灌區(qū)節(jié)水改造中的渠道防滲技術(shù)研究

辛福德

摘要：渠道滲漏是許多農(nóng)業(yè)灌溉系統(tǒng)中普遍存在的問題，短時間來看，渠道滲漏速度慢，影響小，但積年累月下來可造成嚴(yán)重的水資源浪費(fèi)，且滲漏問題會影響渠道過水性能，影響灌區(qū)水資源調(diào)配速度和利用效率，不利于優(yōu)化灌區(qū)的管理控制質(zhì)量。渠道防滲是灌區(qū)節(jié)水改造的一項(xiàng)重要改造工程，需要充分考慮灌區(qū)自然條件、地質(zhì)環(huán)境、灌溉需求等各方面因素，合理選擇防滲技術(shù)，對灌區(qū)渠道進(jìn)行改造，優(yōu)化防滲層結(jié)構(gòu)，增強(qiáng)防滲效果。本文對常見的渠道防滲技術(shù)進(jìn)行分析，并探討梯弧形渠、“U”形渠等渠道類型以及渠基、砌縫等渠道位置的防滲處理方法，以期為灌區(qū)節(jié)水改造提供一定參考。

關(guān)鍵詞：灌區(qū) 節(jié)水改造 渠道 防滲技術(shù)

中圖分類號：TU74??? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

Research on Canal Anti-Seepage Control Technology in Water-Saving Renovation of Irrigation Areas

XIN FudeXin FuDe

（Dayu Water Saving （Jiuquan） Co.， Ltd. .， Jiuquan， Gansu Province，735000 China）

Abstract： Canal leakage is a common problem in many agricultural irrigation systems. In the short term， canal leakage has slow speed and small impacts， but over time， it can cause the serious waste of water resources. The leakage problem can affect the water flow performance of canals and the allocation speed and utilization efficiency of water resources in irrigation areas， which is not conducive to optimizing the management control quality of irrigation areas. Canal seepage control is an important renovation project for water-saving renovation in irrigation areas， so it is necessary to fully consider various factors such as natural conditions， the geological environment and irrigation needs in irrigation areas and reasonably select anti-seepage technology to transform canals in irrigation areas， optimize the structure of the anti-seepage layer and enhance the anti-seepage effect. This article analyzes common canal seepage control technologies， and explores canal types such as trapezoidal curved canals and "“U" ”-shaped canals， as well as anti-seepage treatment methods in the positions of canal foundations and masonry joints， in order to provide some reference for water-saving renovation in irrigation areas.

Key Words： Irrigation area; Water-saving renovation; Canal; Anti-seepage technology

灌溉渠道是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)活動中關(guān)鍵性的基礎(chǔ)設(shè)施，能夠?qū)⑦h(yuǎn)處的水資源通過渠道引流輸送至農(nóng)業(yè)種植區(qū)域，通過合理的人為控制合理地調(diào)配至田間完成灌溉。灌區(qū)渠道線路長，支線多，工程量大，日常管護(hù)維修工作任務(wù)較重。許多灌區(qū)渠道使用時間較長，其防滲功能逐漸失效，也有部分渠道本身缺乏完善的防滲體系，導(dǎo)致存在較嚴(yán)重的滲漏問題，造成水資源損耗^[1]。近年來，我國越來越重視農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化發(fā)展，鼓勵進(jìn)行灌區(qū)配套設(shè)施的翻新、續(xù)建等，同時也非常重視灌區(qū)節(jié)水改造，以優(yōu)化灌區(qū)功能，提高水資源管理效率和質(zhì)量，節(jié)約水資源，提高利用率。

1渠道防滲技術(shù)在灌區(qū)節(jié)水改造工程中的作用

1.1節(jié)省水資源

農(nóng)業(yè)灌溉是水資源消耗較大的一項(xiàng)活動，為了減少浪費(fèi)和損耗，提高水資源利用率，應(yīng)大力倡導(dǎo)對灌區(qū)進(jìn)行節(jié)水改造，全面檢查灌區(qū)的灌溉設(shè)施和設(shè)備，對不合標(biāo)準(zhǔn)之處進(jìn)行及時整改，使水資源的價值得到充分利用，更好地為灌區(qū)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)活動提供灌溉服務(wù)。灌區(qū)渠道可分為干渠、斗渠、農(nóng)渠、支路渠四4個等級，其長度長，彼此互相連接貫通形成復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)，需要保障渠道具有良好過水能力和防滲漏能力，才能維持灌區(qū)整體功能的穩(wěn)定可控^[2]。渠道防滲技術(shù)借助各類先進(jìn)的防水材料、施工工藝在渠道底部、周邊形成防滲保護(hù)層，有效防止水資源向外滲透導(dǎo)致的損耗，降低滲透率，有效節(jié)約能源，更好地完成灌區(qū)內(nèi)水資源供應(yīng)。

1.2優(yōu)化灌區(qū)灌溉功能

借助渠道防滲技術(shù)進(jìn)行節(jié)水改造也有助于進(jìn)一步優(yōu)化灌區(qū)功能。灌區(qū)老舊的灌溉渠道運(yùn)行過程中，由于不同程度的滲漏問題，以及渠道內(nèi)雜草、雜物較多，其過水性能通常較差，水資源輸送效率低，損耗高，阻礙了灌區(qū)對水資源的精確控制和高效調(diào)配^[3]。利用渠道防滲技術(shù)進(jìn)行渠道節(jié)水改造，能夠提高水資源輸送速度，節(jié)省輸水時間、輸水費(fèi)用，提高灌溉效率，使渠道充分發(fā)揮出對農(nóng)業(yè)種植的服務(wù)功能，促進(jìn)灌區(qū)內(nèi)農(nóng)業(yè)的發(fā)展。

2灌區(qū)節(jié)水改造中的渠道防滲技術(shù)

2.1土料防滲技術(shù)

土料防滲技術(shù)是一種土壤處理角度進(jìn)行防滲漏的方式，通過鋪設(shè)四合土、灰土等土料，進(jìn)行碾壓夯實(shí)，強(qiáng)化其密度和強(qiáng)度，形成細(xì)密的土料防滲層，可在一定程度上阻止渠道內(nèi)水資源向外滲漏，提高渠道整體防滲效果^[4]。在實(shí)際操作中，首先需要充分清理渠道底部，去除雜物以及如樹根、雜草等物，使整體施工環(huán)境保持干凈平整，然后依據(jù)實(shí)際情況選擇符合標(biāo)準(zhǔn)和要求的石灰和混合料進(jìn)行填料，需依據(jù)施工要求提前對土料進(jìn)行粉碎、過篩等處理，使石灰粒直徑在0.5 cm以下，土料顆?？刂圃谥睆? cm以下。需依據(jù)渠道防滲漏要求進(jìn)行實(shí)驗(yàn)室配比，確?；旌贤亮现懈黝愋筒牧系谋壤茖W(xué)合理，同時明確土料最優(yōu)含水量，在進(jìn)行攪拌過程中進(jìn)行水分控制，攪拌完成后需保證實(shí)際含水率與標(biāo)準(zhǔn)含水率之間的差異低于1%，發(fā)揮出最佳防滲效果。最后，施工前應(yīng)依據(jù)土料類型進(jìn)行分析，確定土料防滲層的厚度，通常底部厚度在10～～ cm至40 cm，渠道邊坡的鋪筑厚度在10～～ cm至60 cm，使其達(dá)到防滲功能需求，真正發(fā)揮實(shí)際價值。若土料防滲層厚度達(dá)到15 cm以上，鋪筑施工時應(yīng)采取分層鋪筑方式，逐層鋪筑、碾壓，確保其密度、強(qiáng)度達(dá)到防滲要求^[5]。

2.2混凝土防滲技術(shù)

混凝土防滲技術(shù)則是需要將土料、水泥、水等物質(zhì)進(jìn)行混合處理，攪拌成混凝土后鋪設(shè)在渠道渠床上，并進(jìn)行碾壓處理，待混凝土干透后即可在渠床上形成一層有效的防滲層，減少水資源運(yùn)輸過程中的滲漏損失。該技術(shù)與土料防滲技術(shù)相比，防滲效果更好，可減少70%以上的滲漏損失，并且強(qiáng)度更高、抗沖能力好，使用壽命長，基本適用于所有氣候、地形的中小型渠道，但也存在一些缺陷和不足，包括材料成本相對較高、抗變形能力差等問題。在具體應(yīng)用過程中，首先需要對渠床進(jìn)行清理和平整，去除雜物，通過實(shí)驗(yàn)室分析明確混凝土配比，然后對材料進(jìn)行處理，依據(jù)實(shí)際需求選擇適宜的土料類型，提前進(jìn)行風(fēng)干、粉碎等預(yù)處理，使土料顆粒大小、含水量等達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求，最后依據(jù)改造工程的進(jìn)度，在現(xiàn)場完成攪拌、攤鋪等作業(yè)。為了施工作業(yè)更加科學(xué)規(guī)范，需加強(qiáng)施工流程控制，先對土料、水泥等材料進(jìn)行干拌，使其混合均勻后再加入水進(jìn)行濕拌作業(yè)。鋪筑混凝土前需濕潤渠基，使其與混凝土更好地結(jié)合。將混凝土鋪筑于渠道底部、邊坡位置，充分抹平，并于表面撒上約2 mm左右的水泥^[6]。設(shè)置混凝土保護(hù)層時可采用塑料材料，起到隔離防潮作用，防止混凝土凝結(jié)過程中開裂。在混凝土基層上設(shè)置水泥砂漿保護(hù)層，需在水泥砂漿層表面再涂抹一層水泥漿，并采用鋼板壓光。最后，要注意預(yù)留縮縫，長度約2 m左右，并做好對混凝土的養(yǎng)護(hù)工作，持續(xù)約14天，待混凝土防滲層完全穩(wěn)定即可投入使用。

2.3砌石防滲技術(shù)

砌石防滲技術(shù)需選取合適的石料，將其干砌于渠床表面，并做好勾縫處理，形成一道石料防滲層，減少水資源滲漏。首先需清理和平整渠床，去除樹根、雜草等雜物，在底部鋪設(shè)砂漿墊層，然后再干砌石料。對石料進(jìn)行合理選擇，按大小分類，并充分用水洗刷其表面，然后分層完成砌石作業(yè)。第一層選用規(guī)則、平整的大型塊石，盡可能地保持各個塊石的厚度基本持平，每層約在25～～ cm至30 cm左右，砌筑過程中需注意區(qū)分橫縫和縱縫^[7]。通過干砌方式完成兩邊砌石后，需在砌體表面持續(xù)噴水7 min左右，使砌體充分濕潤，然后倒入提前攪拌好的砂漿，并用碎石填補(bǔ)縫隙。若采用塊石襯砌，厚度應(yīng)控制在20～～ cm至40 cm，若采取片石襯砌，厚度在15 cm左右，完成襯砌后仔細(xì)清掃縫隙，灑水濕潤，并采用水泥砂漿完成勾縫處理，并做好后續(xù)養(yǎng)護(hù)。

2.4塑料薄膜防滲技術(shù)

渠道中采用塑料薄膜防滲技術(shù)具有成本低、材料輕便、防滲效果明顯的優(yōu)勢，通常是在渠道基土上方全面鋪設(shè)塑料薄膜，有效防止渠道中的水向下方、兩側(cè)滲透，從而達(dá)到防滲漏目的。塑料薄膜防滲技術(shù)較適用于交通不便、建筑材料缺乏以及對灌區(qū)生態(tài)景觀要求較高的區(qū)域，其缺陷在于強(qiáng)度較低，隨著應(yīng)用時間延長，容易受到腐蝕、植物根莖穿透等各種因素影響，造成滲漏問題。

3灌區(qū)節(jié)水改造中的渠道防滲改造思路

3.1橫斷面調(diào)整

灌區(qū)節(jié)水改造主要需考慮降低水資源漏損，提高灌區(qū)水資源調(diào)配效率和利用效率，開展渠道防滲改造工程前需依據(jù)水力學(xué)理論對灌區(qū)渠道的水力性能進(jìn)行深入分析，充分考慮灌區(qū)灌溉需求，對渠道設(shè)計流量、橫斷面形式、渠道尺寸參數(shù)等進(jìn)行合理調(diào)整，明確是否對渠道橫斷面進(jìn)行修整、拓寬、墊縮等操作，然后再進(jìn)行防滲結(jié)構(gòu)的設(shè)計，使其充分發(fā)揮出良好防滲效果的同時助力于增強(qiáng)渠道過水能力，提高水資源輸送速度。渠道橫斷面調(diào)整應(yīng)當(dāng)以滿足灌區(qū)水流量要求、水位要求為準(zhǔn)，并充分考慮原渠道結(jié)構(gòu)、材料、渠線是否符合改造需求，實(shí)現(xiàn)對整個灌區(qū)渠道網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)化改造。

3.2防滲技術(shù)選擇

渠道防滲技術(shù)類型多樣，包括混凝土防滲、土料防滲、塑膜防滲等，進(jìn)行防滲改造之前，需要對當(dāng)?shù)貧夂颦h(huán)境、資源情況、地質(zhì)條件、灌區(qū)實(shí)際情況等進(jìn)行充分調(diào)查和測量，分析原渠道防滲結(jié)構(gòu)損壞原因，確定防滲改造形式和具體方案，選擇適宜的防滲技術(shù)對渠道進(jìn)行改造處理。若灌區(qū)位于冬季寒冷區(qū)域，則需考慮凍脹破壞問題，選擇抗凍性好的混凝土防滲、砌石防滲等技術(shù)，并適當(dāng)增加墊層厚度，加強(qiáng)基土防水和排水處理，控制渠道底部及與周圍含水量，有效控制凍脹現(xiàn)象的出現(xiàn)。對于流量較大的干渠，可在兩側(cè)設(shè)置重力式擋墻，并于渠道底部采取漿砌石襯砌結(jié)構(gòu)，并采取混凝土防滲處理，使其整體防滲性能、防滲高度滿足干渠較高的設(shè)計水位要求和綜合要求。若渠道原有防滲結(jié)構(gòu)為塑膜防滲或干砌石防滲，由于使用時間過長且缺乏維護(hù)管理導(dǎo)致老化、破壞，則需要依據(jù)實(shí)際情況處理原有防滲結(jié)構(gòu)，采取合理的防滲技術(shù)進(jìn)行加固，或是對防滲結(jié)構(gòu)進(jìn)行拆除重建。

4灌區(qū)節(jié)水改造中的渠道防滲處理措施

4.1梯弧形渠處理

在灌區(qū)節(jié)水改造工程中，可對渠道進(jìn)行梯弧形改造處理，利用六邊形預(yù)制板進(jìn)行渠道邊坡襯砌，用弧形預(yù)制板在渠床底部進(jìn)行襯砌，可形成良好的防滲效果。首先需要充分夯實(shí)原有基土，全方位敷設(shè)防滲漏膜，隔斷渠道內(nèi)部水流和大氣降水對渠道基土含水量的補(bǔ)給，使基土含水量維持較低水平，從而防止凍脹現(xiàn)象。鋪設(shè)防滲漏膜后，在其上設(shè)置水泥墊砂層，最后用預(yù)制板完成護(hù)面堆砌，可有效形成防水層，避免水資源滲漏。該方法還可有效降低凍脹發(fā)生風(fēng)險，在北方冬季寒冷區(qū)域也比較適用。在防滲漏膜上方用水泥砂作為墊層，可在一定程度上保護(hù)防滲漏膜，防止薄膜在施工過程中發(fā)生破損，其本身也能作為防滲漏體系的一部分，與防滲漏膜、混凝土預(yù)制板共同形成防滲漏層，增強(qiáng)防水效果。在進(jìn)行防滲處理時，需精確測量渠道各項(xiàng)數(shù)據(jù)，分析橫截面參數(shù)，依據(jù)水力學(xué)理論進(jìn)行設(shè)計，并合理選用防滲漏膜的材質(zhì)、墊層材質(zhì)等。將混凝土預(yù)制板設(shè)計為六邊形，能夠改善凍脹變形的不均勻性，使渠道防水體系在冬季凍脹期也能維持整體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定，而渠道底部的預(yù)制板可設(shè)計為反拱形，可防止寒冷導(dǎo)致渠道底部出現(xiàn)凍脹、裂縫、裂臺等問題，待解凍后可恢復(fù)原位，降低預(yù)制板的變形度，從而防止?jié)B漏。

4.2“U”形渠處理

許多灌區(qū)斗渠、農(nóng)渠等渠道的渠床較為粗糙，建設(shè)時未設(shè)置防滲襯砌，渠道內(nèi)雜物多，雜草叢生，防滲透性差，導(dǎo)致水資源流失、渠道過水能力差等問題，影響水資源輸送效率和利用效率。采用預(yù)制“U”形槽襯砌，能夠有效防止?jié)B漏問題，同時降低渠床糙率，使渠道獲得較強(qiáng)的輸水、輸沙能力，改善水力性能。預(yù)制“U”形渠具有結(jié)構(gòu)簡單、建設(shè)施工耗時短、防滲漏效果好、整體性能穩(wěn)定等優(yōu)勢，且“U”形渠襯砌斷面具有良好受力條件，在斗渠、農(nóng)渠等渠道節(jié)水改造中采用預(yù)制“U”形渠可有效達(dá)到防滲漏目的，提高渠道過水能力。在預(yù)制“U”形渠時，需要充分考慮灌區(qū)渠道長度、輸水需求、水力性能、周圍環(huán)境、氣候條件等各種因素，合理設(shè)置“U”形渠預(yù)制件的開口度、深度、直徑、厚度、長度等參數(shù)，然后將預(yù)制件運(yùn)送到灌區(qū)改造節(jié)段進(jìn)行砌筑^[7]。預(yù)制“U”形渠還具有良好防凍脹能力，若灌區(qū)位于冬季寒冷的北方區(qū)域，氣溫極寒時“U”型渠會整體上抬，待溫度上升，解凍后通常能夠整體恢復(fù)原本位置，恢復(fù)正常輸水功能。除了預(yù)制“U”型渠外也可采取現(xiàn)澆“U”型渠對灌區(qū)渠道進(jìn)行防滲處理，其厚度通?？稍O(shè)置為12 cm?，F(xiàn)場澆筑通常用于橫斷面較小的渠道中，具有接縫少、強(qiáng)度高、與渠床粘合度高等優(yōu)勢。

4.3渠基的防滲處理

灌區(qū)節(jié)水改造工程中，做好防滲處理非常重要。當(dāng)前較常用的防滲層多為薄層結(jié)構(gòu)，有助于節(jié)省材料，減少渠道占地面積，這也導(dǎo)致其本身強(qiáng)度相對有限，穩(wěn)定性不足，需要對渠道渠基及周圍環(huán)境進(jìn)行一定處理，確保防滲層的鋪設(shè)打造一個穩(wěn)定、堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，才能確保防滲結(jié)構(gòu)長期穩(wěn)定發(fā)揮功能，防止出現(xiàn)變形、破損等情況，導(dǎo)致滲漏情況出現(xiàn)。為了保障渠道的安全穩(wěn)定，需充分清除渠道內(nèi)部及周圍的雜草、雜物、淤泥、腐殖土等，挖至穩(wěn)定土層，并對原土進(jìn)行夯實(shí)處理，維持渠基、渠坡的穩(wěn)定性。斗渠、農(nóng)渠在新建渠段可采取渠基原土翻夯的方式進(jìn)行處理，對于原渠套砌段可直接進(jìn)行原土夯實(shí)，使其密度、深度達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求?；烈残枳龊梅罎B防水工作，避免水分過高導(dǎo)致出現(xiàn)濕陷變形、沉降變位、冬季凍脹等問題，導(dǎo)致上方防滲層發(fā)生移位、變形和破損，延長防滲層結(jié)構(gòu)的使用壽命。

4.5砌縫與伸縮縫處理

在防滲工程中，對砌縫和伸縮縫的處理對于工程質(zhì)量、防滲效果、使用壽命都有著重要影響。在灌區(qū)水資源通常引自自然界中的河流，經(jīng)渠道輸水過程中，不可避免地夾雜著許多泥沙，若襯砌的砌縫處理不佳，出現(xiàn)接縫開裂情況，則會發(fā)生滲漏，導(dǎo)致泥、水滲入基土中，造成水資源浪費(fèi)，同時影響基土穩(wěn)定性。當(dāng)冬季冰凍時期到來，滲漏部位高含水量的基土?xí)l(fā)生凍脹現(xiàn)象，造成渠道防滲層的變形開裂，加重滲漏問題，形成惡性循環(huán)。因此，處理好砌縫非常重要，對于保障渠道防滲效果有關(guān)鍵性作用。需嚴(yán)格依據(jù)設(shè)計要求進(jìn)行襯砌板接縫處理，縫寬控制在2cm左右，使用水泥砂漿進(jìn)行連接。為了防止冰凍、地基變形等因素導(dǎo)致防滲層發(fā)生變形，應(yīng)在渠道中間隔6 m左右設(shè)置一道伸縮縫，采用聚乙烯膠泥進(jìn)行填充^[8]。聚乙烯膠泥具有良好變形性能，與混凝土也具有良好粘結(jié)能力，可防止防滲層發(fā)生變形、裂縫等問題，進(jìn)而出現(xiàn)滲漏。進(jìn)行灌縫作業(yè)前要充分清潔縫面，清除灰塵雜物，再進(jìn)行膠泥制備和灌縫工作，確保膠泥與混凝土充分粘結(jié)，并采用瀝青砂漿封口。

5結(jié)語

灌區(qū)節(jié)水改造工程中，對渠道防滲的處理是一項(xiàng)重點(diǎn)改造工程，需要清理、改造那些防滲結(jié)構(gòu)老化、防滲效果不佳、存在滲漏情況的渠道，可沿原有渠線進(jìn)行改建工作，考慮到渠道類型、流量大小、周圍環(huán)境、氣候變化等各方面因素，合理選擇防滲技術(shù)，調(diào)整斷面形狀，增加防滲襯砌，實(shí)現(xiàn)干渠梯弧形化，斗渠、農(nóng)渠、小型支渠“U”型化，最大限度地改善渠道過水能力，增強(qiáng)渠道穩(wěn)定性，防止防滲襯砌變形造成滲漏，達(dá)到節(jié)水改造的目標(biāo)。

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