灌区渠道节能节水技术措施研究

李艺

由于受当时建设技术水平和综合投资资金等因素的制约,我国灌区渠道输水效率普遍较低,水资源浪费十分严重。在输水过程中只有很小部分水资源通过各级渠道输送到田间地里供农作物灌溉所用,绝大部分水资源通过渠底、渠坡上的孔隙直接渗漏到沿渠的土壤中,不仅造成大量的水资源浪费,同时还会破坏农作物的生长环境,造成渍涝等不利现象发生,降低农作物产量。从灌区渠道大量运营数据表明,没有采取防渗衬砌的土渠,其输水过程中水资源渗漏损失量大约占整个渠系总引水量的30%～50%,有的甚至高达60%以上,也就是说,不采取衬砌防渗的土渠道,其灌溉用水大约有50%以上的水资源在输水过程中通过渗漏浪费掉。为了降低灌区渠道渠床土壤透水性,通过建立不易透水的防渗防护层,有效提高渠道渠系水利用效率,就是灌区渠道节水工程研究的重要内容。渠道防渗是我国灌区发展节水农业、设施农业重要的保障措施之一,非常适用于我国灌区土渠的节水加固修复技术升级改造。选择合适的节水防渗措施对渠道进行节水防渗加固修复改造,可以取得非常良好的防渗效果,其节水效果可以达到50%～80%。因此,对灌区渠道节水加固修复改造工程中常用的节能节水技术措施进行认真分析研究,就显得非常有工程实际应用价值[1]。

1 灌区渠道节能节水防渗加固修复改造总体规划

根据灌区渠道实际情况,采取合适的防渗节能节水加固修复技术措施,可以取得良好的防渗节水效果和投资经济效益。从大量研究和实际应用表明,设施配套规划比较好的灌区渠道,其干支斗农各级渠道间的长度规划方面,大致成一种宝塔形结构,也就是说渠道中各级渠道与相邻上级渠道间的长度比基本应满足1∶2∶3∶4～1∶3∶5∶7范围内,其防渗节水总体规划效益较为优越。当灌区渠系防渗总体规划长度在上述高效范围内时,按照全国大中型灌区续建与节水改造规划技术要求,干、支、斗、农渠道的输水损失各自所占百分比应大致满足:35%～50%:25%～35%:15%～25%、5%～15%这个高效范围,也就是说干支渠的输水损失所占比例最大,其次为支渠、斗渠、和农渠。因此,在灌区渠道防渗节水加固技术改造总体规划过程中,要优先考虑干渠和支渠的防渗节能节水加固修复,同时下级渠道要做好相应配套工程,加强日常维护管理减少管理损失。对于下级渠道渗漏损失量较大的情况下,也要在干支渠采取防渗节水加固修复后,采取完善的防渗措施。

2 渠道防渗节能节水加固修复改造技术措施

工程中常用的灌区渠道防渗节水节能加固修复技术措施,主要包括:土料防渗、水泥土防渗、砌石防渗、膜料防渗、以及混凝土防渗等多种形式。

2.1 土料防渗

土料防渗是早期渠道防渗节水的主要措施,其是按渠道防渗不同功能需求,将黏土与砂、灰土等按照不同配合比进行混合而形成的渠道防渗节水材料。土料防渗衬砌层厚度通常在20～40cm左右,对于中液限黏质土渠坡其防渗衬砌厚度可比渠底稍厚,但其总体厚度应比高液限黏质土稍大。土料防渗虽然具有原材料易于获取、投资成本较低、减少防渗量(通常可以达到60%～90%节水效果)等优点,但由于该种防渗渠道其允许流速较低,加上土料防渗层其自身抗冻胀性能较差,容易失去防渗性能,容易受冻融等不利气象循环影响。因此,土料防渗比较适用于我国气候较温暖气温变化较小的南方无冻害地区[2]。

2.2 砌石防渗

灌区渠道砌石防渗措施,主要包括干砌石衬砌和浆砌石衬砌两大类,其中干砌石衬砌是指利用无浆大块石作为砌体。砌石防渗施工时,对于原材料选择较为严重,应选择厚薄相近的卵石,并按照先渠底再渠坡的施工敷设顺序,且要注意错开茬口,将整个砌体挤紧砌实,以提高防渗效果。渠道砌石防渗衬砌层的厚度通常应控制在20～30cm左右,并采用水泥、石灰、烧黏土等混合砂浆作为砌石间的胶结材料。砌石防渗较土料防渗具有较强稳定性、抗冻胀性等,且防渗效果较好。但由于砌石防渗不易采用机械化施工,故施工效率较低、施工质量控制难度较大。同时,在劳动力价格增加的市场环境下,砌石原材料的开采造价往往要比性能更加优越的混凝土高。因此,砌石防渗措施只有在石料原材料较为丰富的地区,并通过严格的技术经济方案论证后方可采用。

2.3 膜料防渗

膜料防渗是采用不透水的土工织物等复合防渗材料,采用埋铺方式进行渠道节能节水防渗加固。防渗膜料主要包括土工膜和复合土工膜等防渗材料。在防渗材料选择时,应充分考虑施工地区是否处于寒冷或严寒地区、灌区渠道规模、流速、地基等技术指标。根据不同渠道,其防渗层铺膜厚度从0.2 ～0.6mm不等。膜料防渗不仅具有变形能力强、施工便捷、工期短等特点,同时还具有强耐腐蚀性、投资造价较低等优点,因此,在工程中得到广泛推广使用。但由于膜料在运行过程中,不可避免会发生老化失效等问题,也就是说膜料耐久性一直是制约其在渠道防渗工程中发展的重要因素。

2.4 混凝土、沥青混凝土防渗

对于灌区渠道节能节水防渗加固修复工程中,对于在大中型渠道防渗工程其凝土的配合比应严格按照DL/T5150-2001《水工混凝土试验规程》进行详细的试验确定,并严格控制防渗混凝土的强度、抗渗抗冻、抗变形、以及混凝土水胶比等技术指标,以确保渠道防渗混凝土具有较高性能水平。对于小型渠道防渗混凝土的配合比,除了可以按照DL/T5150规范进行配合比设计外,也可以参照当地类似工程的设计经验进行合理设计。混凝土、沥青混凝土防渗方式,对于大小渠道、不同工程地质环境条件均使用。

3 渠道防渗节能节水加固修復效益分析

3.1 节省了水资源

灌区渠道采取防渗节能节水加固修复后,其渠道节水效果十分显著,尤其是采用混凝土现浇和复合式防渗方式,渠道节水效果和加固修复性能更为明显。据大量研究表明,渠道采取防渗节水加固修复改造后,其斗、农两级渠道的灌区渠系水利用系数可以从常规土渠的0.45～0.65提高到0.90以上。

3.2 可节省渠道运行维护管理费用

防渗渠道减少了输水过程中水资源的渗漏浪费,可以有效降低农田灌溉定额,提高渠道水利用效率,从而提高了灌区农田的灌溉保证率和灌溉质量。渠道经防渗节水加固修复改造后,沿渠杂草生长速度减慢、流速加快降低渠道淤积程度,节省了灌区渠道日常维护维修管理费用。另外,沿渠范围内杂草得到有效控制,减少草籽向渠道两侧农田中的传播量,以及减少了渠道周围渍涝灾害,为农作物营造了良好生长环境,促进了农作物增产。

4 结语

结合灌区渠道实际情况,采取合适的防渗节能节水加固修复技术措施,不仅可以有效改造灌区灌溉条件和渠系水利用效率,同时还可以有效提高服务于农业生产的灌区渠道综合效能,推动灌区农业可持续高效经济生产发展。

参考文献

[1] 张展羽,吴玉柏.渠系改造[M].北京:中国水利水电出版社,2004:1～23.

[2] SL207-98.节水灌溉技术规范[S].北京:中国标准出版社,2004.