淺談渠道防滲技術在石頭河水庫灌區的應用

張淑媛

(陜西省石頭河水庫管理局，陜西 楊凌 712100)

淺談渠道防滲技術在石頭河水庫灌區的應用

張淑媛

(陜西省石頭河水庫管理局，陜西 楊凌 712100)

渠道防滲是我國目前應用最廣泛的節水工程技術。從石頭河水庫灌區渠道改造的實際入手，從工程技術措施、設計參數的確定、渠道的斷面形式、防滲材料及斷面形式等方面作了探討，總結渠道防滲技術在灌區的應用，分析渠道防滲改造取得的成效。

渠道;防滲技術;應用

灌溉渠道在輸水過程中只有—部分水量通過各級渠道輸送到田間為作物利用，而另一部分水量卻從渠底、渠坡的土壤孔隙中滲漏到沿渠的土壤中，不能進入農田為作物利用，這就是渠道滲漏損失。有關資料表明，沒有襯砌的上渠，其滲漏損失約占總引水量的30% ～50%，有的高達60%，這就是說，如果渠道不襯砌，灌溉用水的50%以上，將在渠道輸水途中被滲漏掉。渠道防滲工程技術就是為減少渠床土壤透水性或建立不易透水的防護層而采取的各種工程技術措施。渠道防滲適用于所有的灌溉土渠，是我國目前應用得最廣泛的節水灌溉工程技術措施。用作渠道防滲的技術措施種類較多，選擇的基本要求是:防滲效果好，減少滲漏值一般應達50% ～80%;因地制宜，就地取材，施工簡便，造價較低廉;壽命長，具有足夠的強度和耐久性;能提高渠道的輸水能力和抗沖能力，減少渠道的斷面尺寸;便于管理養護，維修費用低。石頭河灌區結合實際情況，采用適合灌區的防滲措施，取得了較好的效果。

1 常用的渠道防滲工程技術措施

1.1 減少渠床土壤透水性的防滲措施

1.1.1 壓實法

用人工或機械夯實渠底及邊坡，破壞土壤原有結構，使土壤密實，減少其透水性。最適用于粘聚性土壤(黑土、壤土、黃土等)，對砂性壤土效果較小。

1.1.2 人工淤填法

使水中所含的粘?；蚣氂倌嘟杷飨聺B，進入并堵塞原有土壤空隙，減少透水性，適用于透水性較大的砂質土壤。

1.2 建立不透水防護層的防滲措施

1.2.1 粘土護面

厚度一般采用10～15 cm，在潮濕狀態下進行壓實，然后再在其表面蓋以砂土和礫石保護層，以防干裂。適用于透水性大的砂質和含有石膏質的土壤，但不耐沖刷，表面易生雜草。

1.2.2 灰土護面

以1:5的灰土筑成護面，耐沖刷，適用于流速較大的渠道，但表面易受水侵蝕，會逐層被剝落。

1.2.3 卵石護面

卵石除可減少滲漏面積外，經過洪水落淤，砌石層下面和卵石間的縫隙為泥沙所充填，小孔隙亦被細粒粘土所淤填，再由于水中礦質鹽類的硬化和凝結作用，形成一層穩固堅硬的防滲層，防滲、防沖效果均好。卵石護面適用于礫石層渠床、土質渠床和陡坡建筑物的渠床。

1.2.4 漿砌塊石護面

防滲效果好、抗沖耐磨、堅固持久、施工簡便、群眾易掌握、可就地取材、造價較低，是我國目前普遍采用的防滲形式，適宜在山丘石料豐富的地區應用。

1.2.5 草皮護面

可以選用滋生力強、根株密結的草類作防滲護面材料。鋪砌草皮后，由于草的成活，根部互相糾結，草皮間的縫隙經水中細粒泥土淤填，草皮結成一體，可以減少滲漏，防止沖刷，適用于流速不大干1 m3/s的渠道。

1.2.6 混凝土護面

堅固耐久、防滲效果好，占地少又可減少清除雜草淤泥的工程量。但易受溫度變化的影響而發生裂縫，并易受鹽類的侵蝕破壞?；炷磷o面由于造價高，故僅適用于高流速、滲透性強的渠床。

1.2.7 土工合成材料護面

包括土工織物、土工膜、土工珊、土工網、塑料薄膜、防水復合柔氈等。這種材料抗拉強度高、整體連續性及彈性塑性好、重量輕、質地柔軟、耐腐蝕、防凍脹、搬運和施工等均方便，而且其產品能批量的工廠化生產。但該產品一般易老化、變硬、變脆，易被雜草穿透破損，因此用作護面時，必須在其上設置保護層。

2 石頭河灌區情況

石頭河水庫灌區是在原梅惠渠灌區的基礎上發展起來的，灌區屬秦嶺北麓寒冷地區。灌區干渠東干渠為砼襯砌，原設計為8 cm厚100#砼，建設標準低?；炷疗掳逡蛸|量差而產生斷裂酥散，渠底及陰坡凍脹破壞問題較嚴重，局部段已影響到干渠運行穩定，需改造重建;西干渠、北干渠為漿砌石襯砌，經過長期運行，砌石脫落、滑塌，嚴重影響行水安全。灌區支渠屬“順地跑”渠道，砼襯砌質量差，工程建設標準低，砌石渠道年久失修;支渠比降陡導致流速較高，渠道沖刷嚴重，斗口引水困難;斗分渠沒有配套，田間工程設施差。以上問題的存在導致灌區面積逐年萎縮，灌溉效益不斷衰減，直接影響灌區經濟的可持續發展。近年來，利用世行貸款、續建配套、農業綜合開發等項目，通過對灌區內3條干渠、11條支渠進行防滲襯砌改造，工程設施的運行安全得到了保證，水的利用率得到提高，擴大、恢復了灌溉面積，促進了當地經濟的可持續發展，取得了較好的經濟和社會效益。

3 防滲技術的應用

3.1 防滲材料及斷面形式

按照維持灌區原渠道平面位置、灌溉面積、設計流量等工程規?；静蛔?、充分利用原有設施的設計原則，充分考慮水泥、砂石料來源豐富的資源優勢，實施改造的渠道襯砌形式以砼現澆和砼板膜復合結構為主，漿砌塊石為輔;斷面形式以U形和弧底梯形為主，梯形、矩形為次;在東干渠灌區考慮灌區的地形差優勢，大力推進管道灌，建設節水型灌區。

3.1.1 防滲材料

1)現澆混凝土防滲

混凝土因其防滲效果好，糙率小、允許流速大、縮小渠道斷面、減少土方工程量和占地面積，強度高、耐久性好，便于管理和適應性廣泛等優點，加之灌區內砂石料和水泥資源豐富，因而是灌區目前主要采用的渠道防滲技術措施，主要用于東干渠和部分支渠。

2)膜料防滲

膜料防滲具有較好的防滲效果及施工方便、工期短、造價低等優點，在渠道改造中以現澆混凝土為保護層，形成板膜復合結構得到初步應用，用于干渠襯砌。

3)漿砌塊石襯砌

由于本灌區渠道流速大、易沖刷，且石料資源豐富，因而漿砌石襯砌也得到廣泛應用，用于西干渠、北干渠及部分支渠襯砌改造。另外，在陡坡、生產橋和閘門等建筑物中也得到廣泛應用。

3.1.2 防滲斷面結構形式

灌區渠道原斷面形式多為梯形或矩形，斷面大，砼襯砌板易在坡腳處折斷，水流條件差，小流量運行時斗口引水困難。針對以上問題，結合工程具體條件，石頭河灌區渠道防滲襯砌斷面形式主要采用四種，第一種為弧腳梯形斷面，，應用于流量8.0～10.0 m3/s的東干渠;第二種為弧底梯形及梯形斷面，應用于流量2.0～6.0 m3/s的東干二支、東干七支渠、西干渠北干渠等;第三種為U形斷面，流量小于2.0 m3/s的小型渠道一般采用該斷面;第四種斷面為漿砌石矩形斷面，用于暗涵及過村段落。這些斷面水力條件好、邊坡的穩定性較高，對地基適應性強、尤其是能減輕土基凍脹破壞等特點，有效提高了渠道的防滲抗凍性能。

3.2 先進施工方法的應用

3.2.1 U形渠道襯砌機的應用

U形渠道由于其防滲效果好、近似于水力最優斷面、水流條件好、斷面尺寸小、抗凍脹性能較高、投資少等特點，是小型渠道較理想的防滲斷面形式。U形襯砌機在灌區渠道改造中得到應用，東干八支渠為 D80渠道，灌區斗分渠有 D30、D40、D60、D80等多種斷面，在施工中均采用了牽引式 U型襯砌機。具體施工中，以開挖好的 U形土槽為基準面，利用襯砌機可做到混凝土澆筑成型、振搗密實、切縫和渠道壓邊等工序連續一次完成，不但提高了襯砌速度，而且襯砌質量高、防滲效果好，為灌區推進渠道襯砌機械化提供了寶貴的經驗。

3.2.2 砼襯砌滑動模具的應用

在東干渠、西干渠、西干支渠等改造工程中，運用滑動模具施工，使灌區渠道砼襯砌施工邁入了機械化。滑模由骨架、行走機構、面板、輔助平臺四部分組成，整體用鋼結構制作。施工工藝為:土模成型并保證高程正確和平整度符合要求后，利用經緯儀、水準儀精確控制，對軌道進行鋪設校正;將模具拼接安裝在軌道上，校正斷面開口尺寸和對角線尺寸;將砼用人力車運輸到模具上，沿坡面入倉，用振動棒在弧底和兩直坡段進行振搗;移動模具重新澆筑;對澆筑成型的砼進行原漿收面壓光。滑模施工與以往的翻板式模具施工相比較，砼襯砌厚度均勻，保證了砼襯砌質量;大大提高了襯砌速度，工程進度提高;模具容易制作、投資少、成本低。

3.3 新材料應用——土工膜料

土工膜料用于東干渠渠道防滲。土工膜是一種薄型、連續、柔軟的防滲材料，具有以下優點:(1)防滲性能好。(2)適應變形的能力強。(3)質量輕，用量少，運輸量少。(4)耐腐蝕性能強。(5)施工方便，工期短，造價低，使用年限長。土工膜料的厚度、材質及種類，應根據工程規模、當地氣候及地質條件確定。石頭河灌區屬北方寒冷地區，選用聚乙烯膜(PE膜)。根據渠道斷面結構形式的不同，膜料防滲體的鋪設范圍分為全鋪式、半鋪式和底鋪式三種。全鋪式在兩側渠坡和渠底全鋪，防滲效果最好，但投資多，適合防滲要求高，投資允許渠道采用。渠底全鋪、兩側渠坡部分鋪為半鋪式，只鋪渠底為底鋪式，據我國有關研究資料表明，全鋪式每晝夜平均滲漏率為0.23% ～0.67%，可減少防滲前滲漏損失的99.15% ～99.71%;當半鋪式鋪膜高度為 0.5倍水深時，每晝夜平均滲漏率為6.58% ～9.64%，可減少防滲前滲漏損失的87%～91.7%。由此說明，半鋪式為全鋪式防滲效果的87.7% ～90%，稍低一些，但可以節約很多投資。東干渠設計為全鋪式。土工膜料鋪設完畢后，上面做砼襯砌保護，與砼襯砌共同發揮防滲作用。2007年對東干渠2.6 km高邊坡渠道采用土工膜料與砼襯砌相結合的方案進行改造，徹底解決了過去的滲漏問題。

3.4 預應力混凝土管道輸水

東干灌區地形坡度較大，采用地埋預應力混凝土管輸水，第一，可以有效解決渠道比降較陡造成的沖刷破壞，同時挖填方的工程量比明渠較少。第二，在斗渠進水方面，由于管道屬于低壓輸水，管道中的壓力可以使管中的水順利輸入斗渠之中，有效的解決斗渠進水困難的問題。第三，管道輸水損失很小，節約了大量的水資源，符合節水改造發展的要求。第四，工程完工后，將對管道進行覆土，這樣也可以當做基本農田來耕種，節省土地資源。另外，管道輸水不中斷交通，不影響周圍群眾的生產和生活。

管道采用預應力鋼筋砼管(PCP)。預應力鋼筋混凝土管有良好的抗震性，對管道基礎的適應性較強;內壁光滑，水力特性好;同時具有價格低，施工方便的優點。工程中在特殊部位(如鎮墩、減壓池前后等)使用鋼管。鋼管及配件內外防腐均采用環氧煤瀝青防腐。輸水管道附屬構筑物主要有減壓井、蝶閥井、斗渠放水口、放水管出水池、輸水管出水口等。

4 渠道防滲改造成效顯著

4.1 渠道輸水能力得到提高

近年來，灌區世行項目、節水續建項目、農發項目共改造干支渠道14條、改造長度126 km，改造建筑物364座。通過改造，灌區工程設施的完好率得到提高，干支渠輸水能力得到提高。

4.2 灌溉水滲漏損失大為減少，節水效益明顯

從實際運行情況統計，改造渠段渠道水利用系數提高26%～38%左右，年減少滲漏損失700萬 m3，增加引水量715萬 m3，恢復改善灌溉面積 12.8萬畝;年增加糧食產量1 010萬 kg。

4.3 干支渠系建筑物改造，使渠道的行水安全有了保證，縮短了灌溉周期，減輕了農民負擔

通過對建筑物的改造，改善了渠系水流狀態，保證了行水安全，減少了搶修資金。

同時，灌區灌溉周期平均比原來減少5 d，節約了時間;灌區畝次水費從原來的 20元減少到12～15.5元，減少了4.5～8元左右，農民的用水積極性大大提高。

4.4 將水費核定到合理標準，提高了水費收繳率及灌區的灌溉效益

項目實施前，灌區水費執行標準為 0.09元/m3，水費收繳率為86.4%;項目實施后，基礎設施得到較大的改善，灌溉效率有了很大提高，群眾的灌溉積極性增強，使得水費標準順利提高到0.13元/m3，水費收繳率也增長到98%。

4.5 促進了當地農業結構的調整

渠道改造項目實施后，灌溉用水有了保證，農民種植經濟作物的積極性得到調動，促進了農業種植結構的調整，灌區的糧經比例由原來的8:2調整到6.5:3.5，2008年地方政府為了加快農村的經濟發展步伐，大力倡導種植獼猴桃，促進農村經濟收入的提高，優質高效、觀光農業、高科技農業正在灌區逐步發展。

5 結語

綜上所述，渠道防滲不僅能節約灌溉用水，防止渠道的沖淤和坍塌，加快流速，提高輸水能力，減小渠道斷面和建筑物尺寸，而且節省占地，減少工程費用和維修管理費用等。渠道防滲改造技術方案的合理選用，直接影響到防滲效果和工程效益的發揮。石頭河水庫灌區渠道防滲改造結合實際情況，合理選定方案，充分利用了原有的渠道和地方材料資源優勢，取得了較好的社會與經濟效益，為灌區的可持續發展奠定了堅實的基礎。

［1］李安國，建工，曲強.渠道防滲工程技術.北京:中國水利水電出版社.1998.

［2］SL/T231—98，聚乙烯(PE)土工膜防滲工程技術規范.北京:中國水利水電出版社.1999.

S274.2

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1004－1184(2012)05－0193－03

2012－06－05

張淑媛(1969－)，女，陜西寶雞人，工程師，主要從事水利工程管理工作。