度和預(yù)制板尺寸一樣。

3 技術(shù)設(shè)計(jì)方案

3.1 渠道防滲后流量推求

為滿足各主要用水口的用水要求，并及時(shí)配水，干、直實(shí)行續(xù)灌制度，農(nóng)渠采用輪灌制度，這樣可以集中水量，縮短輸水時(shí)間，減少輸水損失，提高灌水工作效率。

3.1.1 干渠設(shè)計(jì)流量

在分別計(jì)算各直斗渠取水口的設(shè)計(jì)流量后，既可從最遠(yuǎn)一條直斗渠的取水口向上推算出干渠各段的設(shè)計(jì)流量。

3.1.2 加大流量

加大流量在設(shè)計(jì)流量的基礎(chǔ)上加30%。

3.1.3 計(jì)算公式

灌溉渠道水力計(jì)算采用明渠均勻流公式:

式中:Q為設(shè)計(jì)流量，m3/s;A為渠道過(guò)水面積，m2;C為謝才系數(shù);R為水力半徑，m;i為比降。

渠道糙率根據(jù)防滲材料查表求得，混凝土板防滲材料糙率采用0.018。

3.2 干渠斷面設(shè)計(jì)

因?yàn)樵酪研藿ǘ嗄?，基本上符合原設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，所以此次干渠防滲設(shè)計(jì)維持原干渠縱向比降不變，邊坡不變，堤頂高程不變，堤頂寬度不變。只是由于護(hù)砌后糙率減少，各個(gè)斷面相應(yīng)減少。

3.3 水力要素

項(xiàng)目區(qū)襯砌的渠道設(shè)計(jì)成果見(jiàn)表1。

表1 項(xiàng)目區(qū)襯砌干渠水力要素表

3.4 渠道節(jié)水量的計(jì)算

現(xiàn)有渠底土壤屬中上透水性土壤，土壤透水系數(shù)A=2.65，土壤透水指數(shù)為0.45，根據(jù)防滲渠道長(zhǎng)度及單位損失水量計(jì)算節(jié)水量。

3.4.1 未襯砌自由滲流情況下的渠道滲水損失

采用《農(nóng)田水利學(xué)》中計(jì)算公式:

式中:S為每公里輸水損失，m3/s/km;K為土壤滲透系數(shù)，m/d;B為渠底寬度，m;R1為考慮渠坡側(cè)向毛管滲吸的改正系數(shù)，取1.1;則S=0.03 m3/skm。

3.4.2 未襯砌渠道頂托滲流下輸水損失

式中:SD為頂托滲流下輸水損失，m3/s/km;Y為效正系數(shù)，按表查取為0.7;S為未襯砌渠道自由滲流情況下輸水損失，Sf=r SD;則SD=0.021m3/s/km

3.4.3 襯砌下渠道頂托滲流輸水損失

式中:Sf為襯砌后頂托滲流下輸水損失，m3/s/km;r為減少系數(shù)，土工膜防滲查為0.04;SD為頂托滲流情況下輸水損失，m3/s/km;則:SD=0.001 m3/s/km。

3.4.4 節(jié)水量計(jì)算:

水田灌溉時(shí)間按110 d計(jì)，則該渠道年節(jié)水量為:

式中:V干為干渠年節(jié)水量，萬(wàn)m3;SD為頂托滲流下輸水損失，m3/s/km;Sf為襯砌后頂托滲流下輸水損失，m3/s/km;L為防滲襯砌長(zhǎng)度，km;T為水田灌溉時(shí)間，d;則V干=52萬(wàn)m3。

4 結(jié)語(yǔ)

二龍山水庫(kù)承擔(dān)二龍山灌區(qū)灌溉及賓州鎮(zhèn)城鎮(zhèn)居民供水的任務(wù)，隨著城鎮(zhèn)人口的不斷增長(zhǎng)及水田面積的不斷增加，水量不足的問(wèn)題日驅(qū)嚴(yán)重，因此節(jié)水改造工程更顯重要。通過(guò)節(jié)水改造渠道護(hù)砌后可節(jié)約水量52萬(wàn)m3，水田毛灌溉定額降到6 825 m3/hm2，節(jié)約的水量可調(diào)整種植結(jié)構(gòu)，新增水田76.7 hm2，增加效益35萬(wàn)元，因此對(duì)灌區(qū)渠道進(jìn)行節(jié)水改造工程建設(shè)可以獲得較高的經(jīng)濟(jì)效益。

［1］袁安麗，孫景路，等.襯砌與無(wú)襯渠道溫度場(chǎng)、觀測(cè)對(duì)比分析［J］. 黑龍江水利科技，2008，36(1):16 －17.