灌区渠道防渗的节水技术

李本厚 孔令太 论攀

摘要：随着水资源的短缺， 提高农用水效率已迫在眉睫 ，而渠道防渗是当前灌区节水改造的重要内容之一 ，也是节水灌溉的重要途径。介绍了渠道防渗的各种措施及其优缺点，并从渠道规划设计、采用的衬砌材料不同及輸水断面形式的不同三个方面加以阐述，重点提到了北方渠道的防冻涨破坏的要求，结合东北地区自然条件和社会经济条件提出了几种既适用又极易推广的渠道防渗措施。

关键词：渠道;防渗;措施;冻胀

现状分析

目前我国的农田灌溉面积已经增加到5000×104hm2， 居于世界首位。水利灌溉对于促进我国粮食增长及整个农业的快速持续发展起到了关键性作用。每年由灌溉渠道损失的水量为我国总用水量的1/3，为农用水量的45%，灌溉用水浪费相当惊人[2] 。采用渠道防渗技术后， 可以减少渗漏损失的70%～90%， 极大地提高了灌溉渠系水利用系数， 缓解农业用水供需矛盾，节约的水可扩大灌溉面积 ，进一步促进农业生产的发展。同时可以减少渠道占地3%～5%， 防止渠道冲刷、淤积及坍塌，节约运行管理费用，有利于灌区的管理。可以降低地下水位， 防止土壤盐碱化及沼泽化，有利于生态环境和农业现代化建设。渠道防渗是节约用水、实现节水型农业的重要内容， 如果按我国渠系水利用系数提高0.1计算， 则每年可节约用水量344.5×108m3，[3] ， 由此可见，渠道防渗的节水效益十分显著。

1灌区防渗渠道的总体规划

在何种级别的渠道上采用何种防渗措施， 直接关系到防渗节水的效果和投资的效益。事实上，配套比较好的灌区，其干支斗农各级渠道的长度，大致构成一种宝塔形结构 ，有个变化不大的比例， 即各级渠道长与相邻上级渠道的比为1∶2∶3∶4～1∶3∶5∶7。当灌区渠系长度在上述范围内，根据全国大型灌区续建与节水改造规划的资料，干、支、斗、农渠道输水损失（不含管理损失）的比重百分数大致为35～50、25～35、15～25、5～15;干支渠的输水损失占大部分[3] 。当渠道配套很差 ，长度结构出现较大差异时， 下级渠道的实际损失明显增加 ; 且管理损失可增至15%～20%。所以渠道防渗一般应该优先考虑干支渠 ; 下级渠道要首先做好配套， 加强管理减少管理损失;在渗漏损失大的情况下， 也要采取防渗措施。

2采用常见防渗材料的特点

渠道防渗， 不能仅仅视为增加防渗层要注意衬砌材料的特性， 综合发挥衬砌材料的功能避免不必要的损失和失误。事实上渠道改造常常需要综合利用衬砌材料的功能实现防渗。按照渠道选用的材料可分为土料防渗渠道、水泥土防渗渠道、砌石防渗渠道、混凝土防渗渠道、沥青混凝土防渗渠道和膜料防渗渠道，而它们又有各自的优缺点。

2.1   土料防渗渠道

土料防渗渠道土料防渗一般是指粘性土、粘沙混合土、灰土、三合土和四合土等为材料的防渗措施，它是我国沿用已久的、实践经验丰富的防渗措施。土料防渗有如下的优点（：1）能就地取材 ，材料丰富（;2）可以充分利用现在的碾压机械设备（;3）技术比较简单（;4）造价低廉 ，投资少。但土料防渗也有一些缺点（：1）允许流速较低 （土壤流速仅为0.7m/s 左右）（;2）土料的防渗层的抗冻性能差。因此不适于流速较高或气候寒冷的地区。

2.2   水泥土防渗渠道

水泥土为土料、水泥和水拌和而成的材料。因其主要靠水泥与土料的胶结与硬化 ， 故水泥土硬化后的强度类似于混凝土。水泥土防渗渠道的优点如下（：1）材料丰富：水泥土中的土料占80%-90%，而土料的来源异常丰富 ，可以就地取材可以进行水泥土防渗渠道的建设（;2）防渗效果较好，水泥土防渗渠道较土料防渗渠道的效果好，一般可减少渗漏量80%～90%（;3）技术比较简单（;4）投资少造价低（;5）可以利用现有的拌和机、碾压机等施工设备施工 ， 能充分发挥现有设备的作用。然而，水泥有早期强度低， 抗冻性差的缺点， 阻碍了它的大面推广。

2.3   混凝土防渗渠道

用混凝土衬砌渠道， 减小或防止渗漏损失是目前广泛采用的一种渠道防渗技术措施其优点是： ①防渗效果好 ， 一般能减少渗漏损失90%～95%以上 ;②耐久性好。在正常情况下，混凝土防渗渠道可运行50a 以上;③糙率小 ，可以减少沿程水头损失;④允许流速大， 一般为3m/s ～5m/s ;⑤强度高 ，易管理。混凝土防渗的缺点是：适应变形的能力差;在缺乏砂石料的地区造价较高。

3防渗渠道断面形式的选择

防渗渠道常用的断面形式有矩形、梯形、弧形底梯形、弧形坡脚梯形、U 形和复合形。渠道断面形式的选择要综合考虑以下几个因素 ：水力条件好，抗冻膨胀性能好，输沙能力强， 且投资小， 施工方便。我国在小型渠道上已经推广和采用 U 形断面 ，在大、中型渠道上也逐渐采用弧形坡脚梯形断面和弧形底梯形断面。

3.1   梯形断面防渗渠道

早期的渠道大多为梯形断面 ， 此种渠道的特点是 ：施工简单 ， 便于渠道衬砌 ， 但不符合最佳水力断面， 水流条件不好， 抗冻性能差， 衬砌的工程量也较大。

3.2   弧形坡脚梯形断面防渗渠道

此种断面形式是梯形断面的改进形式， 它较梯形断面水流分布均匀， 近似最佳水力断面;由于渠底有一定的反拱作用， 故可以减轻冻害，较少裂缝和错台现象， 造价较低。

3.3   U 形断面防渗渠道

U 形渠目前采用底部为半圆形或弧形， 上部有一定倾角的直线段的断面形式， 今年来又改进为抛物线断面， 此种断面比弧形坡脚梯形断面更接近于最优水力断面。比梯形渠道湿周短、流速快、裂缝少 ，因而输水损失小 ，U 形混凝土渠道较梯形渠每公里输水损失小3.7%， 较土渠可以减少渗漏损失97%。小型U 形混凝土渠道的渠道水利用系数可达0.97～0.98。水流条件好 ， 流速快， 渠道输水输沙能力强， 不易产生淤积现象。下部混凝土为反拱， 整体性好， 抗外力和抗冻胀性能好，渠道占地少， 投资小 ，一般占地面积仅为梯形渠道的1/2～1/4， 比梯形渠道省料25%～30%。

4       发展与展望

新型复合土工合成材料 GCL（Compacted Clay Liner）是在压实性粘土衬砌基础上发展起来的。 GCL 的结构组成是两层土工合成材料之间加封膨润土， 通过针刺、缝合或粘合而成 ，也有的 GCL 产品只有一层土工膜 ， 其上有用粘合剂粘合一层薄薄的膨润土。GCL 抗干湿循环和抗冻融循环能力强，虽然 GCL 受热后会出现干缩现象， 但复水后出现的裂缝会自动愈合， 且渗透系数不变[4] 。

用纳米技术改造混凝土、钢筋混凝土和土工膜的性能的研究已经开始， 并初见成效。纳米改造复合土工膜的厚度约为普通聚乙烯土工膜的3/4～2/3，可大幅度降低工程造价， 其强度和抗穿刺性能明显提高 ，扩大了土工膜的应用范围。

渠道防渗工程牵涉的因素很多，必须在设计、施工、管理各方面下功夫， 同时要不断创新 ，在新方法、新工艺、新材料上作文章 ， 才能从根本上解决渠道工程的防渗问题。

参考文献：

[1] 高峰， 许建中.我国农业水资源状况与水价理论分析[ J] .灌溉排水学报，2003， （12）：27-29.

[2] 钱正英， 张光斗. 中国可持续发展水资源战略研究综合报告及各专题报告[ M] .北京：中国水利水电出版社，2001.104-151.