摘要：隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，農(nóng)業(yè)用水量隨之上升，水利用系數(shù)越來(lái)越的到人們的重視。本文根據(jù)近年來(lái)干支渠渠道防滲技術(shù)的發(fā)展，結(jié)合桃曲坡水庫(kù)實(shí)際工程，對(duì)渠道防滲技術(shù)、防滲效果以及經(jīng)濟(jì)效益進(jìn)行分析，并提出目前渠道防滲技術(shù)難點(diǎn)，以及可實(shí)施的解決方案。
　　關(guān)鍵字：干支渠 防滲技術(shù) 滲透理論 方案
　　Abstract: With the development of national economy, and the increase of agricultural water, water utilization coefficient has drawn more and more attention. In this paper, according to the development of canal seepage control technology of main and branch canal of recent years, and combining with the practical engineering Taoqubo reservoir, the author analyses the canal seepage control technology, anti-seepage effect and economic benefit, and puts forward the current difficulties of canal seepage control technology, and the available solution.
　　Keyword: main and branch canal; seepage control technology; seepage theory; solution
　　中圖分類號(hào) : TL353+.2文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)：
　　1 前言
　　隨著我國(guó)工業(yè)農(nóng)業(yè)的迅速發(fā)展，以及人民生活水平的不斷提高，各行業(yè)用水量也隨之增加，尤其是農(nóng)業(yè)灌溉用水更是占全國(guó)用水量70%以上，其中灌溉用水約占農(nóng)業(yè)用水的92%。然而由于某些地區(qū)灌溉技術(shù)的限制使得本來(lái)有限的水資源不能得到充分的利用，據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國(guó)目前灌溉水的利用系數(shù)不足0.5，全國(guó)已建防滲渠道還只占渠道總長(zhǎng)的18%。
　　渠道防滲是我國(guó)目前農(nóng)田灌溉節(jié)水措施中最為經(jīng)濟(jì)而且易于實(shí)施的節(jié)水措施之一，是我國(guó)目前最優(yōu)先使用的也是使用范圍最為廣泛的節(jié)水技術(shù)措施。渠道防滲的作用不僅可以顯著減少水的滲漏，提高渠系水利用系數(shù)，而且可以提高輸水能力，水在防滲渠道中的流速一般較土渠高30%左右，引水能力比土渠增加50%左右，同時(shí)渠道防滲還有調(diào)控地下水水位、防止土壤鹽堿化、沼澤化，改良生態(tài)環(huán)境和降低渠道管理養(yǎng)護(hù)費(fèi)用以及減小渠道斷面尺寸等作用。
　　正是由于渠道防滲有著如此經(jīng)濟(jì)且顯著的使用效果才使得進(jìn)一步發(fā)展和優(yōu)化渠道防滲技術(shù)具有了重要的意義。
　　2 滲透理論
　　水由渠道深入渠床究其原因是水的滲流引起。滲流指的是水或其他流體透過(guò)巖土體孔隙流動(dòng)的現(xiàn)象，水在巖土體中的滲流，一方面會(huì)引起水頭損失，另一方面將引起土體變形。
　　法國(guó)工程師達(dá)西在垂直圓管中裝砂進(jìn)行滲透試驗(yàn)，得出層流條件下，土中水滲透速度與能量(水頭)損失之間關(guān)系的滲流規(guī)律：達(dá)西定律即單位時(shí)間內(nèi)的滲出水量q(cm3/s)與水力梯度i和滲透斷面面積A成正比，且與圖的透水性質(zhì)有關(guān)：
　　其中：k是反映土的透水性大小的一個(gè)很有用的系數(shù)，稱為土的滲透系數(shù)，相當(dāng)于水力梯度i=1時(shí)的滲透速度，其量綱與滲透速度相同(cm/s)。
　　滲流的計(jì)算就是為了減少因水的滲流而引起的水利用系數(shù)下降，導(dǎo)致工程經(jīng)濟(jì)效益下降。對(duì)于水的滲流可以根據(jù)水流的形態(tài)分一維、二維、三維計(jì)算。灌溉渠道可按一維水流態(tài)進(jìn)行計(jì)算即一維滲流計(jì)算方法。
　　3 防滲設(shè)計(jì)
　　3.1 防滲材料
　　渠道防滲常用的防滲材料有土料、石料、水泥土、混凝土、膜料、瀝青混凝土等。各種防滲措施用料及特點(diǎn)如下表所示：

防滲材料	用料	優(yōu)點(diǎn)	缺點(diǎn)
土料	粘性土、黏砂混合土、灰土、三合土和四合土等	該材料能就地取材，料源豐富，技術(shù)簡(jiǎn)單，造價(jià)低廉，可以利用碾壓設(shè)備	渠道允許流速較低，抗凍性差
水泥土	水泥、土	便于就地取材、防滲性能較好、施 工簡(jiǎn)便	水泥土的早期強(qiáng) 度低以及抗凍性差
砌石	干砌卵石、干砌塊石、漿砌料石、漿砌塊石、漿砌石板等	抗流速大、能就地取材、抗凍和防凍害能力強(qiáng)、耐磨能力強(qiáng)，有較好的防滲效果以及較強(qiáng)的穩(wěn)定性等	不易機(jī)械化施工，故施工質(zhì)量難于控制；造價(jià)不一定低，采用時(shí)應(yīng)進(jìn)行經(jīng)濟(jì)技術(shù)論證
混凝土	混凝土	防滲效果好、糙率低、強(qiáng)度高、便于管理等	適應(yīng)變形的能力差， 在缺乏砂石料的地區(qū)造價(jià)較高
瀝青混凝土	瀝青、混凝土	具有良好的不透水性、耐久性和柔性等	該材料應(yīng)用發(fā)展較慢，究其原因，主要是存在料源不足、植物穿透和施工工藝嚴(yán)格等問(wèn)題
土工膜料	聚乙烯（PE ）、聚氯乙烯（PVC ）等	防滲性能好、適應(yīng)變形能力強(qiáng)、質(zhì)量輕、用量少、運(yùn)輸量小、施工簡(jiǎn)便、工期短、耐腐蝕性強(qiáng)、造價(jià)低等	土工膜較薄，在施工和運(yùn)行管理期易被刺破，使得其防滲性能大大降低
新型固化土防滲材料	土壤固化劑	可就地取材、工程造價(jià)低、施工簡(jiǎn)單方便、防滲效果較好等	抗凍性不穩(wěn)定、耐久性差等

　　3.2 襯砌結(jié)構(gòu)型式
　　目前我國(guó)渠道襯砌的斷面形式大多采用梯形、矩形、U形及復(fù)合形。矩形和梯形渠道優(yōu)點(diǎn)是施工簡(jiǎn)單，但水流速度慢，抗凍性能不好。U形斷面的渠道較矩形與梯形防滲效果更好而且具有水流條件佳、體積小、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性好、抗凍脹變形能力強(qiáng)、造價(jià)低、使用壽命較長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)。
　　4 工程實(shí)例
　　4.1工程概況
　　桃曲坡水庫(kù)是一座以農(nóng)業(yè)灌溉為主，兼有城市供水的中型水利工程。水庫(kù)位于石川河支流沮水河的下游，地處銅川市耀州區(qū)城北15km處的沮河峽谷地帶，是一座以農(nóng)業(yè)灌溉為主，兼有城市供水的中型水利工程，總庫(kù)容5720萬(wàn)m3，有效庫(kù)容3949萬(wàn)m3。桃曲坡水庫(kù)灌區(qū)位于關(guān)中北部的渭北旱塬區(qū)，轄銅川市耀州區(qū)、銅川市新區(qū)、渭南市富平縣和咸陽(yáng)市三原縣等兩區(qū)兩縣21個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)，198個(gè)行政村，916個(gè)村民小組，總?cè)丝?6.7萬(wàn)人，其中農(nóng)業(yè)人口37.9萬(wàn)人。灌區(qū)灌溉是以桃曲坡水庫(kù)供水為主，兼有引清、引洪，跨流域調(diào)水，蓄、引、提結(jié)合多渠首多水源的灌溉系統(tǒng)。灌區(qū)設(shè)施灌溉面積31.83萬(wàn)畝，有效灌溉面積25.5萬(wàn)畝，灌溉保證率為50%。灌區(qū)主要設(shè)施包括桃曲坡水庫(kù)、紅星水庫(kù)、尚書(shū)水庫(kù)和馬欄、岔口兩座自流引水樞紐，共有干渠5條，總長(zhǎng)93km;支渠35條，總長(zhǎng)139.2km，干支渠建筑物892座。
　　4.2防滲方案
　　先選取其中東干渠某段為試驗(yàn)渠，渠身原土料為壤土。經(jīng)反復(fù)比較, 選用土工膜加混凝土薄板襯砌作為試驗(yàn)渠段的處理方案。土工膜采用的是Rm高充填PVC合金膜，密度為1.3g/cm3, 厚度為0.25mm, 抗拉強(qiáng)度為14～16MPa，延伸率≥250%。
　　試驗(yàn)段渠道設(shè)計(jì)流量q=15.0m3/s,渠道開(kāi)挖后如圖1所示，由于渠道斷面寬淺防滲膜采用埋鋪式全鋪，具體鋪設(shè)方案如圖2
　　渠底土工膜鋪設(shè)完畢后, 渠底及弧形部分直接澆筑混凝土。以上邊坡過(guò)渡層采用20～30mm厚砂漿，保護(hù)層采用預(yù)制150#混凝土，厚80mm，防滲層詳細(xì)構(gòu)造見(jiàn)圖3。
　　4.3施工工藝
　　施工工藝的優(yōu)劣直接關(guān)系到渠道防滲的效果和經(jīng)濟(jì)效益。對(duì)于土工布和現(xiàn)澆混凝土防滲施工工藝中最重要的部分是保證土工膜的完整性，以及水渠邊坡保護(hù)層的穩(wěn)定。
　　4.3.1 鋪膜
　　鋪膜前要對(duì)渠床上的尖角沙石，樹(shù)根雜草進(jìn)行清理，并根據(jù)渠道設(shè)計(jì)寬度每邊預(yù)留至少5cm以便鋪膜，然后將原土夯實(shí)。膜料接縫采用特種PVC粘接劑，連接前需將膜料擦拭干凈，粘結(jié)寬度5~10cm。若膜料出現(xiàn)損壞破洞，應(yīng)及時(shí)進(jìn)行修補(bǔ)，防止?jié)B漏。施工時(shí)土工膜不宜拉的太緊，施工人員要注意不要將膜料踩破，冬季溫度太低不宜施工。
　　4.3.2過(guò)渡層
　　因過(guò)渡層直接鋪在土工膜上，過(guò)渡層砂漿不宜太厚，太厚易致使砂漿下滑。
　　4.3.3砌筑保護(hù)層
　　渠底過(guò)渡層鋪設(shè)完成之后，再現(xiàn)澆200#混凝土，厚度12cm。渠底及弧形部分采用用現(xiàn)澆混凝土，以上采用40厘米x50厘米、50厘米x80厘米兩種預(yù)制板鋪設(shè)。原因是，混凝土施工簡(jiǎn)單，利用攔頭模板可進(jìn)行部分澆筑，能夠保證渠道底部及過(guò)水部分的整體性。以上部分由于邊坡坡較陡，施工時(shí)現(xiàn)澆混凝土容易沿土工膜下滑，土工膜上又不便于支模，施工難度較大且效果不如預(yù)制混凝土板好，而且上部預(yù)制板損壞也便于及時(shí)更換。
　　4.4防滲效果
　　從2000年開(kāi)始利用世行項(xiàng)目進(jìn)行骨干工程改造，水利用系數(shù)從0.65提高到0.88。本灌區(qū)年平均飲水3500萬(wàn)m3灌區(qū)自開(kāi)灌以來(lái)，為當(dāng)?shù)剞r(nóng)業(yè)增產(chǎn)、農(nóng)民增收和農(nóng)村穩(wěn)定工作做出了重要的貢獻(xiàn)。糧食畝產(chǎn)由開(kāi)灌初期的150kg提高到現(xiàn)在的630kg，區(qū)域內(nèi)農(nóng)作物種植結(jié)構(gòu)由以前的單一糧食型向多經(jīng)高效格局發(fā)展，復(fù)種指數(shù)從開(kāi)灌前的1.25提高到近年的1.57，累計(jì)增產(chǎn)糧食6.4億kg，農(nóng)業(yè)產(chǎn)值4.86億元，農(nóng)民收入持續(xù)增加，隨著灌區(qū)糧食的增產(chǎn)，富平、耀縣已被省上列為商品糧基地。
　　5我國(guó)渠道防滲發(fā)展趨勢(shì)
　　進(jìn)二十年來(lái)，我國(guó)渠道防滲技術(shù)得到很高的重視，發(fā)展也相當(dāng)快，從最初簡(jiǎn)單的土料防滲到最新高分子防滲材料的使用，我國(guó)在渠道防滲工程方面走出了一條符合我國(guó)國(guó)情、逐步走向高效的經(jīng)濟(jì)技術(shù)發(fā)展路線。由于受到我國(guó)目前經(jīng)濟(jì)實(shí)力的限制，科研經(jīng)費(fèi)投入有限，一些深層次的問(wèn)題還沒(méi)有得到很好的解決，特別是成套的防滲技術(shù)方案和防滲施工的機(jī)械化、自動(dòng)化還沒(méi)有實(shí)現(xiàn)，目前主要還是簡(jiǎn)單的靠人力，使用簡(jiǎn)單的防滲技術(shù)進(jìn)行防滲處理，致使一些防滲工程耐久性差、易損壞、返修多。要進(jìn)一步提高防滲水平，節(jié)約成本、提高水利用率，這些都是需要解決的問(wèn)題。
　　5.1渠道防滲發(fā)展難點(diǎn)：
　　(1) 在我國(guó)北方地區(qū)冬季寒冷，渠道防滲工程存在相當(dāng)嚴(yán)重的凍脹問(wèn)題。我國(guó)目前采取的渠道防滲防凍脹措施大致可歸納為兩種：一是進(jìn)行土的置換或是強(qiáng)夯處理;二是在襯砌的結(jié)構(gòu)上選擇合理的襯砌結(jié)構(gòu)和斷面形式。為減少基土凍脹作用對(duì)渠道防滲工程的破壞, 標(biāo)準(zhǔn)凍深大于10cm的季節(jié)凍土地區(qū)襯砌渠道, 必須進(jìn)行防凍脹設(shè)計(jì)：做好渠道沿線土質(zhì)、地下水位、凍深的調(diào)查，因地制宜，不同的凍脹情況做好不同的處理方法，并選擇有代表性的區(qū)段進(jìn)行試驗(yàn)觀測(cè)和計(jì)算。
　　(2) 特種土基渠道防滲技術(shù)。特種土基渠道,指渠床土是濕陷性黃土、鹽漬土、軟弱土、膨脹土、凍脹土的渠道。在這類渠道上修建防滲工程, 應(yīng)先采取措施, 對(duì)渠床土進(jìn)行處理, 然后再根據(jù)當(dāng)?shù)貤l件, 選用常用的防滲方法, 并注意設(shè)置排水設(shè)施。
　　(3) 施工機(jī)械化及施工工藝的改進(jìn)。與發(fā)達(dá)國(guó)家機(jī)械化施工為主相比，我國(guó)目前仍然以人工施工為主，但也在逐步朝機(jī)械化方向發(fā)展。機(jī)械化施工能更加快速、高質(zhì)量的完成渠道防滲施工，耐久性好、返修率低、水利用率高。
　　5.2發(fā)展和推廣防滲工程新技術(shù)的對(duì)策
　　(1) 渠道防滲工程, 雖然形式簡(jiǎn)單, 但各項(xiàng)技術(shù)復(fù)雜, 應(yīng)加強(qiáng)設(shè)計(jì)與施技術(shù)培訓(xùn), 建立完善的工程設(shè)計(jì)審查和評(píng)議以及工程施工的監(jiān)理和監(jiān)測(cè)制度。
　　(2) 增加科研投入力度, 增加跨行業(yè)合作, 在工程材料、設(shè)計(jì)方法、施工技術(shù)和施工機(jī)械、等方面增加創(chuàng)新進(jìn)行深化研究。
　　(3) 倡導(dǎo)就地材料的利用, 以降低工程造價(jià)，減少周?chē)鷳B(tài)環(huán)境的擾動(dòng)，保護(hù)和改善生態(tài)環(huán)境。
　　(4) 結(jié)合節(jié)水重點(diǎn)縣建設(shè), 選擇幾個(gè)具有代表性的的地區(qū), 建立綜合性高技術(shù)示范工程, 以促進(jìn)渠道防滲工程技術(shù)的發(fā)展。
　　6結(jié)語(yǔ)
　　近幾十年以來(lái)，我國(guó)在干支渠渠道防滲技術(shù)以及其在工程應(yīng)用上取得一定進(jìn)展，無(wú)論是襯砌結(jié)構(gòu)方面還是在防滲材料的開(kāi)發(fā)方面，以及施工新技術(shù)方面都取得了長(zhǎng)足的進(jìn)展。伴隨著我國(guó)灌區(qū)節(jié)水任務(wù)的開(kāi)展，干支渠渠道防滲工程技術(shù)必將被大規(guī)模地應(yīng)用。因此，在我國(guó)渠道防滲節(jié)水在農(nóng)業(yè)方面起著相當(dāng)重要的作用。然而在渠道防滲的應(yīng)用過(guò)程中必將會(huì)發(fā)現(xiàn)跟多新的需要去研究的問(wèn)題，渠道防滲工程技術(shù)技術(shù)復(fù)雜性使其必須加強(qiáng)跨領(lǐng)域合作，加大科研投入以提高渠道防滲抗凍和耐久性為重點(diǎn)以提高施工速度和降低工程造價(jià)為目的加大渠道防滲工程技術(shù)的研究力度。
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