水利工程渠道的防滲漏結構設計

焦文娟，李 超

(1.水利部新疆水利水電勘測設計研究院，新疆 烏魯木齊 830000；2.克拉瑪依市水務有限責任公司，新疆 克拉瑪依 834000)

伴隨著全球水資源危機的不斷加劇，合理的開發與利用水資源成為學者們研究關注的重點[1]。在解決水資源問題的方法中，除建設必要的蓄水、引水等水利工程外，避免水資源的浪費，水利渠道的防滲漏設計也是其中的重要一環。同時渠道防滲漏設計也是我國當前應用最為普遍的節水措施[2-4]。

渠道進行防滲漏設計后，可有效提高水利工程的效益、提高渠系水利用系數、同時可有效地減少滲漏損失，推動生態環境與農業現代化建設。對此，本文從渠道防滲設計的影響因素與遵循原則出發，對水利工程防漏結構設計中的防滲斷面與防滲結構選擇、滲漏流量計算等方面進行介紹，，可為提供水利渠道防滲設計提供參考。

1 渠道防滲設計的影響因素與遵循原則

1.1 影響因素

1.1.1 氣候與地形

在渠道防滲結構設計中，氣候對防滲材料的選擇以及施工方法的確定騎著重要的作用，同時也是渠道防滲設計需要考慮的最為根本的因素[5]。地形條件在工程上決定這防滲工程的整體造價，例如，壓力管道可使用于各類地形，但造價較高，高壓管道與混凝土管道對地形的適應能力適中，造價也相對適中；埋鋪式膜料保護僅適用于流速較小的平坦地形，但造價相對較低。因此在選擇防滲設計時，應考慮地形因素影響。

1.1.2 基土性質

水利工程渠道防滲設計，基土的滲透性、凍脹敏感性和抗壓強度是設計應考慮的主要性能，其決定這選擇哪種滲透方式。例如，黃土類渠床穩定的地區、采用混凝土、砌石防滲措施。濕陷性黃土渠,采用埋鋪式膜料防滲。

1.1.3 材料與設備

水利工程渠道防滲設計的選材時，材料的選擇原則是因地制宜，料源充足。如工程地點無無砂、石料。但防滲工程需要采用混凝土防滲，,可采用他處預制或人工制砂、石的辦法。在渠道防滲施工過程中，為保證施工質量與工程進度，應根據實際工程需要，合理的選擇工程設備，例如需要采用先澆筑混凝土時，可采用推土機與澆筑機等設備。

1.2 遵循原則

水利工程渠道防滲設計應遵循如下原則

(1)按照水利工程等級，在設計階段，按照相關法律法規進行地質勘察，收集掌握擬建渠道的基本地質、環境、水文等信息，同時下建成渠道相關技術經驗與國內外技術成果進行設計。

(2)，在進行設計過程中，遵守相關規程與規范，把渠道的防滲、防凍以及渠道的綜合利用有效的結合起來，使得設計滿足總體布局要求，同時要堅持和貫徹因地制宜，就地取材等相關原則。

(3)結合水電工程渠道耐久性與防滲性等工程需求，經濟與生態環境以及水資源供應青桔昂，進行合理的經濟性認證，使得防滲設計滿足經濟性要求。

2 水利工程渠道防滲漏設計

2.1 防滲漏渠道斷面與結構形式選擇

如圖1所示，為防滲渠道的斷面形式。通常，明渠的形式通常包含矩形、梯形、復合型、弧形底梯形、弧形坡腳梯形等結構形式，其中弧形底梯形與弧形坡腳梯形也屬于梯形的一種。暗渠在渠道斷面形式上，可選擇為U形斷面、城門洞形暗渠、箱型暗渠、正反拱形暗渠、圓形暗渠等形式。

圖1 防滲漏渠道斷面形式

在防滲渠道斷面的選擇中，梯形斷面施工方便、坡面形式較為穩定，因此在無特殊地質要求的前提下，可應用于各類情況。弧形底梯形、弧形坡腳梯形、弧形、U形等斷面形式的防滲渠道，其特點是冷凍變形能力強、在北方等地區應用較為廣泛。暗渠在形式選擇上，具有占地面積較少、安全性較高、避免冷凍破壞、水質不易受到污染等特點。在水資源較為短缺的地區應用較為廣泛。防滲渠道在斷面形式在選擇的過程中，還應結合防滲結構一并選擇。選擇的方式如表1所示。

表1 防滲結構與斷面形式對應表

2.2 防滲渠道滲透損失流量計算

在進行渠道防滲設計過程中，應以水土平衡與可持續利用為出發點，以提高水里系數為目標。同時結合經濟情況，設計出最優方案。在采用新技術時，要結合現場實際經驗，不以追求高標準為目的。做到防滲渠道經濟合理、經久耐用。防滲渠道的損失流量在設計過程中，結合現場設計情況，按照實際需要進行設計。具體的計算方法如下：

(1)工程實際中，實測資料較為齊全、所需數據資料完整。其滲漏流量損失的計算應按照實際數據，進行準確計算

(2)工程中，若無實測資料，滲透損失流量的計算公式可以為公式(1)或者公式(2)：

q=K·X·L/86.4

(1)

式中：K為滲流量；X為平均濕周；L為渠道長度。

(2)

式中：ε0、ε′、K以及參數K是根據渠道的土地形式、防護面的類型以及地下水的深度等計算得到的參數。

2.3 防滲渠道的斷面尺寸

防滲渠道的斷面尺寸的確定的計算公式如公式(3)所示，其是通過水力學計算得到的。在段面形式的選擇上，其首先應選擇梯形或矩形斷面形式，在經濟性上較為合理。然而額在地下水位較高、或者防凍要求較高時，斷面形式應選擇寬淺的斷面形式。在斷面形式以及斷面尺寸確定后，應對平均流速進行校核，從而保證設計的渠道滿足不沖不淤的要求。

(3)

式中：Q為流量；ω為斷面面積；R為半徑；n為粗糙率。

2.4 防滲渠道的伸縮縫尺寸確定

在防滲渠道的設計過程中，如果選擇的為剛性材料，應按照要求設計相應的伸縮縫，伸縮分的寬度設計應根據地質、環境溫度以及施工等因素，按照表2的方法進行伸縮縫的選擇。

表2 防滲渠道的伸縮縫間距選擇表

3 結語

渠道防滲漏設計也是我國當前應用最為普遍的節水措施，是避免水資源的浪費的重要一環。針對此，本文首先介紹了防滲渠道在設計工程中，其結構形式受到氣候、地形、材料、設備、基土性質等因素影響并行了分析說明。在此基礎上，對水利工程渠道的防滲漏結構設計中的防滲斷面與防滲結構選擇、滲漏流量與防滲渠道的斷面尺寸計算以及剛性材料下的變形縫的尺寸確定進行了全面分析，通過本文分析，可為水利工程渠道的防滲漏結構設計提供參考，具有一定的工程意義。