浅谈渠道防渗技术在石头河水库灌区的应用

张淑媛

(陕西省石头河水库管理局，陕西 杨凌 712100)

浅谈渠道防渗技术在石头河水库灌区的应用

张淑媛

(陕西省石头河水库管理局，陕西 杨凌 712100)

渠道防渗是我国目前应用最广泛的节水工程技术。从石头河水库灌区渠道改造的实际入手，从工程技术措施、设计参数的确定、渠道的断面形式、防渗材料及断面形式等方面作了探讨，总结渠道防渗技术在灌区的应用，分析渠道防渗改造取得的成效。

渠道;防渗技术;应用

灌溉渠道在输水过程中只有—部分水量通过各级渠道输送到田间为作物利用，而另一部分水量却从渠底、渠坡的土壤孔隙中渗漏到沿渠的土壤中，不能进入农田为作物利用，这就是渠道渗漏损失。有关资料表明，没有衬砌的上渠，其渗漏损失约占总引水量的30% ～50%，有的高达60%，这就是说，如果渠道不衬砌，灌溉用水的50%以上，将在渠道输水途中被渗漏掉。渠道防渗工程技术就是为减少渠床土壤透水性或建立不易透水的防护层而采取的各种工程技术措施。渠道防渗适用于所有的灌溉土渠，是我国目前应用得最广泛的节水灌溉工程技术措施。用作渠道防渗的技术措施种类较多，选择的基本要求是:防渗效果好，减少渗漏值一般应达50% ～80%;因地制宜，就地取材，施工简便，造价较低廉;寿命长，具有足够的强度和耐久性;能提高渠道的输水能力和抗冲能力，减少渠道的断面尺寸;便于管理养护，维修费用低。石头河灌区结合实际情况，采用适合灌区的防渗措施，取得了较好的效果。

1 常用的渠道防渗工程技术措施

1.1 减少渠床土壤透水性的防渗措施

1.1.1 压实法

用人工或机械夯实渠底及边坡，破坏土壤原有结构，使土壤密实，减少其透水性。最适用于粘聚性土壤(黑土、壤土、黄土等)，对砂性壤土效果较小。

1.1.2 人工淤填法

使水中所含的粘粒或细淤泥借水流下渗，进入并堵塞原有土壤空隙，减少透水性，适用于透水性较大的砂质土壤。

1.2 建立不透水防护层的防渗措施

1.2.1 粘土护面

厚度一般采用10～15 cm，在潮湿状态下进行压实，然后再在其表面盖以砂土和砾石保护层，以防干裂。适用于透水性大的砂质和含有石膏质的土壤，但不耐冲刷，表面易生杂草。

1.2.2 灰土护面

以1:5的灰土筑成护面，耐冲刷，适用于流速较大的渠道，但表面易受水侵蚀，会逐层被剥落。

1.2.3 卵石护面

卵石除可减少渗漏面积外，经过洪水落淤，砌石层下面和卵石间的缝隙为泥沙所充填，小孔隙亦被细粒粘土所淤填，再由于水中矿质盐类的硬化和凝结作用，形成一层稳固坚硬的防渗层，防渗、防冲效果均好。卵石护面适用于砾石层渠床、土质渠床和陡坡建筑物的渠床。

1.2.4 浆砌块石护面

防渗效果好、抗冲耐磨、坚固持久、施工简便、群众易掌握、可就地取材、造价较低，是我国目前普遍采用的防渗形式，适宜在山丘石料丰富的地区应用。

1.2.5 草皮护面

可以选用滋生力强、根株密结的草类作防渗护面材料。铺砌草皮后，由于草的成活，根部互相纠结，草皮间的缝隙经水中细粒泥土淤填，草皮结成一体，可以减少渗漏，防止冲刷，适用于流速不大干1 m3/s的渠道。

1.2.6 混凝土护面

坚固耐久、防渗效果好，占地少又可减少清除杂草淤泥的工程量。但易受温度变化的影响而发生裂缝，并易受盐类的侵蚀破坏。混凝土护面由于造价高，故仅适用于高流速、渗透性强的渠床。

1.2.7 土工合成材料护面

包括土工织物、土工膜、土工珊、土工网、塑料薄膜、防水复合柔毡等。这种材料抗拉强度高、整体连续性及弹性塑性好、重量轻、质地柔软、耐腐蚀、防冻胀、搬运和施工等均方便，而且其产品能批量的工厂化生产。但该产品一般易老化、变硬、变脆，易被杂草穿透破损，因此用作护面时，必须在其上设置保护层。

2 石头河灌区情况

石头河水库灌区是在原梅惠渠灌区的基础上发展起来的，灌区属秦岭北麓寒冷地区。灌区干渠东干渠为砼衬砌，原设计为8 cm厚100#砼，建设标准低。混凝土坡板因质量差而产生断裂酥散，渠底及阴坡冻胀破坏问题较严重，局部段已影响到干渠运行稳定，需改造重建;西干渠、北干渠为浆砌石衬砌，经过长期运行，砌石脱落、滑塌，严重影响行水安全。灌区支渠属“顺地跑”渠道，砼衬砌质量差，工程建设标准低，砌石渠道年久失修;支渠比降陡导致流速较高，渠道冲刷严重，斗口引水困难;斗分渠没有配套，田间工程设施差。以上问题的存在导致灌区面积逐年萎缩，灌溉效益不断衰减，直接影响灌区经济的可持续发展。近年来，利用世行贷款、续建配套、农业综合开发等项目，通过对灌区内3条干渠、11条支渠进行防渗衬砌改造，工程设施的运行安全得到了保证，水的利用率得到提高，扩大、恢复了灌溉面积，促进了当地经济的可持续发展，取得了较好的经济和社会效益。

3 防渗技术的应用

3.1 防渗材料及断面形式

按照维持灌区原渠道平面位置、灌溉面积、设计流量等工程规模基本不变、充分利用原有设施的设计原则，充分考虑水泥、砂石料来源丰富的资源优势，实施改造的渠道衬砌形式以砼现浇和砼板膜复合结构为主，浆砌块石为辅;断面形式以U形和弧底梯形为主，梯形、矩形为次;在东干渠灌区考虑灌区的地形差优势，大力推进管道灌，建设节水型灌区。

3.1.1 防渗材料

1)现浇混凝土防渗

混凝土因其防渗效果好，糙率小、允许流速大、缩小渠道断面、减少土方工程量和占地面积，强度高、耐久性好，便于管理和适应性广泛等优点，加之灌区内砂石料和水泥资源丰富，因而是灌区目前主要采用的渠道防渗技术措施，主要用于东干渠和部分支渠。

2)膜料防渗

膜料防渗具有较好的防渗效果及施工方便、工期短、造价低等优点，在渠道改造中以现浇混凝土为保护层，形成板膜复合结构得到初步应用，用于干渠衬砌。

3)浆砌块石衬砌

由于本灌区渠道流速大、易冲刷，且石料资源丰富，因而浆砌石衬砌也得到广泛应用，用于西干渠、北干渠及部分支渠衬砌改造。另外，在陡坡、生产桥和闸门等建筑物中也得到广泛应用。

3.1.2 防渗断面结构形式

灌区渠道原断面形式多为梯形或矩形，断面大，砼衬砌板易在坡脚处折断，水流条件差，小流量运行时斗口引水困难。针对以上问题，结合工程具体条件，石头河灌区渠道防渗衬砌断面形式主要采用四种，第一种为弧脚梯形断面，，应用于流量8.0～10.0 m3/s的东干渠;第二种为弧底梯形及梯形断面，应用于流量2.0～6.0 m3/s的东干二支、东干七支渠、西干渠北干渠等;第三种为U形断面，流量小于2.0 m3/s的小型渠道一般采用该断面;第四种断面为浆砌石矩形断面，用于暗涵及过村段落。这些断面水力条件好、边坡的稳定性较高，对地基适应性强、尤其是能减轻土基冻胀破坏等特点，有效提高了渠道的防渗抗冻性能。

3.2 先进施工方法的应用

3.2.1 U形渠道衬砌机的应用

U形渠道由于其防渗效果好、近似于水力最优断面、水流条件好、断面尺寸小、抗冻胀性能较高、投资少等特点，是小型渠道较理想的防渗断面形式。U形衬砌机在灌区渠道改造中得到应用，东干八支渠为 D80渠道，灌区斗分渠有 D30、D40、D60、D80等多种断面，在施工中均采用了牵引式 U型衬砌机。具体施工中，以开挖好的 U形土槽为基准面，利用衬砌机可做到混凝土浇筑成型、振捣密实、切缝和渠道压边等工序连续一次完成，不但提高了衬砌速度，而且衬砌质量高、防渗效果好，为灌区推进渠道衬砌机械化提供了宝贵的经验。

3.2.2 砼衬砌滑动模具的应用

在东干渠、西干渠、西干支渠等改造工程中，运用滑动模具施工，使灌区渠道砼衬砌施工迈入了机械化。滑模由骨架、行走机构、面板、辅助平台四部分组成，整体用钢结构制作。施工工艺为:土模成型并保证高程正确和平整度符合要求后，利用经纬仪、水准仪精确控制，对轨道进行铺设校正;将模具拼接安装在轨道上，校正断面开口尺寸和对角线尺寸;将砼用人力车运输到模具上，沿坡面入仓，用振动棒在弧底和两直坡段进行振捣;移动模具重新浇筑;对浇筑成型的砼进行原浆收面压光。滑模施工与以往的翻板式模具施工相比较，砼衬砌厚度均匀，保证了砼衬砌质量;大大提高了衬砌速度，工程进度提高;模具容易制作、投资少、成本低。

3.3 新材料应用——土工膜料

土工膜料用于东干渠渠道防渗。土工膜是一种薄型、连续、柔软的防渗材料，具有以下优点:(1)防渗性能好。(2)适应变形的能力强。(3)质量轻，用量少，运输量少。(4)耐腐蚀性能强。(5)施工方便，工期短，造价低，使用年限长。土工膜料的厚度、材质及种类，应根据工程规模、当地气候及地质条件确定。石头河灌区属北方寒冷地区，选用聚乙烯膜(PE膜)。根据渠道断面结构形式的不同，膜料防渗体的铺设范围分为全铺式、半铺式和底铺式三种。全铺式在两侧渠坡和渠底全铺，防渗效果最好，但投资多，适合防渗要求高，投资允许渠道采用。渠底全铺、两侧渠坡部分铺为半铺式，只铺渠底为底铺式，据我国有关研究资料表明，全铺式每昼夜平均渗漏率为0.23% ～0.67%，可减少防渗前渗漏损失的99.15% ～99.71%;当半铺式铺膜高度为 0.5倍水深时，每昼夜平均渗漏率为6.58% ～9.64%，可减少防渗前渗漏损失的87%～91.7%。由此说明，半铺式为全铺式防渗效果的87.7% ～90%，稍低一些，但可以节约很多投资。东干渠设计为全铺式。土工膜料铺设完毕后，上面做砼衬砌保护，与砼衬砌共同发挥防渗作用。2007年对东干渠2.6 km高边坡渠道采用土工膜料与砼衬砌相结合的方案进行改造，彻底解决了过去的渗漏问题。

3.4 预应力混凝土管道输水

东干灌区地形坡度较大，采用地埋预应力混凝土管输水，第一，可以有效解决渠道比降较陡造成的冲刷破坏，同时挖填方的工程量比明渠较少。第二，在斗渠进水方面，由于管道属于低压输水，管道中的压力可以使管中的水顺利输入斗渠之中，有效的解决斗渠进水困难的问题。第三，管道输水损失很小，节约了大量的水资源，符合节水改造发展的要求。第四，工程完工后，将对管道进行覆土，这样也可以当做基本农田来耕种，节省土地资源。另外，管道输水不中断交通，不影响周围群众的生产和生活。

管道采用预应力钢筋砼管(PCP)。预应力钢筋混凝土管有良好的抗震性，对管道基础的适应性较强;内壁光滑，水力特性好;同时具有价格低，施工方便的优点。工程中在特殊部位(如镇墩、减压池前后等)使用钢管。钢管及配件内外防腐均采用环氧煤沥青防腐。输水管道附属构筑物主要有减压井、蝶阀井、斗渠放水口、放水管出水池、输水管出水口等。

4 渠道防渗改造成效显著

4.1 渠道输水能力得到提高

近年来，灌区世行项目、节水续建项目、农发项目共改造干支渠道14条、改造长度126 km，改造建筑物364座。通过改造，灌区工程设施的完好率得到提高，干支渠输水能力得到提高。

4.2 灌溉水渗漏损失大为减少，节水效益明显

从实际运行情况统计，改造渠段渠道水利用系数提高26%～38%左右，年减少渗漏损失700万 m3，增加引水量715万 m3，恢复改善灌溉面积 12.8万亩;年增加粮食产量1 010万 kg。

4.3 干支渠系建筑物改造，使渠道的行水安全有了保证，缩短了灌溉周期，减轻了农民负担

通过对建筑物的改造，改善了渠系水流状态，保证了行水安全，减少了抢修资金。

同时，灌区灌溉周期平均比原来减少5 d，节约了时间;灌区亩次水费从原来的 20元减少到12～15.5元，减少了4.5～8元左右，农民的用水积极性大大提高。

4.4 将水费核定到合理标准，提高了水费收缴率及灌区的灌溉效益

项目实施前，灌区水费执行标准为 0.09元/m3，水费收缴率为86.4%;项目实施后，基础设施得到较大的改善，灌溉效率有了很大提高，群众的灌溉积极性增强，使得水费标准顺利提高到0.13元/m3，水费收缴率也增长到98%。

4.5 促进了当地农业结构的调整

渠道改造项目实施后，灌溉用水有了保证，农民种植经济作物的积极性得到调动，促进了农业种植结构的调整，灌区的粮经比例由原来的8:2调整到6.5:3.5，2008年地方政府为了加快农村的经济发展步伐，大力倡导种植猕猴桃，促进农村经济收入的提高，优质高效、观光农业、高科技农业正在灌区逐步发展。

5 结语

综上所述，渠道防渗不仅能节约灌溉用水，防止渠道的冲淤和坍塌，加快流速，提高输水能力，减小渠道断面和建筑物尺寸，而且节省占地，减少工程费用和维修管理费用等。渠道防渗改造技术方案的合理选用，直接影响到防渗效果和工程效益的发挥。石头河水库灌区渠道防渗改造结合实际情况，合理选定方案，充分利用了原有的渠道和地方材料资源优势，取得了较好的社会与经济效益，为灌区的可持续发展奠定了坚实的基础。

［1］李安国，建工，曲强.渠道防渗工程技术.北京:中国水利水电出版社.1998.

［2］SL/T231—98，聚乙烯(PE)土工膜防渗工程技术规范.北京:中国水利水电出版社.1999.

S274.2

B

1004－1184(2012)05－0193－03

2012－06－05

张淑媛(1969－)，女，陕西宝鸡人，工程师，主要从事水利工程管理工作。