黑龙江省灌溉渠道工程建设中存在的主要问题

李玉斌

(1. 东北农业大学，哈尔滨150070;2. 黑龙江农垦海川招标咨询有限公司，哈尔滨150090)

黑龙江省的灌溉输水渠道大多为土渠，由于渠道工程长期受低温环境影响，基土反复冻融后造成渠床滑坡坍塌、衬砌板鼓胀开裂、错位等破坏现象，严重影响了渠道输水功能和防渗节水的目的，导致渠道工程效益不能正常发挥。近年来，随着水利事业的发展，国家对节水灌溉的重视，黑龙江省的渠道工程建设也加快了发展步伐，在取得阶段性成果的同时也发现了在渠道工程建设中存在的一些主要问题。

1 资金问题

1.1 渠道防渗工程建设发展缓慢、有效灌溉面积比率低

黑龙江省为产粮大省，也是我国优质水稻的主要产区。根据《黑龙江省千亿斤粮食产能工程规划》和《黑龙江省新增1000 万亩梗稻基地项目可行性研究报告》，黑龙江省提出在《黑龙江省千亿斤粮食产能工程规划》的基础上，再新增66.7 万hm3梗稻面积，到2012年使全省梗稻面积达到“5000万亩”的发展目标。灌溉输水渠道工程作为水田的基础设施，在这一目标中起着举足轻重的作用。但根据我省目前灌区输水渠道工程老化和渗漏现状，水资源浪费现象十分惊人，灌溉面积均达不到设计标准，灌区的有效灌溉面积偏低。水田面积的稳定和发展都受到严重制约。所以，节约水资源就成为稳定和发展灌溉面积的主要出路。实践证明，渠道防渗衬砌工程是节约水资源、提高灌区效益的有效工程措施。但由于近年来渠道防渗工程资金投入不足，渠道防渗工程技术的发展缓慢，都影响了灌溉效益的正常发挥。特别是目前大多数灌区工程已达到或超过了设计使用年限，处于带病运行和超期服役阶段，必须进行全面或部分更新改造。因此一定要加快渠道防渗工程建设速度，解决灌溉水源不足问题，保证灌溉面积和粮食生产安全。

1.2 投资少、缺乏政策约束

我省灌溉输水渠道大多采用混凝土刚性衬砌结构，由于低温环境的作用渠道冻胀破坏十分严重。因此，只有采取防冻胀技术措施，才能确保工程安全和防渗效果的正常发挥并延长工程使用寿命。有资料表明，每年用于处理因冻害造成渠道损坏的费用占整个维修费的60%以上。同时也发现，在毁坏的渠道中因冻胀而破坏的渠道占总数的80%左右，几乎每个灌区渠道防渗工程中都有冻胀破坏的痕迹，给国家造成了巨大经济损失。因此，预防渠道冻害发生是寒冷地区渠道防渗工程中的首要问题。经过了解得知，设计人员根据设计标准进行了防冻胀设计，渠道运用管理者也因渠道采取了防冻胀措施减少了破坏的发生而愿意按设计施工管理，但往往因为防冻胀设计加大了工程造价这一因素，在方案审查时因资金有限而降低了防冻胀设计标准，增加了冻胀破坏发生的可能性。因此，加大投资力度、提高防冻胀设计标准是一方面，制定相关政策、以政策法规来约束、规范渠道防冻胀设计和施工，也是避免冻害发生的有力手段。

2 渠道工程建设技术问题

2.1 缺少防治无衬砌渠道坍塌措施

渠道工程是灌区的血脉，直接影响灌区工程效益的发挥。在黑龙江省灌溉输水渠道中95%左右的渠道为无衬砌土渠。在这些无衬砌的土渠中，渠道常年累月经受水的侵蚀冲刷，使渠堤高度和宽度变小，坡面形成冲沟和孔洞，不但发生滑坡坍塌使标准渠道变成宽浅式渠道，而且渠道杂草丛生，淤积阻水、跑水漏水现象十分严重。以木兰香磨山灌区为例，输水干渠原梯形断面尺寸底宽为10 m、渠深2.2 m，经多年的冻融冲刷后底宽增加到12 m，变成渠深必须经常清淤的宽浅式渠道。不治理就无法保证农田灌溉，整治就需要投入大量资金，给渠道效益的发挥和正常运行带来很大困难。灌溉渠道发生滑坡或塌陷现象比较普遍，多集中在挖方渠道的内坡和填方渠道的外坡、以及土质松软地带，尤其是在强暴雨后更为严重。而且所有的无衬砌渠道都没有防治边坡坍塌措施。鉴于此，无衬砌渠道应该采取土工格栅加筋土等简单加固技术措施来提高渠床土的强度和稳定性，以增强其防渗抗冲能力。

2.2 U 形槽渠道防冻胀受力分析及结构确定理论研究不足

在寒冷地区，渠道暴露在野外自然环境之下，由于衬砌层下基土的冻胀，渠道的刚性衬砌层要承受很大的冻胀力。对于梯形渠道衬砌板的受力分析及板厚的确定已经有成熟的计算方法和应用经验，而预制混凝土U 形槽渠道在渠床土体发生冻胀时的受力状态研究的很少，只知道U 形槽因土体的冻胀而受力均匀、防冻性好不易破坏，确给不出其受冻胀时的受力模型。因此，在以往U 形槽的设计中只考虑水力学及由工程实践获得的各种构造要求2个方面，这对非寒区来说是可行的，因为它所受的外力很小，结构一般不会破坏。而在寒冷地区，通过对U 形槽应用的渠道工程中发现，有的运用效果就很好，而有的也照样发生冻胀破坏。如黑龙江省鸡东灌区二支渠就普遍存在U 形槽冻胀破坏现象。这说明此时U 形槽设计的承载能力小于实际冻胀作用力，故发生破坏。由此可见，无论何种渠基条件都使用同一U 形槽断面结构是不行的。解决这一问题的关键就是要搞清楚U 形槽受冻胀时的受力情况，根据力学模型，确定不同受力情况下U形槽的几何结构尺寸，以此作为设计的依据。这样设计出的U 形槽才适合寒冷地区渠道防渗工程需要。建议在今后的研究工作中，加强这方面的试验研究工作，促进U 形槽在寒冷地区的推广应用。

2.3 建设时期的局限性

我省灌区多数是20 世纪60—70年代修建的，至今已运行30 ～40 a。受当时技术水平及规范要求限制，工程设计标准偏低，因而造成服务年限不长的情况。同时，渠道工程自建成投入运用后，由于风吹雨淋、冰冻日晒、水流冲刷、动物破坏以及人踏车碾等自然因素和人为因素的影响，工程维护、设备更新的资金又投入有限，所以随着时间的推移，各种设计功能逐渐降低，防渗效益也逐步衰减，导致渠道工程老化失修严重。主要表现为无衬砌土渠坍塌、已衬砌渠道的衬砌层老化破损。如混凝土预制块错位、表面凹凸不平，见图1。现浇混凝土板出现裂缝破损、与渠基间形成孔隙、局部架空塌陷等，见图2。使渠道渗漏严重，流速减小，输水能力下降，急需修复改造。

图1 混凝土预制板渠道破坏现象

图2 现浇混凝土板冻胀裂纹破坏现象

2.4 渠道防渗衬砌形式单一

在国外，输水灌溉早已实现了管道化。我国于20 世纪80年代开始实施管道输水灌溉技术。目前，平原井灌区、渠灌区和提水灌区管道输水灌溉技术都得以推广应用，而在我省还没有应用管道输水技术。管道输水优点很多: 易控制、输水快、无蒸发渗漏损失、不占土地、避免冻胀和腐蚀、无需修建桥涵且使用年限长，其节水效果比渠道防渗要好的多。建议在井灌区，特别是寒冷地区易发生混凝土渠道冻胀破坏的地区，应大力推广采用新型管材的管道输水技术，尽快实施管道输水灌溉。

3 建议与展望

近年来，我国水利科技进展日新月异，特别是水资源的紧缺已引起人们的高度重视，节水技术成果更是硕果累累。渠道防渗是我国应用最广泛的节水工程技术措施，它的新技术、新材料的推广应用可以大幅度提高水的利用率，降低灌溉定额，提高粮食产量，达到节水增产增收的目的。目前，黑龙江省渠道防渗防护材料主要以膜料、砌石、混凝土应用最多，防渗防护材料比较单一，且刚性防护材料受冻害影响易损坏。开发研制一种即防渗又防护、刚柔结合的渠道防渗衬砌材料已迫在眉睫。如土工合成材料黏土垫( GCL) 、利用废旧橡胶制成的橡胶渠等都是比较理想的既防冻胀又环保的渠道防渗衬砌材料，建议加大开展渠道工程建设新材料的开发研制工作，加快渠道防渗节水技术推广应用步伐，大力发展节水灌溉，为我国粮食生产作出更大贡献。

［1］黑龙江省发展改革委员会. 黑龙江省千亿斤粮食产能工程规划［R］. 哈尔滨:黑龙江省发展改革委员会，2008.

［2］魏邦记. 实现“5000 万亩水田”灌区发展构想. 黑龙江水利科技，2011，38(2) :170－171.