U型混凝土渠槽在灌溉渠道中的应用

2016-06-01边艳

黑龙江水利科技 2016年3期

关键词：运行管理

边　艳

(葫芦岛市连山区水利局，辽宁葫芦岛 125001)

U型混凝土渠槽在灌溉渠道中的应用

边艳

(葫芦岛市连山区水利局，辽宁葫芦岛 125001)

摘要：随着经济的发展，农业生产种植结构的不断调整，灌溉用水量在不断地增加，灌溉用水量与灌溉水源将出现供不应求的矛盾，特别是位于辽宁省西部的葫芦岛市连山区，是干旱缺水的山丘区，全区可利用的大型灌溉水源只有1座中型水库和3座小型水库。水资源是有限的，灌溉需水量却在不断地增加，因此，必须合理利用有限的水资源。设法节约灌溉用水量的同时，减少渠道在输水过程中的损失也是非常重要的。为了减小灌溉用水在输水过程中的损失，渠道的结构型式成为近年来连山区水利技术人员的研究重点。

关键词：U型混凝土渠槽；渠道断面；结构优点；运行管理

葫芦岛市连山区位于辽宁省西部，多年平均降雨量580 mm，冬季多年平均最低气温-28.5℃。属于干旱缺水的大陆性气候，灌溉水源匮乏。在20世纪90年代连山区灌溉渠道大部分为土质渠道，这种渠道施工维修简便，造价低廉，但是渠系水利用系数很低，抗冲刷能力差，从渠首至渠尾，一半以上的水都浪费掉了。近几年来，部分地区采用了浆砌石结构的渠道，断面型式有矩形或梯形，在运行初期，渠系水利用系数大大提高了，而且抗冲刷能力也增强了。但是，经历1～2 a的运行，受冬季冻胀的影响，渠道在矩形断面折角处，出现纵向裂缝，甚至坍塌，渠道需年年翻修，不但没有解决渠道的渗漏问题又耗费了大量的资金维修渠道。渠道防渗、防止冻害是连山区灌溉渠道迫切需要解决的问题，而渠道断面和结构型式的选择是解决该问题的关键。连山区水利局技术人员通过借鉴国内外先进经验，从预制U型混凝土渠道得到启示，根据本地区为山区，地形较复杂，采用现浇混凝土“U”型断面，并应用在连山区虹螺山水库下游张相公灌区中，经几年的运行实践，达到了防渗、抗冻、造价低廉等效果。

1工程概况

张相公乡灌区位于虹螺山水库下游，灌溉水源来源于虹螺山水库，虹螺山水库是一座中型水库，为连山区境内最大的蓄水工程，主要承担水库下游张相公乡的防洪安全和灌溉用水。张相公灌区始建于1995年，主渠道长2 750 m，灌溉面积200 hm2，主要种植作物为水田和蔬菜大棚，该地区为连山区唯一一块水田发展基地。为了解决灌溉用水，先后修建了多种型式渠道，有土渠、浆砌石渠等，但经过运行，渠道使用寿命短，而且水量渗漏损失严重无法满足灌溉需要，该地区的人民已失去了种植经济作物的信心。为了满足张相公乡灌溉用水，必须改变传统的渠道输水模式，在输水流量一定的情况下，减少水量损失。

2渠道断面设计

2.1断面模式的选择

渠道断面模式的选择，根据水利部《渠道防渗工程技术规范》规定的技术要求，结合当地气候条件、地形条件、基础条件等综合考虑，达到防渗、抗冻、造价低等效果[1]。梯形断面的土渠、矩形断面的浆砌石渠在张相公灌区通过实践检验已不再适应。通过资料分析，U型过水断面水流条件好、渠道糙率低，防渗性能好，特别是U型现浇混凝土渠道，适应地形能力强，造价低廉，特别适合于小型山区灌区，所以决定采用现浇混凝土U型槽过水断面模式。

2.2断面尺寸的确定

渠道断面尺寸要根据渠道设计流量等通过水力计算加以确定，计算公式为：

(1)

式中：A为过水断面面积，m2；R为水力半径m，计算公式为R=A/X，其中A为过水断面面积，X为湿周；I为水力比降，即为渠道比降；C为谢才系数，C=(1/n)×R1/6；Q为渠道设计流量，m3/s。

在渠道水力比降和糙率都一定的情况下，通过设计流量所需的最小断面为最优断面，U型渠道的最优断面根据U形底断面设计方法计算断面底弧半径和上部弦高，经过水力试算，“U”型槽底弧直径为800 mm，深700 mm，混凝土衬砌厚80 mm，表面做3层水泥浆刚性防水，基础用卵石回填，砂浆垫层，工程每10m为一段，段间设沥青伸缩板。其过水断面型式如图1所示。

图1　U型槽横断面图

3结构优点

2)水流条件好：底部为半圆形，在水力学上，它具有糙率低，水流稳定，水流速度快等特点，减少了水流在行程中的损失。

3)冻胀问题有所缓解：由于“U”型断面底部为半圆形，具有特殊的受力条件，它所受的力量沿半圆四周均匀分布的，经过冻胀力，它不易形成象矩形断那样贯穿的纵缝，并且“U”型槽渠的基础是以20cm厚卵石垫层，卵石为圆形，适应变形能力强，对冻胀力起到缓冲的作用，减少了直接作用于“U”槽上的胀力，

4)防渗效果好：现浇混凝土接缝少，防渗效果好，渠槽表面三层刚性防水增加了防渗效果，使水量损失大大减少。U型混凝土渠较梯形断面每公里输水损失减小3.7%，较土渠可以减少渗漏损失97%。

5)造价低、运行寿命长：在相同的设计流量的情况下，U型断面为窄深型，缩小了断面面积，减少了材料用料和占地费用，根据《辽宁省水利水电建筑工程概算定额》进行概算造价对比，“U”型槽渠道每米造价为420元，与其具有相同流量的矩形断面浆砌石渠道每米造价为545元。在工程使用寿命上，如果没有人为破坏，至少可以达到20a，一次投资，永久受益。

4工程施工和运行管理上的几点建议

1)由于现浇混凝土“U”断面形状，施工放线、模板支护、混凝土的浇筑施工工艺复杂，对施工队伍要求高，需要选择高素质的施工队伍施工。

2)三层刚性防水是利用素灰(黏稠度小的水泥浆)和水泥砂浆分层交替抹压均匀压实，构成的一个多层的整体防水层，刚性防水层表面抹平压光，待收水后再进行二次压光，如果施工工艺掌握不好，水泥砂浆有可能出现裂缝，修补会比较麻烦，影响防渗效果。

3)基础垫层卵石要插缝摆放，并用橡皮锤振捣严密，以免产生不均匀变形。

4)工程破损后不易维修，在运行管理上需要严格地管理，加强日常巡查，以免槽渠遭受特殊天气或人为破损。

5结语

连山区张相公灌区“U”型断面混凝土渠道，经过几年的运行实践，一直运行良好，大大减少了水的渗漏损失和年年维修的费用，受到广大群众的好评，是值得我们大力推广和运用的一种新型渠道断面型式。

参考文献：

[1]中华人民共和国水利部.SL/18—2004渠道防渗工程技术规范[S].北京：中国水利水电出版社，2004.

中图分类号：S277

文献标识码：B

[作者简介]边艳(1973-)，女，辽宁葫芦岛人，工程师，从事水利工程建设管理工作。