渠道防滲與節水灌溉技術研究

萬 丹

(遼寧省阜新市阜蒙縣水利局，遼寧 阜新 123100)

渠道防滲是一項重要的工程措施，可以在輸水過程中較少由滲漏現象造成的物理損失。隨著該項技術手段的應用，灌溉用水得到了有效節約，且土壤次生鹽堿化、渠道坍塌、渠道沖淤等事故的發生頻率也得到了適當抑制。在保證渠道內輸水能力不斷提升的基礎上，縮小渠道自身的斷面面積，并以迎合建筑物尺寸作為首要目標，通過這種方式不僅能夠有效控制地下水位的上漲趨勢，也能有效節約渠道占地面積，減少由維修、管理產生的渠道防滲工程費用[1- 2]。作為節水灌溉的重要施工措施，渠道防滲技術既能按照較低的用水量獲得較大的產出收益，也能在維持高水平單位灌溉水量的同時完成作物的物理灌溉。在渠道防滲技術應用標準的基礎上，建立一種新型的節水灌溉技術模型。隨著該模型的廣泛應用，不僅使節水灌溉技術做到了因地制宜，也大大降低了水資源浪費現象的發生幾率。

1 渠道防滲標準化模式選擇

渠道防滲標準化模式選擇是新型節水灌溉技術模型的搭建基礎。在適用條件確定、模式構型、厚度參數計算等幾個關鍵環節的支持下，其具體模式選擇方法可按如下流程進行。

1.1 防滲適用條件及范圍確定

渠道防滲標準化模式主要適用于以下條件及范圍。

(1)最大防滲土層的中心深度必須達到30cm以上，且土壤自身屬于凍土范圍。

(2)防滲渠道的搭建應以混凝土或其它剛性襯物質作為主要原料，作為渠道的基本土壤基質，凍脹土必須具備較強的性狀可塑性。為適合防滲渠道的季節性供水需求，凍脹土在春夏季大多采用弧形坡腳梯形或弧底梯形的斷面形式，而對于大型的防滲渠道則必須采用梯形作為標準斷面形式[3]。

(3)當地下水位始終處于渠底以下時，可以采用被動排水的處理措施迫使地下水位逐漸上升，直至接近或超過渠底橫截面。

(4)聚苯板作為防滲渠道的主要組成物質，其自身厚度應該按照渠體走向趨勢區別計算。

1.2 渠道防滲模式的構型

渠道防滲模式的構型對土壤抗壓強度、伸縮縫寬度等條件進行了嚴格限制。渠道土壤抗壓強度與抗滲指標選取、渠道規模等因素產生直接聯系。通常情況下，處于渠道規模適中條件下的渠道土壤抗壓強度為大于等于20MPa。渠道防滲伸縮縫中填充了大量的土壤基質，且為保證良好的灌溉施工，伸縮縫兩端多為現澆混凝土板，相鄰兩板材間的距離大多滿足3～5m或6～8m兩個選擇區間[4]。為保證防滲渠道具備較強的水壓承受能力，相鄰兩個渠道防滲伸縮縫間必須具備一個防滲膜料結構，且材質大都為厚度處于0.18～0.22mm之間的PE塑料膜。完整的渠道防滲模式結構如圖1所示。

圖1 渠道防滲模式構型圖

1.3 標準化渠道厚度參數計算

標準化渠道厚度參數是影響渠道防滲模式選擇的關鍵因素，當土壤基質、渠床深度等條件發生改變時，防滲渠道所承受的外界壓力也會隨之變化[5]。在渠道防滲標準化模式影響下，渠道自身的厚度必須能夠承載土壤基質的強大擠壓力，且由于每一階段渠床的截面面積不固定，各個深度層面的修正系數也不唯一。規定e1、e2、e3、、eλ分別代表λ個渠床截面的深度修正系數，利用e1、e2、e3、、eλ可將標準化渠道厚度參數表示為：

(1)

式中，y—土壤基質條件的基本參量；w—渠床深度因素的百分系數；i—土壤基質的擠壓條件；u—標準化渠道厚度的衡量參數。

1.4 渠道防滲因子確定

渠道防滲因子在符合標準化模式選擇原理的基礎上，對節水灌溉設備的選擇起到導向性作用。根據實際施工經驗，防滲渠道土工膜料的總體厚度大都較薄，其主要作用是在防滲過程中起到一定的阻擋作用。但隨著高聚物材料的大量應用，土工膜料自身的厚度得到一定程度的提升，且在防滲過程中可對外界水系因子起到更良好的阻隔作用[6]。設r代表渠道固有的良性滲透系數，t代表理想防滲時間，聯立公式(1)可將渠道防滲因子表示為：

(2)

式中，χ—代表高聚物材料土工膜料對水系因子的阻擋系數；β—代表土工膜料的厚度參量；o—代表節水灌溉設備的導向周期；|Δs|—代表在標準化模式選擇原理下，渠道綜合防滲條件實部的變化量。

2 渠道防滲節水灌溉技術模型搭建

在渠道防滲標準化模式選擇的基礎上，通過選擇主體界定、形式劃分、設備選擇、原則完善4個關鍵環節，實現新型節水灌溉技術模型的應用。

2.1 節水灌溉技術選擇主體的界定

節水灌溉技術選擇主體界定包含對渠道防滲因子調節、對灌溉設備進行智能化控制等幾個關鍵環節。其中渠道防滲因子調節以灌溉用水節約作為主要施工目標，隨著標準化渠道厚度參數的不斷細化，渠道防滲因子中導向周期、土工膜料厚度參量等參數的浮動范圍得到了嚴格限制[7]。為了滿足節水灌溉技術選擇主體的界定原則，防滲因子的調節直接決定了灌溉設備所需的整體灌水量。灌溉設備的智能化控制決定選擇主體界定是否具備一定的應用可行性。隨著設備所處環境的不斷改變，標準化渠道厚度參數不再受到渠床所處深度的影響，進而使渠道防滲指標達到一定的應用標準，為節水灌溉技術選擇主體界定提供保障。如圖2所示，對節水灌溉技術選擇主體界定原理進行了詳細解釋。

圖2 節水灌溉技術選擇主體界定原理詳解圖

2.2 節水灌溉形式劃分

主要的節水灌溉形式包含漫灌、噴灌、微噴、滴灌4種。其中，漫灌作為最主要的節水灌溉形式，可將防滲渠道周圍的水，聚集在溝渠中，再讓這些水通過渠道進入需要進行灌溉的區域。這種方式的前期投資少，節水能力相對較弱。噴灌式節水灌溉對渠道周圍的土壤、氣候等條件都進行嚴格要求，這種方式不能對水流量進行適時調整，僅適用于小范圍灌溉。微噴式節水灌溉以低壓管道作為防滲渠道，可通過微噴噴頭對水流量進行限制，具備極強的節水能力，前期施工成本較高[8]。滴灌式節水灌溉在節水、節能兩方面都具備較好的實際應用效果，可以滴頭、水帶相連相結合的設備作為防滲渠道，且使用范圍不受土壤、氣候等自然因素的影響。4種節水灌溉形式的劃分標準見表1。

表1 節水灌溉形式劃分詳情表

2.3 節水灌溉設備選擇

節水灌溉設備選擇主要針對噴頭、管材、防滲管網、灌溉控制器4項基礎設備。其中，噴頭大都采用地下式。這種噴頭具備較好的適應性，可有效控制噴射方式、出水流量、覆蓋范圍等物理因素。管材大都選用物理特性穩定、韌度較高的PVC材料。這類材質在長時間的輸水過程中，不會因為材料老化而發生管道泄漏現象，更符合節水灌溉的應用需求[9]。防滲管網的選用需要結合環境條件、土壤特征等物理因素，且所選用材料必須完全符合標準化渠道厚度參數及渠道防滲因子的應用條件。灌溉控制器作為節水節水灌溉設備，應具備多個物理調節節點，不僅要滿足水源擴散需求，還要具備較強的物理穩定性，以保證節水灌溉設備能夠進行長時間的溫蒂工作。

2.4 節水灌溉原則完善

節水灌溉原則完善以渠道防滲標準的確定作為起始環節，在防滲適用條件及范圍確定的基礎上，規范渠道防滲模式構型，完成標準化渠道厚度參數、渠道防滲因子等物理影響因素的計算[10]。在保證應用范圍穩定的前提下，界定節水灌溉技術的選擇主體，并對節水灌溉形式進行有效劃分，借助完善的節水灌溉設備選擇，確定準確的灌溉原則，實現新型技術模型的順利搭建。具體節水灌溉原則的確定流程如圖3所示。

圖3 節水灌溉原則完善流程圖

3 結語

新型節水灌溉技術模型能夠充分迎合防滲渠道的界面尺寸要求，能夠在灌溉施工過程中，有效控制水位的上漲趨勢。從實用性角度來看，這種新型的灌溉技術模型從長遠出發，全面貫徹水資源節約思想，拒絕水資源浪費現象的大肆出現，具備較強的實際推廣價值。