水利渠道防滲工?技術(shù)探析

馬夢翔

（寧夏水利水電勘測設(shè)計(jì)研究院有限公司，寧夏 銀川750004）

當(dāng)前，隨著人們對水資源的不斷開發(fā)，水資源短缺已經(jīng)成為了當(dāng)前社會中非常嚴(yán)重的問題，在這樣的情況下開展節(jié)水工程就具有非常重要的現(xiàn)實(shí)意義。我國的水利部門在近幾年來也加大了對水利工程的投資力度，加強(qiáng)了對農(nóng)業(yè)用水節(jié)水方面的建設(shè)。在我國組織的水利調(diào)查中發(fā)現(xiàn)，農(nóng)業(yè)用水的量達(dá)到我國用水總量的一半以上，而且其水利渠道中對水的利用程度很低。此外，水利渠道防滲施工質(zhì)量在某種程度上來說會影響到整個工程的質(zhì)量。由此可見，水利渠道防滲工程的建設(shè)對人們的生活產(chǎn)生了非常重大的影響。所以，在對水利渠道防滲工程進(jìn)行施工時，施工單位以及施工人員都要對工程的實(shí)際情況有一個明確的了解，在此基礎(chǔ)上再設(shè)計(jì)出科學(xué)合理的方案，進(jìn)而確保水利渠道防滲工程具有更高的效率以及更好的質(zhì)量。

1 水利渠道防滲設(shè)計(jì)應(yīng)遵循的原則分析

作者查閱了大量的文獻(xiàn)資料，并結(jié)合了自身多年的工作實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，總結(jié)出了在開展水利渠道工程防滲規(guī)劃設(shè)計(jì)時應(yīng)遵循的幾點(diǎn)原則：

首先，在開展水利渠道工程防滲規(guī)劃設(shè)計(jì)之前應(yīng)當(dāng)對建筑物的等級進(jìn)行劃分，并依據(jù)有關(guān)的工作規(guī)范開展現(xiàn)場勘查工作和現(xiàn)場調(diào)查工作，通過這種方式對擬建水利渠道的基本信息有一個初步的了解。在勘察工作和調(diào)查工作當(dāng)中相關(guān)工作人員應(yīng)當(dāng)盡可能地分析擬建水利渠道的渠道土壤信息、建筑材料信息等，在此基礎(chǔ)上結(jié)合渠道防滲經(jīng)驗(yàn)和國內(nèi)外優(yōu)秀技術(shù)成果詳細(xì)地規(guī)劃水利工程渠道防滲設(shè)計(jì)。

其次，在開展水利渠道工程防滲規(guī)劃設(shè)計(jì)的過程中，相關(guān)工作人員應(yīng)當(dāng)嚴(yán)格依據(jù)相關(guān)的工作流程開展工作，同時也要嚴(yán)格地遵循相應(yīng)的工作規(guī)范，將防滲、防土壤鹽漬化、防凍害等規(guī)劃結(jié)合起來進(jìn)行全方位的考慮，從而盡可能地提升水利渠道工程防滲設(shè)計(jì)的科學(xué)性，通過這種方式也可以有效地滿足灌區(qū)總體布置的有關(guān)要求。

最后，在開展水利渠道工程規(guī)劃設(shè)計(jì)的過程中，設(shè)計(jì)人員應(yīng)當(dāng)堅(jiān)持具體問題具體分析的原則，對施工地的具體情況作充分分析。在工作實(shí)踐過程中，相關(guān)設(shè)計(jì)人員應(yīng)當(dāng)充分地分析設(shè)計(jì)地的自然環(huán)境條件，如土壤、地下水位高度、氣溫等。同時也要結(jié)合渠道設(shè)計(jì)大小、渠道設(shè)計(jì)防滲性等工程要求開展設(shè)計(jì)實(shí)踐工作。除此之外，設(shè)計(jì)人員還應(yīng)當(dāng)充分地考慮水資源供需、地下水以及地表水等情況，只有充分地考慮施工地的社會經(jīng)濟(jì)條件和自然環(huán)境條件才能設(shè)計(jì)出科學(xué)合理的設(shè)計(jì)方案。

水利渠道防滲設(shè)計(jì)人員在工作實(shí)踐過程中應(yīng)當(dāng)嚴(yán)格的遵循以上幾點(diǎn)原則，只有這樣，才能設(shè)計(jì)出高質(zhì)量的水利渠道防滲設(shè)計(jì)方案，也只有這樣才能盡可能地提升水利工程的總體質(zhì)量。

2 水利渠道的防滲作用

一般來說，水利渠道防滲主要有以下幾方面的作用：

2.1 節(jié)約水資源

渠道防滲往往都是通過對現(xiàn)有的一些工程進(jìn)行改造使其發(fā)揮作用，最終能夠有效地節(jié)水。根據(jù)相關(guān)的實(shí)驗(yàn)得出，運(yùn)用渠道防滲節(jié)約相同量的水所耗費(fèi)的資金往往要遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于修建水庫耗費(fèi)的資金，盡管水利渠道防滲在工程上可能會耗費(fèi)一定的資金，但是其能夠有效地減少占地面積，能夠有效地縮小引水規(guī)模，降低各種維修費(fèi)用，從這一方面上來說，建設(shè)滲透比較大的渠道往往會消耗比較少的投資。

2.2 防止耕地鹽堿化

如果水利渠道不能夠采取有效的防滲措施很容易就會導(dǎo)致耕地鹽堿化。而隨著渠道滲漏的情況變得越來越嚴(yán)重，其兩側(cè)農(nóng)田的地下水位就會逐漸上升，進(jìn)而使得耕地區(qū)出現(xiàn)鹽堿化的情況。

2.3 防止污水污染

對渠道進(jìn)行堆砌以后就能夠預(yù)防渠道中的渠水從地下水以及土壤中吸收一些有害以及對水資源安全不利的物質(zhì)。

2.4 防止渠道淤積、坍塌

在一般情況下，渠道防滲往往會結(jié)合防淤以及防塌等，在一些地區(qū)會有比較大的縱坡，在這樣的情況下就要求渠道能夠達(dá)到防沖以及防滲的效果。在渠道建成以后由于斷面的粗糙率明顯降低，因此水流的流速在不斷加快，這就會在很大程度上降低淤積的發(fā)生概率。然后再采用卵石對渠道進(jìn)行襯砌。其防坍塌以及防沖刷的性能就得到了極大地提高，這都是傳統(tǒng)的土渠與之無法相比擬的。

2.5 降低排水工程的相關(guān)費(fèi)用

如果在潮濕的土地當(dāng)中沒有添加襯砌的渠道很容易就會導(dǎo)致其附近的地下水位出現(xiàn)上升的情況，這就會對農(nóng)民的耕種造成極大的困擾。因此，往往需要采用開挖排水渠的方式來降低地下水位，也可以每隔一段時間就對其當(dāng)中的雜草以及淤泥進(jìn)行清理，以上的這些方法都能夠在很大程度上降低相關(guān)的費(fèi)用。

2.6 降低維修的費(fèi)用

在相關(guān)的實(shí)踐中得知，對水利渠道工程進(jìn)行襯砌能夠有效地降低各種維修的費(fèi)用，更主要的就是對渠道進(jìn)行襯砌以后能夠有效地預(yù)防動物打洞的情況，也可以有效地抑制一些雜草的生長，更能夠預(yù)防淤積以及坍塌現(xiàn)象的產(chǎn)生。

3 渠道防滲的種類以及適用條件

3.1 土料類

這種渠道防滲的使用壽命大概為5-25年，這種技術(shù)主要是運(yùn)用了一些素土、三合土、四合土、黏沙混合土以及灰土等，主要以砂石、石灰以及素土作為原材料。這些材料的優(yōu)點(diǎn)是能夠?qū)崿F(xiàn)就地取材，這就在很大程度上降低了施工的成本，而且施工的難度也不大，但是也存在著一定的缺點(diǎn)，其缺點(diǎn)是抗冰凍的能力比較差而且缺乏耐久性，會消耗大量的勞動力，即使在這樣的情況下質(zhì)量也得不到有效保障。因此，這種類型的渠道防滲往往只能夠被應(yīng)用到一些氣候比較溫和而且規(guī)模不大的渠道當(dāng)中。

3.2 水泥土類

這種渠道防滲的使用壽命大概為8-30年，其中涵蓋了干硬性水泥土以及塑性水泥土，主要是運(yùn)用砂壤土以及水泥作為原材料，比較適合應(yīng)用到一些氣候較溫和的地區(qū)，同時還要確保這附近能夠有砂壤土的來源。其優(yōu)點(diǎn)是能夠?qū)崿F(xiàn)就地取材，能夠在很大程度上降低建造的成本，同時施工難度也不大。唯一的缺點(diǎn)就是抗凍性能比較差。

3.3 石料類

石料類渠道防滲的使用壽命大概為25-40年之間，其中涵蓋了漿砌料石、塊石、石板以及卵石，主要是把水泥、卵石、料石以及塊石等作為原材料。石料類渠道防滲的優(yōu)點(diǎn)是比較抗凍而且抗沖的性能比較好，施工難度也不大，而且還有著比較高的耐久性。其缺點(diǎn)就是防滲的性能比較差，而且還需要大量的勞動力。由此可見，石料類渠道防滲主要適用于一些石料來源比較豐富而且抗凍和抗沖要求比較高的渠道當(dāng)中。

3.4 膜料類

膜料類渠道防滲的使用壽命一般在20-30年之間，主要涵蓋了土料保護(hù)層以及剛性保護(hù)層，把砂石、膜料、水泥以及土料都作為了其主要的原材料。其優(yōu)點(diǎn)主要是防滲透的能力比較強(qiáng)而且質(zhì)量也比較輕，此外其運(yùn)輸也非常方便。由此可見，膜料類渠道防滲主要被應(yīng)用在一些中小型而且流速比較慢的渠道當(dāng)中。

3.5 瀝青混凝土類

瀝青混凝土類渠道防滲的使用壽命一般為20-30年之間，其涵蓋著現(xiàn)場澆筑以及預(yù)制鋪砌，主要是把水泥和石砂作為主要的原材料。其優(yōu)點(diǎn)是抗?jié)B的性能比較好而且還有著非常強(qiáng)的凍脹變形能力。其缺點(diǎn)是成本太高，而且所需要的原料也比較難得。由此可見，瀝青混凝土類渠道防滲主要應(yīng)用在一些凍害經(jīng)常發(fā)生的地區(qū)，而且附近還要有瀝青這種原材料的來源。

3.6 混凝土類

混凝土類渠道防滲的使用壽命一般為30-50年之間，主要包含著預(yù)制鋪砌、噴射法施工以及現(xiàn)場澆筑，主要把水泥、砂石以及速凝劑作為其主要的原材料。其優(yōu)點(diǎn)是抗?jié)B性能比較強(qiáng)、抗沖性能比較好，而且還有較高的耐久性。但是也存在著一定的缺點(diǎn)，其缺點(diǎn)就是對施工設(shè)備的數(shù)量要求比較多，而且施工的步驟也相當(dāng)復(fù)雜。由此可見，混凝土類渠道防滲主要應(yīng)用在地形以及氣候不同的基巖以及風(fēng)化巖基的渠道。

4 防滲渠道的設(shè)計(jì)

在實(shí)際的施工過程中采用渠道防滲技術(shù)能夠有效地降低渠道滲水量，有效地降低地下水位，防止土壤次生鹽漬化的產(chǎn)生，而在防滲渠道設(shè)計(jì)中主要包括斷面選擇、斷面參數(shù)以及材料的選擇等。

4.1 渠道防滲斷面的選擇以及優(yōu)化設(shè)計(jì)

渠道防滲工程當(dāng)中主要包含的斷面有以下幾種類型：梯形斷面、弧底梯形斷面以及U形斷面等，這些不同的斷面在具體情況下會有不同的應(yīng)用，這幾種斷面在我國水利渠道防滲工程中都可以尋找到，每一種斷面的應(yīng)用特點(diǎn)如下：

4.1.1 梯形斷面

梯形斷面的特點(diǎn)是施工比較方便而且形狀相對來說也比較簡單，而且在現(xiàn)階段，梯形斷面也有著相對來說比較成熟的技術(shù)，施工的質(zhì)量有所保障，其中需要的成本少，能夠有效地降低施工的成本。這種斷面現(xiàn)階段被廣泛地應(yīng)用到了各種規(guī)模的渠道防滲工程當(dāng)中。但是這種斷面也存在著一定的缺點(diǎn)，即其具有比較差的形狀存在力條件，缺乏抗凍脹的性能，而且抗淤積能力相對來說也比較差。

在梯形斷面中進(jìn)行設(shè)計(jì)主要是以經(jīng)濟(jì)實(shí)用以及水力最優(yōu)作為其主要的設(shè)計(jì)方法。所謂的經(jīng)濟(jì)實(shí)用設(shè)計(jì)方法指的就是運(yùn)用一些試算程序，對斷面的各種參數(shù)進(jìn)行假設(shè)驗(yàn)算，直到符合要求以后就可以對其參數(shù)進(jìn)行確定。而所謂的水力最優(yōu)設(shè)計(jì)指的就是依靠斷面面積和水力之間的關(guān)系對斷面進(jìn)行優(yōu)化，在這樣的情況下，獲取到最大或者是最小水力情況下的斷面參數(shù)。

4.1.2 弧底梯形斷面

這種形式的斷面主要具有水利條件比較好，抗凍性能比較高而且容易控制施工的時間以及施工的成本都比較低的特點(diǎn)。因此這種斷面形式一般都會被應(yīng)用到大型的水利渠道建設(shè)當(dāng)中以及一些舊渠道的改造工作當(dāng)中。此外，由于這種形式的斷面具有最小水流阻力的特點(diǎn)，因此，這種形式的斷面其防濕周性以及防滲漏的能力都比較好，而且其在建造的過程中還有著比較小的工程量。通常而言，運(yùn)用這種形式的斷面，渠道在流水量小的情況下會有著比較好的節(jié)水性能，如果在水流量大的情況下會有著比較好的輸砂能力，因此這就很容易對水的深度以及水的流速進(jìn)行測量。最后，如果在渠道的底部用卵石進(jìn)行鋪底，就能夠使其具有比較好的緊密性，進(jìn)而使得邊坡具有比較高的穩(wěn)定性，不會輕易就產(chǎn)生沖刷的破壞。

4.1.3 U形斷面

這種形式的斷面其具備的水力條件比較好，而且其整體性也比較強(qiáng)，能夠有效地降低對地基凍脹的破壞，而且其水流的半徑大，流速相對來說也比較快，對水、砂的輸送能力都很強(qiáng)，能夠在最大程度上降低渠道在單位時間內(nèi)的供水量。此外，這種形式的斷面還具有比較好的防滲性，在輸送水的過程中能夠更好地減少水量損失。這種形式的斷面施工的工作量比較小，而且勞動力以及原材料的需求量都不是很大，很方便管理。但是由于這種斷面具有著比較復(fù)雜的形式，很難適應(yīng)規(guī)模比較大的水利施工，所以這種形式的斷面往往只是在一些比較小型的渠道中進(jìn)行使用。

U形斷面主要是根據(jù)渠道流水的相關(guān)要求來對截面的形狀進(jìn)行設(shè)計(jì)，然后在這一過程中會獲得相應(yīng)的施工參數(shù)作為參考，但是在具體的設(shè)計(jì)過程中必須要根據(jù)實(shí)際的情況來進(jìn)行設(shè)計(jì)。

4.2 渠道防滲斷面參數(shù)優(yōu)化設(shè)計(jì)

當(dāng)前，在對渠道斷面進(jìn)行優(yōu)化的過程中一般會采用動態(tài)規(guī)劃的方式，而這一過程主要是以斷面的一些參數(shù)作為依據(jù)，根據(jù)最終的設(shè)計(jì)目標(biāo)來對參數(shù)的范圍進(jìn)行確定，最后會獲得一個最優(yōu)目標(biāo)的參數(shù)，運(yùn)用這種方式就能夠有效地解決渠道斷面設(shè)計(jì)過程中可能會遇到的一系列不確定的因素，能夠更好地解決實(shí)際施工過程中遇到的一系列問題。此外，渠道使用的斷面形式確定以后，就可以運(yùn)用最優(yōu)的算法對其中的各項(xiàng)參數(shù)關(guān)系進(jìn)行確定。在對縱橫斷面設(shè)計(jì)參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化時，可以將其轉(zhuǎn)變?yōu)橐粋€多階段決策的優(yōu)化問題，進(jìn)而確保能夠得到最優(yōu)的結(jié)果。運(yùn)用動態(tài)規(guī)劃的設(shè)計(jì)方法能夠有效地使設(shè)計(jì)周期變短，達(dá)到更好的設(shè)計(jì)效果，最終確保渠道能夠真正地發(fā)揮出其應(yīng)有的作用。

5 現(xiàn)階段渠道防滲工程技術(shù)中存在的問題

如果渠道防滲工程技術(shù)能夠有比較好的節(jié)水效果，那么這將會對我國水資源短缺以及國家經(jīng)濟(jì)發(fā)展等方面產(chǎn)生非常大的影響，而且具有非常重要的現(xiàn)實(shí)意義。但是因?yàn)槲覈鴮η婪罎B工程技術(shù)方面缺乏一定的重視程度，這就在很大程度上導(dǎo)致了在這一方面的投入相對來說比較小，進(jìn)而極大地影響到了渠道防滲工程技術(shù)的研究，所以在現(xiàn)階段，這一方面還存在著很多的問題。在現(xiàn)階段，我國廣泛使用的一些防滲材料雖然具有一定優(yōu)點(diǎn)，包括防漏水的效果好以及能夠承受的水流壓力大，但是一個很關(guān)鍵的缺點(diǎn)就是防凍性能比較差，這就導(dǎo)致這些材料在我國北方寒冷地區(qū)的使用受到了很大的限制。因此，如何解決防凍性差這一局限已經(jīng)成為了當(dāng)前的研究重點(diǎn)。此外，各種類型防滲材料的復(fù)合利用也逐漸成為了一個研究熱點(diǎn)。將各種材料以其優(yōu)缺點(diǎn)為依據(jù)相互之間進(jìn)行結(jié)合，例如薄膜類具有比較好的防滲效果，但是其成本比較高，在這樣的情況下，就可以將其與一些成本比較低的材料有機(jī)地結(jié)合到一起，確保其能夠達(dá)到最優(yōu)的效益，將效益最大化。再者，現(xiàn)階段主要的輸水渠道基本上都是明渠，而相關(guān)的研究發(fā)現(xiàn)，暗渠以及暗管的輸水技術(shù)有著比較好的防滲效果，能夠在最大程度上降低滲漏的損失。在北方的一些寒冷地區(qū)都會有凍土層，在這樣的情況下，如果能夠?qū)⑦@些材料都填埋到凍土層以下往往就不會再出現(xiàn)凍脹這一系列問題，這樣做不僅能夠節(jié)約大量的土地，同時還對田間耕作提供了更多的方便。由此可見，對于這方面的研究應(yīng)該被給予足夠的重視，在建造和設(shè)計(jì)的過程中，如何有效地降低成本以及設(shè)計(jì)埋設(shè)施工都是亟待解決的問題。

6 水利渠道的防滲現(xiàn)狀以及未來的發(fā)展方向

現(xiàn)階段，我國水利渠道防滲的相關(guān)技術(shù)已經(jīng)有了很大的發(fā)展，這對我國的節(jié)水工程做出了突出的貢獻(xiàn)，但是與西方一些發(fā)達(dá)國家相比，我國在這一方面的投資相對來說仍比較少，而且我國的渠道防滲工程缺乏對新材料以及新技術(shù)的研究。在一些西方國家已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了大規(guī)模機(jī)械化作業(yè)，工作效率高，而且施工的成本相比較而言也低。從這一方面上來說，我國的水利渠道防滲工程要加強(qiáng)對機(jī)械設(shè)備的使用，使得相關(guān)的工作更加專業(yè)化和現(xiàn)代化，更好地完成水利渠道防滲工程的建設(shè)。

7 結(jié)束語

綜上所述，水利渠道防滲工程是水利工程中的核心工程?，F(xiàn)階段，我國盡管對水利渠道防滲的相關(guān)技術(shù)已經(jīng)有了一定的研究，而且也取得了一些成果，但是在這一過程中仍然存在著眾多的問題。對此，我國必須要對水利渠道防滲工程技術(shù)的研究給予足夠的重視，并積極地采用一些新材料以及新技術(shù)，有效地降低渠道中的滲漏水，提高水資源的利用率，促進(jìn)我國防滲工程的健康、快速發(fā)展，更好地推動我國水利事業(yè)的發(fā)展。