砼U型渠道在農(nóng)田水利節(jié)水灌溉中的應(yīng)用

楊 波

（高臺(tái)縣羅城水管所 甘肅 高臺(tái) 734300）

北方水資源狀況比較貧乏，這是制約北方各項(xiàng)發(fā)展的一個(gè)客觀原因?！案咝Ч?jié)水灌溉”理念風(fēng)靡北方，節(jié)水灌溉工程應(yīng)運(yùn)而生，主要措施有設(shè)施更新?lián)Q代、科學(xué)技術(shù)應(yīng)用、農(nóng)業(yè)水價(jià)改革、灌區(qū)節(jié)水配套改造及籌資項(xiàng)目等。砼U型渠道優(yōu)勢(shì)明顯，總體看來(lái)低溫耐用性較強(qiáng)，節(jié)約空間、經(jīng)濟(jì)適用，國(guó)內(nèi)水利各部門對(duì)其評(píng)價(jià)良好。該技術(shù)經(jīng)過(guò)多年試驗(yàn)發(fā)展，施工質(zhì)量日新月異，重點(diǎn)是相關(guān)設(shè)施設(shè)備更新?lián)Q代及科學(xué)技術(shù)創(chuàng)新發(fā)展使得其施工難度下降，與此同時(shí)，它良好的質(zhì)量效果符合我國(guó)行業(yè)現(xiàn)行施工規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)，所以在小型農(nóng)田水利工程中使用效果已得到廣泛認(rèn)可。

1 砼U型渠道的設(shè)計(jì)特征應(yīng)用

砼U型渠道采用反拱結(jié)構(gòu)，低溫耐用性較強(qiáng)，整體穩(wěn)定性首屈一指。U型槽弧底圓心角以152°~156°為宜，外傾角度設(shè)計(jì)為11°~14°，渠道高度與渠底圓弧直徑比例在1∶1，設(shè)計(jì)渠體混凝土厚度4~10 cm。在特殊地貌施工時(shí)渠體外傾角可適度調(diào)整，渠道襯砌施工可根據(jù)實(shí)際情況適當(dāng)增加尺寸，做好防凍脹破裂措施，也可在渠體內(nèi)外做防滲透和防腐處理。

2 砼U型渠道在應(yīng)用中的優(yōu)勢(shì)

2.1 渠道具有良好的耐久性。砼U型渠道工程，是一次性少投入且長(zhǎng)年使用的工程。渠道實(shí)際使用壽命在20年左右，因此整體使用周期較其他類型渠道擁有更加顯著的優(yōu)勢(shì)，在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中更大限度的發(fā)揮著無(wú)與倫比的作用。特別是北方地區(qū)，如果在渠道內(nèi)部增加防腐措施，外部加以防凍脹處理，到時(shí)渠道更加不易腐蝕，延長(zhǎng)渠道實(shí)際使用壽命。U型渠道投資少，壽命長(zhǎng)，在小型農(nóng)田水利工程建設(shè)過(guò)程中，扮演者舉足輕重的角色，為提高農(nóng)民經(jīng)濟(jì)效益立下了“汗馬功勞”。

2.2 渠道的可覆蓋性優(yōu)勢(shì)明顯。U型渠道的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)形式簡(jiǎn)約，U型槽采取混凝土材料預(yù)制，斷面口寬由于設(shè)計(jì)原因相對(duì)較小，因而具有覆蓋性能良好的特點(diǎn)，特別是針對(duì)渠道內(nèi)的水流，利用遮陰網(wǎng)等加以遮蔽，在炎熱的夏天可以有效降低水源蒸發(fā)量，更加有利于避免外界生產(chǎn)生活環(huán)境對(duì)灌溉水源造成污染。U型渠體具有優(yōu)良的整體穩(wěn)定性，可利用農(nóng)業(yè)生產(chǎn)生活間歇期施工，按照其原有渠道布置，對(duì)渠道線形走向?qū)嵤┰O(shè)計(jì)布局、測(cè)量放樣，進(jìn)行渠道高程設(shè)計(jì)，盡快輔助渠道工程建設(shè)，進(jìn)一步提升農(nóng)業(yè)灌溉效率。目前，對(duì)比高臺(tái)縣灌區(qū)農(nóng)田水利工程使用情況，U型渠道已得到了廣泛的應(yīng)用和廣大用水戶的認(rèn)可，為農(nóng)民經(jīng)濟(jì)創(chuàng)收取得了顯著的經(jīng)濟(jì)效益。

2.3 砼U型渠道防滲性能優(yōu)越。該類型渠道結(jié)構(gòu)原理簡(jiǎn)單，工程質(zhì)量可控，沒(méi)有發(fā)生漏水情況。滲漏對(duì)地下水水質(zhì)有深刻影響，特別是地下水含量過(guò)高且土壤成分鹽漬化的地區(qū)，可以采用抗硫水泥等種類的改良性水泥。如甘肅省張掖市高臺(tái)縣羅城灌區(qū)位于黑河河谷平原區(qū)，地下水化學(xué)特征主要受灌溉水入滲和蒸發(fā)的雙重影響，水化學(xué)類型為SO4-2-HCO3--Na+-Mg+2，礦化度1~2 g/L，但表層地下潛水水質(zhì)更差，礦化度達(dá)2~5 g/L，土壤酸堿度為8.5，地表鹽漬化嚴(yán)重，地下水及鹽漬土對(duì)砼有硫酸鹽腐蝕性。對(duì)比其他類型渠道，渠道整體穩(wěn)定性較強(qiáng)，從防滲透效果看，該設(shè)計(jì)優(yōu)越性更加突出。在小型農(nóng)田水利灌溉過(guò)程中，U型渠道不僅解決了渠道設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)形式單一化的問(wèn)題，還能夠幫助U型渠道優(yōu)化斷面，可根據(jù)流量不同等情況，分別選擇不同斷面形式襯砌，以便達(dá)到經(jīng)濟(jì)適用等需求。

2.4 砼U型渠道在小型農(nóng)田灌溉中效果顯著。U型渠道結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的優(yōu)點(diǎn)體現(xiàn)在容積較大，具備較好的水體流動(dòng)性，所以水流通過(guò)能力優(yōu)良，這使水流運(yùn)輸空間得到較大解放，可以達(dá)到1.2 m/s左右的渠道流速，而相同斷面下的梯形土渠流速僅為0.6 m/s，流速提高50%以上。另外較糙率而言，梯形土渠糙率值大約為0.025，但U型渠道糙率值僅為0.017左右，流量和流速水平均大幅度提高，并使渠道凍脹破壞、滲漏及淤積問(wèn)題得到較好改善，有效提高灌溉水利用率，農(nóng)田節(jié)水灌溉效果顯著，增加農(nóng)戶經(jīng)濟(jì)效益。如羅城灌區(qū)采用砼U型渠道，流水暢通無(wú)阻，砂體淤積現(xiàn)象大為改觀。該灌區(qū)地表分布0.5~3 m厚度的第四系全新統(tǒng)細(xì)顆粒地層，為沖積淤泥質(zhì)粉細(xì)砂夾薄層壤土，下部為砂及薄層砂礫石層。因此，凍脹破壞與滲漏是主要的工程地質(zhì)問(wèn)題。渠道大部分以土渠為主，渠體疏于清理，造成雜草樹(shù)木叢生，渠道水流受到植物莖葉等帶來(lái)的阻力增加，渠道淤積嚴(yán)重，流速緩慢，上述問(wèn)題在應(yīng)用該設(shè)計(jì)后得到良好改善。

2.5 砼U型渠道省工、省料、省空間。在農(nóng)田水利節(jié)水灌溉工程建設(shè)中，為了使工程建設(shè)效益增加，務(wù)必充分優(yōu)化設(shè)計(jì)，高效能發(fā)揮U型渠道的各方面的優(yōu)越性。U型渠道在施工過(guò)程中，施工的工序較為簡(jiǎn)單，工期短、施工快、易操作。具體的施工環(huán)節(jié)如下：首先由專業(yè)技術(shù)人員進(jìn)行測(cè)量放樣，渠道的成型開(kāi)挖為施工開(kāi)始，其次針對(duì)已經(jīng)成型的渠道，進(jìn)行渠底墊層鋪筑工序。鋪筑過(guò)程中，使用的材料為砂礫碎石，鋪筑時(shí)對(duì)墊層的寬度及厚度均有嚴(yán)格的施工設(shè)計(jì)要求，鋪筑施工結(jié)束之后，進(jìn)行定線放樣，確定渠道襯砌位置、高程等。當(dāng)渠道完成襯砌，細(xì)?；炷凉纯p完成后，進(jìn)行邊坡墊層鋪筑及土方夯填施工。在渠道工程建設(shè)過(guò)程中，通過(guò)應(yīng)用U型渠道，渠道口寬較小，占地面積降低，土地資源得到有效釋放，對(duì)于保護(hù)農(nóng)業(yè)耕地面積及土地資源得到有效利用具有十分重要的意義。從人工、機(jī)械、材料等角度比較，人均每日可完成15~20 m的U型槽襯砌量，混凝土施工量在1.6~2.2 m3。在節(jié)省施工材料方面U型渠道優(yōu)勢(shì)顯著。例如建設(shè)一條長(zhǎng)度為1 km D85U型渠道使用混凝土152 m3，但如果建設(shè)同樣斷面的梯形渠道需要混凝土215 m3，對(duì)比之下，砼U型渠道可節(jié)約投資1.5萬(wàn)元左右，節(jié)約渠道占地面積0.5 hm2以上。U型渠道耐久性強(qiáng)，相較其他渠道類型使用率較高，而其他類型損壞率較高，在使用10年以上后就會(huì)出現(xiàn)不同程度的破裂損壞現(xiàn)象。

3 渠道工程建設(shè)與效益分析評(píng)價(jià)

根據(jù)羅城灌區(qū)使用調(diào)查結(jié)果分析，一條長(zhǎng)度為1 km的D85 U型渠道襯砌投資25萬(wàn)元，其中施工材料費(fèi)、機(jī)械及材料運(yùn)輸費(fèi)約18萬(wàn)元，人工費(fèi)7萬(wàn)元。渠道襯砌后每年可以節(jié)約水量8.5萬(wàn)m3，增值2.1萬(wàn)元，若當(dāng)中不計(jì)算農(nóng)作物增產(chǎn)值，利用12年節(jié)省的水費(fèi)即可收回工程總投資。延伸開(kāi)來(lái)說(shuō)，U型渠道使用壽命在20年以上，還能不間斷節(jié)省水費(fèi)8年左右，這又是一筆可觀的收入。經(jīng)過(guò)以上簡(jiǎn)單分析，渠道建設(shè)經(jīng)濟(jì)效益回報(bào)率表現(xiàn)優(yōu)良，更加突出的是在其節(jié)約水資源方面的效果眾所周知，灌溉水利用時(shí)間減少但灌溉農(nóng)作物面積增加，降低生產(chǎn)成本，為農(nóng)業(yè)增效打下基礎(chǔ)。

4 結(jié)束語(yǔ)

總結(jié)起來(lái)，該設(shè)計(jì)和其他類型的渠道結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)比較，U型渠道在防滲透、耐久性及持續(xù)穩(wěn)定性等方面獨(dú)樹(shù)一幟。因而建議在北方農(nóng)田水利節(jié)水灌溉渠道工程設(shè)施建設(shè)中，推薦增加U型渠道的利用率，嚴(yán)格落實(shí)U型渠道的設(shè)計(jì)施工監(jiān)理標(biāo)準(zhǔn)與工程建設(shè)質(zhì)量安全管理工作，保證U型渠道施工質(zhì)量，做好“事前、事中、事后”三項(xiàng)控制，保障渠道建設(shè)在農(nóng)田水利灌溉工作中發(fā)揮出積極的作用，從而提高農(nóng)田水利渠道灌溉水利用系數(shù)，積極響應(yīng)國(guó)家“節(jié)約用水”號(hào)召，推動(dòng)北方水資源優(yōu)化配置及可持續(xù)發(fā)展，為鄉(xiāng)村振興戰(zhàn)略添磚加瓦。