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[摘 要] 我国灌溉渠系水的利用系数很低,渠道渗漏损失掉的水量所占的比例很大.大量工程实践证明,采取渠道防渗措施以后,可以有效减少渗漏损失.鉴于此,本文对渠道防渗工程设计进行了探讨.
[关 键 词 ] 断面 气候 地域
一、前言
渠道防渗是我国目前使用最广泛的节水工程措施,它可以极大地减少农业灌溉用水的浪费,节水潜力巨大.用渠道防渗技术后,可以减少渗漏损失的70%-90%,极大地提高灌溉渠系水利用系数,缓解农业用水供需矛盾,节约的水可扩大灌溉面积,进一步促进农业生产的发展,可以减少渠道占地3%~5%,防止渠道冲刷、淤积及坍塌,节约运行管理费用,有利于灌区的管理.可以降低地下水位,防止土壤盐碱化及沼泽化,有利于生态环境和农业现代化建设.渠道防渗是节约用水、实现节水型农业的重要内容,如按我国渠系水利用系数提高0.1计算,则每年可节约用水量344.5亿m3.由此可见,渠道防渗的节水效益十分显著.
二、渠道防渗设计应考虑的因素
1.气候条件
气候条件是渠道防渗工程设计和施工应要考虑的基本因素.它对防渗材料的耐久性和施工方法具有决定性作用,也是工程防冻胀设计的决定性因素.
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2.地形条件
在渠道防渗措施中,压力管道受地形影响最小,但造价高,低压管道、输水槽以及混凝土等防渗渠道,较能适应地形的变化,而土料及埋铺式膜料(土保护层)防渗渠道,因允许流速小(为混凝土的1/6左右),只能用于较平坦地区.因此,选择防渗方案时,应考虑地形条件.
3.基土性质
基土的渗透性是决定有无防渗必要和采用哪种防渗措施的关键,土的冻胀敏感性和抗压强度等都是工程设计应考虑的主要性能.对黄土类、壤土类等基础好、渠床稳定的地区、一般采用混凝土、砌石等防渗措施.但在含膨胀性粘土或石膏以及孔状灰岩的渠基上,一般不宜采用刚性材料,应采用厚压实土料,或埋铺式膜料类的柔性防渗措施.对于湿陷性黄土渠基,防渗前做完浸水处理后,最好采用埋铺式膜料防渗.也可以改变渠线,使渠道绕过不良土质地带.无法改线时,可用砂、砾石或其他土料换基,以代替不良土壤.但此法造价高,除有抗冻害要求和附近有合适的代换材料外,一般不宜采用.在选择防渗方案时,应尽量考虑土渠开挖土方的应用问题.如有适宜的土料,可采用压实土料防渗,如开挖的土料不能压实,但可以用作膜料防渗的保护层时,则应采用埋铺式膜料防渗.
4.地下水位
地下水位高于渠底时,防渗层存在承受扬压力的问题.必须在防渗层下设排水设施.在寒冷地区,地下水位的高低,是防渗工程进行防冻胀设计时需要考虑的.
5.土地利用及灌溉系统的形式
为减少占地,在城郊及人口密集地区,应采用暗渠(管)、输水槽或边坡较陡的如U、矩形断面等刚性材料防渗渠道.为了改善旧有灌溉系统和用水方式,如合并地块,
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6.防渗材料
在水费很高的地区,渗漏有可能引起渠基失稳,影响正常运行的渠道,防渗标准应提高.建议采用下铺膜料,上部用混凝土板作保护层的措施,如在混凝土层下加铺聚氯乙烯薄膜,可减少渗漏量95%.只要持续12年,节约的水量,就足以抵偿塑膜增加的投资.
7.材料来源
应本着因地制宜、就地取材的原则选用防渗措施.料源应充足.如当地无砂、石料而又必须采用混凝土防渗的重要工程,可以采用在他处预制,运到当地施工,或采用人工制砂、石的办法.当水中含有较多泥沙,且渠基为砂砾石时,如旧渠由于运用时间己久,有天然淤填的作用,也可能不再需要采用其他防渗措施等.
8、管理养护
如渠道需要频繁地放水和停水,渠道水位有较大的升降变化时,最好采用刚性材料防渗,土料防渗,不能控制杂草及淤积,同时在劳力昂贵的地方,并不比刚性材料防渗便宜明铺式膜料,薄粘土层或薄压实土料防渗,易受牲畜践踏等外力破坏,故在使用上受到限制.在己成土渠上建防渗工程,因施工时间短,渠基不能很快干燥,很难采用现浇的刚性材料护面,故最好能采用机械或人工预制安装混凝土板的措施,以加快进度.
三、渠道防渗工程设计注意事项
1.搜集材料
（1）水文气象、地质和地形资料.1)取得水源的有关水文、泥沙、水质、冰情以及工程地点的降水、蒸发、气温、负气温指数、冻融期、冻土深度、风向、风速等水文气象资料.可采用条件相似的邻近水文、气象(台)的多年资料平均值,其资料系列不宜少于20年.2)渠道沿线应按有关规程、规范要求进行必要的地质勘测,取得岩土分类、断层、裂隙、滑坡和隐患等工程地质资料,以及土的颗粒组成、含水量、干密度、孔隙率、流塑限、有机质、可溶盐、冻胀性、湿陷系数、渗透系数和抗剪强度等物理、力学、化学性质资料.3)地下水堤深小于5m的渠道,应取得地下水类型、埋深、动态、流向、补给和排泄条件、水质与污染源等水文地质资料.4)应取得灌区地形图、渠形平面布置科和渠道纵横断面图,必要时还应有带状地形图.（2）建筑材料和施工条件资料.l)应搜集渠道附近的水泥、石灰、砂、石、膜料、沥青等建筑材料的产源、产(储)量、质量、开采与运输条件、单价等资料.2)应取得施工机械设备、技术人员、劳力供给、施工用水、电源、交通、通讯和工期要求等施工条件资料.其他资料.l)扩建、改建工程,应对渠道渗漏情况和工程病害进行调查,取得原渠道的水力要素、渗漏量以及渠床土质和水分状况等资料.2)搜集当地己建成渠道防渗工程的设计与施工资料、管理运用经验、试验研究成果和竣工验收等资料.
2.断面形式选择
明渠可选用矩形、梯形(包括弧形底梯形、弧形坡脚梯形)、u形和复合形,无压暗渠可选用城门洞形、箱形、正反拱形和圆形.其中梯形断面施工简便、边坡稳定,在地形,地质无特殊问题的地区,可普遍采用.弧形底梯形、弧形坡脚梯形、弧形、U形渠道等,由于适应冻胀变形的能力强,能在一定程度上减轻冻胀变形的不均匀性,在北方地区得到了推广应用.根据观测,弧形底部因不均匀冻胀变形造成的折角变形,平均为0.18°,梯形平底折角变形平均为4.5°,弧形断面可大减轻冻胀开裂及消融时的滑塌破坏.U形渠目前在全国10多个省、市的中、小流量的渠道上得到普遍的使用,其主要优点是:①水力条件好,近似最佳水力断面,可减少衬砌工程量,输沙能力强,有利于高含沙引水.②在冻胀性和湿陷性地基上有一定的适应地基不均匀变形的能力.③渠口窄,节省土地减少挖填方量.④整体性强,防效果优于梯形渠道.⑤便于机械化施工,可加快施工进度.胀破坏严重的地区,目前尚限于在小流量渠道上应用.暗渠具有占地很少、在城镇区安全性能高、水流不易污染等优点.在冻土地区,暗渠可避免冻胀破坏. 3、具体设计
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（1）南方渠道的防渗设计.南方地区雨水多,季节变化温差较小,纵坡陡,特别是冬季气温较高,一般不下雪、结冰.所以它的渠道设计有如下特点:l)土料及埋铺式膜料防渗渠道,因允许流速小,不适宜南方地区,2)南方地区没有冻胀危害,故不考虑冻胀问题,3)南方地区地下水位较高,一般要在防渗层下设排水设施,4)南方地区一般用刚性材料护坡,其坡比可选用较大值,5)南方地区人口密度较大,应尽量采用暗渠(管)、输水槽或边坡较陡的U形、矩形断面等刚性材料防渗渠道,以尽量减少占地,6)南方地区地下水丰富、地下水位较高,易引起渠基失稳,影响渠道的正常运行,故防渗标准应提高.
（2）北方渠道的防渗设计.北方与南方相比其防渗设计有其不同特点:l)北方地区水量少,降水少,故在设计时注意其渗漏损失问题,要尽量采用混凝土、沥青混凝土等渗漏量比较小的防渗结构,其防渗结构厚度要取大值,伸缩缝要严格处理,2)北方地区地形平,其渠水水流流速相对较低,易产生淤积,故设计时在选材、确定纵坡上要重点考虑不淤流速,3)北方地区气温特别低,渠道的土基和防渗结构易冻害,设计时要采取适当措施,尽量降低或减少冻害,防止渠道坍塌、破坏,4)北方地区由于存在冻胀问题,一般选用弧形底梯形、弧形坡脚梯形、弧形、U形渠道等,以较强地适应冻胀变形的能力,在一定程度上减轻冻胀变形的不均匀性.5)北方地区地下水位较低,降雨量少,一般渠道断面较小,流量较小,不考虑水位骤降问题,边坡较陡,6)为了加强其砌体的整体性,针对北方地区特点,一般选用强度等级较高的水泥混合砂浆砌筑,水泥砂浆勾缝,砌筑缝要妥善设计,认真施工,防止产生裂缝、隆起架空、滑塌等发生,7)为了提高渠道衬砌的抗冻能力,其混凝土板厚适当选用较大值,施工时注意振捣密实,8)设计规划时,尽量选用南北走向的渠道,使阴阳两坡段日照和风作用的条件相差不很大,使两坡的冻深和冻结情况尽量相同,以减小不均匀冻胀变形,9)渠基尽量选用粗砂、砾石等粗颗粒土,减少基础冻胀量,尽可能回避开粘土、粉质土壤和高地下水地段.
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总之,规划好、设计好、建设好渠道防渗工程可以有效地提高渠系水利利用系数,充分发挥现有工程的效益,防止土壤盐碱化及沼泽化,更有效地防止渠道冲刷、淤积及坍塌.所以,渠道防渗的作用显著.
参考文献：
[1]张明光,石金堂.浅析渠道防渗工程中的问题.节水灌溉.2009,1.
[2]林琳,石白堂.防渗渠道中U形断面和梯形之优劣比较.灌溉排水学报.2007,12(2).
[3]陕西省水利科学研究所.渠道防渗.北京:水利电力出版社,2009.
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