浅析人民胜利渠灌区节水改造工程中U型渠道的应用

□闫倩倩（河南省人民胜利渠管理局）

1 灌区简介

人民胜利渠灌区位于河南省北部，是新中国成立后在黄河下游兴建的第一个引用黄河水灌溉的大型自流灌区。灌区总控制面积14.86 万hm2。主要灌溉新乡、安阳、焦作市的8 个县(市、区)47 个乡（镇）的9.80 万hm2耕地，其中充分灌溉面积5.80 万hm2，补给灌溉面积4 万hm2。同时还承担着新乡市城市供水和必要时向安阳、天津送水补源的任务。工程设计流量60m3/s，加大设计流量85m3/s。灌区于1951年开工，1952年4月第一期工程建成，当年开灌受益。后经几次整修扩建，达到现有规模。设计灌溉面积5.91 万hm2，实灌面积4 万hm2。

人民胜利渠灌区节水改造工程实施以来，不断引进新工艺、新技术，近年来随着施工工艺和施工机械的发展，在灌区渠道衬砌中引入了U 型渠道施工技术。人民胜利渠灌区新磁灌区祝楼乡高效节水示范区项目位于新乡市平原新区祝楼乡境内，项目区土地肥沃，农业种植条件较好。近年来该区域降雨偏少，地下水位下降严重，水资源供需矛盾日渐突出，为缓解水资源供需矛盾，在该区域范围内实施高效节水项目，完善配套田间工程。

在节水灌溉方面，根据人民胜利渠管理局科研中心的研究成果及多年的推广应用经验，U 型断面水流顺畅、不淤积，运行效果最佳，因此项目区内斗农渠均采用U 型断面形式，干加斗渠根据控制面积大小分别为UD80、UD60 两种形式，干加农渠、农渠采用UD40 形式。

2 U 型渠道的优点

2.1 U 型渠道节水效益显著

U 型渠道整体性强，防渗效果好，项目实施后，与原渠道相比,斗、农渠渠系水利用系数均由0.85 提高到0.95，改造后的末级渠系灌溉水利用系数达到0.69，较改造前的0.54 提高了28%。根据计算，项目区333hm2耕地年节水118 万m3，每立方水按生产1kg粮食，粮价按2.50 元/kg计，分摊系数0.40，则年增产效益为119.15 万元。

2.2 U 型渠道输水能力强

混凝土U 型渠道表面光滑、糙率小、流态好，项目实施后，由于U 型渠道断面小、糙率值小，流速更快了，同时也大大提高了输沙能力，减淤效果显著。项目区以前浇不上水、使用机电井抽水灌溉的情况不复存在，既减少了灌水用工，又减少了提水（燃油）费用，还能把节约下来的水量用于提高作物种植的复种指数。

2.3 U 型渠道省工、省时、省料且节省渠道占地

随着高科技的发展，U 型渠道可以利用机械来施工，主要优势在于：①施工机械结构简单，运输、安装拆卸方便，便于操作，只需一人即可。②机械现浇渠道一次成型，速度快，是人工的18～20 倍。渠道断面尺寸标准。③在施工用料方面，U 型渠道与同设计流量的梯形渠道相比，可以大大节约材料，如建设1km的U 型渠道会比建设同长度的其他渠道造价低30%左右。④U型渠道节省占地，项目区原斗渠渠道平均口宽2.50m,改造后渠道平均口宽为1.24m；原农渠渠道口宽平均1.80m,改造后渠道口宽为0.91m。

2.4 U 型渠道的结构特点

U 型渠道的断面形式为上部为有一定倾角的直线段、底部为弧形或半圆形，两段平滑连接。U 型渠道断面改善了梯形渠道防渗衬砌渠道膨胀变形的分布具有不均匀性，且渠道底部具备一定的反拱作用，可以有效避免错台、裂缝、冻害等问题的发生。在实际应用过程中，U 型渠道渠底圆弧夹角应尽量控制在152～156 °以内为宜，两侧外倾角度控制在10～14 °范围内，混凝土厚度6～10cm。若施工区属于特殊地区，外倾角度可根据具体情况作适当调整。

3 U 型渠道的构造

U 型渠从形状上可以分为以下几个部分：①底端的圆弧段;②两侧的斜直段;③顶部的水平保护段;④土堤。如图1。

图1 U 形渠道断面构造图

需要注意的是槽壁的厚度应该根据断面的大小、施工方式、混凝土标号以及土压力等而定。

U 型渠道的过水面是由输水的要求决定的，它们之间存在如下的关系式：式中，W—流过渠槽的水流量(m3/s);P—过水断面面积(m2);i—渠槽比降;C—流速系数;n—流速的糙率。

4 U 型渠道的施工技术要求

在U 型渠道工程施工过程中应做好以下几方面的工作：

4.1 施工准备

U 型渠道施工前，应进行详细的施工组织设计，充分做好料场、拌合场等施工工地的布置以及施工用电、用水、道路和机器设备进场准备工作，对试验和施工的设备进行检测和测试运行，确保混凝土衬砌渠床符合施工要求，为施工提供良好的条件。

4.2 渠道工程放线

首先确定渠道中线，U 型渠道铺设线路应与设计图纸一致，在满足设计要求的情况下，其轴线应尽可能取直。在渠道中线位置设中心桩，直线段每10m 一个中心桩，弯道处3～5m 设一个。其次做好施工放线工作，保证渠道的轴线、边线、高程符合工程设计要求。设置高程控制桩，沿渠线设置高程控制点，用以控制渠底开挖高程和渠道比降。测量精度应达到四等水准要求，闭合精度控制在20mm。高程控制点每20m 设置一个，埋设牢固的混凝土桩或木桩，通视条件要好，方便施工中渠道高程测量和控制。

4.3 土方工程开挖

在施工过程中严格按照设计单位提供的施工详图进行施工，同时要对渠道的位置、高程、坡度等技术参数进行检查和校对。在进行土方开挖时，要合理地设计渠底高程及坡度，同时在设计高程和边坡坡度时也要根据当地地质情况而定;在对要建设的U 型渠道进行机械开挖时，为了防止在开挖的时候扰动设计标高以下的原状土，可以在设计高程上方保留一定厚度的原状土，这些原状土由人工来清理，达到设计开挖高程。

4.4 U 型渠道混凝土浇筑

渠道断面开挖后，采用U 型渠道衬砌机衬砌渠道。衬砌机设有导向滑模、进料口，中间安装震动设备，并配备一台1t 牵引车，中间用牵引索与衬砌机连接，拉动衬砌机匀速前行。衬砌前如果渠床干燥起土，应先洒水，避免浇筑好的混凝土板因水分过度流失表面出现裂纹。为确保衬砌质量，衬砌机前进速度一般控制在0.50-0.80m/min。衬砌机工作时，人工配合连续向进料口装入拌合好的混凝土，振捣设备同时工作，渠道衬砌断面一次成型。衬砌机过后，应对已衬砌的渠道表面进行人工压光收面，做到渠道表面平整光滑，无石子外露，无蜂窝麻面。混凝土衬砌后18-20h 应进行养护。

5 U 型渠道效益分析

项目实施后，渠道经过防渗衬砌，大大提高了输沙能力，减淤效果显著，这样就大大减少了农民的投工投劳。同时斗、农、毛门等建筑物配套齐全，能直接配水至田间，所以从前浇不上水，使用电抽井水灌溉的情况不复存在，既减少了灌水用工，又减少了提水（燃油）费用，还能把节约下来的水量用于提高作物种植的复种指数。

经计算，工程完成后，每年产生经济效益208.98 万元，可新增农业生产能力（折合成粮食）83.59 万kg，项目区受益农民5100 人，人均增收176.12 元。

6 结语

U 型渠道是节水灌溉中重要的防渗措施工程，是提高现有水利工程的效益，提高渠系水利用系数，节约用水的费省效宏、时效较快的重要途径，同时可引导广大农民更新观念，改变陈旧的灌溉和生产模式，进一步增强水患和节水意识，改善水资源开发利用环境，实现水资源可持续利用和优化配置，提高水的利用率和水分生产率，使有限水资源，最大限度地为农业增产、农民增收以及国民经济和社会发展服务。

[1]胡滨.浅析节水灌溉中U 型渠道的应用[J].陕西水利，2011（03）.

[2]李洪军.浅谈U 型渠道的优势特点及施工方法[J].科学与财富，2013（3）.