防滲渠道施工工藝在農(nóng)田水利工程中的應(yīng)用

摘要：在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，農(nóng)田水利工程作為提高灌溉效率、改善土壤水分條件、保障糧食安全的關(guān)鍵基礎(chǔ)設(shè)施長期受到廣泛關(guān)注，然而，傳統(tǒng)灌溉渠道由于滲漏嚴(yán)重導(dǎo)致水資源利用效率低下，水損失率較高，尤其是在干旱半干旱地區(qū)水資源短缺問題突出。如何有效降低渠道滲漏、提高水資源利用率成為農(nóng)田水利工程建設(shè)的重要研究方向?；诖?，本文探究防滲渠道施工工藝在農(nóng)田水利工程中的重要性，分析防滲渠道施工工藝在農(nóng)田水利工程中面臨的挑戰(zhàn)，并對此提出相應(yīng)策略，以期為防滲渠道施工工藝在農(nóng)田水利工程中的應(yīng)用提供理論支持。

關(guān)鍵詞：防滲渠道；農(nóng)田水利工程；施工工藝

近年來，隨著防滲材料更新與施工技術(shù)的發(fā)展，防滲渠道設(shè)計與施工逐步向高效、環(huán)保、經(jīng)濟的方向發(fā)展，混凝土襯砌、塑模襯砌、瀝青混凝土襯砌等工藝在適應(yīng)性、耐久性、施工成本等方面各具優(yōu)勢，合理選擇防滲材料與施工工藝可有效提高農(nóng)田灌溉水利用系數(shù)，減少水資源浪費，同時，降低渠系維護成本，延長使用壽命并促進農(nóng)田水利工程可持續(xù)發(fā)展。因此，本文以防滲渠道施工工藝在農(nóng)田水利工程中的應(yīng)用為研究方向，為相關(guān)領(lǐng)域發(fā)展提供有益借鑒。

1 防滲渠道施工工藝在農(nóng)田水利工程中的重要性

防滲渠道施工工藝是指采用特定的工程技術(shù)、材料來減少農(nóng)田水利灌溉渠道中的水滲漏從而提高水資源利用效率、優(yōu)化灌溉輸水系統(tǒng)的系統(tǒng)施工方法，該工藝主要根據(jù)渠道的地質(zhì)條件、氣候特點和水質(zhì)情況，選用合適的混凝土襯砌、高密度聚乙烯防滲膜、土工布、防滲涂層等防滲材料，而后對渠道基底進行清理、壓實、找平，根據(jù)地基情況采取加固措施，采用噴涂、澆筑、拼接、焊接等施工工藝，使防滲層緊密結(jié)合渠道基底，并嚴(yán)格控制伸縮縫、接縫處理，在渠道運行過程中則采用巡檢、裂縫修補、清淤疏浚等養(yǎng)護措施來確保防滲層的長期穩(wěn)定，從而有效減少水資源損失并提高農(nóng)田水利工程的輸水效率。

傳統(tǒng)土渠由于滲漏嚴(yán)重導(dǎo)致灌溉水有效利用率低下，大量水資源在輸送過程中損失，尤其在水資源緊缺地區(qū)滲漏問題凸顯，加劇水資源浪費甚至引發(fā)地下水位下降、土壤鹽堿化等生態(tài)問題。防滲渠道施工工藝的應(yīng)用有效降低輸水過程中滲漏損失，提高灌溉水的有效利用率，使農(nóng)業(yè)用水得到合理調(diào)配，并促進農(nóng)田水利設(shè)施現(xiàn)代化發(fā)展；防滲渠道能保持渠系水流穩(wěn)定，提高灌溉均勻度，減少因滲漏造成的水量損失，從而改善農(nóng)田水分條件并保障作物穩(wěn)產(chǎn)增產(chǎn)，該技術(shù)有助于減少渠道維護成本，傳統(tǒng)土渠需要頻繁清淤、修補，而防滲渠道由于材料抗?jié)B性則能夠延長使用壽命并降低長期運維負(fù)擔(dān)[1]。防滲渠道的推廣應(yīng)用能在一定程度上減少農(nóng)業(yè)灌溉對地下水的依賴，以緩解地下水超采問題來助力水資源可持續(xù)利用，該技術(shù)可與現(xiàn)代智能灌溉系統(tǒng)相結(jié)合，提高農(nóng)業(yè)用水精準(zhǔn)調(diào)控能力從而實現(xiàn)節(jié)水型農(nóng)業(yè)發(fā)展。

2 防滲渠道施工工藝在農(nóng)田水利工程中面臨的挑戰(zhàn)

2.1 材料性能受限，影響工程壽命

防滲材料長期暴露在復(fù)雜自然環(huán)境中，材料性能會逐漸下降致使工程效能減弱，混凝土襯砌在長期水流沖刷、凍融循環(huán)作用下容易出現(xiàn)裂縫、剝落，而聚乙烯、聚氯乙烯等塑膜類襯砌材料則容易在長期紫外線照射下老化變脆進而破損滲漏，部分防滲材料在與水體長期接觸后會發(fā)生化學(xué)降解或生物降解，影響防滲效果，使得渠道在運行幾年后滲漏率逐漸上升從而降低了農(nóng)田灌溉有效性[2]。不同區(qū)域的土壤、氣候、地下水條件對防滲材料適應(yīng)性提出了較高要求，而部分防滲材料在極端環(huán)境中容易出現(xiàn)性能下降，在高寒地區(qū)低溫混凝土襯砌層產(chǎn)生凍脹裂縫，而柔性襯砌材料在反復(fù)凍融過程中會因脆性增加而斷裂，鹽堿地區(qū)由于地下水中含有較高濃度的氯化物與硫酸鹽，部分材料會因化學(xué)腐蝕導(dǎo)致結(jié)構(gòu)損壞甚至內(nèi)部鋼筋銹蝕，在高地下水位地區(qū)水流浮力以及側(cè)向壓力會使塑膜襯砌層出現(xiàn)鼓包或撕裂從而影響整體防滲效果。

2.2 工藝復(fù)雜提升，施工質(zhì)量難控

防滲渠道施工前需要對渠道基底進行嚴(yán)格平整與壓實處理，使防滲材料緊密貼合渠道表面形成完整防滲層，由于農(nóng)田水利工程建設(shè)區(qū)域通常土質(zhì)復(fù)雜，存在沙質(zhì)土、黏性土或碎石土等不同地質(zhì)條件，若基層處理不當(dāng)容易造成材料變形、沉降或斷裂，若基底未充分壓實，渠道在運行過程中會因局部不均勻沉降造成混凝土襯砌層開裂，或柔性防滲膜出現(xiàn)褶皺甚至破裂進而影響防滲效果。施工過程中若基層存在大粒徑石塊或尖銳物質(zhì)會將防滲膜刺穿，降低整體防滲能力并影響最終工程質(zhì)量[3]。防滲材料接縫處理是影響整體防滲性能的關(guān)鍵，而不同類型防滲材料拼接過程中存在較大施工難度，混凝土襯砌通常需要設(shè)置伸縮縫，以應(yīng)對溫度變化造成的體積收縮與膨脹，但若伸縮縫未填充合適的密封材料，長期使用過程中會因密封失效而出現(xiàn)滲漏，而對于塑膜類防滲材料，其接縫通常采用熱焊接或膠粘拼接，但焊接過程中若溫度控制不當(dāng)會出現(xiàn)焊縫熔接不均勻從而影響密封效果，而在大風(fēng)、低溫、高濕等惡劣施工環(huán)境下，接縫拼接質(zhì)量難以保證進而增加了后期滲漏風(fēng)險。

2.3 初期投入增加，推廣應(yīng)用受阻

高性能防滲材料生產(chǎn)成本較高會使得整體工程造價上升，因此，混凝土襯砌渠道造價遠高于傳統(tǒng)土渠，而采用HDPE防滲膜或瀝青混凝土的襯砌工程，其成本甚至比普通混凝土襯砌高，對于復(fù)合土工膜、防水砂漿等部分新型防滲材料，由于市場推廣尚處于初期階段材料價格較高，使得工程單位與農(nóng)戶在作出經(jīng)濟決策時面臨較大經(jīng)濟壓力[4]。防滲渠道施工過程中需要使用塑膜焊接機、混凝土攤鋪機等專業(yè)設(shè)備進行鋪設(shè)、焊接、壓實，而設(shè)備購置、維護成本較高，防滲施工對技術(shù)人員專業(yè)技能要求較高，傳統(tǒng)水利施工人員缺乏相應(yīng)培訓(xùn)，施工質(zhì)量難以保證，在偏遠農(nóng)村地區(qū)專業(yè)技術(shù)人員短缺則進一步加劇了這一問題使得防滲技術(shù)應(yīng)用面臨困難。

2.4 后期修復(fù)繁瑣，運行管理受限

防滲渠道在長期運行過程中受溫差變化、地基沉降、渠道水流沖刷等因素影響，襯砌層會出現(xiàn)裂縫、剝落等問題導(dǎo)致局部滲漏，尤其是混凝土襯砌渠道，隨著使用年限的增加，表面因凍融循環(huán)產(chǎn)生裂縫，若不及時修復(fù)裂縫會逐漸擴大最終造成局部襯砌脫落進而影響渠道輸水能力。而柔性防滲膜類材料一旦發(fā)生撕裂，修復(fù)較為復(fù)雜，需使用專門的焊接設(shè)備進行補修，且修補后接縫密封效果難以恢復(fù)到原始狀態(tài)，由于部分渠道施工地勢復(fù)雜，裂縫修復(fù)工作需要專業(yè)技術(shù)支持，增加了運維難度也使得防滲渠道長期維護日益面臨挑戰(zhàn)。盡管防滲渠道能夠減少滲漏，但長期運行過程中容易受到泥沙淤積、雜草生長、藻類繁殖等問題的影響導(dǎo)致輸水能力下降。在部分土壤松散地區(qū)，雨水或灌溉過程中帶來的泥沙容易沉積在渠道底部，形成淤堵影響水流暢通；而在富營養(yǎng)化水體較多地區(qū)，水中藻類繁殖較快易在防滲襯砌表面形成附著層，降低輸水效率；由于部分防滲渠道坡度較緩、流速降低，渠道內(nèi)雜草與漂浮物難以被水流沖走，需要定期進行清理，否則長期積累會影響輸水能力。然而與傳統(tǒng)土渠相比，防滲渠道表面相對光滑，機械化清理難度較大且人工清理成本較高給后期運維帶來額外負(fù)擔(dān)[5]。

3 防滲渠道施工工藝在農(nóng)田水利工程中的應(yīng)用策略

3.1 優(yōu)化材料選型，提高耐久適應(yīng)性能

優(yōu)先選擇具有高抗?jié)B性、耐久性強、抗老化能力突出的材料以減少長期運行中的損壞風(fēng)險。在高寒地區(qū)可采用抗凍融性能優(yōu)異的高強度混凝土，并摻入硅灰或礦物摻合料以提高抗裂性，減少溫差變化帶來的結(jié)構(gòu)破壞；在高溫干旱地區(qū)紫外線輻射較強，應(yīng)選用具有抗紫外線性能的高密度聚乙烯防滲膜，防止材料在長期陽光照射下老化變脆；為增強渠道耐久性，可在混凝土襯砌層中加入聚合物改性劑，提高抗?jié)B能力，減少水分蒸發(fā)損失，同時，可采用自密實混凝土或纖維增強混凝土以提升抗裂性與抗沖刷性能。不同地區(qū)的地理、氣候、水文條件對防滲材料適應(yīng)性提出了不同要求，因此，材料選擇應(yīng)考慮當(dāng)?shù)赝寥李愋?、地下水位、氣溫變化等因素，在地下水位較高地區(qū)，使用剛性防滲材料會因浮力作用局部隆起或開裂，需采用柔性防滲膜并配合排水系統(tǒng)，以減少地下水對防滲層沖擊；在鹽堿地區(qū)地下水中氯化物以及硫酸鹽會加速混凝土腐蝕，應(yīng)選用抗硫酸鹽水泥，并在混凝土表面噴涂防腐涂層以延長使用壽命；在砂質(zhì)土壤或流沙區(qū)域應(yīng)在防滲層下方鋪設(shè)土工布，以增強地基穩(wěn)定性防止渠道滲漏和沉降；對于坡度較陡的山區(qū)渠道可采用網(wǎng)格加固技術(shù)來提高防滲層附著力并防止材料滑移、破損。高分子復(fù)合防滲涂層具有良好的防水性能，可用于修補老化渠道提高其防滲能力；纖維增強混凝土因其抗拉強度高可減少裂縫擴展，特別適用于高流速渠道襯砌；自修復(fù)防滲膜則利用內(nèi)部微膠囊結(jié)構(gòu)在受損時能自動填補裂縫，提高長期密封效果；采用納米防水劑處理混凝土表面，可提高防水性并減少碳化速率、延緩老化進程。推廣此類新型復(fù)合材料能提高渠道整體防滲性能并減少后期維護成本。

3.2 嚴(yán)格施工管理，強化技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)控制

施工前應(yīng)先清除渠道基底雜質(zhì)、樹根、石塊等障礙物確保表面平整無凹凸，對于土質(zhì)較疏松或含水量較高地段，應(yīng)采用機械壓實并使用級配砂石進行基礎(chǔ)加固以減少沉降、裂縫風(fēng)險；而在地下水位較高地區(qū)，基底處理時需設(shè)置排水暗管或滲溝，以降低水位，防止?jié)B水影響防滲層；對于混凝土襯砌渠道，基層處理后應(yīng)采用防滲砂漿找平并進行二次壓實來提高襯砌層結(jié)合力，優(yōu)化基層處理工藝可有效減少渠道后期的沉降、裂縫問題并提高防滲結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。防滲襯砌材料接縫處理是影響渠道整體密封性能的薄弱環(huán)節(jié)，施工中需采用高質(zhì)量接縫密封工藝來減少滲漏風(fēng)險，在混凝土襯砌中可使用膨脹橡膠條或止水帶填充伸縮縫，并配合聚氨酯密封膠提高密封效果，來防止水分滲入造成凍融破壞；對于防滲膜襯砌，應(yīng)采用雙層熱熔焊接工藝，在焊接后進行高壓氣密性檢測使得焊縫無泄漏；溫度變化較大的地區(qū)接縫應(yīng)設(shè)置伸縮縫，并使用彈性防水材料填充來適應(yīng)溫差變化從而減少應(yīng)力集中引起的破損。為了確保防滲渠道施工質(zhì)量可采用現(xiàn)代智能檢測技術(shù)進行實時監(jiān)測?；炷潦┕み^程中使用超聲波探測儀檢測內(nèi)部結(jié)構(gòu)均勻性，避免空洞或裂縫；防滲膜鋪設(shè)時可利用電火花檢測儀，檢查焊縫質(zhì)量并及時修補潛在缺陷；可采用無人機航測與三維激光掃描技術(shù)對渠道的坡度、厚度、表面完整性進行精準(zhǔn)測量來提高施工精度。運用智能化檢測手段及時發(fā)現(xiàn)施工過程中的質(zhì)量問題并進行修正從而使得工程達到設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)。

3.3 統(tǒng)籌成本控制，提升經(jīng)濟可行性水平

在項目實施前可采用區(qū)域集中采購模式，由施工單位與材料供應(yīng)商談判后統(tǒng)一進行大批量采購，降低單位采購成本并建立本地化供應(yīng)體系，優(yōu)先選用就近生產(chǎn)的混凝土、砂石等建筑材料來減少長途運輸帶來的物流成本，在偏遠地區(qū)由于運輸成本較高，可在施工現(xiàn)場設(shè)立臨時材料加工站，建立小型混凝土攪拌站以減少外購成本，對于運輸環(huán)節(jié)可采用優(yōu)化配送路線與模塊化包裝方式提高運輸效率，減少運輸損耗使得材料能及時供應(yīng)從而避免因材料短缺而造成施工延誤。應(yīng)大力推廣機械化施工，運用現(xiàn)代化施工設(shè)備提高作業(yè)效率、降低施工成本。在混凝土襯砌施工中使用自動滑模攤鋪機進行混凝土澆筑，提高襯砌層平整度與密實度，減少人工誤差并提高施工質(zhì)量；防滲膜鋪設(shè)過程中可采用自動焊接機，確保焊縫密封性，減少人工拼接導(dǎo)致接縫開裂問題；引入激光測平儀、無人機測量技術(shù)提高渠道施工精準(zhǔn)度，減少因測量誤差導(dǎo)致返工提高施工效率；機械化施工能縮短工期降低人工成本，還能減少施工材料浪費并提高整體經(jīng)濟效益。

3.4 健全養(yǎng)護機制，完善后期維護管理

防滲渠道在長期運行過程中由于溫度變化、地基沉降、水流沖刷等因素影響會出現(xiàn)裂縫、滲漏、堵塞等問題，建立科學(xué)的定期巡檢機制，保障渠道長期運行，巡檢工作應(yīng)按照季節(jié)變化設(shè)定不同檢查頻率，在冬季與夏季交替時期應(yīng)增加巡檢次數(shù)，以觀察溫差變化對渠道結(jié)構(gòu)的影響，巡檢過程中可采用無人機航測、紅外成像、超聲波探測等現(xiàn)代檢測技術(shù)，對渠道表面及內(nèi)部結(jié)構(gòu)進行檢查，及時發(fā)現(xiàn)細微裂縫與潛在滲漏點，還需對渠道周圍土壤含水量進行監(jiān)測，以判斷是否存在隱蔽性滲漏問題，巡檢結(jié)果應(yīng)形成詳細的數(shù)據(jù)報告并建立檔案管理制度，對歷史數(shù)據(jù)進行對比分析，預(yù)測會出現(xiàn)的工程病害為后續(xù)養(yǎng)護工作提供科學(xué)依據(jù)。防滲渠道一旦出現(xiàn)破損或滲漏問題，若不能及時修復(fù)會導(dǎo)致滲漏加劇、渠道結(jié)構(gòu)進一步惡化，影響農(nóng)田灌溉的正常運行，應(yīng)推廣高效、快捷的修復(fù)技術(shù)，提高渠道可維護性。對于混凝土襯砌渠道的細小裂縫，可采用環(huán)氧樹脂或聚合物砂漿進行灌注修補，防止水分侵蝕導(dǎo)致進一步擴展；對于較大裂縫或局部剝落情況，積極采用噴射混凝土技術(shù)進行加固修復(fù)以恢復(fù)渠道整體結(jié)構(gòu)強度；對于柔性防滲膜類材料，可使用高分子自粘補片或熱熔焊接修復(fù)技術(shù)以確保接縫處密封性。應(yīng)在渠道運行期間預(yù)留防滲膜補片、混凝土預(yù)制板、防水密封膠等應(yīng)急修復(fù)物資，以便在發(fā)現(xiàn)問題時能迅速進行修復(fù)，減少水資源損失與工程損壞擴展。

4 結(jié)論

綜上所述，防滲渠道施工工藝在農(nóng)田水利工程中的應(yīng)用對于提高灌溉水利用率、降低滲漏損失、優(yōu)化農(nóng)業(yè)水資源配置具有重要作用，然而在實踐過程中技術(shù)仍面臨材料壽命受限、施工精度要求高、建設(shè)成本較大以及后期運維管理不足等問題，影響了其大規(guī)模推廣，優(yōu)化材料選型可提升防滲層的耐久性，嚴(yán)格施工管理可確保工程質(zhì)量、提高施工標(biāo)準(zhǔn)化水平，合理成本控制方案能緩解資金壓力、提高技術(shù)推廣經(jīng)濟可行性，完善養(yǎng)護機制則可確保渠道長期穩(wěn)定運行降低后期維護成本。只有在施工全生命周期內(nèi)強化管理，結(jié)合技術(shù)創(chuàng)新以及現(xiàn)代化運維模式，才能充分發(fā)揮防滲渠道在農(nóng)田水利工程中的作用，實現(xiàn)農(nóng)業(yè)水資源高效利用。

參考文獻

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