土工膜防滲新材料在渠道節能改造中的應用研究

劉阿妮

( 咸陽市羊毛灣水庫管理局，陜西 咸陽713300)

從大量統計文獻資料可知，我國目前已建成投入使用的輸水渠系工程中防滲工程約有60 萬km，還不到全國所有渠系總長的20%，加上受到當時建設技術水平和長時間運營等因素的影響，渠系渠道水資源綜合利用效率非常低，每年渠系渠道大約會發生1 700 億m3的水資源在輸水過程中被損失，大約占整個渠首總引水量的50%，一些地質條件較差的渠道，其渠系渠道水資源浪費率高達75%以上。渠道作為一類典型的農田水利工程，其防滲節能工程已成為農村水利工程節水的重點。渠道結合工程實際情況，采取合適有效的防滲節水措施后，既可以提高渠系渠道中水資源的綜合利用效率，緩解農業生產發展用水供需矛盾程度; 同時又可降低渠道周圍的地下水位，可以改良渠道周圍鹽堿地和沼澤地，促進現代農業高效生產發展和保護渠道周圍生態環境。土工膜是土工合成材料中防滲性能和使用最為廣泛的一種防滲材料，其是一種相對不透水的聚合物防滲薄片，在渠道防滲節能節水工程中所取得的經濟效益十分可觀，具有現實的研究意義。

1 渠道防滲加固現狀及發展趨勢

為了促進現代化農業生產發展的順利開展，結合先進的防滲加固技術措施和手段對渠道進行整體防滲加固處理，有效提高灌區渠道輸配水安全和渠道水資源綜合利用效率，已成為我國灌區渠道技術升級改造的重點和必要內容。渠道的防滲加固材料按材質劃分主要包括剛性、柔性、以及剛柔復合等幾大類，其中剛性材料主要以現澆或預制混凝土板等防滲加固材料; 柔性材料主要包括塑料薄膜、土工膜等防滲加固材料。黏性土、水泥土防滲加固材料，其雖然可以取得較好的防滲性能，但其抗凍性能非常差; 現澆或預制混凝土板其也容易發生凍脹開裂現象，引起渠道發生滲漏。土工膜防滲材料不僅可以取得很好的防滲效果，同時其具有結構簡單、施工方便、工程整體造價經濟性高等優點，只要在設計方案正確、施工技術先進、施工質量可靠，其所取得的防滲加固經濟效益十分可觀，在灌區渠道防滲加固工程中具有非常大的推廣使用意義。

2 某灌區渠道工程基本運營概況

某灌區渠道屬于水庫引水重力自流的渠道，整個灌區設計的控管面積為3.89 萬hm2，該灌區是在20 世紀70年代修建的灌區，其在40 多年的運營后，由于缺乏有效的維護檢修和加固維修資金，渠道長期處于帶病運行，其水資源的綜合利用系數只有0.3，實際灌溉面積只有1.25 萬hm2每年造成的水資源滲漏損失量非常巨大。加上日常檢修維護措施的不到位，缺乏有效的經營管理模式，不僅造成渠道中大約有40%左右的水工建筑物遭受破壞，同時缺乏有效的監管制度，機電設備丟失率高達80%，而且整個灌區嚴重缺乏相應的水資源觀測和控制自動化設施。灌區渠道每年發生大量的水資源浪費，使渠道周圍的地下水位發生上升，破壞了農作物的生長環境，灌區運營效益十分低，因此，在結合灌區渠道的實際情況的基礎上，采用有效的防滲節能修復方案，對提高灌區水資源利用系數，實現節水節能目的已成為整個灌區可持續運營發展研究的重要內容。

3 灌區渠道復合土工膜防滲加固修復設計方案

灌區渠道加固設計方案一般包括2個方面:

3.1 防滲加固修復方案比選

從大量灌區渠道防滲加固修復成功案例來看，渠道防滲加固通常包括拆除重建、在原渠道襯砌板上采取現澆混凝土套襯防滲加固、以及直接在渠道原襯砌板上明鋪防滲效果非常好的土工膜等多種防滲加固方案。在結合該灌區渠道破壞情況、地質條件、氣象條件等因素，并從方案的經濟性比較結果來看，采取拆除重建方案其經濟性明顯要比另外兩種方案高，因此決定不選取高代價的拆除重建方案。加上該灌區渠道發生滲漏問題的主要原因由外部寒冷凍脹等氣象條件引起，因此，決定選用防滲、抗凍脹性能較為優越的土工膜作為該渠道防滲節能加固修復的主要防滲材料，即選用復合土工膜防滲加固修復方案。

3.2 防滲加固修復方案

復合土工膜防滲加固修復方案中主要由基面、HDPE復合土工膜( 防滲層) 、復合土工布( 過渡保護層) 、渠道原混凝土襯砌板( 支持層)4 層從上到下排列，基于復合土工膜的渠道防滲加固修復設計方案如圖1 所示。

圖1 渠道土工膜防滲加固修復橫剖面

3.1.1 鋪膜基面設計

在方案設計中，為了防止基面中存在的堅硬石頭刺破復合土工膜，降低土工膜綜合使用壽命。在施工時，應在石頭露出部位采用錘子或鑿子等施工工具將石頭基面敲打至土質基面10 ～20 cm，并在其上部覆蓋一層顆粒較細的粉質黏土，同時進行招牌夯實等工序，確保整個基面處于同一水平面上，提高土工膜的綜合使用壽命和經濟效益。

3.1.2 防水層復合土工膜設計

結合該灌區渠道的實際情況，設計選用防滲性能水平非常良好的HDPE 土工膜作為整個防滲加固方案中的核心防滲材料。

3.1.3 過渡保護層復合土工布設計

為了防止渠道原混凝土襯砌板上得尖銳突出物刺破復合土工膜，為了確保整個土工膜具有較高的性能水平，從安全角度出發選用復合土工布作為整個防滲加固方案中的過渡保護層才來哦，避免復合土工膜在施工時發生刺破、拉裂等不利現象。

3.1.4 渠道護面設計

由于該灌區渠道在長時間運行過程中，蓄積了大量的砂石等雜質，雖然采取了一定的沉淀排污措施，但仍然不可避免渠道底部發生泥沙堆積等情況，為了便于在進行渠道底部清淤施工時，不致于破壞防滲土工膜，所以必須采取相應的護面措施。本工程采用30 cm×30 cm×10 cm的混凝土預制板作為護面主要支持保護材料。

4 結束語

該灌區渠道在采用復合土工膜進行防滲節水加固處理后，通過開閘輸水試運行統計數據情況表明，渠道糙率系數由技術升級改造前的0.019 降低到0.008，同時渠道中水流速也由改造前的0.85 m/s上升到1.71 m/s，整個渠道的水資源過流能力得到了明顯增加，渠道中水資源損失量也降低到改造前的10%，也就是說整個渠道防滲節水節能加固改造方案所取得的防滲效果十分明顯，渠道水資源利用效率得到有效提高，大大提高了灌區渠道運營發展經濟效益水平。

［1］馬旭，等. 渠道防滲工程技術現狀及塑膜鋪襯機械化筑渠技術［J］. 吉林大學學報，2004，34(2) :320－323.

［2］水利部建設與管理司. 水利工程土工合成材料技術和應用［M］. 北京:科學普及出版社，2000.

［3］喻小平. 復合土工膜在贛東大堤豐城A 標段堤身防滲中的應用［J］. 江西水利科技，2004，30(2) :85－88.