渠道襯砌工程設計實例剖析

宋 鳳，潘慶海，袁靖姣

(1.賓縣水務局，哈爾濱150400;2龍江縣水務局，黑龍江龍江161100)

1 工程概況

吉東干渠是賓縣二龍山灌區(qū)吉東分灌區(qū)的主干渠，位于哈同公路南側，自二龍山水庫下游總干出口至居仁農(nóng)科村西止，全長6.27 km。吉東灌區(qū)有進水閘1座，節(jié)制閘4處，跌水4處，農(nóng)橋10座，涵洞11座，渡槽3座。吉東灌區(qū)水田灌溉面積500 hm2。

吉東干渠過水斷面多為砂層，造成渠道輸水過程中嚴重滲漏，損失大量灌溉水，而且如果長期滲漏水，容易造成渠道滑坡、決口等情況發(fā)生，給渠道穩(wěn)定增加了不安全因素，又增大了灌溉成本。

為了節(jié)水及減少滲漏帶來的水量損失，自2001年起，對吉東干渠進行節(jié)水改造，經(jīng)多方案設計及比較，最后確定吉東干渠節(jié)水改造工程措施為對渠道進行混凝土襯砌。

2 節(jié)水技術方案選擇

提高渠道防滲襯砌率是提高渠系水利用系數(shù)的關鍵，而我省嚴重的凍害和混凝土襯砌造價過高是選擇防滲方案的必須慎之又慎的技術問題。根據(jù)多年來的經(jīng)驗，我們主要考慮了以下4種襯砌方案:

2.1 黏土防滲

黏土可以取材方便，施工技術簡單，造價低，投資少，但但耐久性不強，抗沖能力差，易生雜草，特別是對北方寒冷地區(qū)，它的抗凍性能差，往往由于凍融反復作用，使防滲層疏松、剝蝕，而完全失支作用，質(zhì)量不易保證，因此，不是防滲的理想方案。

2.2 膜料防滲

膜料防滲采用聚乙稀膜，主要采用埋鋪式，其上用土作保護層，具有防滲性能好，適應變形能力強、質(zhì)輕運輸量小、施工簡便工期短、有較好的耐腐蝕年限和造價相對較低等多重優(yōu)點，但邊坡易塌落，渠道易淤積，易生雜草，膜容易被植被穿透，不利于防滲，也不利于整個渠道標準化和永久化建設，因此也不是理想的方案。

2.3 漿砌石防滲

砌石防滲工程量較大，抗凍性能較差，加之不能機械施工，質(zhì)量難以保證，因此是不可選方案。

2.4 混凝土防滲

采用混凝土預制板加防滲膜，該方案防滲抗沖能力強，耐久，適應變形能力強，施工質(zhì)量可靠，但造價較高。綜合以上3種防滲型式，同時參照其它市縣水田節(jié)水灌溉現(xiàn)有渠道防滲工程的運行實踐及本工程具體情況，干渠護砌選擇為混凝土預制板，板厚為8 cm，下鋪10 cm砂墊層和1層防滲膜(土工復合膜為二布一膜，每平方米≥400 g)，預制板尺寸為50 cm×75 cm。不足部分和封邊采用現(xiàn)場澆筑，分縫寬度和預制板尺寸一樣。

3 技術設計方案

3.1 渠道防滲后流量推求

為滿足各主要用水口的用水要求，并及時配水，干、直實行續(xù)灌制度，農(nóng)渠采用輪灌制度，這樣可以集中水量，縮短輸水時間，減少輸水損失，提高灌水工作效率。

3.1.1 干渠設計流量

在分別計算各直斗渠取水口的設計流量后，既可從最遠一條直斗渠的取水口向上推算出干渠各段的設計流量。

3.1.2 加大流量

加大流量在設計流量的基礎上加30%。

3.1.3 計算公式

灌溉渠道水力計算采用明渠均勻流公式:

式中:Q為設計流量，m3/s;A為渠道過水面積，m2;C為謝才系數(shù);R為水力半徑，m;i為比降。

渠道糙率根據(jù)防滲材料查表求得，混凝土板防滲材料糙率采用0.018。

3.2 干渠斷面設計

因為原渠道已修建多年，基本上符合原設計標準，所以此次干渠防滲設計維持原干渠縱向比降不變，邊坡不變，堤頂高程不變，堤頂寬度不變。只是由于護砌后糙率減少，各個斷面相應減少。

3.3 水力要素

項目區(qū)襯砌的渠道設計成果見表1。

表1 項目區(qū)襯砌干渠水力要素表

3.4 渠道節(jié)水量的計算

現(xiàn)有渠底土壤屬中上透水性土壤，土壤透水系數(shù)A=2.65，土壤透水指數(shù)為0.45，根據(jù)防滲渠道長度及單位損失水量計算節(jié)水量。

3.4.1 未襯砌自由滲流情況下的渠道滲水損失

采用《農(nóng)田水利學》中計算公式:

式中:S為每公里輸水損失，m3/s/km;K為土壤滲透系數(shù)，m/d;B為渠底寬度，m;R1為考慮渠坡側向毛管滲吸的改正系數(shù)，取1.1;則S=0.03 m3/skm。

3.4.2 未襯砌渠道頂托滲流下輸水損失

式中:SD為頂托滲流下輸水損失，m3/s/km;Y為效正系數(shù)，按表查取為0.7;S為未襯砌渠道自由滲流情況下輸水損失，Sf=r SD;則SD=0.021m3/s/km

3.4.3 襯砌下渠道頂托滲流輸水損失

式中:Sf為襯砌后頂托滲流下輸水損失，m3/s/km;r為減少系數(shù)，土工膜防滲查為0.04;SD為頂托滲流情況下輸水損失，m3/s/km;則:SD=0.001 m3/s/km。

3.4.4 節(jié)水量計算:

水田灌溉時間按110 d計，則該渠道年節(jié)水量為:

式中:V干為干渠年節(jié)水量，萬m3;SD為頂托滲流下輸水損失，m3/s/km;Sf為襯砌后頂托滲流下輸水損失，m3/s/km;L為防滲襯砌長度，km;T為水田灌溉時間，d;則V干=52萬m3。

4 結語

二龍山水庫承擔二龍山灌區(qū)灌溉及賓州鎮(zhèn)城鎮(zhèn)居民供水的任務，隨著城鎮(zhèn)人口的不斷增長及水田面積的不斷增加，水量不足的問題日驅(qū)嚴重，因此節(jié)水改造工程更顯重要。通過節(jié)水改造渠道護砌后可節(jié)約水量52萬m3，水田毛灌溉定額降到6 825 m3/hm2，節(jié)約的水量可調(diào)整種植結構，新增水田76.7 hm2，增加效益35萬元，因此對灌區(qū)渠道進行節(jié)水改造工程建設可以獲得較高的經(jīng)濟效益。

［1］袁安麗，孫景路，等.襯砌與無襯渠道溫度場、觀測對比分析［J］. 黑龍江水利科技，2008，36(1):16 －17.