泵站灌区渠道防渗技术的应用探讨

刘咏丽

农业领域节水工程建设过程中，渠道防渗技术作为降低水资源耗费的有效方法之一，被广泛运用于大、中型灌区中。渠道如发生渗漏等情况，水资源的利用系数也会随之降低，导致可灌溉面积的减少。为降低渠道输水过程中水资源的损失，提高水利用系数，应当开展泵站灌区渠道防渗技术的应用研究，对渠道进行维修养护并完善工程配套设施，保证计划性配水饮水。

一、工程概况

某泵站灌区土地面积42.5 万亩，耕地面积38 万亩，工程控制面积24.3万亩，设计灌溉面积20 万亩。灌区共计有4 条干渠，全长132.5km，其中总干流长26.15km，设计水流量为15.5m3/s，北干、中干、南干的水流长分 别 为23.71km、13.37km、69.54km，三个干流的设计水流量分别为5.2m3/s、4.5m3/s、10.1m3/s。该泵站灌区自开工建设至今，主要干流、支流、斗渠均已浆砌石、混凝土砂浆护砌，预制混凝土板的防渗断面为梯形，灌区提水达25 亿m3。

二、现存问题

1.渠道渗透严重

该泵站渠道工程由于建设年代较早，先天不足、后天失调，泵站整体提水条件较差，存在严重的渠道渗透以及工程设施老化等现象，实际灌溉面积仅为1.534 万hm2，远低于设计灌溉面积。受当时工程技术及经济条件多种因素影响，干渠仅仅采用浆砌石完成对总干流和南干流的加固，运用干砌石加固护砌渠段，整体施工质量较差，历经多年运行后，将近30%的干砌石被冲毁，致使勾缝材料脱落。该灌区的防渗透功能已经基本失去，存在比较严重的水量渗透现象，再加上输水渠道经过红壤土和白泥区，渠道水利用系数仅仅达到0.40。

2.渠道建筑物破损老化

干渠渡槽普遍存在混凝土脱落、露筋、槽身裂缝等多种风险问题，干渠多以三合土砌石为主，部分涵管破裂导致渠道发生渗漏、塌方等问题。部分管径较小，加上渠道本身存在较大粗糙率，导致渠道发生严重淤积，影响了输水通畅。

三、渠道防渗结构形式

1.干渠

该泵站灌区有4 条干渠，全长共计132.5km，断面结构为梯形。由于原本多数系浆砌石、干砌石，出于防渗需求改为混凝土渠，需要作水力要素复核计算，重新设计断面，并保证不改变渠道高程和纵坡。明渠流量计算公式：

式中：Q 表示流量；ω 表示过水断面面积；C 表示谢才系数；R 表示水力半径，i 表示渠道纵坡。

以目前该灌区已经完成的防渗改造总干渠0+155-2+964、18+152-22+743段为例进行说明。两渠段长度共计7419m， 设 计 水 流 量 为15.10m3/s、15.00m3/s。原本采用的是厚干砌块石30cm 勾缝。多年运行过程中由于勾缝材料受多种因素影响，发生脱落，渠道出现冲刷、跨坡、严重穿孔以及比较大的渗漏问题，实际灌溉流量低至原设计流量的40%。对此采用的防渗技术是重新设计渠段断面，不改变原本渠道纵坡，按明渠流量计算公式计算，确定复核结果（见表1）。

2.支渠

该泵站灌区共计有52 条支渠，长1849.7km，支渠的续建改造工作主要是运用“U”形断面渠道解决现有渗水问题。由于多数支渠以粘壤土土渠为主，防渗标准较高，但是由于以混凝土材料为主，不仅要达到渠道衬砌的防渗目的，还应当对现有糙率降低提升流速，从而满足输水挟泥的需求。根据明渠均匀流公式完成对渠道输水能力的计算：

式中：Q 表示水流量；ω 表示过水断面的面积；v 表示流速。

根据该公式可以发现，过水断面面积与经济效益成负相关，断面越下，流速越大，输水能力越强，且流速取决于纵坡、糙率、湿周等指标。所以在进行渠道防渗设计时，应当采用合理的渠道断面结构形式，并求得湿周最小时最佳经济断面。选择糙率较低的防渗材料，充分结合当地地形条件，从而实现渠道纵深的加大，也使渠道输水挟泥能力得到充分提升。

现以某支渠为例进行说明。该支渠主要控制灌区面积为3.5 万亩，其中1 万亩为盐碱地，土地肥力较差，作物收入较低。渠长14.8km，灌溉设计流量为1.2m3/s，实际灌溉流量仅为0.85m3/s。因此该支渠的改造设计过程中，需要充分勘察地形，结合地形适当减少跌水或跌差，加大渠道纵坡，利用干渠内沉，提高渠首0.8m，采用1/1000 的渠道纵深。按湿周最小选择最佳化的“U”形断面，半径R 取0.5m。结合工程投资及过水流量情况，最终确定确定半径R 为0.6m，渠深为1m。

四、渠道防渗施工技术应用

1.土基施工

渠道的土基施工作为实现渠道防渗效果的基础工作，土基的密实程度与渠道防渗效果密切相关，所以在施工过程中需要严格确保夯实，并保证密度达到相应的设计标准。首先做好渠道测量放线工作，严格控制高程，完成土基施工准备。其次是土基施工，主要包括挖方、填方两个程序。对于渠道挖方，仅在原状土体上开挖土模难以满足要求，因此挖方工作完成后要进行碾压并夯实。小断面渠道开挖达到渠顶之后，采用振动碾进行碾压，影响深度需要超出渠深，然后进行开挖，严格禁止超挖。对于大断面渠道开挖后进行夯实，影响深度需要超出渠基，然后继续开挖。渠道填方时，小断面渠道全断面分层回填，再按照施工标准进行开挖；大断面渠道为节省填土工程量，底部整体分层夯实到渠底以上20cm 后，再分层夯实两边渠堤，采用机械碾压。对渠道进行改造前，必须彻底清除渠道土基，将杂物淤土清理干净，用打夯机对渠底夯打回填，斜坡采用开蹬分层帮坡机械夯打，最后开挖削坡。开挖削坡有两道工序：一是粗削，按照20m 为一个间隔进行断面槽开挖，粗削每一个坡面土方；二是精削，粗削工作完成后，按照10m为一个间隔进行断面槽开挖，拉平线后推横线，走斜线削出基面，保证底弧面与边坡均符合混凝土浇筑要求。每100m 进行分项验收，检查合格后才能进行下一步工序。

表1 总干渠梯形断面混凝土衬砌后水力要素复核成果表

2.渠道混凝土防渗层施工

现行的渠道混凝土防渗层施工技术主要有：（1）U 形机施工，能够满足支架以下的所有U 型渠的机械施工，施工操作方便，整体结构简单，可以达到较快的施工速度，且混凝土质量较高。断面较小的斗、农渠，可在预制厂制作完毕后运至现场安装，从而提高施工效率。（2）现浇混凝土滑膜浇筑，该技术在运用过程中能够采用间隔化跳仓法完成施工，渠底立侧板，混凝土入仓，用平板振捣器完成振捣。渠坡混凝土运用半机械法完成浇筑，设边模，采用手摇卷扬机带动钢丝绳牵引210kg 以上的钢制滑动板，在滑动板前插入振捣器，随铺随振，施工操作比较简便，施工速度快，整体质量较高。

五、结语

本文结合某泵站灌区的渠道防渗为例，探讨渠道防渗技术的运用。该灌区自实施节水配套改造工程后，改造干渠50km、支渠40km，有效提升了渠系水利用系数，达到比较明显的节水效益，年减少水渗漏量达到650万m3，每年节省清淤费用28 万元。该工程运用的防渗技术提高了防渗效果，增强了渠道输水能力，且经济效益突出，可在同类工程中进行推广应用■