淺談渠道防滲技術(shù)在石頭河水庫灌區(qū)的應(yīng)用

張淑媛

(陜西省石頭河水庫管理局，陜西 楊凌 712100)

淺談渠道防滲技術(shù)在石頭河水庫灌區(qū)的應(yīng)用

張淑媛

(陜西省石頭河水庫管理局，陜西 楊凌 712100)

渠道防滲是我國(guó)目前應(yīng)用最廣泛的節(jié)水工程技術(shù)。從石頭河水庫灌區(qū)渠道改造的實(shí)際入手，從工程技術(shù)措施、設(shè)計(jì)參數(shù)的確定、渠道的斷面形式、防滲材料及斷面形式等方面作了探討，總結(jié)渠道防滲技術(shù)在灌區(qū)的應(yīng)用，分析渠道防滲改造取得的成效。

渠道;防滲技術(shù);應(yīng)用

灌溉渠道在輸水過程中只有—部分水量通過各級(jí)渠道輸送到田間為作物利用，而另一部分水量卻從渠底、渠坡的土壤孔隙中滲漏到沿渠的土壤中，不能進(jìn)入農(nóng)田為作物利用，這就是渠道滲漏損失。有關(guān)資料表明，沒有襯砌的上渠，其滲漏損失約占總引水量的30% ～50%，有的高達(dá)60%，這就是說，如果渠道不襯砌，灌溉用水的50%以上，將在渠道輸水途中被滲漏掉。渠道防滲工程技術(shù)就是為減少渠床土壤透水性或建立不易透水的防護(hù)層而采取的各種工程技術(shù)措施。渠道防滲適用于所有的灌溉土渠，是我國(guó)目前應(yīng)用得最廣泛的節(jié)水灌溉工程技術(shù)措施。用作渠道防滲的技術(shù)措施種類較多，選擇的基本要求是:防滲效果好，減少滲漏值一般應(yīng)達(dá)50% ～80%;因地制宜，就地取材，施工簡(jiǎn)便，造價(jià)較低廉;壽命長(zhǎng)，具有足夠的強(qiáng)度和耐久性;能提高渠道的輸水能力和抗沖能力，減少渠道的斷面尺寸;便于管理養(yǎng)護(hù)，維修費(fèi)用低。石頭河灌區(qū)結(jié)合實(shí)際情況，采用適合灌區(qū)的防滲措施，取得了較好的效果。

1 常用的渠道防滲工程技術(shù)措施

1.1 減少渠床土壤透水性的防滲措施

1.1.1 壓實(shí)法

用人工或機(jī)械夯實(shí)渠底及邊坡，破壞土壤原有結(jié)構(gòu)，使土壤密實(shí)，減少其透水性。最適用于粘聚性土壤(黑土、壤土、黃土等)，對(duì)砂性壤土效果較小。

1.1.2 人工淤填法

使水中所含的粘?；蚣?xì)淤泥借水流下滲，進(jìn)入并堵塞原有土壤空隙，減少透水性，適用于透水性較大的砂質(zhì)土壤。

1.2 建立不透水防護(hù)層的防滲措施

1.2.1 粘土護(hù)面

厚度一般采用10～15 cm，在潮濕狀態(tài)下進(jìn)行壓實(shí)，然后再在其表面蓋以砂土和礫石保護(hù)層，以防干裂。適用于透水性大的砂質(zhì)和含有石膏質(zhì)的土壤，但不耐沖刷，表面易生雜草。

1.2.2 灰土護(hù)面

以1:5的灰土筑成護(hù)面，耐沖刷，適用于流速較大的渠道，但表面易受水侵蝕，會(huì)逐層被剝落。

1.2.3 卵石護(hù)面

卵石除可減少滲漏面積外，經(jīng)過洪水落淤，砌石層下面和卵石間的縫隙為泥沙所充填，小孔隙亦被細(xì)粒粘土所淤填，再由于水中礦質(zhì)鹽類的硬化和凝結(jié)作用，形成一層穩(wěn)固堅(jiān)硬的防滲層，防滲、防沖效果均好。卵石護(hù)面適用于礫石層渠床、土質(zhì)渠床和陡坡建筑物的渠床。

1.2.4 漿砌塊石護(hù)面

防滲效果好、抗沖耐磨、堅(jiān)固持久、施工簡(jiǎn)便、群眾易掌握、可就地取材、造價(jià)較低，是我國(guó)目前普遍采用的防滲形式，適宜在山丘石料豐富的地區(qū)應(yīng)用。

1.2.5 草皮護(hù)面

可以選用滋生力強(qiáng)、根株密結(jié)的草類作防滲護(hù)面材料。鋪砌草皮后，由于草的成活，根部互相糾結(jié)，草皮間的縫隙經(jīng)水中細(xì)粒泥土淤填，草皮結(jié)成一體，可以減少滲漏，防止沖刷，適用于流速不大干1 m3/s的渠道。

1.2.6 混凝土護(hù)面

堅(jiān)固耐久、防滲效果好，占地少又可減少清除雜草淤泥的工程量。但易受溫度變化的影響而發(fā)生裂縫，并易受鹽類的侵蝕破壞?；炷磷o(hù)面由于造價(jià)高，故僅適用于高流速、滲透性強(qiáng)的渠床。

1.2.7 土工合成材料護(hù)面

包括土工織物、土工膜、土工珊、土工網(wǎng)、塑料薄膜、防水復(fù)合柔氈等。這種材料抗拉強(qiáng)度高、整體連續(xù)性及彈性塑性好、重量輕、質(zhì)地柔軟、耐腐蝕、防凍脹、搬運(yùn)和施工等均方便，而且其產(chǎn)品能批量的工廠化生產(chǎn)。但該產(chǎn)品一般易老化、變硬、變脆，易被雜草穿透破損，因此用作護(hù)面時(shí)，必須在其上設(shè)置保護(hù)層。

2 石頭河灌區(qū)情況

石頭河水庫灌區(qū)是在原梅惠渠灌區(qū)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，灌區(qū)屬秦嶺北麓寒冷地區(qū)。灌區(qū)干渠東干渠為砼襯砌，原設(shè)計(jì)為8 cm厚100#砼，建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)低。混凝土坡板因質(zhì)量差而產(chǎn)生斷裂酥散，渠底及陰坡凍脹破壞問題較嚴(yán)重，局部段已影響到干渠運(yùn)行穩(wěn)定，需改造重建;西干渠、北干渠為漿砌石襯砌，經(jīng)過長(zhǎng)期運(yùn)行，砌石脫落、滑塌，嚴(yán)重影響行水安全。灌區(qū)支渠屬“順地跑”渠道，砼襯砌質(zhì)量差，工程建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)低，砌石渠道年久失修;支渠比降陡導(dǎo)致流速較高，渠道沖刷嚴(yán)重，斗口引水困難;斗分渠沒有配套，田間工程設(shè)施差。以上問題的存在導(dǎo)致灌區(qū)面積逐年萎縮，灌溉效益不斷衰減，直接影響灌區(qū)經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展。近年來，利用世行貸款、續(xù)建配套、農(nóng)業(yè)綜合開發(fā)等項(xiàng)目，通過對(duì)灌區(qū)內(nèi)3條干渠、11條支渠進(jìn)行防滲襯砌改造，工程設(shè)施的運(yùn)行安全得到了保證，水的利用率得到提高，擴(kuò)大、恢復(fù)了灌溉面積，促進(jìn)了當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展，取得了較好的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。

3 防滲技術(shù)的應(yīng)用

3.1 防滲材料及斷面形式

按照維持灌區(qū)原渠道平面位置、灌溉面積、設(shè)計(jì)流量等工程規(guī)?；静蛔?、充分利用原有設(shè)施的設(shè)計(jì)原則，充分考慮水泥、砂石料來源豐富的資源優(yōu)勢(shì)，實(shí)施改造的渠道襯砌形式以砼現(xiàn)澆和砼板膜復(fù)合結(jié)構(gòu)為主，漿砌塊石為輔;斷面形式以U形和弧底梯形為主，梯形、矩形為次;在東干渠灌區(qū)考慮灌區(qū)的地形差優(yōu)勢(shì)，大力推進(jìn)管道灌，建設(shè)節(jié)水型灌區(qū)。

3.1.1 防滲材料

1)現(xiàn)澆混凝土防滲

混凝土因其防滲效果好，糙率小、允許流速大、縮小渠道斷面、減少土方工程量和占地面積，強(qiáng)度高、耐久性好，便于管理和適應(yīng)性廣泛等優(yōu)點(diǎn)，加之灌區(qū)內(nèi)砂石料和水泥資源豐富，因而是灌區(qū)目前主要采用的渠道防滲技術(shù)措施，主要用于東干渠和部分支渠。

2)膜料防滲

膜料防滲具有較好的防滲效果及施工方便、工期短、造價(jià)低等優(yōu)點(diǎn)，在渠道改造中以現(xiàn)澆混凝土為保護(hù)層，形成板膜復(fù)合結(jié)構(gòu)得到初步應(yīng)用，用于干渠襯砌。

3)漿砌塊石襯砌

由于本灌區(qū)渠道流速大、易沖刷，且石料資源豐富，因而漿砌石襯砌也得到廣泛應(yīng)用，用于西干渠、北干渠及部分支渠襯砌改造。另外，在陡坡、生產(chǎn)橋和閘門等建筑物中也得到廣泛應(yīng)用。

3.1.2 防滲斷面結(jié)構(gòu)形式

灌區(qū)渠道原斷面形式多為梯形或矩形，斷面大，砼襯砌板易在坡腳處折斷，水流條件差，小流量運(yùn)行時(shí)斗口引水困難。針對(duì)以上問題，結(jié)合工程具體條件，石頭河灌區(qū)渠道防滲襯砌斷面形式主要采用四種，第一種為弧腳梯形斷面，，應(yīng)用于流量8.0～10.0 m3/s的東干渠;第二種為弧底梯形及梯形斷面，應(yīng)用于流量2.0～6.0 m3/s的東干二支、東干七支渠、西干渠北干渠等;第三種為U形斷面，流量小于2.0 m3/s的小型渠道一般采用該斷面;第四種斷面為漿砌石矩形斷面，用于暗涵及過村段落。這些斷面水力條件好、邊坡的穩(wěn)定性較高，對(duì)地基適應(yīng)性強(qiáng)、尤其是能減輕土基凍脹破壞等特點(diǎn)，有效提高了渠道的防滲抗凍性能。

3.2 先進(jìn)施工方法的應(yīng)用

3.2.1 U形渠道襯砌機(jī)的應(yīng)用

U形渠道由于其防滲效果好、近似于水力最優(yōu)斷面、水流條件好、斷面尺寸小、抗凍脹性能較高、投資少等特點(diǎn)，是小型渠道較理想的防滲斷面形式。U形襯砌機(jī)在灌區(qū)渠道改造中得到應(yīng)用，東干八支渠為 D80渠道，灌區(qū)斗分渠有 D30、D40、D60、D80等多種斷面，在施工中均采用了牽引式 U型襯砌機(jī)。具體施工中，以開挖好的 U形土槽為基準(zhǔn)面，利用襯砌機(jī)可做到混凝土澆筑成型、振搗密實(shí)、切縫和渠道壓邊等工序連續(xù)一次完成，不但提高了襯砌速度，而且襯砌質(zhì)量高、防滲效果好，為灌區(qū)推進(jìn)渠道襯砌機(jī)械化提供了寶貴的經(jīng)驗(yàn)。

3.2.2 砼襯砌滑動(dòng)模具的應(yīng)用

在東干渠、西干渠、西干支渠等改造工程中，運(yùn)用滑動(dòng)模具施工，使灌區(qū)渠道砼襯砌施工邁入了機(jī)械化?；Ｓ晒羌?、行走機(jī)構(gòu)、面板、輔助平臺(tái)四部分組成，整體用鋼結(jié)構(gòu)制作。施工工藝為:土模成型并保證高程正確和平整度符合要求后，利用經(jīng)緯儀、水準(zhǔn)儀精確控制，對(duì)軌道進(jìn)行鋪設(shè)校正;將模具拼接安裝在軌道上，校正斷面開口尺寸和對(duì)角線尺寸;將砼用人力車運(yùn)輸?shù)侥＞呱?，沿坡面入倉，用振動(dòng)棒在弧底和兩直坡段進(jìn)行振搗;移動(dòng)模具重新澆筑;對(duì)澆筑成型的砼進(jìn)行原漿收面壓光。滑模施工與以往的翻板式模具施工相比較，砼襯砌厚度均勻，保證了砼襯砌質(zhì)量;大大提高了襯砌速度，工程進(jìn)度提高;模具容易制作、投資少、成本低。

3.3 新材料應(yīng)用——土工膜料

土工膜料用于東干渠渠道防滲。土工膜是一種薄型、連續(xù)、柔軟的防滲材料，具有以下優(yōu)點(diǎn):(1)防滲性能好。(2)適應(yīng)變形的能力強(qiáng)。(3)質(zhì)量輕，用量少，運(yùn)輸量少。(4)耐腐蝕性能強(qiáng)。(5)施工方便，工期短，造價(jià)低，使用年限長(zhǎng)。土工膜料的厚度、材質(zhì)及種類，應(yīng)根據(jù)工程規(guī)模、當(dāng)?shù)貧夂蚣暗刭|(zhì)條件確定。石頭河灌區(qū)屬北方寒冷地區(qū)，選用聚乙烯膜(PE膜)。根據(jù)渠道斷面結(jié)構(gòu)形式的不同，膜料防滲體的鋪設(shè)范圍分為全鋪式、半鋪式和底鋪式三種。全鋪式在兩側(cè)渠坡和渠底全鋪，防滲效果最好，但投資多，適合防滲要求高，投資允許渠道采用。渠底全鋪、兩側(cè)渠坡部分鋪為半鋪式，只鋪渠底為底鋪式，據(jù)我國(guó)有關(guān)研究資料表明，全鋪式每晝夜平均滲漏率為0.23% ～0.67%，可減少防滲前滲漏損失的99.15% ～99.71%;當(dāng)半鋪式鋪膜高度為 0.5倍水深時(shí)，每晝夜平均滲漏率為6.58% ～9.64%，可減少防滲前滲漏損失的87%～91.7%。由此說明，半鋪式為全鋪式防滲效果的87.7% ～90%，稍低一些，但可以節(jié)約很多投資。東干渠設(shè)計(jì)為全鋪式。土工膜料鋪設(shè)完畢后，上面做砼襯砌保護(hù)，與砼襯砌共同發(fā)揮防滲作用。2007年對(duì)東干渠2.6 km高邊坡渠道采用土工膜料與砼襯砌相結(jié)合的方案進(jìn)行改造，徹底解決了過去的滲漏問題。

3.4 預(yù)應(yīng)力混凝土管道輸水

東干灌區(qū)地形坡度較大，采用地埋預(yù)應(yīng)力混凝土管輸水，第一，可以有效解決渠道比降較陡造成的沖刷破壞，同時(shí)挖填方的工程量比明渠較少。第二，在斗渠進(jìn)水方面，由于管道屬于低壓輸水，管道中的壓力可以使管中的水順利輸入斗渠之中，有效的解決斗渠進(jìn)水困難的問題。第三，管道輸水損失很小，節(jié)約了大量的水資源，符合節(jié)水改造發(fā)展的要求。第四，工程完工后，將對(duì)管道進(jìn)行覆土，這樣也可以當(dāng)做基本農(nóng)田來耕種，節(jié)省土地資源。另外，管道輸水不中斷交通，不影響周圍群眾的生產(chǎn)和生活。

管道采用預(yù)應(yīng)力鋼筋砼管(PCP)。預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土管有良好的抗震性，對(duì)管道基礎(chǔ)的適應(yīng)性較強(qiáng);內(nèi)壁光滑，水力特性好;同時(shí)具有價(jià)格低，施工方便的優(yōu)點(diǎn)。工程中在特殊部位(如鎮(zhèn)墩、減壓池前后等)使用鋼管。鋼管及配件內(nèi)外防腐均采用環(huán)氧煤瀝青防腐。輸水管道附屬構(gòu)筑物主要有減壓井、蝶閥井、斗渠放水口、放水管出水池、輸水管出水口等。

4 渠道防滲改造成效顯著

4.1 渠道輸水能力得到提高

近年來，灌區(qū)世行項(xiàng)目、節(jié)水續(xù)建項(xiàng)目、農(nóng)發(fā)項(xiàng)目共改造干支渠道14條、改造長(zhǎng)度126 km，改造建筑物364座。通過改造，灌區(qū)工程設(shè)施的完好率得到提高，干支渠輸水能力得到提高。

4.2 灌溉水滲漏損失大為減少，節(jié)水效益明顯

從實(shí)際運(yùn)行情況統(tǒng)計(jì)，改造渠段渠道水利用系數(shù)提高26%～38%左右，年減少滲漏損失700萬 m3，增加引水量715萬 m3，恢復(fù)改善灌溉面積 12.8萬畝;年增加糧食產(chǎn)量1 010萬 kg。

4.3 干支渠系建筑物改造，使渠道的行水安全有了保證，縮短了灌溉周期，減輕了農(nóng)民負(fù)擔(dān)

通過對(duì)建筑物的改造，改善了渠系水流狀態(tài)，保證了行水安全，減少了搶修資金。

同時(shí)，灌區(qū)灌溉周期平均比原來減少5 d，節(jié)約了時(shí)間;灌區(qū)畝次水費(fèi)從原來的 20元減少到12～15.5元，減少了4.5～8元左右，農(nóng)民的用水積極性大大提高。

4.4 將水費(fèi)核定到合理標(biāo)準(zhǔn)，提高了水費(fèi)收繳率及灌區(qū)的灌溉效益

項(xiàng)目實(shí)施前，灌區(qū)水費(fèi)執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)為 0.09元/m3，水費(fèi)收繳率為86.4%;項(xiàng)目實(shí)施后，基礎(chǔ)設(shè)施得到較大的改善，灌溉效率有了很大提高，群眾的灌溉積極性增強(qiáng)，使得水費(fèi)標(biāo)準(zhǔn)順利提高到0.13元/m3，水費(fèi)收繳率也增長(zhǎng)到98%。

4.5 促進(jìn)了當(dāng)?shù)剞r(nóng)業(yè)結(jié)構(gòu)的調(diào)整

渠道改造項(xiàng)目實(shí)施后，灌溉用水有了保證，農(nóng)民種植經(jīng)濟(jì)作物的積極性得到調(diào)動(dòng)，促進(jìn)了農(nóng)業(yè)種植結(jié)構(gòu)的調(diào)整，灌區(qū)的糧經(jīng)比例由原來的8:2調(diào)整到6.5:3.5，2008年地方政府為了加快農(nóng)村的經(jīng)濟(jì)發(fā)展步伐，大力倡導(dǎo)種植獼猴桃，促進(jìn)農(nóng)村經(jīng)濟(jì)收入的提高，優(yōu)質(zhì)高效、觀光農(nóng)業(yè)、高科技農(nóng)業(yè)正在灌區(qū)逐步發(fā)展。

5 結(jié)語

綜上所述，渠道防滲不僅能節(jié)約灌溉用水，防止渠道的沖淤和坍塌，加快流速，提高輸水能力，減小渠道斷面和建筑物尺寸，而且節(jié)省占地，減少工程費(fèi)用和維修管理費(fèi)用等。渠道防滲改造技術(shù)方案的合理選用，直接影響到防滲效果和工程效益的發(fā)揮。石頭河水庫灌區(qū)渠道防滲改造結(jié)合實(shí)際情況，合理選定方案，充分利用了原有的渠道和地方材料資源優(yōu)勢(shì)，取得了較好的社會(huì)與經(jīng)濟(jì)效益，為灌區(qū)的可持續(xù)發(fā)展奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

［1］李安國(guó)，建工，曲強(qiáng).渠道防滲工程技術(shù).北京:中國(guó)水利水電出版社.1998.

［2］SL/T231—98，聚乙烯(PE)土工膜防滲工程技術(shù)規(guī)范.北京:中國(guó)水利水電出版社.1999.

S274.2

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1004－1184(2012)05－0193－03

2012－06－05

張淑媛(1969－)，女，陜西寶雞人，工程師，主要從事水利工程管理工作。