淺析人民勝利渠灌區(qū)節(jié)水改造工程中U型渠道的應(yīng)用

□閆倩倩（河南省人民勝利渠管理局）

1 灌區(qū)簡介

人民勝利渠灌區(qū)位于河南省北部，是新中國成立后在黃河下游興建的第一個引用黃河水灌溉的大型自流灌區(qū)。灌區(qū)總控制面積14.86 萬hm2。主要灌溉新鄉(xiāng)、安陽、焦作市的8 個縣(市、區(qū))47 個鄉(xiāng)（鎮(zhèn)）的9.80 萬hm2耕地，其中充分灌溉面積5.80 萬hm2，補給灌溉面積4 萬hm2。同時還承擔著新鄉(xiāng)市城市供水和必要時向安陽、天津送水補源的任務(wù)。工程設(shè)計流量60m3/s，加大設(shè)計流量85m3/s。灌區(qū)于1951年開工，1952年4月第一期工程建成，當年開灌受益。后經(jīng)幾次整修擴建，達到現(xiàn)有規(guī)模。設(shè)計灌溉面積5.91 萬hm2，實灌面積4 萬hm2。

人民勝利渠灌區(qū)節(jié)水改造工程實施以來，不斷引進新工藝、新技術(shù)，近年來隨著施工工藝和施工機械的發(fā)展，在灌區(qū)渠道襯砌中引入了U 型渠道施工技術(shù)。人民勝利渠灌區(qū)新磁灌區(qū)祝樓鄉(xiāng)高效節(jié)水示范區(qū)項目位于新鄉(xiāng)市平原新區(qū)祝樓鄉(xiāng)境內(nèi)，項目區(qū)土地肥沃，農(nóng)業(yè)種植條件較好。近年來該區(qū)域降雨偏少，地下水位下降嚴重，水資源供需矛盾日漸突出，為緩解水資源供需矛盾，在該區(qū)域范圍內(nèi)實施高效節(jié)水項目，完善配套田間工程。

在節(jié)水灌溉方面，根據(jù)人民勝利渠管理局科研中心的研究成果及多年的推廣應(yīng)用經(jīng)驗，U 型斷面水流順暢、不淤積，運行效果最佳，因此項目區(qū)內(nèi)斗農(nóng)渠均采用U 型斷面形式，干加斗渠根據(jù)控制面積大小分別為UD80、UD60 兩種形式，干加農(nóng)渠、農(nóng)渠采用UD40 形式。

2 U 型渠道的優(yōu)點

2.1 U 型渠道節(jié)水效益顯著

U 型渠道整體性強，防滲效果好，項目實施后，與原渠道相比,斗、農(nóng)渠渠系水利用系數(shù)均由0.85 提高到0.95，改造后的末級渠系灌溉水利用系數(shù)達到0.69，較改造前的0.54 提高了28%。根據(jù)計算，項目區(qū)333hm2耕地年節(jié)水118 萬m3，每立方水按生產(chǎn)1kg糧食，糧價按2.50 元/kg計，分攤系數(shù)0.40，則年增產(chǎn)效益為119.15 萬元。

2.2 U 型渠道輸水能力強

混凝土U 型渠道表面光滑、糙率小、流態(tài)好，項目實施后，由于U 型渠道斷面小、糙率值小，流速更快了，同時也大大提高了輸沙能力，減淤效果顯著。項目區(qū)以前澆不上水、使用機電井抽水灌溉的情況不復存在，既減少了灌水用工，又減少了提水（燃油）費用，還能把節(jié)約下來的水量用于提高作物種植的復種指數(shù)。

2.3 U 型渠道省工、省時、省料且節(jié)省渠道占地

隨著高科技的發(fā)展，U 型渠道可以利用機械來施工，主要優(yōu)勢在于：①施工機械結(jié)構(gòu)簡單，運輸、安裝拆卸方便，便于操作，只需一人即可。②機械現(xiàn)澆渠道一次成型，速度快，是人工的18～20 倍。渠道斷面尺寸標準。③在施工用料方面，U 型渠道與同設(shè)計流量的梯形渠道相比，可以大大節(jié)約材料，如建設(shè)1km的U 型渠道會比建設(shè)同長度的其他渠道造價低30%左右。④U型渠道節(jié)省占地，項目區(qū)原斗渠渠道平均口寬2.50m,改造后渠道平均口寬為1.24m；原農(nóng)渠渠道口寬平均1.80m,改造后渠道口寬為0.91m。

2.4 U 型渠道的結(jié)構(gòu)特點

U 型渠道的斷面形式為上部為有一定傾角的直線段、底部為弧形或半圓形，兩段平滑連接。U 型渠道斷面改善了梯形渠道防滲襯砌渠道膨脹變形的分布具有不均勻性，且渠道底部具備一定的反拱作用，可以有效避免錯臺、裂縫、凍害等問題的發(fā)生。在實際應(yīng)用過程中，U 型渠道渠底圓弧夾角應(yīng)盡量控制在152～156 °以內(nèi)為宜，兩側(cè)外傾角度控制在10～14 °范圍內(nèi)，混凝土厚度6～10cm。若施工區(qū)屬于特殊地區(qū)，外傾角度可根據(jù)具體情況作適當調(diào)整。

3 U 型渠道的構(gòu)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(cè)的斜直段;③頂部的水平保護段;④土堤。如圖1。

圖1 U 形渠道斷面構(gòu)造圖

需要注意的是槽壁的厚度應(yīng)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 型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(guān)系式：式中，W—流過渠槽的水流量(m3/s);P—過水斷面面積(m2);i—渠槽比降;C—流速系數(shù);n—流速的糙率。

4 U 型渠道的施工技術(shù)要求

在U 型渠道工程施工過程中應(yīng)做好以下幾方面的工作：

4.1 施工準備

U 型渠道施工前，應(yīng)進行詳細的施工組織設(shè)計，充分做好料場、拌合場等施工工地的布置以及施工用電、用水、道路和機器設(shè)備進場準備工作，對試驗和施工的設(shè)備進行檢測和測試運行，確?；炷烈r砌渠床符合施工要求，為施工提供良好的條件。

4.2 渠道工程放線

首先確定渠道中線，U 型渠道鋪設(shè)線路應(yīng)與設(shè)計圖紙一致，在滿足設(shè)計要求的情況下，其軸線應(yīng)盡可能取直。在渠道中線位置設(shè)中心樁，直線段每10m 一個中心樁，彎道處3～5m 設(shè)一個。其次做好施工放線工作，保證渠道的軸線、邊線、高程符合工程設(shè)計要求。設(shè)置高程控制樁，沿渠線設(shè)置高程控制點，用以控制渠底開挖高程和渠道比降。測量精度應(yīng)達到四等水準要求，閉合精度控制在20mm。高程控制點每20m 設(shè)置一個，埋設(shè)牢固的混凝土樁或木樁，通視條件要好，方便施工中渠道高程測量和控制。

4.3 土方工程開挖

在施工過程中嚴格按照設(shè)計單位提供的施工詳圖進行施工，同時要對渠道的位置、高程、坡度等技術(shù)參數(shù)進行檢查和校對。在進行土方開挖時，要合理地設(shè)計渠底高程及坡度，同時在設(shè)計高程和邊坡坡度時也要根據(jù)當?shù)氐刭|(zhì)情況而定;在對要建設(shè)的U 型渠道進行機械開挖時，為了防止在開挖的時候擾動設(shè)計標高以下的原狀土，可以在設(shè)計高程上方保留一定厚度的原狀土，這些原狀土由人工來清理，達到設(shè)計開挖高程。

4.4 U 型渠道混凝土澆筑

渠道斷面開挖后，采用U 型渠道襯砌機襯砌渠道。襯砌機設(shè)有導向滑模、進料口，中間安裝震動設(shè)備，并配備一臺1t 牽引車，中間用牽引索與襯砌機連接，拉動襯砌機勻速前行。襯砌前如果渠床干燥起土，應(yīng)先灑水，避免澆筑好的混凝土板因水分過度流失表面出現(xiàn)裂紋。為確保襯砌質(zhì)量，襯砌機前進速度一般控制在0.50-0.80m/min。襯砌機工作時，人工配合連續(xù)向進料口裝入拌合好的混凝土，振搗設(shè)備同時工作，渠道襯砌斷面一次成型。襯砌機過后，應(yīng)對已襯砌的渠道表面進行人工壓光收面，做到渠道表面平整光滑，無石子外露，無蜂窩麻面?；炷烈r砌后18-20h 應(yīng)進行養(yǎng)護。

5 U 型渠道效益分析

項目實施后，渠道經(jīng)過防滲襯砌，大大提高了輸沙能力，減淤效果顯著，這樣就大大減少了農(nóng)民的投工投勞。同時斗、農(nóng)、毛門等建筑物配套齊全，能直接配水至田間，所以從前澆不上水，使用電抽井水灌溉的情況不復存在，既減少了灌水用工，又減少了提水（燃油）費用，還能把節(jié)約下來的水量用于提高作物種植的復種指數(shù)。

經(jīng)計算，工程完成后，每年產(chǎn)生經(jīng)濟效益208.98 萬元，可新增農(nóng)業(yè)生產(chǎn)能力（折合成糧食）83.59 萬kg，項目區(qū)受益農(nóng)民5100 人，人均增收176.12 元。

6 結(jié)語

U 型渠道是節(jié)水灌溉中重要的防滲措施工程，是提高現(xiàn)有水利工程的效益，提高渠系水利用系數(shù)，節(jié)約用水的費省效宏、時效較快的重要途徑，同時可引導廣大農(nóng)民更新觀念，改變陳舊的灌溉和生產(chǎn)模式，進一步增強水患和節(jié)水意識，改善水資源開發(fā)利用環(huán)境，實現(xiàn)水資源可持續(xù)利用和優(yōu)化配置，提高水的利用率和水分生產(chǎn)率，使有限水資源，最大限度地為農(nóng)業(yè)增產(chǎn)、農(nóng)民增收以及國民經(jīng)濟和社會發(fā)展服務(wù)。

[1]胡濱.淺析節(jié)水灌溉中U 型渠道的應(yīng)用[J].陜西水利，2011（03）.

[2]李洪軍.淺談U 型渠道的優(yōu)勢特點及施工方法[J].科學與財富，2013（3）.