淺析節(jié)水灌溉中U型渠道的應用

胡 濱

（陜西華地勘察設計咨詢有限公司 陜西 西安 710065）

1 引言

隨著農(nóng)業(yè)灌溉用水日趨緊張，缺水會成為制約我國國民經(jīng)濟發(fā)展的重要因素。解決區(qū)域用水的緊張局面成為當前必須重視的一個問題，與此同時，不少的節(jié)水措施被提出并應用于節(jié)水，但效果并不明顯。在國家的扶持下，不少地區(qū)加大了渠道工程建設，用以緩解農(nóng)業(yè)灌溉用水的供需，以提高農(nóng)業(yè)產(chǎn)量。在節(jié)水灌溉方面，混凝土U型渠道的防滲性效果好，同時它具有很好的輸水能力，不會導致大量水的流失，且修建渠道需要的占地面積小，所以成為了一種比較好的節(jié)水灌溉設施。由研究人員得到的數(shù)據(jù)可知：如果利用連續(xù)澆筑混凝土工藝，不但其操作方便,同時修建渠道的施工速度會提升，而且修建的渠道的質(zhì)量好，有利于在各個地區(qū)推廣，有利于長時間應用。

2 U型渠道的優(yōu)點

2.1 輸水能力強

由于混凝土U型渠道表面光滑、糙率系數(shù)小、流態(tài)好，所以其輸水能力強，據(jù)相關數(shù)據(jù)可以得到，在相同的外界條件下，U型渠道流速比梯形土渠中的水流速度大。這主要是因為梯形土渠糙率值比混凝土U型渠道糙率值大得多。由于糙率值小，水流在渠道中行進時受到的阻力就小，流速便加快了。同時由于糙率值小，U型渠道輸沙的能力也得到了增強。

2.2 U型渠道省工、省料、節(jié)省渠道占地

U型渠道的優(yōu)點是水流的流速快，水流通過的斷面面積比較小。隨著高科技的發(fā)展，修建U型渠道可以利用機械來施工，這主要的原因在于：①利用機械來修建渠道施工效率高；②機械施工相對于民工的修建速度更快，同時質(zhì)量也比民工修建的要好。U型渠道相對于其他的渠道而言，在一定程度上可以很好地節(jié)省材料，如建設1km的U型渠道會比建設同長度的其他渠道造價低30%左右。

2.3 良好的防滲效果

由于U型渠道具有良好的整體性，所以在運輸水的時候，具有良好的防滲效果,不會導致大量水的浪費。要達到良好的防滲效果，需要對渠道內(nèi)部進行襯砌，同時襯砌的另外一個原因在于襯砌后的渠道內(nèi)表阻止水流運輸?shù)牧Ω?，水流的速度更快。中國是一個農(nóng)業(yè)大國，隨著水源的不斷減少，農(nóng)業(yè)節(jié)水灌溉已成為當前國家必須十分注重的一個問題，許多研究人員已經(jīng)對節(jié)水灌溉進行了相應的研究分析。

2.4 結構特點

U型渠道顧名思義其形狀好比一個“U”，所以其是反拱結構,。由相關人員的研究數(shù)據(jù)表明，在修建U型渠道時，如果把渠底圓弧夾角修建為150°左右，兩側外傾的角度為14°，混凝土的厚度大致在4mm～10mm左右時，其渠道會具有更好的運輸水的效果。但是上述所說的尺寸，也需要根據(jù)不同地方來定，比如有些地方，在修建混凝土U型渠道時，其外傾角采用18°左右時會收到不錯的效益。

3 U型渠道的構造

U型渠從形狀上可以分為以下幾個部分：①底端的圓弧段；②兩側的斜直段；③頂部的水平保護段；④土堤。如圖1。

需要注意的是槽壁的厚度應該根據(jù)斷面的大小、施工方式、混凝土標號以及土壓力等而定。

U形渠道的過水面是由輸水的要求決定的，它們之間存在如下的關系式：

式中，W——流過渠槽的水流量（m3/s）；

P——過水斷面面積（m2）；

R——水力半徑（m）；

i——渠槽比降；

C——流速系數(shù)；

n——流速的糙率。

壁厚、渠道的型號以及兩翼地伸出長度的數(shù)據(jù)關系如表1所示。

表1 數(shù)據(jù)關系

4 U型渠道的土方施工步驟與技術要求

4.1 U型渠道的土方施工

在施工中需要注意的是：①要對U型渠道的軸線、邊線及高程進行控制，則需要進行放樣，放樣的目的在于保證渠道的軸線、邊線符合建設設計的要求，而且能對開挖高程進行控制；②在進行土方開挖時，要合理地設計渠底高程以及坡度，同時在設計高程和邊坡坡度時也要根據(jù)當?shù)氐刭|(zhì)的情況而定；③在對要建設U型渠道進行機械開挖時，為了防止在開挖的時候擾動了設計標高以下的原狀土，可以在設計標高上方保留一定厚度的原狀土，這些原狀土只能由人工來清理；④在對放水口及節(jié)制閘進行施工時，必須嚴格地按照設計圖紙上的標注來施工。同時在修建U型板放水口時，需要考慮灌溉的具體要求，根據(jù)不同的要求來設計、修建放水口，以便滿足不同的排水要求。

4.2 技術要求

在修建U型渠道之前，需要做的工作有：①需要先進行渠網(wǎng)測量，以便找到最好的路線來修建渠道，同時也為了能夠相互調(diào)水；②進行定線測量。定線測量是修建U型渠道之前很重要的階段，目的是對要修建的渠道進行定線，即確定那條線路更適合修建渠道。

在修建渠道的過程中，必須嚴格根據(jù)設計來修建，同時需要對修建的部分進行檢查和核對，核對的內(nèi)容有渠道的位置、高程、坡度的大小等。

填方是U型渠道施工的主體工程，對于不同型的U型渠道，土堤高度是不同的，主要是為了避免降雨量大的時候?qū)⒋罅康牡叵滤鼭B于混凝土內(nèi)，造成凍脹破壞，影響渠道的使用壽命。對渠道進行填方需要注意的幾個方面是：①在進行填方前，需要先清除渠道邊的雜草等；②要先把基礎壓實后，再進行分層填土，每填一層土都需要把土壓實，同時用于填土的土料中不應該含有雜草、磚瓦塊等，應在指定地點取土。

5 U型渠道的防滲

對于不同的施工場地應選擇不同的施工方法。如對于砂壤土開槽成型的施工場地，最好是選用機械現(xiàn)澆的方法。采用機械現(xiàn)澆的方法可以使襯砌接縫少，也可以在一定程度上提高渠道的抗凍害能力，同時還使得修建的渠道的密實度增大，減少渠道本身存在的空隙，進而提高渠道的防滲性。

為了提高防滲性，也可以采用預制裝配好了的U型渠道，這是因為預制裝配式的渠道受氣候條件的影響較少，可以在一定程度上減少施工與行水之間的矛盾。

6 U型渠道的防凍措施

為了防止U型渠道在氣溫降低的時發(fā)生縱向凍裂，需要注意的地方是：①防滲渠兩側培土的寬度不能太多，具體的寬度需要根據(jù)當?shù)氐木唧w情況來定；②在修建好的渠道的兩側可以修建與地平一樣高的防凍溝；③在對防滲渠進行澆制時，可以將防滲渠高度的三分之一高出地面，同時對其進行一定量的培土，這些培土可以對渠道進行一定的保護。

7 結語

本文就U型渠道的構造、結構特點、土方施工步驟與技術要求以及防滲做了比較詳細地闡述。U型渠道能夠提高現(xiàn)有水利工程的效益，提高渠系水利用系數(shù)，達到節(jié)約用水的目的,因而在節(jié)水灌溉中得到了廣泛應用。陜西水利

[1］馬孝義.節(jié)水灌溉新技術[M].北京：中國農(nóng)業(yè)出版社，2000：106-112.

[2］郭元裕.農(nóng)田水利學[M].北京：中國水利水電出版社，1997：122-132.

[3]U形渠道.水利出版社,1986,9