关于灌区渠道防渗设计的探讨

唐健武

摘 要：随着灌区农业经济的不断发展，灌区作物种植面积的增加和结构的复杂化等， 使灌区对水的需求量不断加大，部分渠段输水能力不足，渠道防渗体破坏严重，严重影响全灌区的农业发展。渠道防渗工程技术就是杜绝或减少由渠道渗入渠床而流失的水量的各种工程技术和方法。力求以最低的经费投入, 长期保持将水源引水量尽可能多地，安全，快速输送到田间, 达到高效益低投入的目的。渠道防渗是提高水的有效利用率的关键技术。

关键词：灌区渠道 节水型农业 防渗 设计

中图分类号： S611 文献标识码： A 文章编号：

前 言

农业是我国的基础产业，具有突出的资源优势和巨大的开发潜力。灌区是农业的基础，因此，做好灌区水利工程建设对我国农业乃至经济的发展将起着举足轻重的作用，而渠道防渗改建是一项十分重要的节水措施，渠道防渗是实现节水灌溉，提高渠系水利用系数的主要措施之一。进入21世纪以后，我国进行了一大批以长距离供水渠道工程建设。在此期间，我国的渠道防渗技术有了较大的提高，结构型式，防渗材料以及施工方法都有了新的发展力求以最低的经费投入，长期保持将水源引水量尽可能多地，安全，快速输送到田间，达到高效益低投入的目的。

一、渠道水力设计

1.1纵坡的选择

渠道纵坡的选择应根据渠道沿线地形、地质条件，设计流量和含沙量等因素，通过计算分析确定，在设计中需反复的调整计算，纵坡设计应满足以下要求:(1)满足渠道的不冲不淤流速，保证设计输水能力、边坡稳定和水流安全通畅，如果设计流速太大，可采取增加跌水、陡坡等建筑物或改变渠道的断面形式;(2)各级渠道之间和渠道各段以及重要建筑物上、下游水面平顺连接;(3)尽量使渠道占地较少，工程量较省，使渠道设计较为经济合理等。

1.2边坡系数

对于中小型工程，梯形和复合断面形式渠道的边坡系数可依据《渠道防渗工程技术规范》及工程地质条件直接选取。

1.3渠道岸顶超高、衬砌超高和渠深

对于小型渠道岸顶超高可以取衬砌超高，岸顶超高可按照规范计算确定。渠道的衬砌超高可采用0.3~0.8 m，也可综合考虑渠道运行管理特点、分配水管理水平、暴雨流人量、土壤特性、衬砌材料等条件取渠道的衬砌超高高于计算确定的岸顶超高。

1.4堤顶宽度

根据小型灌区节水改造经验，初步拟定堤顶宽度可以按照加大流量时水深加0.3 m计算确定。一般不应小于1 m。

二、渠道断面设计

渠道的断面形式有矩形、梯形(包括弧形坡角梯形断面、弧形底梯形断面),U形和复合形断面等。渠道断面型式的选择应结合地质条件和防止产生病害的主要因素:渗漏、冻胀、冲刷淤积、盐胀、地下水的顶托、腐蚀来综合考虑比选确定。

2.1渠道断面的防渗设计

渠道防渗是目前应用最广泛的灌区节水改造技术措施。常见的有减少渠床土壤透水性的塑膜、土工膜防渗措施，但由于土渠抗冲刷能力差，易淤积，所以在渠床防渗漏的措施基础上采用建立不透水防护层的防渗措施。两者结合，形成双层防渗防护结构。

2.1.1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。

2.1.2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。

2.1.3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，故适用于高流速、渗透性强的渠床。

目前，在灌区节水改造设计中多采用混凝土和塑膜双层防渗渠道，其耐久性和防渗效果非常好。

2.2防冲刷淤积

在调查的很多灌区土渠和干砌卵石渠道由于运行时间很长，老化严重，造成冲刷和淤积也很严重，所以在灌区节水改造渠道防渗中渠道设计流速必须满足不冲流速和不淤流速。在此就2个问题予以探讨:(1)衬砌渠道及输冰运行的渠道流速宜采用1.0一2.0 m/s。虽然对于混凝土等刚性衬砌的渠道不冲流速较大，但在渠系分水闸设计中必须考虑急流分水和闸前渠道超高的加大;(2)在对灌区调查和不冲流速的实测中了解到:对于含盐碱较为严重的土渠，它的不冲流速比理论计算的偏小，究其原因是土壤中盐碱在运行中造成土壤的疏松，尤其对土渠两岸影响很大，所以在土渠的设计中予以重视。

2.3防盐胀

在渠线地表至地下水位线深度范围内由于蒸发强烈，造成盐分积聚，普遍存在盐渍化土。土壤盐渍化表现为表层严重，土表30 cm深处以下较稳定。在渠道设计可采取用非盐渍土置换盐渍土基，是最为有效的根治盐胀方法，但工程量大、造价高，所以应结合防冻胀等措施同时考虑置换。

2.4防地下水顶托措施

对有些渠道虽然地下水位较高，但仍需采取混凝土衬砌防护的。所以在渠道停水期，地下水对混凝土板将产生较大的浮托力，为防止地下水顶托板造成破坏，必须采取防止地下水顶托板措施。在设计、施工中采取以下几种方式较好:

2.4.1采用排水管和排水阀组合式排水形式

此办法适用于地下水位略高于渠底，浮托力较小的渠段。排水管可选用价廉物美的PE光壁滤管，并在外包滤料，排水阀选用塑料逆止阀较为节省。

2.4.2砂砾石垫层形成纵横向排水沟

该办法适用于无排水出路渠道，在渠道边坡硅板下铺砌砂砾石料做成横向贴坡排水，集中将地下水排到渠中纵向排水体中。在有排水出路的填方渠段再设置横向排水体将水引出。横向排水体采用无纺土工布包裹砂砾石，以免排水带走填方土体，造成填方渠段沉陷变形。

2.4.3设置集水井

对于深挖方渠道排水出路困难的根据排水量的大小在渠堤上设置集水井，将纵向排水沟(管)的水通过渗渠集中到集水井中，在渠道停水期或解冻前将集水井中的水抽干，防止顶托或冻胀。集水井每500一1000 m可设置1个。

2.4.4设置透水体

在混凝土衬砌的渠段结合分缝每隔一段设置干砌石透水体，透水体按照反虑进行设计，可采用无纺布包裹卵石，其结构简单，施工方便，排水效果好。

以上几种方法可结合地形、地质条件、地下水位的变化灵活使用，在引额济克西干渠中不同渠段采用砂砾石垫层形成纵横向排水沟、设置集水井、设置透水体措施，防止了地下水顶托混凝土板，减轻了冻胀破坏，效果良好，保证渠道运行安全。

2.5防腐蚀措施

根据很多工程实例，灌区地下水往往存在对普通水泥的混凝土具有硫酸盐强腐蚀性。采用抗硫酸盐水泥来解决腐蚀问题造价较高，所以设计中根据规范混凝土板的厚度应加厚10-30mm，也可结合防冻胀、防渗措施采用换填或土工膜隔离等办法，防止地下水对混凝土板的腐蚀。

渗漏、冻胀、冲刷淤积、盐胀、地下水的顶托、腐蚀等不利因素对同一条渠道可能同时存在，如何正确防止应通过多方案的技术经济比较综合确定，达到经济、省工省料、安全、适用、合理的设计要求。

三、结语

虽然渠道设计被认为是较为简单的水工建筑物，但要设计一条真正安全的、优良的渠道工程，需要我们综合分析各种因素，并纵横断面设计、水力条件确定同时考虑，达到水流条件好、工程安全、经济、技术先进，并为以后的管理工作创造条件。