瀟河灌區(qū)節(jié)水防滲工程探索與實(shí)踐

段美清

（晉中市瀟河流域管理局，山西 榆次 030600）

1 灌區(qū)概況

瀟河灌區(qū)位于晉中盆地東北緣、瀟河流域西端、瀟河干流出水口的平川地區(qū)，是山西省主要糧、棉、蔬菜生產(chǎn)基地。灌區(qū)渠系始建于1950年，是清洪兩用、井渠結(jié)合的全國大型自流灌區(qū)。灌區(qū)受益范圍包括晉中市的榆次區(qū)、太谷縣和太原市的小店區(qū)、清徐縣等2市4縣（區(qū)）11個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)134個(gè)行政村，控制耕地面積2.6萬hm2，有效灌溉面積2.216萬hm2。現(xiàn)有干渠2條，全長46.28 km，其中北干渠（民豐干渠）長17.14 km，控制面積 1.083萬hm2；南干渠（民生干渠）長29.14 km，控制面積1.133萬hm2；支渠8條，總長90.17 km，斗渠156條，總長286.6 km，農(nóng)渠1 164條，總長887.1 km。灌區(qū)現(xiàn)有干支渠建筑物526件，斗農(nóng)兩級(jí)渠系建筑物5 515件，已形成干、支、斗、農(nóng)、毛五級(jí)渠道基本配套的灌溉排水體系。

2 節(jié)水改造必要性分析

灌區(qū)渠首樞紐和干支渠系自1951年投入運(yùn)行至今，對(duì)灌區(qū)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)發(fā)揮了重要作用。隨著當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)社會(huì)的迅速發(fā)展，人民生活水平的不斷提高，工農(nóng)業(yè)用水日益增加，有限的水資源導(dǎo)致供需矛盾加劇，一定程度上制約了當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)的持續(xù)穩(wěn)定發(fā)展。為切實(shí)提高灌區(qū)樞紐引水的單方利用率，必須進(jìn)行渠道防滲處理，減少滲漏損失，管理和維護(hù)好各級(jí)渠道建筑物。因此，對(duì)灌區(qū)進(jìn)行節(jié)水改造具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

3 灌區(qū)防滲工程探索及實(shí)踐

瀟河灌區(qū)的節(jié)水防滲歷程大致分為四個(gè)階段：渠道防滲初始階段，對(duì)凍害教訓(xùn)總結(jié)后的提高階段，渠道防凍漲新材料及新結(jié)構(gòu)的探索階段，擴(kuò)大成果運(yùn)用階段。

3.1 初始階段（1965—1974年）

自1965年起，渠道防滲工程開始在瀟河灌區(qū)探索起步，主要通過工程措施減少渠道滲漏損失。先后采用幾種不同的防滲結(jié)構(gòu)進(jìn)行試驗(yàn)。第一種是采用1～2 cm厚的瀝青砂漿、瀝青薄膜的渠底鋪襯防滲。經(jīng)過兩次輸水后被沖毀。第二種是采用塑料薄膜上覆50 cm厚的土料保護(hù)層的渠底防滲。在縱坡1/1 500～1/1 800的渠段，由于輸水流速大，土料保護(hù)層被沖走，太陽曝曬后發(fā)生鼓脹損壞；在縱坡1/2 800～1/3 000的渠段，由于輸水流速小，且屬于洪水淤積型渠道，實(shí)踐證明能夠完好運(yùn)行20年，防滲作用良好。第三種是采用漿砌預(yù)制混凝土板和漿砌片石的渠底、渠坡防滲。經(jīng)過2～3年冬澆輸水運(yùn)行后，由于凍脹作用，漿砌預(yù)制混凝土板、水泥砂漿砌縫與砌體脫開，發(fā)生鼓脹及嚴(yán)重錯(cuò)位。解凍后，砌體下陷，形成一個(gè)小臺(tái)階，經(jīng)水流沖刷，部分砌體沿渠坡滑落到渠底。

3.2 提高階段（1975—1985年）

認(rèn)真總結(jié)初始階段的經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)，在對(duì)渠道凍害深刻認(rèn)識(shí)的基礎(chǔ)上，重新進(jìn)行渠道防滲結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和防滲材料的選用。

一是全斷面鋪襯塑料薄膜，干砌片石保護(hù)層的渠道防滲。該技術(shù)從結(jié)構(gòu)上講是柔性與剛性的結(jié)合，從應(yīng)用上講是防滲與防護(hù)的結(jié)合，但工程土石方量大、渠道糙率、清淤及渠道整修難度較大。

二是全斷面鋪襯塑料薄膜，渠底漿砌預(yù)制混凝土板，渠坡以冬季放水結(jié)冰線劃分為上下兩部分，結(jié)冰線以上為漿砌預(yù)制混凝土板，結(jié)冰線以下為漿砌塊石的復(fù)合式渠道結(jié)構(gòu)防滲。該技術(shù)可有效降低渠床土壤的含水量，大大減小渠道的凍脹力，防滲性強(qiáng)、保溫性好、抗凍脹效果明顯、使用壽命長，但工程造價(jià)較高，人工投入多。

三是漿砌石重力式擋土墻的矩形渠道襯砌后鋪襯塑料薄膜防滲。該技術(shù)主要為防滲防護(hù)類型，適用于填方段類型的渠道，側(cè)重于保護(hù)渠堤，斷面較大，遠(yuǎn)超過凍結(jié)深度，土石方工程量大，工程造價(jià)高。

3.3 新探索階段（1986—1997年）

提高階段的渠道防滲工程技術(shù)主要以塑料薄膜為主，通過加大襯砌厚度及強(qiáng)度來抵抗凍脹力，經(jīng)濟(jì)性差且時(shí)效性有限。為此，從1986年開始，渠道防滲工程進(jìn)入新材料、新結(jié)構(gòu)型式的探索時(shí)期。

經(jīng)過20年不間斷的探索和研究，渠道襯砌防凍脹的措施大致可歸納為：減少土壤含水量；換填不凍脹基土；采用保溫材料提高渠床地溫。為此，灌區(qū)進(jìn)行了7方面的探索試驗(yàn)，即：渠道斷面全部采用倒梯形設(shè)置進(jìn)行試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果表明：預(yù)制混凝土板下鋪設(shè)5 cm聚苯板的防凍保溫效果最好，可提高地溫8.6℃，減少凍脹深度73 cm（73.4%），減少凍脹量11.8 cm，未發(fā)生裂縫。但工程造價(jià)高，較非抗凍脹襯砌方案高44%。

為較大范圍地應(yīng)用試驗(yàn)成果，降低工程造價(jià)，瀟河灌區(qū)再次進(jìn)行補(bǔ)充試驗(yàn)。渠道陽坡和渠底下鋪設(shè)0.1 mm的聚氯乙烯薄膜；渠道陰坡下鋪設(shè)聚苯板，冬季輸水水位以下鋪設(shè)4 cm厚的聚苯板，冬季輸水水位以上鋪設(shè)2 cm厚的聚苯板。試驗(yàn)表明，該技術(shù)可減少工程造價(jià)58%，防凍防滲效果很好。經(jīng)過10余年的實(shí)際應(yīng)用，基本上沒有投入維修費(fèi)用，經(jīng)濟(jì)效益良好。

3.4 擴(kuò)大成果運(yùn)用階段（1998年至今）

1998年以來，隨著國家對(duì)大型灌區(qū)節(jié)水改造投入力度的加大，灌區(qū)陸續(xù)對(duì)部分干支渠進(jìn)行續(xù)建配套與防滲改造。至2008年底，干渠防滲改造長度18.5 km，支渠防滲改造長度36.02 km。

這一階段的渠道防滲工程主要采用土工膜替代原有的聚苯板和聚氯乙烯薄膜，工程應(yīng)用中主要考慮防水、抗變形能力及耐久性。因此，瀟河灌區(qū)在擴(kuò)大成果階段的渠道防滲技術(shù)主要采用兩種形式：漿砌石直墻、鋼筋混凝土蓋板涵，為雙孔矩形斷面；梯形斷面，土工膜防滲、混凝土護(hù)面。

邊坡與渠底采用10 cm厚的C20混凝土預(yù)制板加土工膜防滲型式，每5 m設(shè)一條伸縮縫，縫寬2 cm，采用瀝青砂漿封縫，混凝土與土工膜之間鋪設(shè)2 cm厚的水泥砂漿過渡層，混凝土抗凍等級(jí)F100。

4 結(jié)語

“十一五”期間，瀟河灌區(qū)節(jié)水改造項(xiàng)目完成渠道防滲整修13.577 km，改善灌溉面積0.592萬hm2，年新增節(jié)水能力768萬m3，灌溉水有效利用系數(shù)由0.53提高到0.54。預(yù)計(jì)到“十二五”末，瀟河灌區(qū)渠系水利用系數(shù)可由現(xiàn)狀的0.57提高到0.65，灌溉水利用系數(shù)由現(xiàn)狀的0.478提高到0.585。干渠防滲改造總長度將達(dá)到22.55 km，占渠道總長的48.72%；支渠防滲改造總長度將達(dá)到41.5 km，占渠道總長的46.02%。