灌區渠道防滲的節水技術

李本厚 孔令太 論攀

摘要：隨著水資源的短缺， 提高農用水效率已迫在眉睫 ，而渠道防滲是當前灌區節水改造的重要內容之一 ，也是節水灌溉的重要途徑。介紹了渠道防滲的各種措施及其優缺點，并從渠道規劃設計、采用的襯砌材料不同及輸水斷面形式的不同三個方面加以闡述，重點提到了北方渠道的防凍漲破壞的要求，結合東北地區自然條件和社會經濟條件提出了幾種既適用又極易推廣的渠道防滲措施。

關鍵詞：渠道;防滲;措施;凍脹

現狀分析

目前我國的農田灌溉面積已經增加到5000×104hm2， 居于世界首位。水利灌溉對于促進我國糧食增長及整個農業的快速持續發展起到了關鍵性作用。每年由灌溉渠道損失的水量為我國總用水量的1/3，為農用水量的45%，灌溉用水浪費相當驚人[2] 。采用渠道防滲技術后， 可以減少滲漏損失的70%～90%， 極大地提高了灌溉渠系水利用系數， 緩解農業用水供需矛盾，節約的水可擴大灌溉面積 ，進一步促進農業生產的發展。同時可以減少渠道占地3%～5%， 防止渠道沖刷、淤積及坍塌，節約運行管理費用，有利于灌區的管理。可以降低地下水位， 防止土壤鹽堿化及沼澤化，有利于生態環境和農業現代化建設。渠道防滲是節約用水、實現節水型農業的重要內容， 如果按我國渠系水利用系數提高0.1計算， 則每年可節約用水量344.5×108m3，[3] ， 由此可見，渠道防滲的節水效益十分顯著。

1灌區防滲渠道的總體規劃

在何種級別的渠道上采用何種防滲措施， 直接關系到防滲節水的效果和投資的效益。事實上，配套比較好的灌區，其干支斗農各級渠道的長度，大致構成一種寶塔形結構 ，有個變化不大的比例， 即各級渠道長與相鄰上級渠道的比為1∶2∶3∶4～1∶3∶5∶7。當灌區渠系長度在上述范圍內，根據全國大型灌區續建與節水改造規劃的資料，干、支、斗、農渠道輸水損失（不含管理損失）的比重百分數大致為35～50、25～35、15～25、5～15;干支渠的輸水損失占大部分[3] 。當渠道配套很差 ，長度結構出現較大差異時， 下級渠道的實際損失明顯增加 ; 且管理損失可增至15%～20%。所以渠道防滲一般應該優先考慮干支渠 ; 下級渠道要首先做好配套， 加強管理減少管理損失;在滲漏損失大的情況下， 也要采取防滲措施。

2采用常見防滲材料的特點

渠道防滲， 不能僅僅視為增加防滲層要注意襯砌材料的特性， 綜合發揮襯砌材料的功能避免不必要的損失和失誤。事實上渠道改造常常需要綜合利用襯砌材料的功能實現防滲。按照渠道選用的材料可分為土料防滲渠道、水泥土防滲渠道、砌石防滲渠道、混凝土防滲渠道、瀝青混凝土防滲渠道和膜料防滲渠道，而它們又有各自的優缺點。

2.1?? 土料防滲渠道

土料防滲渠道土料防滲一般是指粘性土、粘沙混合土、灰土、三合土和四合土等為材料的防滲措施，它是我國沿用已久的、實踐經驗豐富的防滲措施。土料防滲有如下的優點（：1）能就地取材 ，材料豐富（;2）可以充分利用現在的碾壓機械設備（;3）技術比較簡單（;4）造價低廉 ，投資少。但土料防滲也有一些缺點（：1）允許流速較低 （土壤流速僅為0.7m/s 左右）（;2）土料的防滲層的抗凍性能差。因此不適于流速較高或氣候寒冷的地區。

2.2?? 水泥土防滲渠道

水泥土為土料、水泥和水拌和而成的材料。因其主要靠水泥與土料的膠結與硬化 ， 故水泥土硬化后的強度類似于混凝土。水泥土防滲渠道的優點如下（：1）材料豐富：水泥土中的土料占80%-90%，而土料的來源異常豐富 ，可以就地取材可以進行水泥土防滲渠道的建設（;2）防滲效果較好，水泥土防滲渠道較土料防滲渠道的效果好，一般可減少滲漏量80%～90%（;3）技術比較簡單（;4）投資少造價低（;5）可以利用現有的拌和機、碾壓機等施工設備施工 ， 能充分發揮現有設備的作用。然而，水泥有早期強度低， 抗凍性差的缺點， 阻礙了它的大面推廣。

2.3?? 混凝土防滲渠道

用混凝土襯砌渠道， 減小或防止滲漏損失是目前廣泛采用的一種渠道防滲技術措施其優點是： ①防滲效果好 ， 一般能減少滲漏損失90%～95%以上 ;②耐久性好。在正常情況下，混凝土防滲渠道可運行50a 以上;③糙率小 ，可以減少沿程水頭損失;④允許流速大， 一般為3m/s ～5m/s ;⑤強度高 ，易管理。混凝土防滲的缺點是：適應變形的能力差;在缺乏砂石料的地區造價較高。

3防滲渠道斷面形式的選擇

防滲渠道常用的斷面形式有矩形、梯形、弧形底梯形、弧形坡腳梯形、U 形和復合形。渠道斷面形式的選擇要綜合考慮以下幾個因素 ：水力條件好，抗凍膨脹性能好，輸沙能力強， 且投資小， 施工方便。我國在小型渠道上已經推廣和采用 U 形斷面 ，在大、中型渠道上也逐漸采用弧形坡腳梯形斷面和弧形底梯形斷面。

3.1?? 梯形斷面防滲渠道

早期的渠道大多為梯形斷面 ， 此種渠道的特點是 ：施工簡單 ， 便于渠道襯砌 ， 但不符合最佳水力斷面， 水流條件不好， 抗凍性能差， 襯砌的工程量也較大。

3.2?? 弧形坡腳梯形斷面防滲渠道

此種斷面形式是梯形斷面的改進形式， 它較梯形斷面水流分布均勻， 近似最佳水力斷面;由于渠底有一定的反拱作用， 故可以減輕凍害，較少裂縫和錯臺現象， 造價較低。

3.3?? U 形斷面防滲渠道

U 形渠目前采用底部為半圓形或弧形， 上部有一定傾角的直線段的斷面形式， 今年來又改進為拋物線斷面， 此種斷面比弧形坡腳梯形斷面更接近于最優水力斷面。比梯形渠道濕周短、流速快、裂縫少 ，因而輸水損失小 ，U 形混凝土渠道較梯形渠每公里輸水損失小3.7%， 較土渠可以減少滲漏損失97%。小型U 形混凝土渠道的渠道水利用系數可達0.97～0.98。水流條件好 ， 流速快， 渠道輸水輸沙能力強， 不易產生淤積現象。下部混凝土為反拱， 整體性好， 抗外力和抗凍脹性能好，渠道占地少， 投資小 ，一般占地面積僅為梯形渠道的1/2～1/4， 比梯形渠道省料25%～30%。

4?????? 發展與展望

新型復合土工合成材料 GCL（Compacted Clay Liner）是在壓實性粘土襯砌基礎上發展起來的。 GCL 的結構組成是兩層土工合成材料之間加封膨潤土， 通過針刺、縫合或粘合而成 ，也有的 GCL 產品只有一層土工膜 ， 其上有用粘合劑粘合一層薄薄的膨潤土。GCL 抗干濕循環和抗凍融循環能力強，雖然 GCL 受熱后會出現干縮現象， 但復水后出現的裂縫會自動愈合， 且滲透系數不變[4] 。

用納米技術改造混凝土、鋼筋混凝土和土工膜的性能的研究已經開始， 并初見成效。納米改造復合土工膜的厚度約為普通聚乙烯土工膜的3/4～2/3，可大幅度降低工程造價， 其強度和抗穿刺性能明顯提高 ，擴大了土工膜的應用范圍。

渠道防滲工程牽涉的因素很多，必須在設計、施工、管理各方面下功夫， 同時要不斷創新 ，在新方法、新工藝、新材料上作文章 ， 才能從根本上解決渠道工程的防滲問題。

參考文獻：

[1] 高峰， 許建中.我國農業水資源狀況與水價理論分析[ J] .灌溉排水學報，2003， （12）：27-29.

[2] 錢正英， 張光斗. 中國可持續發展水資源戰略研究綜合報告及各專題報告[ M] .北京：中國水利水電出版社，2001.104-151.