潇河灌区节水防渗工程探索与实践

段美清

（晋中市潇河流域管理局，山西 榆次 030600）

1 灌区概况

潇河灌区位于晋中盆地东北缘、潇河流域西端、潇河干流出水口的平川地区，是山西省主要粮、棉、蔬菜生产基地。灌区渠系始建于1950年，是清洪两用、井渠结合的全国大型自流灌区。灌区受益范围包括晋中市的榆次区、太谷县和太原市的小店区、清徐县等2市4县（区）11个乡镇134个行政村，控制耕地面积2.6万hm2，有效灌溉面积2.216万hm2。现有干渠2条，全长46.28 km，其中北干渠（民丰干渠）长17.14 km，控制面积 1.083万hm2；南干渠（民生干渠）长29.14 km，控制面积1.133万hm2；支渠8条，总长90.17 km，斗渠156条，总长286.6 km，农渠1 164条，总长887.1 km。灌区现有干支渠建筑物526件，斗农两级渠系建筑物5 515件，已形成干、支、斗、农、毛五级渠道基本配套的灌溉排水体系。

2 节水改造必要性分析

灌区渠首枢纽和干支渠系自1951年投入运行至今，对灌区农业生产发挥了重要作用。随着当地经济社会的迅速发展，人民生活水平的不断提高，工农业用水日益增加，有限的水资源导致供需矛盾加剧，一定程度上制约了当地经济的持续稳定发展。为切实提高灌区枢纽引水的单方利用率，必须进行渠道防渗处理，减少渗漏损失，管理和维护好各级渠道建筑物。因此，对灌区进行节水改造具有重要的现实意义。

3 灌区防渗工程探索及实践

潇河灌区的节水防渗历程大致分为四个阶段：渠道防渗初始阶段，对冻害教训总结后的提高阶段，渠道防冻涨新材料及新结构的探索阶段，扩大成果运用阶段。

3.1 初始阶段（1965—1974年）

自1965年起，渠道防渗工程开始在潇河灌区探索起步，主要通过工程措施减少渠道渗漏损失。先后采用几种不同的防渗结构进行试验。第一种是采用1～2 cm厚的沥青砂浆、沥青薄膜的渠底铺衬防渗。经过两次输水后被冲毁。第二种是采用塑料薄膜上覆50 cm厚的土料保护层的渠底防渗。在纵坡1/1 500～1/1 800的渠段，由于输水流速大，土料保护层被冲走，太阳曝晒后发生鼓胀损坏；在纵坡1/2 800～1/3 000的渠段，由于输水流速小，且属于洪水淤积型渠道，实践证明能够完好运行20年，防渗作用良好。第三种是采用浆砌预制混凝土板和浆砌片石的渠底、渠坡防渗。经过2～3年冬浇输水运行后，由于冻胀作用，浆砌预制混凝土板、水泥砂浆砌缝与砌体脱开，发生鼓胀及严重错位。解冻后，砌体下陷，形成一个小台阶，经水流冲刷，部分砌体沿渠坡滑落到渠底。

3.2 提高阶段（1975—1985年）

认真总结初始阶段的经验教训，在对渠道冻害深刻认识的基础上，重新进行渠道防渗结构设计和防渗材料的选用。

一是全断面铺衬塑料薄膜，干砌片石保护层的渠道防渗。该技术从结构上讲是柔性与刚性的结合，从应用上讲是防渗与防护的结合，但工程土石方量大、渠道糙率、清淤及渠道整修难度较大。

二是全断面铺衬塑料薄膜，渠底浆砌预制混凝土板，渠坡以冬季放水结冰线划分为上下两部分，结冰线以上为浆砌预制混凝土板，结冰线以下为浆砌块石的复合式渠道结构防渗。该技术可有效降低渠床土壤的含水量，大大减小渠道的冻胀力，防渗性强、保温性好、抗冻胀效果明显、使用寿命长，但工程造价较高，人工投入多。

三是浆砌石重力式挡土墙的矩形渠道衬砌后铺衬塑料薄膜防渗。该技术主要为防渗防护类型，适用于填方段类型的渠道，侧重于保护渠堤，断面较大，远超过冻结深度，土石方工程量大，工程造价高。

3.3 新探索阶段（1986—1997年）

提高阶段的渠道防渗工程技术主要以塑料薄膜为主，通过加大衬砌厚度及强度来抵抗冻胀力，经济性差且时效性有限。为此，从1986年开始，渠道防渗工程进入新材料、新结构型式的探索时期。

经过20年不间断的探索和研究，渠道衬砌防冻胀的措施大致可归纳为：减少土壤含水量；换填不冻胀基土；采用保温材料提高渠床地温。为此，灌区进行了7方面的探索试验，即：渠道断面全部采用倒梯形设置进行试验。试验结果表明：预制混凝土板下铺设5 cm聚苯板的防冻保温效果最好，可提高地温8.6℃，减少冻胀深度73 cm（73.4%），减少冻胀量11.8 cm，未发生裂缝。但工程造价高，较非抗冻胀衬砌方案高44%。

为较大范围地应用试验成果，降低工程造价，潇河灌区再次进行补充试验。渠道阳坡和渠底下铺设0.1 mm的聚氯乙烯薄膜；渠道阴坡下铺设聚苯板，冬季输水水位以下铺设4 cm厚的聚苯板，冬季输水水位以上铺设2 cm厚的聚苯板。试验表明，该技术可减少工程造价58%，防冻防渗效果很好。经过10余年的实际应用，基本上没有投入维修费用，经济效益良好。

3.4 扩大成果运用阶段（1998年至今）

1998年以来，随着国家对大型灌区节水改造投入力度的加大，灌区陆续对部分干支渠进行续建配套与防渗改造。至2008年底，干渠防渗改造长度18.5 km，支渠防渗改造长度36.02 km。

这一阶段的渠道防渗工程主要采用土工膜替代原有的聚苯板和聚氯乙烯薄膜，工程应用中主要考虑防水、抗变形能力及耐久性。因此，潇河灌区在扩大成果阶段的渠道防渗技术主要采用两种形式：浆砌石直墙、钢筋混凝土盖板涵，为双孔矩形断面；梯形断面，土工膜防渗、混凝土护面。

边坡与渠底采用10 cm厚的C20混凝土预制板加土工膜防渗型式，每5 m设一条伸缩缝，缝宽2 cm，采用沥青砂浆封缝，混凝土与土工膜之间铺设2 cm厚的水泥砂浆过渡层，混凝土抗冻等级F100。

4 结语

“十一五”期间，潇河灌区节水改造项目完成渠道防渗整修13.577 km，改善灌溉面积0.592万hm2，年新增节水能力768万m3，灌溉水有效利用系数由0.53提高到0.54。预计到“十二五”末，潇河灌区渠系水利用系数可由现状的0.57提高到0.65，灌溉水利用系数由现状的0.478提高到0.585。干渠防渗改造总长度将达到22.55 km，占渠道总长的48.72%；支渠防渗改造总长度将达到41.5 km，占渠道总长的46.02%。