U型混凝土渠槽在灌溉渠道中的應用

邊　艷

(葫蘆島市連山區水利局，遼寧 葫蘆島 125001)

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U型混凝土渠槽在灌溉渠道中的應用

邊艷

(葫蘆島市連山區水利局，遼寧 葫蘆島 125001)

摘要：隨著經濟的發展，農業生產種植結構的不斷調整，灌溉用水量在不斷地增加，灌溉用水量與灌溉水源將出現供不應求的矛盾，特別是位于遼寧省西部的葫蘆島市連山區，是干旱缺水的山丘區，全區可利用的大型灌溉水源只有1座中型水庫和3座小型水庫。水資源是有限的，灌溉需水量卻在不斷地增加，因此，必須合理利用有限的水資源。設法節約灌溉用水量的同時，減少渠道在輸水過程中的損失也是非常重要的。為了減小灌溉用水在輸水過程中的損失，渠道的結構型式成為近年來連山區水利技術人員的研究重點。

關鍵詞：U型混凝土渠槽；渠道斷面；結構優點；運行管理

葫蘆島市連山區位于遼寧省西部，多年平均降雨量580 mm，冬季多年平均最低氣溫-28.5℃。屬于干旱缺水的大陸性氣候，灌溉水源匱乏。在20世紀90年代連山區灌溉渠道大部分為土質渠道，這種渠道施工維修簡便，造價低廉，但是渠系水利用系數很低，抗沖刷能力差，從渠首至渠尾，一半以上的水都浪費掉了。近幾年來，部分地區采用了漿砌石結構的渠道，斷面型式有矩形或梯形，在運行初期，渠系水利用系數大大提高了，而且抗沖刷能力也增強了。但是，經歷1～2 a的運行，受冬季凍脹的影響，渠道在矩形斷面折角處，出現縱向裂縫，甚至坍塌，渠道需年年翻修，不但沒有解決渠道的滲漏問題又耗費了大量的資金維修渠道。渠道防滲、防止凍害是連山區灌溉渠道迫切需要解決的問題，而渠道斷面和結構型式的選擇是解決該問題的關鍵。連山區水利局技術人員通過借鑒國內外先進經驗，從預制U型混凝土渠道得到啟示，根據本地區為山區，地形較復雜，采用現澆混凝土“U”型斷面，并應用在連山區虹螺山水庫下游張相公灌區中，經幾年的運行實踐，達到了防滲、抗凍、造價低廉等效果。

1工程概況

張相公鄉灌區位于虹螺山水庫下游，灌溉水源來源于虹螺山水庫，虹螺山水庫是一座中型水庫，為連山區境內最大的蓄水工程，主要承擔水庫下游張相公鄉的防洪安全和灌溉用水。張相公灌區始建于1995年，主渠道長2 750 m，灌溉面積200 hm2，主要種植作物為水田和蔬菜大棚，該地區為連山區唯一一塊水田發展基地。為了解決灌溉用水，先后修建了多種型式渠道，有土渠、漿砌石渠等，但經過運行，渠道使用壽命短，而且水量滲漏損失嚴重無法滿足灌溉需要，該地區的人民已失去了種植經濟作物的信心。為了滿足張相公鄉灌溉用水，必須改變傳統的渠道輸水模式，在輸水流量一定的情況下，減少水量損失。

2渠道斷面設計

2.1斷面模式的選擇

渠道斷面模式的選擇，根據水利部《渠道防滲工程技術規范》規定的技術要求，結合當地氣候條件、地形條件、基礎條件等綜合考慮，達到防滲、抗凍、造價低等效果[1]。梯形斷面的土渠、矩形斷面的漿砌石渠在張相公灌區通過實踐檢驗已不再適應。通過資料分析，U型過水斷面水流條件好、渠道糙率低，防滲性能好，特別是U型現澆混凝土渠道，適應地形能力強，造價低廉，特別適合于小型山區灌區，所以決定采用現澆混凝土U型槽過水斷面模式。

2.2斷面尺寸的確定

渠道斷面尺寸要根據渠道設計流量等通過水力計算加以確定，計算公式為：

(1)

式中：A為過水斷面面積，m2；R為水力半徑m，計算公式為R=A/X，其中A為過水斷面面積，X為濕周；I為水力比降，即為渠道比降；C為謝才系數，C=(1/n)×R1/6；Q為渠道設計流量，m3/s。

在渠道水力比降和糙率都一定的情況下，通過設計流量所需的最小斷面為最優斷面，U型渠道的最優斷面根據U形底斷面設計方法計算斷面底弧半徑和上部弦高，經過水力試算，“U”型槽底弧直徑為800 mm，深700 mm，混凝土襯砌厚80 mm，表面做3層水泥漿剛性防水，基礎用卵石回填，砂漿墊層，工程每10m為一段，段間設瀝青伸縮板。其過水斷面型式如圖1所示。

圖1　U型槽橫斷面圖

3結構優點

2)水流條件好：底部為半圓形，在水力學上，它具有糙率低，水流穩定，水流速度快等特點，減少了水流在行程中的損失。

3)凍脹問題有所緩解：由于“U”型斷面底部為半圓形，具有特殊的受力條件，它所受的力量沿半圓四周均勻分布的，經過凍脹力，它不易形成象矩形斷那樣貫穿的縱縫，并且“U”型槽渠的基礎是以20cm厚卵石墊層，卵石為圓形，適應變形能力強，對凍脹力起到緩沖的作用，減少了直接作用于“U”槽上的脹力，

4)防滲效果好：現澆混凝土接縫少，防滲效果好，渠槽表面三層剛性防水增加了防滲效果，使水量損失大大減少。U型混凝土渠較梯形斷面每公里輸水損失減小3.7%，較土渠可以減少滲漏損失97%。

5)造價低、運行壽命長：在相同的設計流量的情況下，U型斷面為窄深型，縮小了斷面面積，減少了材料用料和占地費用，根據《遼寧省水利水電建筑工程概算定額》進行概算造價對比，“U”型槽渠道每米造價為420元，與其具有相同流量的矩形斷面漿砌石渠道每米造價為545元。在工程使用壽命上，如果沒有人為破壞，至少可以達到20a，一次投資，永久受益。

4工程施工和運行管理上的幾點建議

1)由于現澆混凝土“U”斷面形狀，施工放線、模板支護、混凝土的澆筑施工工藝復雜，對施工隊伍要求高，需要選擇高素質的施工隊伍施工。

2)三層剛性防水是利用素灰(黏稠度小的水泥漿)和水泥砂漿分層交替抹壓均勻壓實，構成的一個多層的整體防水層，剛性防水層表面抹平壓光，待收水后再進行二次壓光，如果施工工藝掌握不好，水泥砂漿有可能出現裂縫，修補會比較麻煩，影響防滲效果。

3)基礎墊層卵石要插縫擺放，并用橡皮錘振搗嚴密，以免產生不均勻變形。

4)工程破損后不易維修，在運行管理上需要嚴格地管理，加強日常巡查，以免槽渠遭受特殊天氣或人為破損。

5結語

連山區張相公灌區“U”型斷面混凝土渠道，經過幾年的運行實踐，一直運行良好，大大減少了水的滲漏損失和年年維修的費用，受到廣大群眾的好評，是值得我們大力推廣和運用的一種新型渠道斷面型式。

參考文獻：

[1]中華人民共和國水利部.SL/18—2004渠道防滲工程技術規范[S].北京：中國水利水電出版社，2004.

中圖分類號：S277

文獻標識碼：B

[作者簡介]邊艷(1973-)，女，遼寧葫蘆島人，工程師，從事水利工程建設管理工作。

[收稿日期]2015-12-12

文章編號：1007-7596(2016)03-0131-02