水利渠道防渗工»技术探析

马梦翔

（宁夏水利水电勘测设计研究院有限公司，宁夏 银川750004）

当前，随着人们对水资源的不断开发，水资源短缺已经成为了当前社会中非常严重的问题，在这样的情况下开展节水工程就具有非常重要的现实意义。我国的水利部门在近几年来也加大了对水利工程的投资力度，加强了对农业用水节水方面的建设。在我国组织的水利调查中发现，农业用水的量达到我国用水总量的一半以上，而且其水利渠道中对水的利用程度很低。此外，水利渠道防渗施工质量在某种程度上来说会影响到整个工程的质量。由此可见，水利渠道防渗工程的建设对人们的生活产生了非常重大的影响。所以，在对水利渠道防渗工程进行施工时，施工单位以及施工人员都要对工程的实际情况有一个明确的了解，在此基础上再设计出科学合理的方案，进而确保水利渠道防渗工程具有更高的效率以及更好的质量。

1 水利渠道防渗设计应遵循的原则分析

作者查阅了大量的文献资料，并结合了自身多年的工作实践经验，总结出了在开展水利渠道工程防渗规划设计时应遵循的几点原则：

首先，在开展水利渠道工程防渗规划设计之前应当对建筑物的等级进行划分，并依据有关的工作规范开展现场勘查工作和现场调查工作，通过这种方式对拟建水利渠道的基本信息有一个初步的了解。在勘察工作和调查工作当中相关工作人员应当尽可能地分析拟建水利渠道的渠道土壤信息、建筑材料信息等，在此基础上结合渠道防渗经验和国内外优秀技术成果详细地规划水利工程渠道防渗设计。

其次，在开展水利渠道工程防渗规划设计的过程中，相关工作人员应当严格依据相关的工作流程开展工作，同时也要严格地遵循相应的工作规范，将防渗、防土壤盐渍化、防冻害等规划结合起来进行全方位的考虑，从而尽可能地提升水利渠道工程防渗设计的科学性，通过这种方式也可以有效地满足灌区总体布置的有关要求。

最后，在开展水利渠道工程规划设计的过程中，设计人员应当坚持具体问题具体分析的原则，对施工地的具体情况作充分分析。在工作实践过程中，相关设计人员应当充分地分析设计地的自然环境条件，如土壤、地下水位高度、气温等。同时也要结合渠道设计大小、渠道设计防渗性等工程要求开展设计实践工作。除此之外，设计人员还应当充分地考虑水资源供需、地下水以及地表水等情况，只有充分地考虑施工地的社会经济条件和自然环境条件才能设计出科学合理的设计方案。

水利渠道防渗设计人员在工作实践过程中应当严格的遵循以上几点原则，只有这样，才能设计出高质量的水利渠道防渗设计方案，也只有这样才能尽可能地提升水利工程的总体质量。

2 水利渠道的防渗作用

一般来说，水利渠道防渗主要有以下几方面的作用：

2.1 节约水资源

渠道防渗往往都是通过对现有的一些工程进行改造使其发挥作用，最终能够有效地节水。根据相关的实验得出，运用渠道防渗节约相同量的水所耗费的资金往往要远远低于修建水库耗费的资金，尽管水利渠道防渗在工程上可能会耗费一定的资金，但是其能够有效地减少占地面积，能够有效地缩小引水规模，降低各种维修费用，从这一方面上来说，建设渗透比较大的渠道往往会消耗比较少的投资。

2.2 防止耕地盐碱化

如果水利渠道不能够采取有效的防渗措施很容易就会导致耕地盐碱化。而随着渠道渗漏的情况变得越来越严重，其两侧农田的地下水位就会逐渐上升，进而使得耕地区出现盐碱化的情况。

2.3 防止污水污染

对渠道进行堆砌以后就能够预防渠道中的渠水从地下水以及土壤中吸收一些有害以及对水资源安全不利的物质。

2.4 防止渠道淤积、坍塌

在一般情况下，渠道防渗往往会结合防淤以及防塌等，在一些地区会有比较大的纵坡，在这样的情况下就要求渠道能够达到防冲以及防渗的效果。在渠道建成以后由于断面的粗糙率明显降低，因此水流的流速在不断加快，这就会在很大程度上降低淤积的发生概率。然后再采用卵石对渠道进行衬砌。其防坍塌以及防冲刷的性能就得到了极大地提高，这都是传统的土渠与之无法相比拟的。

2.5 降低排水工程的相关费用

如果在潮湿的土地当中没有添加衬砌的渠道很容易就会导致其附近的地下水位出现上升的情况，这就会对农民的耕种造成极大的困扰。因此，往往需要采用开挖排水渠的方式来降低地下水位，也可以每隔一段时间就对其当中的杂草以及淤泥进行清理，以上的这些方法都能够在很大程度上降低相关的费用。

2.6 降低维修的费用

在相关的实践中得知，对水利渠道工程进行衬砌能够有效地降低各种维修的费用，更主要的就是对渠道进行衬砌以后能够有效地预防动物打洞的情况，也可以有效地抑制一些杂草的生长，更能够预防淤积以及坍塌现象的产生。

3 渠道防渗的种类以及适用条件

3.1 土料类

这种渠道防渗的使用寿命大概为5-25年，这种技术主要是运用了一些素土、三合土、四合土、黏沙混合土以及灰土等，主要以砂石、石灰以及素土作为原材料。这些材料的优点是能够实现就地取材，这就在很大程度上降低了施工的成本，而且施工的难度也不大，但是也存在着一定的缺点，其缺点是抗冰冻的能力比较差而且缺乏耐久性，会消耗大量的劳动力，即使在这样的情况下质量也得不到有效保障。因此，这种类型的渠道防渗往往只能够被应用到一些气候比较温和而且规模不大的渠道当中。

3.2 水泥土类

这种渠道防渗的使用寿命大概为8-30年，其中涵盖了干硬性水泥土以及塑性水泥土，主要是运用砂壤土以及水泥作为原材料，比较适合应用到一些气候较温和的地区，同时还要确保这附近能够有砂壤土的来源。其优点是能够实现就地取材，能够在很大程度上降低建造的成本，同时施工难度也不大。唯一的缺点就是抗冻性能比较差。

3.3 石料类

石料类渠道防渗的使用寿命大概为25-40年之间，其中涵盖了浆砌料石、块石、石板以及卵石，主要是把水泥、卵石、料石以及块石等作为原材料。石料类渠道防渗的优点是比较抗冻而且抗冲的性能比较好，施工难度也不大，而且还有着比较高的耐久性。其缺点就是防渗的性能比较差，而且还需要大量的劳动力。由此可见，石料类渠道防渗主要适用于一些石料来源比较丰富而且抗冻和抗冲要求比较高的渠道当中。

3.4 膜料类

膜料类渠道防渗的使用寿命一般在20-30年之间，主要涵盖了土料保护层以及刚性保护层，把砂石、膜料、水泥以及土料都作为了其主要的原材料。其优点主要是防渗透的能力比较强而且质量也比较轻，此外其运输也非常方便。由此可见，膜料类渠道防渗主要被应用在一些中小型而且流速比较慢的渠道当中。

3.5 沥青混凝土类

沥青混凝土类渠道防渗的使用寿命一般为20-30年之间，其涵盖着现场浇筑以及预制铺砌，主要是把水泥和石砂作为主要的原材料。其优点是抗渗的性能比较好而且还有着非常强的冻胀变形能力。其缺点是成本太高，而且所需要的原料也比较难得。由此可见，沥青混凝土类渠道防渗主要应用在一些冻害经常发生的地区，而且附近还要有沥青这种原材料的来源。

3.6 混凝土类

混凝土类渠道防渗的使用寿命一般为30-50年之间，主要包含着预制铺砌、喷射法施工以及现场浇筑，主要把水泥、砂石以及速凝剂作为其主要的原材料。其优点是抗渗性能比较强、抗冲性能比较好，而且还有较高的耐久性。但是也存在着一定的缺点，其缺点就是对施工设备的数量要求比较多，而且施工的步骤也相当复杂。由此可见，混凝土类渠道防渗主要应用在地形以及气候不同的基岩以及风化岩基的渠道。

4 防渗渠道的设计

在实际的施工过程中采用渠道防渗技术能够有效地降低渠道渗水量，有效地降低地下水位，防止土壤次生盐渍化的产生，而在防渗渠道设计中主要包括断面选择、断面参数以及材料的选择等。

4.1 渠道防渗断面的选择以及优化设计

渠道防渗工程当中主要包含的断面有以下几种类型：梯形断面、弧底梯形断面以及U形断面等，这些不同的断面在具体情况下会有不同的应用，这几种断面在我国水利渠道防渗工程中都可以寻找到，每一种断面的应用特点如下：

4.1.1 梯形断面

梯形断面的特点是施工比较方便而且形状相对来说也比较简单，而且在现阶段，梯形断面也有着相对来说比较成熟的技术，施工的质量有所保障，其中需要的成本少，能够有效地降低施工的成本。这种断面现阶段被广泛地应用到了各种规模的渠道防渗工程当中。但是这种断面也存在着一定的缺点，即其具有比较差的形状存在力条件，缺乏抗冻胀的性能，而且抗淤积能力相对来说也比较差。

在梯形断面中进行设计主要是以经济实用以及水力最优作为其主要的设计方法。所谓的经济实用设计方法指的就是运用一些试算程序，对断面的各种参数进行假设验算，直到符合要求以后就可以对其参数进行确定。而所谓的水力最优设计指的就是依靠断面面积和水力之间的关系对断面进行优化，在这样的情况下，获取到最大或者是最小水力情况下的断面参数。

4.1.2 弧底梯形断面

这种形式的断面主要具有水利条件比较好，抗冻性能比较高而且容易控制施工的时间以及施工的成本都比较低的特点。因此这种断面形式一般都会被应用到大型的水利渠道建设当中以及一些旧渠道的改造工作当中。此外，由于这种形式的断面具有最小水流阻力的特点，因此，这种形式的断面其防湿周性以及防渗漏的能力都比较好，而且其在建造的过程中还有着比较小的工程量。通常而言，运用这种形式的断面，渠道在流水量小的情况下会有着比较好的节水性能，如果在水流量大的情况下会有着比较好的输砂能力，因此这就很容易对水的深度以及水的流速进行测量。最后，如果在渠道的底部用卵石进行铺底，就能够使其具有比较好的紧密性，进而使得边坡具有比较高的稳定性，不会轻易就产生冲刷的破坏。

4.1.3 U形断面

这种形式的断面其具备的水力条件比较好，而且其整体性也比较强，能够有效地降低对地基冻胀的破坏，而且其水流的半径大，流速相对来说也比较快，对水、砂的输送能力都很强，能够在最大程度上降低渠道在单位时间内的供水量。此外，这种形式的断面还具有比较好的防渗性，在输送水的过程中能够更好地减少水量损失。这种形式的断面施工的工作量比较小，而且劳动力以及原材料的需求量都不是很大，很方便管理。但是由于这种断面具有着比较复杂的形式，很难适应规模比较大的水利施工，所以这种形式的断面往往只是在一些比较小型的渠道中进行使用。

U形断面主要是根据渠道流水的相关要求来对截面的形状进行设计，然后在这一过程中会获得相应的施工参数作为参考，但是在具体的设计过程中必须要根据实际的情况来进行设计。

4.2 渠道防渗断面参数优化设计

当前，在对渠道断面进行优化的过程中一般会采用动态规划的方式，而这一过程主要是以断面的一些参数作为依据，根据最终的设计目标来对参数的范围进行确定，最后会获得一个最优目标的参数，运用这种方式就能够有效地解决渠道断面设计过程中可能会遇到的一系列不确定的因素，能够更好地解决实际施工过程中遇到的一系列问题。此外，渠道使用的断面形式确定以后，就可以运用最优的算法对其中的各项参数关系进行确定。在对纵横断面设计参数进行优化时，可以将其转变为一个多阶段决策的优化问题，进而确保能够得到最优的结果。运用动态规划的设计方法能够有效地使设计周期变短，达到更好的设计效果，最终确保渠道能够真正地发挥出其应有的作用。

5 现阶段渠道防渗工程技术中存在的问题

如果渠道防渗工程技术能够有比较好的节水效果，那么这将会对我国水资源短缺以及国家经济发展等方面产生非常大的影响，而且具有非常重要的现实意义。但是因为我国对渠道防渗工程技术方面缺乏一定的重视程度，这就在很大程度上导致了在这一方面的投入相对来说比较小，进而极大地影响到了渠道防渗工程技术的研究，所以在现阶段，这一方面还存在着很多的问题。在现阶段，我国广泛使用的一些防渗材料虽然具有一定优点，包括防漏水的效果好以及能够承受的水流压力大，但是一个很关键的缺点就是防冻性能比较差，这就导致这些材料在我国北方寒冷地区的使用受到了很大的限制。因此，如何解决防冻性差这一局限已经成为了当前的研究重点。此外，各种类型防渗材料的复合利用也逐渐成为了一个研究热点。将各种材料以其优缺点为依据相互之间进行结合，例如薄膜类具有比较好的防渗效果，但是其成本比较高，在这样的情况下，就可以将其与一些成本比较低的材料有机地结合到一起，确保其能够达到最优的效益，将效益最大化。再者，现阶段主要的输水渠道基本上都是明渠，而相关的研究发现，暗渠以及暗管的输水技术有着比较好的防渗效果，能够在最大程度上降低渗漏的损失。在北方的一些寒冷地区都会有冻土层，在这样的情况下，如果能够将这些材料都填埋到冻土层以下往往就不会再出现冻胀这一系列问题，这样做不仅能够节约大量的土地，同时还对田间耕作提供了更多的方便。由此可见，对于这方面的研究应该被给予足够的重视，在建造和设计的过程中，如何有效地降低成本以及设计埋设施工都是亟待解决的问题。

6 水利渠道的防渗现状以及未来的发展方向

现阶段，我国水利渠道防渗的相关技术已经有了很大的发展，这对我国的节水工程做出了突出的贡献，但是与西方一些发达国家相比，我国在这一方面的投资相对来说仍比较少，而且我国的渠道防渗工程缺乏对新材料以及新技术的研究。在一些西方国家已经实现了大规模机械化作业，工作效率高，而且施工的成本相比较而言也低。从这一方面上来说，我国的水利渠道防渗工程要加强对机械设备的使用，使得相关的工作更加专业化和现代化，更好地完成水利渠道防渗工程的建设。

7 结束语

综上所述，水利渠道防渗工程是水利工程中的核心工程。现阶段，我国尽管对水利渠道防渗的相关技术已经有了一定的研究，而且也取得了一些成果，但是在这一过程中仍然存在着众多的问题。对此，我国必须要对水利渠道防渗工程技术的研究给予足够的重视，并积极地采用一些新材料以及新技术，有效地降低渠道中的渗漏水，提高水资源的利用率，促进我国防渗工程的健康、快速发展，更好地推动我国水利事业的发展。