泵站灌區(qū)渠道防滲技術(shù)的應(yīng)用探討

劉詠麗

農(nóng)業(yè)領(lǐng)域節(jié)水工程建設(shè)過(guò)程中，渠道防滲技術(shù)作為降低水資源耗費(fèi)的有效方法之一，被廣泛運(yùn)用于大、中型灌區(qū)中。渠道如發(fā)生滲漏等情況，水資源的利用系數(shù)也會(huì)隨之降低，導(dǎo)致可灌溉面積的減少。為降低渠道輸水過(guò)程中水資源的損失，提高水利用系數(shù)，應(yīng)當(dāng)開(kāi)展泵站灌區(qū)渠道防滲技術(shù)的應(yīng)用研究，對(duì)渠道進(jìn)行維修養(yǎng)護(hù)并完善工程配套設(shè)施，保證計(jì)劃性配水飲水。

一、工程概況

某泵站灌區(qū)土地面積42.5 萬(wàn)畝，耕地面積38 萬(wàn)畝，工程控制面積24.3萬(wàn)畝，設(shè)計(jì)灌溉面積20 萬(wàn)畝。灌區(qū)共計(jì)有4 條干渠，全長(zhǎng)132.5km，其中總干流長(zhǎng)26.15km，設(shè)計(jì)水流量為15.5m3/s，北干、中干、南干的水流長(zhǎng)分 別 為23.71km、13.37km、69.54km，三個(gè)干流的設(shè)計(jì)水流量分別為5.2m3/s、4.5m3/s、10.1m3/s。該泵站灌區(qū)自開(kāi)工建設(shè)至今，主要干流、支流、斗渠均已漿砌石、混凝土砂漿護(hù)砌，預(yù)制混凝土板的防滲斷面為梯形，灌區(qū)提水達(dá)25 億m3。

二、現(xiàn)存問(wèn)題

1.渠道滲透嚴(yán)重

該泵站渠道工程由于建設(shè)年代較早，先天不足、后天失調(diào)，泵站整體提水條件較差，存在嚴(yán)重的渠道滲透以及工程設(shè)施老化等現(xiàn)象，實(shí)際灌溉面積僅為1.534 萬(wàn)hm2，遠(yuǎn)低于設(shè)計(jì)灌溉面積。受當(dāng)時(shí)工程技術(shù)及經(jīng)濟(jì)條件多種因素影響，干渠僅僅采用漿砌石完成對(duì)總干流和南干流的加固，運(yùn)用干砌石加固護(hù)砌渠段，整體施工質(zhì)量較差，歷經(jīng)多年運(yùn)行后，將近30%的干砌石被沖毀，致使勾縫材料脫落。該灌區(qū)的防滲透功能已經(jīng)基本失去，存在比較嚴(yán)重的水量滲透現(xiàn)象，再加上輸水渠道經(jīng)過(guò)紅壤土和白泥區(qū)，渠道水利用系數(shù)僅僅達(dá)到0.40。

2.渠道建筑物破損老化

干渠渡槽普遍存在混凝土脫落、露筋、槽身裂縫等多種風(fēng)險(xiǎn)問(wèn)題，干渠多以三合土砌石為主，部分涵管破裂導(dǎo)致渠道發(fā)生滲漏、塌方等問(wèn)題。部分管徑較小，加上渠道本身存在較大粗糙率，導(dǎo)致渠道發(fā)生嚴(yán)重淤積，影響了輸水通暢。

三、渠道防滲結(jié)構(gòu)形式

1.干渠

該泵站灌區(qū)有4 條干渠，全長(zhǎng)共計(jì)132.5km，斷面結(jié)構(gòu)為梯形。由于原本多數(shù)系漿砌石、干砌石，出于防滲需求改為混凝土渠，需要作水力要素復(fù)核計(jì)算，重新設(shè)計(jì)斷面，并保證不改變渠道高程和縱坡。明渠流量計(jì)算公式：

式中：Q 表示流量；ω 表示過(guò)水?dāng)嗝婷娣e；C 表示謝才系數(shù)；R 表示水力半徑，i 表示渠道縱坡。

以目前該灌區(qū)已經(jīng)完成的防滲改造總干渠0+155-2+964、18+152-22+743段為例進(jìn)行說(shuō)明。兩渠段長(zhǎng)度共計(jì)7419m， 設(shè) 計(jì) 水 流 量 為15.10m3/s、15.00m3/s。原本采用的是厚干砌塊石30cm 勾縫。多年運(yùn)行過(guò)程中由于勾縫材料受多種因素影響，發(fā)生脫落，渠道出現(xiàn)沖刷、跨坡、嚴(yán)重穿孔以及比較大的滲漏問(wèn)題，實(shí)際灌溉流量低至原設(shè)計(jì)流量的40%。對(duì)此采用的防滲技術(shù)是重新設(shè)計(jì)渠段斷面，不改變?cè)厩揽v坡，按明渠流量計(jì)算公式計(jì)算，確定復(fù)核結(jié)果（見(jiàn)表1）。

2.支渠

該泵站灌區(qū)共計(jì)有52 條支渠，長(zhǎng)1849.7km，支渠的續(xù)建改造工作主要是運(yùn)用“U”形斷面渠道解決現(xiàn)有滲水問(wèn)題。由于多數(shù)支渠以粘壤土土渠為主，防滲標(biāo)準(zhǔn)較高，但是由于以混凝土材料為主，不僅要達(dá)到渠道襯砌的防滲目的，還應(yīng)當(dāng)對(duì)現(xiàn)有糙率降低提升流速，從而滿足輸水挾泥的需求。根據(jù)明渠均勻流公式完成對(duì)渠道輸水能力的計(jì)算：

式中：Q 表示水流量；ω 表示過(guò)水?dāng)嗝娴拿娣e；v 表示流速。

根據(jù)該公式可以發(fā)現(xiàn)，過(guò)水?dāng)嗝婷娣e與經(jīng)濟(jì)效益成負(fù)相關(guān)，斷面越下，流速越大，輸水能力越強(qiáng)，且流速取決于縱坡、糙率、濕周等指標(biāo)。所以在進(jìn)行渠道防滲設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)當(dāng)采用合理的渠道斷面結(jié)構(gòu)形式，并求得濕周最小時(shí)最佳經(jīng)濟(jì)斷面。選擇糙率較低的防滲材料，充分結(jié)合當(dāng)?shù)氐匦螚l件，從而實(shí)現(xiàn)渠道縱深的加大，也使渠道輸水挾泥能力得到充分提升。

現(xiàn)以某支渠為例進(jìn)行說(shuō)明。該支渠主要控制灌區(qū)面積為3.5 萬(wàn)畝，其中1 萬(wàn)畝為鹽堿地，土地肥力較差，作物收入較低。渠長(zhǎng)14.8km，灌溉設(shè)計(jì)流量為1.2m3/s，實(shí)際灌溉流量?jī)H為0.85m3/s。因此該支渠的改造設(shè)計(jì)過(guò)程中，需要充分勘察地形，結(jié)合地形適當(dāng)減少跌水或跌差，加大渠道縱坡，利用干渠內(nèi)沉，提高渠首0.8m，采用1/1000 的渠道縱深。按濕周最小選擇最佳化的“U”形斷面，半徑R 取0.5m。結(jié)合工程投資及過(guò)水流量情況，最終確定確定半徑R 為0.6m，渠深為1m。

四、渠道防滲施工技術(shù)應(yīng)用

1.土基施工

渠道的土基施工作為實(shí)現(xiàn)渠道防滲效果的基礎(chǔ)工作，土基的密實(shí)程度與渠道防滲效果密切相關(guān)，所以在施工過(guò)程中需要嚴(yán)格確保夯實(shí)，并保證密度達(dá)到相應(yīng)的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。首先做好渠道測(cè)量放線工作，嚴(yán)格控制高程，完成土基施工準(zhǔn)備。其次是土基施工，主要包括挖方、填方兩個(gè)程序。對(duì)于渠道挖方，僅在原狀土體上開(kāi)挖土模難以滿足要求，因此挖方工作完成后要進(jìn)行碾壓并夯實(shí)。小斷面渠道開(kāi)挖達(dá)到渠頂之后，采用振動(dòng)碾進(jìn)行碾壓，影響深度需要超出渠深，然后進(jìn)行開(kāi)挖，嚴(yán)格禁止超挖。對(duì)于大斷面渠道開(kāi)挖后進(jìn)行夯實(shí)，影響深度需要超出渠基，然后繼續(xù)開(kāi)挖。渠道填方時(shí)，小斷面渠道全斷面分層回填，再按照施工標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行開(kāi)挖；大斷面渠道為節(jié)省填土工程量，底部整體分層夯實(shí)到渠底以上20cm 后，再分層夯實(shí)兩邊渠堤，采用機(jī)械碾壓。對(duì)渠道進(jìn)行改造前，必須徹底清除渠道土基，將雜物淤土清理干凈，用打夯機(jī)對(duì)渠底夯打回填，斜坡采用開(kāi)蹬分層幫坡機(jī)械夯打，最后開(kāi)挖削坡。開(kāi)挖削坡有兩道工序：一是粗削，按照20m 為一個(gè)間隔進(jìn)行斷面槽開(kāi)挖，粗削每一個(gè)坡面土方；二是精削，粗削工作完成后，按照10m為一個(gè)間隔進(jìn)行斷面槽開(kāi)挖，拉平線后推橫線，走斜線削出基面，保證底弧面與邊坡均符合混凝土澆筑要求。每100m 進(jìn)行分項(xiàng)驗(yàn)收，檢查合格后才能進(jìn)行下一步工序。

表1 總干渠梯形斷面混凝土襯砌后水力要素復(fù)核成果表

2.渠道混凝土防滲層施工

現(xiàn)行的渠道混凝土防滲層施工技術(shù)主要有：（1）U 形機(jī)施工，能夠滿足支架以下的所有U 型渠的機(jī)械施工，施工操作方便，整體結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，可以達(dá)到較快的施工速度，且混凝土質(zhì)量較高。斷面較小的斗、農(nóng)渠，可在預(yù)制廠制作完畢后運(yùn)至現(xiàn)場(chǎng)安裝，從而提高施工效率。（2）現(xiàn)澆混凝土滑膜澆筑，該技術(shù)在運(yùn)用過(guò)程中能夠采用間隔化跳倉(cāng)法完成施工，渠底立側(cè)板，混凝土入倉(cāng)，用平板振搗器完成振搗。渠坡混凝土運(yùn)用半機(jī)械法完成澆筑，設(shè)邊模，采用手搖卷?yè)P(yáng)機(jī)帶動(dòng)鋼絲繩牽引210kg 以上的鋼制滑動(dòng)板，在滑動(dòng)板前插入振搗器，隨鋪隨振，施工操作比較簡(jiǎn)便，施工速度快，整體質(zhì)量較高。

五、結(jié)語(yǔ)

本文結(jié)合某泵站灌區(qū)的渠道防滲為例，探討渠道防滲技術(shù)的運(yùn)用。該灌區(qū)自實(shí)施節(jié)水配套改造工程后，改造干渠50km、支渠40km，有效提升了渠系水利用系數(shù)，達(dá)到比較明顯的節(jié)水效益，年減少水滲漏量達(dá)到650萬(wàn)m3，每年節(jié)省清淤費(fèi)用28 萬(wàn)元。該工程運(yùn)用的防滲技術(shù)提高了防滲效果，增強(qiáng)了渠道輸水能力，且經(jīng)濟(jì)效益突出，可在同類(lèi)工程中進(jìn)行推廣應(yīng)用■