水利工程渠道的防渗漏结构设计

焦文娟，李 超

(1.水利部新疆水利水电勘测设计研究院，新疆 乌鲁木齐 830000；2.克拉玛依市水务有限责任公司，新疆 克拉玛依 834000)

伴随着全球水资源危机的不断加剧，合理的开发与利用水资源成为学者们研究关注的重点[1]。在解决水资源问题的方法中，除建设必要的蓄水、引水等水利工程外，避免水资源的浪费，水利渠道的防渗漏设计也是其中的重要一环。同时渠道防渗漏设计也是我国当前应用最为普遍的节水措施[2-4]。

渠道进行防渗漏设计后，可有效提高水利工程的效益、提高渠系水利用系数、同时可有效地减少渗漏损失，推动生态环境与农业现代化建设。对此，本文从渠道防渗设计的影响因素与遵循原则出发，对水利工程防漏结构设计中的防渗断面与防渗结构选择、渗漏流量计算等方面进行介绍，，可为提供水利渠道防渗设计提供参考。

1 渠道防渗设计的影响因素与遵循原则

1.1 影响因素

1.1.1 气候与地形

在渠道防渗结构设计中，气候对防渗材料的选择以及施工方法的确定骑着重要的作用，同时也是渠道防渗设计需要考虑的最为根本的因素[5]。地形条件在工程上决定这防渗工程的整体造价，例如，压力管道可使用于各类地形，但造价较高，高压管道与混凝土管道对地形的适应能力适中，造价也相对适中；埋铺式膜料保护仅适用于流速较小的平坦地形，但造价相对较低。因此在选择防渗设计时，应考虑地形因素影响。

1.1.2 基土性质

水利工程渠道防渗设计，基土的渗透性、冻胀敏感性和抗压强度是设计应考虑的主要性能，其决定这选择哪种渗透方式。例如，黄土类渠床稳定的地区、采用混凝土、砌石防渗措施。湿陷性黄土渠,采用埋铺式膜料防渗。

1.1.3 材料与设备

水利工程渠道防渗设计的选材时，材料的选择原则是因地制宜，料源充足。如工程地点无无砂、石料。但防渗工程需要采用混凝土防渗，,可采用他处预制或人工制砂、石的办法。在渠道防渗施工过程中，为保证施工质量与工程进度，应根据实际工程需要，合理的选择工程设备，例如需要采用先浇筑混凝土时，可采用推土机与浇筑机等设备。

1.2 遵循原则

水利工程渠道防渗设计应遵循如下原则

(1)按照水利工程等级，在设计阶段，按照相关法律法规进行地质勘察，收集掌握拟建渠道的基本地质、环境、水文等信息，同时下建成渠道相关技术经验与国内外技术成果进行设计。

(2)，在进行设计过程中，遵守相关规程与规范，把渠道的防渗、防冻以及渠道的综合利用有效的结合起来，使得设计满足总体布局要求，同时要坚持和贯彻因地制宜，就地取材等相关原则。

(3)结合水电工程渠道耐久性与防渗性等工程需求，经济与生态环境以及水资源供应青桔昂，进行合理的经济性认证，使得防渗设计满足经济性要求。

2 水利工程渠道防渗漏设计

2.1 防渗漏渠道断面与结构形式选择

如图1所示，为防渗渠道的断面形式。通常，明渠的形式通常包含矩形、梯形、复合型、弧形底梯形、弧形坡脚梯形等结构形式，其中弧形底梯形与弧形坡脚梯形也属于梯形的一种。暗渠在渠道断面形式上，可选择为U形断面、城门洞形暗渠、箱型暗渠、正反拱形暗渠、圆形暗渠等形式。

图1 防渗漏渠道断面形式

在防渗渠道断面的选择中，梯形断面施工方便、坡面形式较为稳定，因此在无特殊地质要求的前提下，可应用于各类情况。弧形底梯形、弧形坡脚梯形、弧形、U形等断面形式的防渗渠道，其特点是冷冻变形能力强、在北方等地区应用较为广泛。暗渠在形式选择上，具有占地面积较少、安全性较高、避免冷冻破坏、水质不易受到污染等特点。在水资源较为短缺的地区应用较为广泛。防渗渠道在断面形式在选择的过程中，还应结合防渗结构一并选择。选择的方式如表1所示。

表1 防渗结构与断面形式对应表

2.2 防渗渠道渗透损失流量计算

在进行渠道防渗设计过程中，应以水土平衡与可持续利用为出发点，以提高水里系数为目标。同时结合经济情况，设计出最优方案。在采用新技术时，要结合现场实际经验，不以追求高标准为目的。做到防渗渠道经济合理、经久耐用。防渗渠道的损失流量在设计过程中，结合现场设计情况，按照实际需要进行设计。具体的计算方法如下：

(1)工程实际中，实测资料较为齐全、所需数据资料完整。其渗漏流量损失的计算应按照实际数据，进行准确计算

(2)工程中，若无实测资料，渗透损失流量的计算公式可以为公式(1)或者公式(2)：

q=K·X·L/86.4

(1)

式中：K为渗流量；X为平均湿周；L为渠道长度。

(2)

式中：ε0、ε′、K以及参数K是根据渠道的土地形式、防护面的类型以及地下水的深度等计算得到的参数。

2.3 防渗渠道的断面尺寸

防渗渠道的断面尺寸的确定的计算公式如公式(3)所示，其是通过水力学计算得到的。在段面形式的选择上，其首先应选择梯形或矩形断面形式，在经济性上较为合理。然而额在地下水位较高、或者防冻要求较高时，断面形式应选择宽浅的断面形式。在断面形式以及断面尺寸确定后，应对平均流速进行校核，从而保证设计的渠道满足不冲不淤的要求。

(3)

式中：Q为流量；ω为断面面积；R为半径；n为粗糙率。

2.4 防渗渠道的伸缩缝尺寸确定

在防渗渠道的设计过程中，如果选择的为刚性材料，应按照要求设计相应的伸缩缝，伸缩分的宽度设计应根据地质、环境温度以及施工等因素，按照表2的方法进行伸缩缝的选择。

表2 防渗渠道的伸缩缝间距选择表

3 结语

渠道防渗漏设计也是我国当前应用最为普遍的节水措施，是避免水资源的浪费的重要一环。针对此，本文首先介绍了防渗渠道在设计工程中，其结构形式受到气候、地形、材料、设备、基土性质等因素影响并行了分析说明。在此基础上，对水利工程渠道的防渗漏结构设计中的防渗断面与防渗结构选择、渗漏流量与防渗渠道的断面尺寸计算以及刚性材料下的变形缝的尺寸确定进行了全面分析，通过本文分析，可为水利工程渠道的防渗漏结构设计提供参考，具有一定的工程意义。