南水北调渠道设计形式特点分析

宋晓东

摘 要：我国不仅是水资源极度贫乏的国家之一，而且分布也极度不平衡，同时随着我国国民经济的快速发展，水资源的供需矛盾日益突出，因此近些年来为实现我国有限水资源的经济、社会和环境效益最大化，兴建了大量的长距离、跨流域、跨地区的调水工程。本人参与了南水北调等多项大型调水工程的建设与管理，参与解决了很多设计技术问题，本文就总结以往经验，对长距离调水渠道的设计细节问题进行了分析，并提出了相应对策，以予其他调水工程的参考和借鉴。

关键词：调水；排水；地下水资源

中图分类号：S276文献标识码： A

我国是一个干旱缺水严重的国家，人均淡水水资源量只有2300立方米，仅为世界平均水平的1/4，是全球人均水资源最贫乏的国家之一，而且南北分布极不均匀，长江流域及其以南地区人口占了中国的54%，但是水资源却占了81%。北方人口占46%，水资源只有19%，特别是随着国民经济的快速发展，水资源供需矛盾日益突出。为解决这一矛盾，实现我国有限水资源的经济、社会和环境效益最大化，近年来在我国兴建了南水北调、引大入秦、引黄济青、引额济克等大型长距离、跨流域、跨地区的调水工程。本文就长距离调水渠道在设计过程中应注意的细节问题进行了分析并提出相应对策。

一、地下水对调水渠道的影响问题

为减少在调水过程中的渗漏和水头损失，同时从经济、环境和便于施工的角度考虑，我国目前大多调水渠道采用混凝土衬砌明渠形式。这种形式在施工期和检修期如果地下水位高出渠道渠底，或者在运行期地下水位高出运行水位的情况下，就会产生对衬砌板的浮托破坏。解决此问题的方法一般采用内排或外排的形式，内排就是在渠道衬砌板内设置逆止阀，当地下水位在施工期和检修期高于地板，或运行期高于运行水位的情况下，就向内打开阀门进行排水，以达到内外平衡的作用，它适用于地下水水质满足调水要求的情况。外排就是在渠道外侧根据渗流量计算设置一定数量的强排泵站，当地下水位在施工期和检修期高于地板，或运行期高于运行水位的情况下，进行抽水降低地下水位，已达到内外平衡的作用，对地下水水质达不到调水要求，不允许进入渠道的情况下，必须采用外排的形式。参照多项工程的运行和施工经验，由于外排受人为、机械故障等各种因素的影响较多，故建议在具备内排的情况的尽量采用内排的形式，同时无论是内排和外排在设计排水系统时一定要考虑周边环境，丰水年地下水升高、地质条件等各种因素的不利影响，确保排水系统满足最不利的施工期和检修期的要求，避免发生浮托破坏。

二、天然冲沟的穿越问题

凡是长距离的调水渠道，都会遇到无数的天然沟道穿越问题，一般的设计理念是遇到大型的天然冲沟，或隔一定距离会设一些左排涵洞、倒虹吸等进行排水，考虑经济造价因素，大部分冲沟穿越时通常采用回填设置截流沟将降水引流至左排建筑物的形式。参照以往的工程建设和运行情况，无论是设置排水建筑物还是回填设置截流沟的形式，对渠道越传部位都是薄弱环节，因为天然冲沟的形成过程历时时间长，情况复杂，故在进行设计时首先要对天然冲沟的地质情况进行详勘，其次要咨询当地老百姓冲沟的形成过程，历年的降雨过流情况以及对上下游的经济、社会影响情况等各种因素进行综合考虑，已确定是否设置左排建筑物和是否对基础进行处理，另外在施工过程中，设计人员要深入现场，根据实际开挖地质情况，核实设计的合理性以及进行必要的细化和优化设计。

三、不良地质条件的处理问题

长距离调水渠道往往会遇到膨胀土、湿陷性黄土、沙土以及破碎岩石和岩石中存在大量裂隙、断层、倾角、走向等等各种各样的复杂不良地质，对此在进行这些不良地段的设计时要特别谨慎注意，很多调水渠道在施工或运行中出现塌陷、滑坡、鼓胀等问题，追根到底都与不良地质处理不当有关，对这些地段除严格按照设计规范进行勘测和设计外，更重要的是在施工过程中，渠道设计的地质勘测人员和设计人员一定要根据开挖揭露实际地质情况进行复核，特别是对岩石的断层、裂隙和走向问题在前期地勘过程中很难判断准确，另外一些模拟计算也是假定一些参数进行的，实际上地层内部千变万化，一些参数的选定与实际很难完全一致，所以在条件允许的情况下还要进行一定的现场模拟实验。

四、与其他行业的交叉影响问题

修筑长距离渠道时，难免会截断原来的交通、通信、电力、地上地下的排水灌溉系统等问题，对此在进行渠道设计前期实物核查时一定要核查准确，避免出现丢项拉项的情况的发生，并搞清楚产权单位、作用、使用年限、截断后对社会的影响等等，同时在设计时要对各种不利因素考虑充分，认真遵守相关行业部门的法律、法规，积极征求和尊重产权单位的意见和建议，以减少在实施过程中不必要的麻烦，另外在设计桥梁、通信等与渠道交叉细节部位时，也要考虑周全，如有的桥梁扩大基础设置在渠道内，对扩大基础的开挖后的回填问题，了考虑采用低标号混凝土，或碎石土进行回填，以消除不均匀沉降造成渠道局部沉陷破坏，对一些墩柱设置在过水断面内时要充分做好与渠道交叉点的防渗设计等等。

五、渠道自身的防渗、抗冻设计问题

对长距离渠道的设计除以上提到的问题外，对自身的防渗、抗冻问题也是设计必须高度重视的问题，由于我国很多地区特别是北部地区气候条件较差，夏季和冬季温差以及昼夜的温度变化很大，渠道的防渗、抗冻融设计尤为重要。在南水北调京石段应急供水工程设计中，有些填方段和部分土渠段未设置保温板，结果经过冬季后，就发现未设置保温板的渠段均出现了不同程度的冻胀，个别严重地段鼓胀高度达20多公分，后经专家论证，在受破坏的部位拆除后增设了4cm厚的保温板，渠道冻胀问题得到了有效解决，在其他工程中也出现过因为渠道的防渗设计不合理，导致渠道的渗漏破坏，所以在进行渠道设计时，要充分考虑不同地域，不同地质条件的差异，对渠道防渗抗冻要求不尽一致，另外也要考虑不同施工工艺造成渠道施工质量的差异也会对防渗抗冻造成不利影响，如近年来在渠道施工中采用削坡机、衬砌机、磨面机等机械化施工，就有效的保证的渠道的平整度、衬砌厚度和密实度，相对于人工削坡、衬砌及抹面施工质量即好又稳定。所以在设计时除留足必要的安全余度外，也要对施工工艺提出具体要求。

六、结语

由于长距离、跨流域、跨地区调水工程从社会的角度会涉及到各行各业、以及千家万户，从技术的角度会遇到各种复杂的地质条件，各种形式的建筑物，同时在运行期和施工期也可能会遇到暴雨、冰冻等各种各样的极端气候，所以在设计长距离、跨流域、跨地区调水工程时，一定要从前期的勘测、调查着手，做好每一个细节的设计工作，才能从根本上做到既经济，又能保证渠道的施工和运行安全。