渠道防渗与节水灌溉技术研究

万 丹

(辽宁省阜新市阜蒙县水利局，辽宁 阜新 123100)

渠道防渗是一项重要的工程措施，可以在输水过程中较少由渗漏现象造成的物理损失。随着该项技术手段的应用，灌溉用水得到了有效节约，且土壤次生盐碱化、渠道坍塌、渠道冲淤等事故的发生频率也得到了适当抑制。在保证渠道内输水能力不断提升的基础上，缩小渠道自身的断面面积，并以迎合建筑物尺寸作为首要目标，通过这种方式不仅能够有效控制地下水位的上涨趋势，也能有效节约渠道占地面积，减少由维修、管理产生的渠道防渗工程费用[1- 2]。作为节水灌溉的重要施工措施，渠道防渗技术既能按照较低的用水量获得较大的产出收益，也能在维持高水平单位灌溉水量的同时完成作物的物理灌溉。在渠道防渗技术应用标准的基础上，建立一种新型的节水灌溉技术模型。随着该模型的广泛应用，不仅使节水灌溉技术做到了因地制宜，也大大降低了水资源浪费现象的发生几率。

1 渠道防渗标准化模式选择

渠道防渗标准化模式选择是新型节水灌溉技术模型的搭建基础。在适用条件确定、模式构型、厚度参数计算等几个关键环节的支持下，其具体模式选择方法可按如下流程进行。

1.1 防渗适用条件及范围确定

渠道防渗标准化模式主要适用于以下条件及范围。

(1)最大防渗土层的中心深度必须达到30cm以上，且土壤自身属于冻土范围。

(2)防渗渠道的搭建应以混凝土或其它刚性衬物质作为主要原料，作为渠道的基本土壤基质，冻胀土必须具备较强的性状可塑性。为适合防渗渠道的季节性供水需求，冻胀土在春夏季大多采用弧形坡脚梯形或弧底梯形的断面形式，而对于大型的防渗渠道则必须采用梯形作为标准断面形式[3]。

(3)当地下水位始终处于渠底以下时，可以采用被动排水的处理措施迫使地下水位逐渐上升，直至接近或超过渠底横截面。

(4)聚苯板作为防渗渠道的主要组成物质，其自身厚度应该按照渠体走向趋势区别计算。

1.2 渠道防渗模式的构型

渠道防渗模式的构型对土壤抗压强度、伸缩缝宽度等条件进行了严格限制。渠道土壤抗压强度与抗渗指标选取、渠道规模等因素产生直接联系。通常情况下，处于渠道规模适中条件下的渠道土壤抗压强度为大于等于20MPa。渠道防渗伸缩缝中填充了大量的土壤基质，且为保证良好的灌溉施工，伸缩缝两端多为现浇混凝土板，相邻两板材间的距离大多满足3～5m或6～8m两个选择区间[4]。为保证防渗渠道具备较强的水压承受能力，相邻两个渠道防渗伸缩缝间必须具备一个防渗膜料结构，且材质大都为厚度处于0.18～0.22mm之间的PE塑料膜。完整的渠道防渗模式结构如图1所示。

图1 渠道防渗模式构型图

1.3 标准化渠道厚度参数计算

标准化渠道厚度参数是影响渠道防渗模式选择的关键因素，当土壤基质、渠床深度等条件发生改变时，防渗渠道所承受的外界压力也会随之变化[5]。在渠道防渗标准化模式影响下，渠道自身的厚度必须能够承载土壤基质的强大挤压力，且由于每一阶段渠床的截面面积不固定，各个深度层面的修正系数也不唯一。规定e1、e2、e3、、eλ分别代表λ个渠床截面的深度修正系数，利用e1、e2、e3、、eλ可将标准化渠道厚度参数表示为：

(1)

式中，y—土壤基质条件的基本参量；w—渠床深度因素的百分系数；i—土壤基质的挤压条件；u—标准化渠道厚度的衡量参数。

1.4 渠道防渗因子确定

渠道防渗因子在符合标准化模式选择原理的基础上，对节水灌溉设备的选择起到导向性作用。根据实际施工经验，防渗渠道土工膜料的总体厚度大都较薄，其主要作用是在防渗过程中起到一定的阻挡作用。但随着高聚物材料的大量应用，土工膜料自身的厚度得到一定程度的提升，且在防渗过程中可对外界水系因子起到更良好的阻隔作用[6]。设r代表渠道固有的良性渗透系数，t代表理想防渗时间，联立公式(1)可将渠道防渗因子表示为：

(2)

式中，χ—代表高聚物材料土工膜料对水系因子的阻挡系数；β—代表土工膜料的厚度参量；o—代表节水灌溉设备的导向周期；|Δs|—代表在标准化模式选择原理下，渠道综合防渗条件实部的变化量。

2 渠道防渗节水灌溉技术模型搭建

在渠道防渗标准化模式选择的基础上，通过选择主体界定、形式划分、设备选择、原则完善4个关键环节，实现新型节水灌溉技术模型的应用。

2.1 节水灌溉技术选择主体的界定

节水灌溉技术选择主体界定包含对渠道防渗因子调节、对灌溉设备进行智能化控制等几个关键环节。其中渠道防渗因子调节以灌溉用水节约作为主要施工目标，随着标准化渠道厚度参数的不断细化，渠道防渗因子中导向周期、土工膜料厚度参量等参数的浮动范围得到了严格限制[7]。为了满足节水灌溉技术选择主体的界定原则，防渗因子的调节直接决定了灌溉设备所需的整体灌水量。灌溉设备的智能化控制决定选择主体界定是否具备一定的应用可行性。随着设备所处环境的不断改变，标准化渠道厚度参数不再受到渠床所处深度的影响，进而使渠道防渗指标达到一定的应用标准，为节水灌溉技术选择主体界定提供保障。如图2所示，对节水灌溉技术选择主体界定原理进行了详细解释。

图2 节水灌溉技术选择主体界定原理详解图

2.2 节水灌溉形式划分

主要的节水灌溉形式包含漫灌、喷灌、微喷、滴灌4种。其中，漫灌作为最主要的节水灌溉形式，可将防渗渠道周围的水，聚集在沟渠中，再让这些水通过渠道进入需要进行灌溉的区域。这种方式的前期投资少，节水能力相对较弱。喷灌式节水灌溉对渠道周围的土壤、气候等条件都进行严格要求，这种方式不能对水流量进行适时调整，仅适用于小范围灌溉。微喷式节水灌溉以低压管道作为防渗渠道，可通过微喷喷头对水流量进行限制，具备极强的节水能力，前期施工成本较高[8]。滴灌式节水灌溉在节水、节能两方面都具备较好的实际应用效果，可以滴头、水带相连相结合的设备作为防渗渠道，且使用范围不受土壤、气候等自然因素的影响。4种节水灌溉形式的划分标准见表1。

表1 节水灌溉形式划分详情表

2.3 节水灌溉设备选择

节水灌溉设备选择主要针对喷头、管材、防渗管网、灌溉控制器4项基础设备。其中，喷头大都采用地下式。这种喷头具备较好的适应性，可有效控制喷射方式、出水流量、覆盖范围等物理因素。管材大都选用物理特性稳定、韧度较高的PVC材料。这类材质在长时间的输水过程中，不会因为材料老化而发生管道泄漏现象，更符合节水灌溉的应用需求[9]。防渗管网的选用需要结合环境条件、土壤特征等物理因素，且所选用材料必须完全符合标准化渠道厚度参数及渠道防渗因子的应用条件。灌溉控制器作为节水节水灌溉设备，应具备多个物理调节节点，不仅要满足水源扩散需求，还要具备较强的物理稳定性，以保证节水灌溉设备能够进行长时间的温蒂工作。

2.4 节水灌溉原则完善

节水灌溉原则完善以渠道防渗标准的确定作为起始环节，在防渗适用条件及范围确定的基础上，规范渠道防渗模式构型，完成标准化渠道厚度参数、渠道防渗因子等物理影响因素的计算[10]。在保证应用范围稳定的前提下，界定节水灌溉技术的选择主体，并对节水灌溉形式进行有效划分，借助完善的节水灌溉设备选择，确定准确的灌溉原则，实现新型技术模型的顺利搭建。具体节水灌溉原则的确定流程如图3所示。

图3 节水灌溉原则完善流程图

3 结语

新型节水灌溉技术模型能够充分迎合防渗渠道的界面尺寸要求，能够在灌溉施工过程中，有效控制水位的上涨趋势。从实用性角度来看，这种新型的灌溉技术模型从长远出发，全面贯彻水资源节约思想，拒绝水资源浪费现象的大肆出现，具备较强的实际推广价值。