渠道防滲與節(jié)水灌溉技術(shù)研究

萬(wàn) 丹

(遼寧省阜新市阜蒙縣水利局，遼寧 阜新 123100)

渠道防滲是一項(xiàng)重要的工程措施，可以在輸水過(guò)程中較少由滲漏現(xiàn)象造成的物理?yè)p失。隨著該項(xiàng)技術(shù)手段的應(yīng)用，灌溉用水得到了有效節(jié)約，且土壤次生鹽堿化、渠道坍塌、渠道沖淤等事故的發(fā)生頻率也得到了適當(dāng)抑制。在保證渠道內(nèi)輸水能力不斷提升的基礎(chǔ)上，縮小渠道自身的斷面面積，并以迎合建筑物尺寸作為首要目標(biāo)，通過(guò)這種方式不僅能夠有效控制地下水位的上漲趨勢(shì)，也能有效節(jié)約渠道占地面積，減少由維修、管理產(chǎn)生的渠道防滲工程費(fèi)用[1- 2]。作為節(jié)水灌溉的重要施工措施，渠道防滲技術(shù)既能按照較低的用水量獲得較大的產(chǎn)出收益，也能在維持高水平單位灌溉水量的同時(shí)完成作物的物理灌溉。在渠道防滲技術(shù)應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上，建立一種新型的節(jié)水灌溉技術(shù)模型。隨著該模型的廣泛應(yīng)用，不僅使節(jié)水灌溉技術(shù)做到了因地制宜，也大大降低了水資源浪費(fèi)現(xiàn)象的發(fā)生幾率。

1 渠道防滲標(biāo)準(zhǔn)化模式選擇

渠道防滲標(biāo)準(zhǔn)化模式選擇是新型節(jié)水灌溉技術(shù)模型的搭建基礎(chǔ)。在適用條件確定、模式構(gòu)型、厚度參數(shù)計(jì)算等幾個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)的支持下，其具體模式選擇方法可按如下流程進(jìn)行。

1.1 防滲適用條件及范圍確定

渠道防滲標(biāo)準(zhǔn)化模式主要適用于以下條件及范圍。

(1)最大防滲土層的中心深度必須達(dá)到30cm以上，且土壤自身屬于凍土范圍。

(2)防滲渠道的搭建應(yīng)以混凝土或其它剛性襯物質(zhì)作為主要原料，作為渠道的基本土壤基質(zhì)，凍脹土必須具備較強(qiáng)的性狀可塑性。為適合防滲渠道的季節(jié)性供水需求，凍脹土在春夏季大多采用弧形坡腳梯形或弧底梯形的斷面形式，而對(duì)于大型的防滲渠道則必須采用梯形作為標(biāo)準(zhǔn)斷面形式[3]。

(3)當(dāng)?shù)叵滤皇冀K處于渠底以下時(shí)，可以采用被動(dòng)排水的處理措施迫使地下水位逐漸上升，直至接近或超過(guò)渠底橫截面。

(4)聚苯板作為防滲渠道的主要組成物質(zhì)，其自身厚度應(yīng)該按照渠體走向趨勢(shì)區(qū)別計(jì)算。

1.2 渠道防滲模式的構(gòu)型

渠道防滲模式的構(gòu)型對(duì)土壤抗壓強(qiáng)度、伸縮縫寬度等條件進(jìn)行了嚴(yán)格限制。渠道土壤抗壓強(qiáng)度與抗?jié)B指標(biāo)選取、渠道規(guī)模等因素產(chǎn)生直接聯(lián)系。通常情況下，處于渠道規(guī)模適中條件下的渠道土壤抗壓強(qiáng)度為大于等于20MPa。渠道防滲伸縮縫中填充了大量的土壤基質(zhì)，且為保證良好的灌溉施工，伸縮縫兩端多為現(xiàn)澆混凝土板，相鄰兩板材間的距離大多滿足3～5m或6～8m兩個(gè)選擇區(qū)間[4]。為保證防滲渠道具備較強(qiáng)的水壓承受能力，相鄰兩個(gè)渠道防滲伸縮縫間必須具備一個(gè)防滲膜料結(jié)構(gòu)，且材質(zhì)大都為厚度處于0.18～0.22mm之間的PE塑料膜。完整的渠道防滲模式結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 渠道防滲模式構(gòu)型圖

1.3 標(biāo)準(zhǔn)化渠道厚度參數(shù)計(jì)算

標(biāo)準(zhǔn)化渠道厚度參數(shù)是影響渠道防滲模式選擇的關(guān)鍵因素，當(dāng)土壤基質(zhì)、渠床深度等條件發(fā)生改變時(shí)，防滲渠道所承受的外界壓力也會(huì)隨之變化[5]。在渠道防滲標(biāo)準(zhǔn)化模式影響下，渠道自身的厚度必須能夠承載土壤基質(zhì)的強(qiáng)大擠壓力，且由于每一階段渠床的截面面積不固定，各個(gè)深度層面的修正系數(shù)也不唯一。規(guī)定e1、e2、e3、、eλ分別代表λ個(gè)渠床截面的深度修正系數(shù)，利用e1、e2、e3、、eλ可將標(biāo)準(zhǔn)化渠道厚度參數(shù)表示為：

(1)

式中，y—土壤基質(zhì)條件的基本參量；w—渠床深度因素的百分系數(shù)；i—土壤基質(zhì)的擠壓條件；u—標(biāo)準(zhǔn)化渠道厚度的衡量參數(shù)。

1.4 渠道防滲因子確定

渠道防滲因子在符合標(biāo)準(zhǔn)化模式選擇原理的基礎(chǔ)上，對(duì)節(jié)水灌溉設(shè)備的選擇起到導(dǎo)向性作用。根據(jù)實(shí)際施工經(jīng)驗(yàn)，防滲渠道土工膜料的總體厚度大都較薄，其主要作用是在防滲過(guò)程中起到一定的阻擋作用。但隨著高聚物材料的大量應(yīng)用，土工膜料自身的厚度得到一定程度的提升，且在防滲過(guò)程中可對(duì)外界水系因子起到更良好的阻隔作用[6]。設(shè)r代表渠道固有的良性滲透系數(shù)，t代表理想防滲時(shí)間，聯(lián)立公式(1)可將渠道防滲因子表示為：

(2)

式中，χ—代表高聚物材料土工膜料對(duì)水系因子的阻擋系數(shù)；β—代表土工膜料的厚度參量；o—代表節(jié)水灌溉設(shè)備的導(dǎo)向周期；|Δs|—代表在標(biāo)準(zhǔn)化模式選擇原理下，渠道綜合防滲條件實(shí)部的變化量。

2 渠道防滲節(jié)水灌溉技術(shù)模型搭建

在渠道防滲標(biāo)準(zhǔn)化模式選擇的基礎(chǔ)上，通過(guò)選擇主體界定、形式劃分、設(shè)備選擇、原則完善4個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)，實(shí)現(xiàn)新型節(jié)水灌溉技術(shù)模型的應(yīng)用。

2.1 節(jié)水灌溉技術(shù)選擇主體的界定

節(jié)水灌溉技術(shù)選擇主體界定包含對(duì)渠道防滲因子調(diào)節(jié)、對(duì)灌溉設(shè)備進(jìn)行智能化控制等幾個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)。其中渠道防滲因子調(diào)節(jié)以灌溉用水節(jié)約作為主要施工目標(biāo)，隨著標(biāo)準(zhǔn)化渠道厚度參數(shù)的不斷細(xì)化，渠道防滲因子中導(dǎo)向周期、土工膜料厚度參量等參數(shù)的浮動(dòng)范圍得到了嚴(yán)格限制[7]。為了滿足節(jié)水灌溉技術(shù)選擇主體的界定原則，防滲因子的調(diào)節(jié)直接決定了灌溉設(shè)備所需的整體灌水量。灌溉設(shè)備的智能化控制決定選擇主體界定是否具備一定的應(yīng)用可行性。隨著設(shè)備所處環(huán)境的不斷改變，標(biāo)準(zhǔn)化渠道厚度參數(shù)不再受到渠床所處深度的影響，進(jìn)而使渠道防滲指標(biāo)達(dá)到一定的應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)，為節(jié)水灌溉技術(shù)選擇主體界定提供保障。如圖2所示，對(duì)節(jié)水灌溉技術(shù)選擇主體界定原理進(jìn)行了詳細(xì)解釋。

圖2 節(jié)水灌溉技術(shù)選擇主體界定原理詳解圖

2.2 節(jié)水灌溉形式劃分

主要的節(jié)水灌溉形式包含漫灌、噴灌、微噴、滴灌4種。其中，漫灌作為最主要的節(jié)水灌溉形式，可將防滲渠道周?chē)乃?，聚集在溝渠中，再讓這些水通過(guò)渠道進(jìn)入需要進(jìn)行灌溉的區(qū)域。這種方式的前期投資少，節(jié)水能力相對(duì)較弱。噴灌式節(jié)水灌溉對(duì)渠道周?chē)耐寥?、氣候等條件都進(jìn)行嚴(yán)格要求，這種方式不能對(duì)水流量進(jìn)行適時(shí)調(diào)整，僅適用于小范圍灌溉。微噴式節(jié)水灌溉以低壓管道作為防滲渠道，可通過(guò)微噴噴頭對(duì)水流量進(jìn)行限制，具備極強(qiáng)的節(jié)水能力，前期施工成本較高[8]。滴灌式節(jié)水灌溉在節(jié)水、節(jié)能兩方面都具備較好的實(shí)際應(yīng)用效果，可以滴頭、水帶相連相結(jié)合的設(shè)備作為防滲渠道，且使用范圍不受土壤、氣候等自然因素的影響。4種節(jié)水灌溉形式的劃分標(biāo)準(zhǔn)見(jiàn)表1。

表1 節(jié)水灌溉形式劃分詳情表

2.3 節(jié)水灌溉設(shè)備選擇

節(jié)水灌溉設(shè)備選擇主要針對(duì)噴頭、管材、防滲管網(wǎng)、灌溉控制器4項(xiàng)基礎(chǔ)設(shè)備。其中，噴頭大都采用地下式。這種噴頭具備較好的適應(yīng)性，可有效控制噴射方式、出水流量、覆蓋范圍等物理因素。管材大都選用物理特性穩(wěn)定、韌度較高的PVC材料。這類(lèi)材質(zhì)在長(zhǎng)時(shí)間的輸水過(guò)程中，不會(huì)因?yàn)椴牧侠匣l(fā)生管道泄漏現(xiàn)象，更符合節(jié)水灌溉的應(yīng)用需求[9]。防滲管網(wǎng)的選用需要結(jié)合環(huán)境條件、土壤特征等物理因素，且所選用材料必須完全符合標(biāo)準(zhǔn)化渠道厚度參數(shù)及渠道防滲因子的應(yīng)用條件。灌溉控制器作為節(jié)水節(jié)水灌溉設(shè)備，應(yīng)具備多個(gè)物理調(diào)節(jié)節(jié)點(diǎn)，不僅要滿足水源擴(kuò)散需求，還要具備較強(qiáng)的物理穩(wěn)定性，以保證節(jié)水灌溉設(shè)備能夠進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)間的溫蒂工作。

2.4 節(jié)水灌溉原則完善

節(jié)水灌溉原則完善以渠道防滲標(biāo)準(zhǔn)的確定作為起始環(huán)節(jié)，在防滲適用條件及范圍確定的基礎(chǔ)上，規(guī)范渠道防滲模式構(gòu)型，完成標(biāo)準(zhǔn)化渠道厚度參數(shù)、渠道防滲因子等物理影響因素的計(jì)算[10]。在保證應(yīng)用范圍穩(wěn)定的前提下，界定節(jié)水灌溉技術(shù)的選擇主體，并對(duì)節(jié)水灌溉形式進(jìn)行有效劃分，借助完善的節(jié)水灌溉設(shè)備選擇，確定準(zhǔn)確的灌溉原則，實(shí)現(xiàn)新型技術(shù)模型的順利搭建。具體節(jié)水灌溉原則的確定流程如圖3所示。

圖3 節(jié)水灌溉原則完善流程圖

3 結(jié)語(yǔ)

新型節(jié)水灌溉技術(shù)模型能夠充分迎合防滲渠道的界面尺寸要求，能夠在灌溉施工過(guò)程中，有效控制水位的上漲趨勢(shì)。從實(shí)用性角度來(lái)看，這種新型的灌溉技術(shù)模型從長(zhǎng)遠(yuǎn)出發(fā)，全面貫徹水資源節(jié)約思想，拒絕水資源浪費(fèi)現(xiàn)象的大肆出現(xiàn)，具備較強(qiáng)的實(shí)際推廣價(jià)值。