灌區渠道節能節水技術措施研究

李藝

由于受當時建設技術水平和綜合投資資金等因素的制約,我國灌區渠道輸水效率普遍較低,水資源浪費十分嚴重。在輸水過程中只有很小部分水資源通過各級渠道輸送到田間地里供農作物灌溉所用,絕大部分水資源通過渠底、渠坡上的孔隙直接滲漏到沿渠的土壤中,不僅造成大量的水資源浪費,同時還會破壞農作物的生長環境,造成漬澇等不利現象發生,降低農作物產量。從灌區渠道大量運營數據表明,沒有采取防滲襯砌的土渠,其輸水過程中水資源滲漏損失量大約占整個渠系總引水量的30%～50%,有的甚至高達60%以上,也就是說,不采取襯砌防滲的土渠道,其灌溉用水大約有50%以上的水資源在輸水過程中通過滲漏浪費掉。為了降低灌區渠道渠床土壤透水性,通過建立不易透水的防滲防護層,有效提高渠道渠系水利用效率,就是灌區渠道節水工程研究的重要內容。渠道防滲是我國灌區發展節水農業、設施農業重要的保障措施之一,非常適用于我國灌區土渠的節水加固修復技術升級改造。選擇合適的節水防滲措施對渠道進行節水防滲加固修復改造,可以取得非常良好的防滲效果,其節水效果可以達到50%～80%。因此,對灌區渠道節水加固修復改造工程中常用的節能節水技術措施進行認真分析研究,就顯得非常有工程實際應用價值[1]。

1 灌區渠道節能節水防滲加固修復改造總體規劃

根據灌區渠道實際情況,采取合適的防滲節能節水加固修復技術措施,可以取得良好的防滲節水效果和投資經濟效益。從大量研究和實際應用表明,設施配套規劃比較好的灌區渠道,其干支斗農各級渠道間的長度規劃方面,大致成一種寶塔形結構,也就是說渠道中各級渠道與相鄰上級渠道間的長度比基本應滿足1∶2∶3∶4～1∶3∶5∶7范圍內,其防滲節水總體規劃效益較為優越。當灌區渠系防滲總體規劃長度在上述高效范圍內時,按照全國大中型灌區續建與節水改造規劃技術要求,干、支、斗、農渠道的輸水損失各自所占百分比應大致滿足:35%～50%:25%～35%:15%～25%、5%～15%這個高效范圍,也就是說干支渠的輸水損失所占比例最大,其次為支渠、斗渠、和農渠。因此,在灌區渠道防滲節水加固技術改造總體規劃過程中,要優先考慮干渠和支渠的防滲節能節水加固修復,同時下級渠道要做好相應配套工程,加強日常維護管理減少管理損失。對于下級渠道滲漏損失量較大的情況下,也要在干支渠采取防滲節水加固修復后,采取完善的防滲措施。

2 渠道防滲節能節水加固修復改造技術措施

工程中常用的灌區渠道防滲節水節能加固修復技術措施,主要包括:土料防滲、水泥土防滲、砌石防滲、膜料防滲、以及混凝土防滲等多種形式。

2.1 土料防滲

土料防滲是早期渠道防滲節水的主要措施,其是按渠道防滲不同功能需求,將黏土與砂、灰土等按照不同配合比進行混合而形成的渠道防滲節水材料。土料防滲襯砌層厚度通常在20～40cm左右,對于中液限黏質土渠坡其防滲襯砌厚度可比渠底稍厚,但其總體厚度應比高液限黏質土稍大。土料防滲雖然具有原材料易于獲取、投資成本較低、減少防滲量(通常可以達到60%～90%節水效果)等優點,但由于該種防滲渠道其允許流速較低,加上土料防滲層其自身抗凍脹性能較差,容易失去防滲性能,容易受凍融等不利氣象循環影響。因此,土料防滲比較適用于我國氣候較溫暖氣溫變化較小的南方無凍害地區[2]。

2.2 砌石防滲

灌區渠道砌石防滲措施,主要包括干砌石襯砌和漿砌石襯砌兩大類,其中干砌石襯砌是指利用無漿大塊石作為砌體。砌石防滲施工時,對于原材料選擇較為嚴重,應選擇厚薄相近的卵石,并按照先渠底再渠坡的施工敷設順序,且要注意錯開茬口,將整個砌體擠緊砌實,以提高防滲效果。渠道砌石防滲襯砌層的厚度通常應控制在20～30cm左右,并采用水泥、石灰、燒黏土等混合砂漿作為砌石間的膠結材料。砌石防滲較土料防滲具有較強穩定性、抗凍脹性等,且防滲效果較好。但由于砌石防滲不易采用機械化施工,故施工效率較低、施工質量控制難度較大。同時,在勞動力價格增加的市場環境下,砌石原材料的開采造價往往要比性能更加優越的混凝土高。因此,砌石防滲措施只有在石料原材料較為豐富的地區,并通過嚴格的技術經濟方案論證后方可采用。

2.3 膜料防滲

膜料防滲是采用不透水的土工織物等復合防滲材料,采用埋鋪方式進行渠道節能節水防滲加固。防滲膜料主要包括土工膜和復合土工膜等防滲材料。在防滲材料選擇時,應充分考慮施工地區是否處于寒冷或嚴寒地區、灌區渠道規模、流速、地基等技術指標。根據不同渠道,其防滲層鋪膜厚度從0.2 ～0.6mm不等。膜料防滲不僅具有變形能力強、施工便捷、工期短等特點,同時還具有強耐腐蝕性、投資造價較低等優點,因此,在工程中得到廣泛推廣使用。但由于膜料在運行過程中,不可避免會發生老化失效等問題,也就是說膜料耐久性一直是制約其在渠道防滲工程中發展的重要因素。

2.4 混凝土、瀝青混凝土防滲

對于灌區渠道節能節水防滲加固修復工程中,對于在大中型渠道防滲工程其凝土的配合比應嚴格按照DL/T5150-2001《水工混凝土試驗規程》進行詳細的試驗確定,并嚴格控制防滲混凝土的強度、抗滲抗凍、抗變形、以及混凝土水膠比等技術指標,以確保渠道防滲混凝土具有較高性能水平。對于小型渠道防滲混凝土的配合比,除了可以按照DL/T5150規范進行配合比設計外,也可以參照當地類似工程的設計經驗進行合理設計。混凝土、瀝青混凝土防滲方式,對于大小渠道、不同工程地質環境條件均使用。

3 渠道防滲節能節水加固修復效益分析

3.1 節省了水資源

灌區渠道采取防滲節能節水加固修復后,其渠道節水效果十分顯著,尤其是采用混凝土現澆和復合式防滲方式,渠道節水效果和加固修復性能更為明顯。據大量研究表明,渠道采取防滲節水加固修復改造后,其斗、農兩級渠道的灌區渠系水利用系數可以從常規土渠的0.45～0.65提高到0.90以上。

3.2 可節省渠道運行維護管理費用

防滲渠道減少了輸水過程中水資源的滲漏浪費,可以有效降低農田灌溉定額,提高渠道水利用效率,從而提高了灌區農田的灌溉保證率和灌溉質量。渠道經防滲節水加固修復改造后,沿渠雜草生長速度減慢、流速加快降低渠道淤積程度,節省了灌區渠道日常維護維修管理費用。另外,沿渠范圍內雜草得到有效控制,減少草籽向渠道兩側農田中的傳播量,以及減少了渠道周圍漬澇災害,為農作物營造了良好生長環境,促進了農作物增產。

4 結語

結合灌區渠道實際情況,采取合適的防滲節能節水加固修復技術措施,不僅可以有效改造灌區灌溉條件和渠系水利用效率,同時還可以有效提高服務于農業生產的灌區渠道綜合效能,推動灌區農業可持續高效經濟生產發展。

參考文獻

[1] 張展羽,吳玉柏.渠系改造[M].北京:中國水利水電出版社,2004:1～23.

[2] SL207-98.節水灌溉技術規范[S].北京:中國標準出版社,2004.