灌区节水改造中的渠道防渗技术研究

辛福德

摘要：渠道渗漏是许多农业灌溉系统中普遍存在的问题，短时间来看，渠道渗漏速度慢，影响小，但积年累月下来可造成严重的水资源浪费，且渗漏问题会影响渠道过水性能，影响灌区水资源调配速度和利用效率，不利于优化灌区的管理控制质量。渠道防渗是灌区节水改造的一项重要改造工程，需要充分考虑灌区自然条件、地质环境、灌溉需求等各方面因素，合理选择防渗技术，对灌区渠道进行改造，优化防渗层结构，增强防渗效果。本文对常见的渠道防渗技术进行分析，并探讨梯弧形渠、“U”形渠等渠道类型以及渠基、砌缝等渠道位置的防渗处理方法，以期为灌区节水改造提供一定参考。

关键词：灌区 节水改造 渠道 防渗技术

中图分类号：TU74    文献标识码：A

Research on Canal Anti-Seepage Control Technology in Water-Saving Renovation of Irrigation Areas

XIN FudeXin FuDe

（Dayu Water Saving （Jiuquan） Co.， Ltd. .， Jiuquan， Gansu Province，735000 China）

Abstract： Canal leakage is a common problem in many agricultural irrigation systems. In the short term， canal leakage has slow speed and small impacts， but over time， it can cause the serious waste of water resources. The leakage problem can affect the water flow performance of canals and the allocation speed and utilization efficiency of water resources in irrigation areas， which is not conducive to optimizing the management control quality of irrigation areas. Canal seepage control is an important renovation project for water-saving renovation in irrigation areas， so it is necessary to fully consider various factors such as natural conditions， the geological environment and irrigation needs in irrigation areas and reasonably select anti-seepage technology to transform canals in irrigation areas， optimize the structure of the anti-seepage layer and enhance the anti-seepage effect. This article analyzes common canal seepage control technologies， and explores canal types such as trapezoidal curved canals and "“U" ”-shaped canals， as well as anti-seepage treatment methods in the positions of canal foundations and masonry joints， in order to provide some reference for water-saving renovation in irrigation areas.

Key Words： Irrigation area; Water-saving renovation; Canal; Anti-seepage technology

灌溉渠道是農业生产活动中关键性的基础设施，能够将远处的水资源通过渠道引流输送至农业种植区域，通过合理的人为控制合理地调配至田间完成灌溉。灌区渠道线路长，支线多，工程量大，日常管护维修工作任务较重。许多灌区渠道使用时间较长，其防渗功能逐渐失效，也有部分渠道本身缺乏完善的防渗体系，导致存在较严重的渗漏问题，造成水资源损耗^[1]。近年来，我国越来越重视农业现代化发展，鼓励进行灌区配套设施的翻新、续建等，同时也非常重视灌区节水改造，以优化灌区功能，提高水资源管理效率和质量，节约水资源，提高利用率。

1渠道防渗技术在灌区节水改造工程中的作用

1.1节省水资源

农业灌溉是水资源消耗较大的一项活动，为了减少浪费和损耗，提高水资源利用率，应大力倡导对灌区进行节水改造，全面检查灌区的灌溉设施和设备，对不合标准之处进行及时整改，使水资源的价值得到充分利用，更好地为灌区农业生产活动提供灌溉服务。灌区渠道可分为干渠、斗渠、农渠、支路渠四4个等级，其长度长，彼此互相连接贯通形成复杂网络，需要保障渠道具有良好过水能力和防渗漏能力，才能维持灌区整体功能的稳定可控^[2]。渠道防渗技术借助各类先进的防水材料、施工工艺在渠道底部、周边形成防渗保护层，有效防止水资源向外渗透导致的损耗，降低渗透率，有效节约能源，更好地完成灌区内水资源供应。

1.2优化灌区灌溉功能

借助渠道防渗技术进行节水改造也有助于进一步优化灌区功能。灌区老旧的灌溉渠道运行过程中，由于不同程度的滲漏问题，以及渠道内杂草、杂物较多，其过水性能通常较差，水资源输送效率低，损耗高，阻碍了灌区对水资源的精确控制和高效调配^[3]。利用渠道防渗技术进行渠道节水改造，能够提高水资源输送速度，节省输水时间、输水费用，提高灌溉效率，使渠道充分发挥出对农业种植的服务功能，促进灌区内农业的发展。

2灌区节水改造中的渠道防渗技术

2.1土料防渗技术

土料防渗技术是一种土壤处理角度进行防渗漏的方式，通过铺设四合土、灰土等土料，进行碾压夯实，强化其密度和强度，形成细密的土料防渗层，可在一定程度上阻止渠道内水资源向外渗漏，提高渠道整体防渗效果^[4]。在实际操作中，首先需要充分清理渠道底部，去除杂物以及如树根、杂草等物，使整体施工环境保持干净平整，然后依据实际情况选择符合标准和要求的石灰和混合料进行填料，需依据施工要求提前对土料进行粉碎、过筛等处理，使石灰粒直径在0.5 cm以下，土料颗粒控制在直径2 cm以下。需依据渠道防渗漏要求进行实验室配比，确保混合土料中各类型材料的比例科学合理，同时明确土料最优含水量，在进行搅拌过程中进行水分控制，搅拌完成后需保证实际含水率与标准含水率之间的差异低于1%，发挥出最佳防渗效果。最后，施工前应依据土料类型进行分析，确定土料防渗层的厚度，通常底部厚度在10～～ cm至40 cm，渠道边坡的铺筑厚度在10～～ cm至60 cm，使其达到防渗功能需求，真正发挥实际价值。若土料防渗层厚度达到15 cm以上，铺筑施工时应采取分层铺筑方式，逐层铺筑、碾压，确保其密度、强度达到防渗要求^[5]。

2.2混凝土防渗技术

混凝土防渗技术则是需要将土料、水泥、水等物质进行混合处理，搅拌成混凝土后铺设在渠道渠床上，并进行碾压处理，待混凝土干透后即可在渠床上形成一层有效的防渗层，减少水资源运输过程中的渗漏损失。该技术与土料防渗技术相比，防渗效果更好，可减少70%以上的渗漏损失，并且强度更高、抗冲能力好，使用寿命长，基本适用于所有气候、地形的中小型渠道，但也存在一些缺陷和不足，包括材料成本相对较高、抗变形能力差等问题。在具体应用过程中，首先需要对渠床进行清理和平整，去除杂物，通过实验室分析明确混凝土配比，然后对材料进行处理，依据实际需求选择适宜的土料类型，提前进行风干、粉碎等预处理，使土料颗粒大小、含水量等达到标准要求，最后依据改造工程的进度，在现场完成搅拌、摊铺等作业。为了施工作业更加科学规范，需加强施工流程控制，先对土料、水泥等材料进行干拌，使其混合均匀后再加入水进行湿拌作业。铺筑混凝土前需湿润渠基，使其与混凝土更好地结合。将混凝土铺筑于渠道底部、边坡位置，充分抹平，并于表面撒上约2 mm左右的水泥^[6]。设置混凝土保护层时可采用塑料材料，起到隔离防潮作用，防止混凝土凝结过程中开裂。在混凝土基层上设置水泥砂浆保护层，需在水泥砂浆层表面再涂抹一层水泥浆，并采用钢板压光。最后，要注意预留缩缝，长度约2 m左右，并做好对混凝土的养护工作，持续约14天，待混凝土防渗层完全稳定即可投入使用。

2.3砌石防渗技术

砌石防渗技术需选取合适的石料，将其干砌于渠床表面，并做好勾缝处理，形成一道石料防渗层，减少水资源渗漏。首先需清理和平整渠床，去除树根、杂草等杂物，在底部铺设砂浆垫层，然后再干砌石料。对石料进行合理选择，按大小分类，并充分用水洗刷其表面，然后分层完成砌石作业。第一层选用规则、平整的大型块石，尽可能地保持各个块石的厚度基本持平，每层约在25～～ cm至30 cm左右，砌筑过程中需注意区分横缝和纵缝^[7]。通过干砌方式完成两边砌石后，需在砌体表面持续喷水7 min左右，使砌体充分湿润，然后倒入提前搅拌好的砂浆，并用碎石填补缝隙。若采用块石衬砌，厚度应控制在20～～ cm至40 cm，若采取片石衬砌，厚度在15 cm左右，完成衬砌后仔细清扫缝隙，洒水湿润，并采用水泥砂浆完成勾缝处理，并做好后续养护。

2.4塑料薄膜防渗技术

渠道中采用塑料薄膜防渗技术具有成本低、材料轻便、防渗效果明显的优势，通常是在渠道基土上方全面铺设塑料薄膜，有效防止渠道中的水向下方、两侧渗透，从而达到防渗漏目的。塑料薄膜防渗技术较适用于交通不便、建筑材料缺乏以及对灌区生态景观要求较高的区域，其缺陷在于强度较低，随着应用时间延长，容易受到腐蚀、植物根茎穿透等各种因素影响，造成渗漏问题。

3灌区节水改造中的渠道防渗改造思路

3.1横断面调整

灌区节水改造主要需考虑降低水资源漏损，提高灌区水资源调配效率和利用效率，开展渠道防渗改造工程前需依据水力学理论对灌区渠道的水力性能进行深入分析，充分考虑灌区灌溉需求，对渠道设计流量、横断面形式、渠道尺寸参数等进行合理调整，明确是否对渠道横断面进行修整、拓宽、垫缩等操作，然后再进行防渗结构的设计，使其充分发挥出良好防渗效果的同时助力于增强渠道过水能力，提高水资源输送速度。渠道横断面调整应当以满足灌区水流量要求、水位要求为准，并充分考虑原渠道结构、材料、渠线是否符合改造需求，实现对整个灌区渠道网络的优化改造。

3.2防渗技术选择

渠道防渗技术类型多样，包括混凝土防渗、土料防渗、塑膜防渗等，进行防渗改造之前，需要对当地气候环境、资源情况、地质条件、灌区实际情况等进行充分调查和测量，分析原渠道防渗结构损坏原因，确定防渗改造形式和具体方案，选择适宜的防渗技术对渠道进行改造处理。若灌区位于冬季寒冷区域，则需考虑冻胀破坏问题，选择抗冻性好的混凝土防渗、砌石防渗等技术，并适当增加垫层厚度，加强基土防水和排水处理，控制渠道底部及与周围含水量，有效控制冻胀现象的出现。对于流量较大的干渠，可在两侧设置重力式挡墙，并于渠道底部采取浆砌石衬砌结构，并采取混凝土防渗处理，使其整体防渗性能、防渗高度满足干渠较高的设计水位要求和综合要求。若渠道原有防渗结构为塑膜防渗或干砌石防渗，由于使用时间过长且缺乏维护管理导致老化、破坏，则需要依据实际情况处理原有防渗结构，采取合理的防渗技术进行加固，或是对防渗结构进行拆除重建。

4灌区节水改造中的渠道防渗处理措施

4.1梯弧形渠处理

在灌区节水改造工程中，可对渠道进行梯弧形改造处理，利用六边形预制板进行渠道边坡衬砌，用弧形预制板在渠床底部进行衬砌，可形成良好的防渗效果。首先需要充分夯实原有基土，全方位敷设防渗漏膜，隔断渠道内部水流和大气降水对渠道基土含水量的补给，使基土含水量维持较低水平，从而防止冻胀现象。铺设防渗漏膜后，在其上设置水泥垫砂层，最后用预制板完成护面堆砌，可有效形成防水层，避免水资源渗漏。该方法还可有效降低冻胀发生风险，在北方冬季寒冷区域也比较适用。在防渗漏膜上方用水泥砂作为垫层，可在一定程度上保护防渗漏膜，防止薄膜在施工过程中发生破损，其本身也能作为防渗漏体系的一部分，与防渗漏膜、混凝土预制板共同形成防渗漏层，增强防水效果。在进行防渗处理时，需精确测量渠道各项数据，分析横截面参数，依据水力学理论进行设计，并合理选用防渗漏膜的材质、垫层材质等。将混凝土预制板设计为六边形，能够改善冻胀变形的不均匀性，使渠道防水体系在冬季冻胀期也能维持整体结构的稳定，而渠道底部的预制板可设计为反拱形，可防止寒冷导致渠道底部出现冻胀、裂缝、裂台等问题，待解冻后可恢复原位，降低预制板的变形度，从而防止渗漏。

4.2“U”形渠处理

许多灌区斗渠、农渠等渠道的渠床较为粗糙，建设时未设置防渗衬砌，渠道内杂物多，杂草丛生，防渗透性差，导致水资源流失、渠道过水能力差等问题，影响水资源输送效率和利用效率。采用预制“U”形槽衬砌，能够有效防止渗漏问题，同时降低渠床糙率，使渠道获得较强的输水、输沙能力，改善水力性能。预制“U”形渠具有结构简单、建设施工耗时短、防渗漏效果好、整体性能稳定等优势，且“U”形渠衬砌断面具有良好受力条件，在斗渠、农渠等渠道节水改造中采用预制“U”形渠可有效达到防渗漏目的，提高渠道过水能力。在预制“U”形渠时，需要充分考虑灌区渠道长度、输水需求、水力性能、周围环境、气候条件等各种因素，合理设置“U”形渠预制件的开口度、深度、直径、厚度、长度等参数，然后将预制件运送到灌区改造节段进行砌筑^[7]。预制“U”形渠还具有良好防冻胀能力，若灌区位于冬季寒冷的北方区域，气温极寒时“U”型渠会整体上抬，待温度上升，解冻后通常能够整体恢复原本位置，恢复正常输水功能。除了预制“U”型渠外也可采取现浇“U”型渠对灌区渠道进行防渗处理，其厚度通常可设置为12 cm。现场浇筑通常用于横断面较小的渠道中，具有接缝少、强度高、与渠床粘合度高等优势。

4.3渠基的防渗处理

灌区节水改造工程中，做好防渗处理非常重要。当前较常用的防渗层多为薄层结构，有助于节省材料，減少渠道占地面积，这也导致其本身强度相对有限，稳定性不足，需要对渠道渠基及周围环境进行一定处理，确保防渗层的铺设打造一个稳定、坚实的基础，才能确保防渗结构长期稳定发挥功能，防止出现变形、破损等情况，导致渗漏情况出现。为了保障渠道的安全稳定，需充分清除渠道内部及周围的杂草、杂物、淤泥、腐殖土等，挖至稳定土层，并对原土进行夯实处理，维持渠基、渠坡的稳定性。斗渠、农渠在新建渠段可采取渠基原土翻夯的方式进行处理，对于原渠套砌段可直接进行原土夯实，使其密度、深度达到标准要求。基土也需做好防渗防水工作，避免水分过高导致出现湿陷变形、沉降变位、冬季冻胀等问题，导致上方防渗层发生移位、变形和破损，延长防渗层结构的使用寿命。

4.5砌缝与伸缩缝处理

在防渗工程中，对砌缝和伸缩缝的处理对于工程质量、防渗效果、使用寿命都有着重要影响。在灌区水资源通常引自自然界中的河流，经渠道输水过程中，不可避免地夹杂着许多泥沙，若衬砌的砌缝处理不佳，出现接缝开裂情况，则会发生渗漏，导致泥、水渗入基土中，造成水资源浪费，同时影响基土稳定性。当冬季冰冻时期到来，渗漏部位高含水量的基土会发生冻胀现象，造成渠道防渗层的变形开裂，加重渗漏问题，形成恶性循环。因此，处理好砌缝非常重要，对于保障渠道防渗效果有关键性作用。需严格依据设计要求进行衬砌板接缝处理，缝宽控制在2cm左右，使用水泥砂浆进行连接。为了防止冰冻、地基变形等因素导致防渗层发生变形，应在渠道中间隔6 m左右设置一道伸缩缝，采用聚乙烯胶泥进行填充^[8]。聚乙烯胶泥具有良好变形性能，与混凝土也具有良好粘结能力，可防止防渗层发生变形、裂缝等问题，进而出现渗漏。进行灌缝作业前要充分清洁缝面，清除灰尘杂物，再进行胶泥制备和灌缝工作，确保胶泥与混凝土充分粘结，并采用沥青砂浆封口。

5结语

灌区节水改造工程中，对渠道防渗的处理是一项重点改造工程，需要清理、改造那些防渗结构老化、防渗效果不佳、存在渗漏情况的渠道，可沿原有渠线进行改建工作，考虑到渠道类型、流量大小、周围环境、气候变化等各方面因素，合理选择防渗技术，调整断面形状，增加防渗衬砌，实现干渠梯弧形化，斗渠、农渠、小型支渠“U”型化，最大限度地改善渠道过水能力，增强渠道稳定性，防止防渗衬砌变形造成渗漏，达到节水改造的目标。

参考文献

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