灌區(qū)渠道防滲的節(jié)水技術(shù)

李本厚 孔令太 論攀

摘要：隨著水資源的短缺， 提高農(nóng)用水效率已迫在眉睫 ，而渠道防滲是當(dāng)前灌區(qū)節(jié)水改造的重要內(nèi)容之一 ，也是節(jié)水灌溉的重要途徑。介紹了渠道防滲的各種措施及其優(yōu)缺點(diǎn)，并從渠道規(guī)劃設(shè)計(jì)、采用的襯砌材料不同及輸水?dāng)嗝嫘问降牟煌齻€(gè)方面加以闡述，重點(diǎn)提到了北方渠道的防凍漲破壞的要求，結(jié)合東北地區(qū)自然條件和社會(huì)經(jīng)濟(jì)條件提出了幾種既適用又極易推廣的渠道防滲措施。

關(guān)鍵詞：渠道;防滲;措施;凍脹

現(xiàn)狀分析

目前我國的農(nóng)田灌溉面積已經(jīng)增加到5000×104hm2， 居于世界首位。水利灌溉對(duì)于促進(jìn)我國糧食增長及整個(gè)農(nóng)業(yè)的快速持續(xù)發(fā)展起到了關(guān)鍵性作用。每年由灌溉渠道損失的水量為我國總用水量的1/3，為農(nóng)用水量的45%，灌溉用水浪費(fèi)相當(dāng)驚人[2] 。采用渠道防滲技術(shù)后， 可以減少滲漏損失的70%～90%， 極大地提高了灌溉渠系水利用系數(shù)， 緩解農(nóng)業(yè)用水供需矛盾，節(jié)約的水可擴(kuò)大灌溉面積 ，進(jìn)一步促進(jìn)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的發(fā)展。同時(shí)可以減少渠道占地3%～5%， 防止渠道沖刷、淤積及坍塌，節(jié)約運(yùn)行管理費(fèi)用，有利于灌區(qū)的管理?？梢越档偷叵滤?， 防止土壤鹽堿化及沼澤化，有利于生態(tài)環(huán)境和農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化建設(shè)。渠道防滲是節(jié)約用水、實(shí)現(xiàn)節(jié)水型農(nóng)業(yè)的重要內(nèi)容， 如果按我國渠系水利用系數(shù)提高0.1計(jì)算， 則每年可節(jié)約用水量344.5×108m3，[3] ， 由此可見，渠道防滲的節(jié)水效益十分顯著。

1灌區(qū)防滲渠道的總體規(guī)劃

在何種級(jí)別的渠道上采用何種防滲措施， 直接關(guān)系到防滲節(jié)水的效果和投資的效益。事實(shí)上，配套比較好的灌區(qū)，其干支斗農(nóng)各級(jí)渠道的長度，大致構(gòu)成一種寶塔形結(jié)構(gòu) ，有個(gè)變化不大的比例， 即各級(jí)渠道長與相鄰上級(jí)渠道的比為1∶2∶3∶4～1∶3∶5∶7。當(dāng)灌區(qū)渠系長度在上述范圍內(nèi)，根據(jù)全國大型灌區(qū)續(xù)建與節(jié)水改造規(guī)劃的資料，干、支、斗、農(nóng)渠道輸水損失（不含管理損失）的比重百分?jǐn)?shù)大致為35～50、25～35、15～25、5～15;干支渠的輸水損失占大部分[3] 。當(dāng)渠道配套很差 ，長度結(jié)構(gòu)出現(xiàn)較大差異時(shí)， 下級(jí)渠道的實(shí)際損失明顯增加 ; 且管理損失可增至15%～20%。所以渠道防滲一般應(yīng)該優(yōu)先考慮干支渠 ; 下級(jí)渠道要首先做好配套， 加強(qiáng)管理減少管理損失;在滲漏損失大的情況下， 也要采取防滲措施。

2采用常見防滲材料的特點(diǎn)

渠道防滲， 不能僅僅視為增加防滲層要注意襯砌材料的特性， 綜合發(fā)揮襯砌材料的功能避免不必要的損失和失誤。事實(shí)上渠道改造常常需要綜合利用襯砌材料的功能實(shí)現(xiàn)防滲。按照渠道選用的材料可分為土料防滲渠道、水泥土防滲渠道、砌石防滲渠道、混凝土防滲渠道、瀝青混凝土防滲渠道和膜料防滲渠道，而它們又有各自的優(yōu)缺點(diǎn)。

2.1?? 土料防滲渠道

土料防滲渠道土料防滲一般是指粘性土、粘沙混合土、灰土、三合土和四合土等為材料的防滲措施，它是我國沿用已久的、實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)豐富的防滲措施。土料防滲有如下的優(yōu)點(diǎn)（：1）能就地取材 ，材料豐富（;2）可以充分利用現(xiàn)在的碾壓機(jī)械設(shè)備（;3）技術(shù)比較簡單（;4）造價(jià)低廉 ，投資少。但土料防滲也有一些缺點(diǎn)（：1）允許流速較低 （土壤流速僅為0.7m/s 左右）（;2）土料的防滲層的抗凍性能差。因此不適于流速較高或氣候寒冷的地區(qū)。

2.2?? 水泥土防滲渠道

水泥土為土料、水泥和水拌和而成的材料。因其主要靠水泥與土料的膠結(jié)與硬化 ， 故水泥土硬化后的強(qiáng)度類似于混凝土。水泥土防滲渠道的優(yōu)點(diǎn)如下（：1）材料豐富：水泥土中的土料占80%-90%，而土料的來源異常豐富 ，可以就地取材可以進(jìn)行水泥土防滲渠道的建設(shè)（;2）防滲效果較好，水泥土防滲渠道較土料防滲渠道的效果好，一般可減少滲漏量80%～90%（;3）技術(shù)比較簡單（;4）投資少造價(jià)低（;5）可以利用現(xiàn)有的拌和機(jī)、碾壓機(jī)等施工設(shè)備施工 ， 能充分發(fā)揮現(xiàn)有設(shè)備的作用。然而，水泥有早期強(qiáng)度低， 抗凍性差的缺點(diǎn)， 阻礙了它的大面推廣。

2.3?? 混凝土防滲渠道

用混凝土襯砌渠道， 減小或防止?jié)B漏損失是目前廣泛采用的一種渠道防滲技術(shù)措施其優(yōu)點(diǎn)是： ①防滲效果好 ， 一般能減少滲漏損失90%～95%以上 ;②耐久性好。在正常情況下，混凝土防滲渠道可運(yùn)行50a 以上;③糙率小 ，可以減少沿程水頭損失;④允許流速大， 一般為3m/s ～5m/s ;⑤強(qiáng)度高 ，易管理?；炷练罎B的缺點(diǎn)是：適應(yīng)變形的能力差;在缺乏砂石料的地區(qū)造價(jià)較高。

3防滲渠道斷面形式的選擇

防滲渠道常用的斷面形式有矩形、梯形、弧形底梯形、弧形坡腳梯形、U 形和復(fù)合形。渠道斷面形式的選擇要綜合考慮以下幾個(gè)因素 ：水力條件好，抗凍膨脹性能好，輸沙能力強(qiáng)， 且投資小， 施工方便。我國在小型渠道上已經(jīng)推廣和采用 U 形斷面 ，在大、中型渠道上也逐漸采用弧形坡腳梯形斷面和弧形底梯形斷面。

3.1?? 梯形斷面防滲渠道

早期的渠道大多為梯形斷面 ， 此種渠道的特點(diǎn)是 ：施工簡單 ， 便于渠道襯砌 ， 但不符合最佳水力斷面， 水流條件不好， 抗凍性能差， 襯砌的工程量也較大。

3.2?? 弧形坡腳梯形斷面防滲渠道

此種斷面形式是梯形斷面的改進(jìn)形式， 它較梯形斷面水流分布均勻， 近似最佳水力斷面;由于渠底有一定的反拱作用， 故可以減輕凍害，較少裂縫和錯(cuò)臺(tái)現(xiàn)象， 造價(jià)較低。

3.3?? U 形斷面防滲渠道

U 形渠目前采用底部為半圓形或弧形， 上部有一定傾角的直線段的斷面形式， 今年來又改進(jìn)為拋物線斷面， 此種斷面比弧形坡腳梯形斷面更接近于最優(yōu)水力斷面。比梯形渠道濕周短、流速快、裂縫少 ，因而輸水損失小 ，U 形混凝土渠道較梯形渠每公里輸水損失小3.7%， 較土渠可以減少滲漏損失97%。小型U 形混凝土渠道的渠道水利用系數(shù)可達(dá)0.97～0.98。水流條件好 ， 流速快， 渠道輸水輸沙能力強(qiáng)， 不易產(chǎn)生淤積現(xiàn)象。下部混凝土為反拱， 整體性好， 抗外力和抗凍脹性能好，渠道占地少， 投資小 ，一般占地面積僅為梯形渠道的1/2～1/4， 比梯形渠道省料25%～30%。

4?????? 發(fā)展與展望

新型復(fù)合土工合成材料 GCL（Compacted Clay Liner）是在壓實(shí)性粘土襯砌基礎(chǔ)上發(fā)展起來的。 GCL 的結(jié)構(gòu)組成是兩層土工合成材料之間加封膨潤土， 通過針刺、縫合或粘合而成 ，也有的 GCL 產(chǎn)品只有一層土工膜 ， 其上有用粘合劑粘合一層薄薄的膨潤土。GCL 抗干濕循環(huán)和抗凍融循環(huán)能力強(qiáng)，雖然 GCL 受熱后會(huì)出現(xiàn)干縮現(xiàn)象， 但復(fù)水后出現(xiàn)的裂縫會(huì)自動(dòng)愈合， 且滲透系數(shù)不變[4] 。

用納米技術(shù)改造混凝土、鋼筋混凝土和土工膜的性能的研究已經(jīng)開始， 并初見成效。納米改造復(fù)合土工膜的厚度約為普通聚乙烯土工膜的3/4～2/3，可大幅度降低工程造價(jià)， 其強(qiáng)度和抗穿刺性能明顯提高 ，擴(kuò)大了土工膜的應(yīng)用范圍。

渠道防滲工程牽涉的因素很多，必須在設(shè)計(jì)、施工、管理各方面下功夫， 同時(shí)要不斷創(chuàng)新 ，在新方法、新工藝、新材料上作文章 ， 才能從根本上解決渠道工程的防滲問題。

參考文獻(xiàn)：

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