泵站灌區渠道防滲技術的應用探討

劉詠麗

農業領域節水工程建設過程中，渠道防滲技術作為降低水資源耗費的有效方法之一，被廣泛運用于大、中型灌區中。渠道如發生滲漏等情況，水資源的利用系數也會隨之降低，導致可灌溉面積的減少。為降低渠道輸水過程中水資源的損失，提高水利用系數，應當開展泵站灌區渠道防滲技術的應用研究，對渠道進行維修養護并完善工程配套設施，保證計劃性配水飲水。

一、工程概況

某泵站灌區土地面積42.5 萬畝，耕地面積38 萬畝，工程控制面積24.3萬畝，設計灌溉面積20 萬畝。灌區共計有4 條干渠，全長132.5km，其中總干流長26.15km，設計水流量為15.5m3/s，北干、中干、南干的水流長分 別 為23.71km、13.37km、69.54km，三個干流的設計水流量分別為5.2m3/s、4.5m3/s、10.1m3/s。該泵站灌區自開工建設至今，主要干流、支流、斗渠均已漿砌石、混凝土砂漿護砌，預制混凝土板的防滲斷面為梯形，灌區提水達25 億m3。

二、現存問題

1.渠道滲透嚴重

該泵站渠道工程由于建設年代較早，先天不足、后天失調，泵站整體提水條件較差，存在嚴重的渠道滲透以及工程設施老化等現象，實際灌溉面積僅為1.534 萬hm2，遠低于設計灌溉面積。受當時工程技術及經濟條件多種因素影響，干渠僅僅采用漿砌石完成對總干流和南干流的加固，運用干砌石加固護砌渠段，整體施工質量較差，歷經多年運行后，將近30%的干砌石被沖毀，致使勾縫材料脫落。該灌區的防滲透功能已經基本失去，存在比較嚴重的水量滲透現象，再加上輸水渠道經過紅壤土和白泥區，渠道水利用系數僅僅達到0.40。

2.渠道建筑物破損老化

干渠渡槽普遍存在混凝土脫落、露筋、槽身裂縫等多種風險問題，干渠多以三合土砌石為主，部分涵管破裂導致渠道發生滲漏、塌方等問題。部分管徑較小，加上渠道本身存在較大粗糙率，導致渠道發生嚴重淤積，影響了輸水通暢。

三、渠道防滲結構形式

1.干渠

該泵站灌區有4 條干渠，全長共計132.5km，斷面結構為梯形。由于原本多數系漿砌石、干砌石，出于防滲需求改為混凝土渠，需要作水力要素復核計算，重新設計斷面，并保證不改變渠道高程和縱坡。明渠流量計算公式：

式中：Q 表示流量；ω 表示過水斷面面積；C 表示謝才系數；R 表示水力半徑，i 表示渠道縱坡。

以目前該灌區已經完成的防滲改造總干渠0+155-2+964、18+152-22+743段為例進行說明。兩渠段長度共計7419m， 設 計 水 流 量 為15.10m3/s、15.00m3/s。原本采用的是厚干砌塊石30cm 勾縫。多年運行過程中由于勾縫材料受多種因素影響，發生脫落，渠道出現沖刷、跨坡、嚴重穿孔以及比較大的滲漏問題，實際灌溉流量低至原設計流量的40%。對此采用的防滲技術是重新設計渠段斷面，不改變原本渠道縱坡，按明渠流量計算公式計算，確定復核結果（見表1）。

2.支渠

該泵站灌區共計有52 條支渠，長1849.7km，支渠的續建改造工作主要是運用“U”形斷面渠道解決現有滲水問題。由于多數支渠以粘壤土土渠為主，防滲標準較高，但是由于以混凝土材料為主，不僅要達到渠道襯砌的防滲目的，還應當對現有糙率降低提升流速，從而滿足輸水挾泥的需求。根據明渠均勻流公式完成對渠道輸水能力的計算：

式中：Q 表示水流量；ω 表示過水斷面的面積；v 表示流速。

根據該公式可以發現，過水斷面面積與經濟效益成負相關，斷面越下，流速越大，輸水能力越強，且流速取決于縱坡、糙率、濕周等指標。所以在進行渠道防滲設計時，應當采用合理的渠道斷面結構形式，并求得濕周最小時最佳經濟斷面。選擇糙率較低的防滲材料，充分結合當地地形條件，從而實現渠道縱深的加大，也使渠道輸水挾泥能力得到充分提升。

現以某支渠為例進行說明。該支渠主要控制灌區面積為3.5 萬畝，其中1 萬畝為鹽堿地，土地肥力較差，作物收入較低。渠長14.8km，灌溉設計流量為1.2m3/s，實際灌溉流量僅為0.85m3/s。因此該支渠的改造設計過程中，需要充分勘察地形，結合地形適當減少跌水或跌差，加大渠道縱坡，利用干渠內沉，提高渠首0.8m，采用1/1000 的渠道縱深。按濕周最小選擇最佳化的“U”形斷面，半徑R 取0.5m。結合工程投資及過水流量情況，最終確定確定半徑R 為0.6m，渠深為1m。

四、渠道防滲施工技術應用

1.土基施工

渠道的土基施工作為實現渠道防滲效果的基礎工作，土基的密實程度與渠道防滲效果密切相關，所以在施工過程中需要嚴格確保夯實，并保證密度達到相應的設計標準。首先做好渠道測量放線工作，嚴格控制高程，完成土基施工準備。其次是土基施工，主要包括挖方、填方兩個程序。對于渠道挖方，僅在原狀土體上開挖土模難以滿足要求，因此挖方工作完成后要進行碾壓并夯實。小斷面渠道開挖達到渠頂之后，采用振動碾進行碾壓，影響深度需要超出渠深，然后進行開挖，嚴格禁止超挖。對于大斷面渠道開挖后進行夯實，影響深度需要超出渠基，然后繼續開挖。渠道填方時，小斷面渠道全斷面分層回填，再按照施工標準進行開挖；大斷面渠道為節省填土工程量，底部整體分層夯實到渠底以上20cm 后，再分層夯實兩邊渠堤，采用機械碾壓。對渠道進行改造前，必須徹底清除渠道土基，將雜物淤土清理干凈，用打夯機對渠底夯打回填，斜坡采用開蹬分層幫坡機械夯打，最后開挖削坡。開挖削坡有兩道工序：一是粗削，按照20m 為一個間隔進行斷面槽開挖，粗削每一個坡面土方；二是精削，粗削工作完成后，按照10m為一個間隔進行斷面槽開挖，拉平線后推橫線，走斜線削出基面，保證底弧面與邊坡均符合混凝土澆筑要求。每100m 進行分項驗收，檢查合格后才能進行下一步工序。

表1 總干渠梯形斷面混凝土襯砌后水力要素復核成果表

2.渠道混凝土防滲層施工

現行的渠道混凝土防滲層施工技術主要有：（1）U 形機施工，能夠滿足支架以下的所有U 型渠的機械施工，施工操作方便，整體結構簡單，可以達到較快的施工速度，且混凝土質量較高。斷面較小的斗、農渠，可在預制廠制作完畢后運至現場安裝，從而提高施工效率。（2）現澆混凝土滑膜澆筑，該技術在運用過程中能夠采用間隔化跳倉法完成施工，渠底立側板，混凝土入倉，用平板振搗器完成振搗。渠坡混凝土運用半機械法完成澆筑，設邊模，采用手搖卷揚機帶動鋼絲繩牽引210kg 以上的鋼制滑動板，在滑動板前插入振搗器，隨鋪隨振，施工操作比較簡便，施工速度快，整體質量較高。

五、結語

本文結合某泵站灌區的渠道防滲為例，探討渠道防滲技術的運用。該灌區自實施節水配套改造工程后，改造干渠50km、支渠40km，有效提升了渠系水利用系數，達到比較明顯的節水效益，年減少水滲漏量達到650萬m3，每年節省清淤費用28 萬元。該工程運用的防滲技術提高了防滲效果，增強了渠道輸水能力，且經濟效益突出，可在同類工程中進行推廣應用■