農業灌溉中U型渠道的應用研究

王金奇

（高臺縣六壩水管所，甘肅 高臺 734300）

U型渠道有著較強的耐用性、整體性等諸多特點，在中型農田灌溉或小型農田灌溉中發揮著巨大作用。在農業灌溉實際應用時，U型渠道的構建和應用必須要充分考慮到農業灌溉區域地表形態起伏的高低與險峻的態勢、灌溉區域地點高出海平面的垂直距離等各方面因素，如在干燥缺乏水分的地區設計渠道時，應對U型渠的外傾角進行合理調整，以降低水分蒸發，進而實現水資源的高效利用，持續推進農業節水增效；在一些低溫環境的高原地區，應強化混凝土U型渠道斷面襯砌厚度，以提高其耐寒性、穩定性，避免U型渠道在惡劣天氣下遭到嚴重破壞。

1 U型渠道的優點

在我國農田水利灌溉渠道中廣泛應用U型渠道，其原因在于U型渠道具有較高的輸水效率，可以實現全機械無人操作，U型渠道自身優點主要體現在以下4個方面。

（1）單位時間內機組涵道通水量較大。在應用和設計U型渠道時，利用由水泥、細骨料、石灰和水配制而成水泥混合砂漿一次性澆筑的渠道底部，從理論上來說接近于過水斷面積與濕周之比最大的圓形，能夠實現單位時間內機組涵道通水量最大的效果，具有較強的輸運能力，在實際農業灌溉中可以有效確保農業用水量。

（2）便于維護，防破壞能力強。將U型渠道和梯形渠道進行比較，前者由于在底部設計環節中與圓形較為接近，與后者底部平整的設計相比較，梯形渠道的實時流速要慢于U型渠道，U型渠道底部因為過水量多產生的大量沉淀物很容易被及時清理，因此對U型渠道底部產生腐蝕的幾率就較小，在日常管理中并不需要對U型渠道底部進行太過詳細的維護與保養，節省了大量的人力和物力。

（3）提升了節水能力，起到了增強減緩水資源蒸發的作用。與梯形渠道相比較，U型渠道外傾角度很窄，能夠節省占地面積，并且便于對灌溉渠道實施覆蓋，降低水分蒸發，在北方地區，尤其是西北內陸灌溉農業區能夠實現較好的節水效果，對我國水資源做到全面把控。

（4）建造U型渠道的成本小，而且精準度高，有效降低施工難度，不僅可以使用整機重量≤13 T的履帶式或輪式挖掘機進行挖掘，還可以使用抗壓強度至少為7.5 MPa的水泥砂漿進行一次性澆灌成型，與人工挖掘相比較具有較高的精準度，與梯形渠道相比較具有較好的密封性，很少會出現因為施工原因發生滲透的問題。在灌注時，U型渠道有效提高了工時利用率，節省了人工成本，而且修繕建筑的速度也非常快，平均一個施工工人在一天內就能完成10～20 m。而灌注原料抗壓強度為7.5 MPa的水泥砂漿也有著較強耐久性的優點，具有耐溫、耐腐蝕、耐壓和抗凍等特點，使農業水利灌溉設施得以高效運作，提升了農業灌溉渠道的質量，更具穩定性，這也直接決定了農業灌溉中U型渠道具有便于維護、防破壞能力強的優勢。綜合以上論述，在我國農業灌溉中，與梯形渠、矩形渠等類型渠道相比較，U型渠道的實際應用范圍較廣，呈現出的巨大優勢對當前我國農業持續發展來說也更為突出[1]。

2 U型渠道的組成部分

U型渠在形狀上可以分為4部分，即渠道底部的圓弧部分、渠道兩端的斜直部分、渠道頂端的水平保護部分以及土堤，如圖1所示。

值得注意的是，U型渠槽壁厚度的大小應按照U型渠斷面、施工方法、混凝土標號和土體作用在U型渠道上的力等而定。輸水相關要求能夠決定其過水面，二者之間的關系式如圖2所示。

3 U型渠道施工注意事項

在建造U型渠道的前期，應做好以下兩方面的工作：

（1）對渠網進行精準測量，進而找出最合適的路線建造U型渠道，實現相互調水。

（2）開展定線測量工作。在建造U型渠道前期，定線測量是非常重要的環節，其目的是對即將要建造U型渠道進行精準定線，以確定最適合建造U型渠道的線路。在建造U型渠道時，應嚴格按照設計方案進行施工，同時對建造的各個部分進行認真檢查和仔細核對，核對的內容包含U型渠道的位置、絕對高程、坡度等[2]。填方工程施工是U型渠道施工環節中的主體工程，不同型的U型渠道，土堤也呈現不同的高度，這是為了防止一定時段內降落到地面的雨水深度過大時將較多的地下水吸滲到渠道混凝土內，出現凍脹破壞的現象，對渠道的使用年限造成嚴重影響[3]。

4 農業灌溉中U型渠道實施階段

在農業灌溉中應用U型渠道，可以避免渠道水量出現滲漏而造成不必要的損失，能夠有效提升灌溉渠系的凈流量和毛流量之比，實現節水增效。在實際農業灌溉過程中，為了有效提升灌溉水利用效率，延長U型渠道的使用年限，提高質量，可以把人工操作應用分為前期安裝和后期維護兩部分。

4.1 前期安裝實施階段

在施工前的規劃與設計中，應綜合考慮以下兩方面問題：

（1）灌溉區實際地理位置及當地氣候條件。

（2）灌溉區規劃與設計方面。

首先，在布置安排和設計U型渠時應綜合考慮當地的實際情況，盡量以實際測量為準。灌溉區域的極端高溫、極端低溫、極端干旱、極端降水等類型的天氣狀況和當地冬、夏兩季平均氣溫都對U型渠道的使用年限造成了一定的影響，對灌溉區域的基本情況進行全面考慮之后，可以在U型渠施工過程中合理調整U型渠口的外傾角度。如果U型渠口的外傾角度太小，雖然降低了施工難度，但是一旦極端天氣頻繁出現就會使渠道出現凍脹破壞現象，嚴重時會造成整個襯砌直線段崩塌的危險，對當地的灌溉活動帶來嚴重影響。從理論方面來說，U型渠口的外傾角度越大，U型渠道在使用時就會越加穩定，但是U型渠口的外傾角度越大，施工難度和用地面積就會增加，很難控制U型渠口表面的平整性。因此，在操作中應大力開展實地測量工作，對農業灌溉區的真實情況進行全面分析，進而確保U型渠道的高效使用。在施工階段，應對其兩旁的土方護坡土壤緊實度予以高度重視，如在我國水土流失較嚴重的華北丘陵地區、黃土高原地區等，應充分考慮這些地區的土質問題，確保U型渠道不會受到土壤松散的問題而遭到嚴重損毀。在U型渠道規劃和設計過程中，應對灌溉區域土質中的有機物含量進行準確測量，并應對有機物含量和一些其他雜質含量有效控制在特定范圍內[3]。

在U型渠道的規劃和設計過程中，應對其鋪設的線路做全面規劃。在U型渠道規劃中為了能夠更好地控制成本，應遵循“兩點之間直線的距離最近”的原則對鋪設線路展開相應設計，盡量對其進行截彎取直，在確保合理灌溉的基礎上，將水流在單位時間內流過的距離控制在較快的水平上，遵循這樣的原則，可以根據灌溉區的地形特征、地勢特征對其進行合理設計。值得注意的是，在設計U型渠時，鋪設時應避免與一些基礎設施交錯，這樣的規劃設計是為了能夠有效降低U型渠道繞行系數，改善可達性，確保U型渠道平直，使水流流速達到穩定的狀態，同時還降低了U型渠道被外力破壞的程度，提高了自身的耐用性[4]。

4.2 后期維護實施階段

綜合U型渠道自身特點，由于U型渠道是一次性灌注形成的渠道，其質量更高，不僅具有良好的灌溉效果，也節約了后期維護費用。但這并不能說明U型渠道的修建就是修建一次就可以永遠安逸、不再費力了，在基礎維護過程中仍然需要投入大量的人工，開展相關檢查和維護工作。U型渠道維護工作人員應定期對其施工質量與工程施工的合理性進行仔細檢查與全面測試，避免因為天氣氣溫太高、太低或者一些其他情況造成U型渠道發生嚴重損傷。同時，U型渠道維護工作人員還應在春、夏兩季，尤其是經常發生洪澇的地區定期對分派給自己區域內的U型渠道進行維護，對防洪、排除積水等功能進行嚴格檢查，檢查人員一旦發現渠道出現磨損、破損等危害U型渠道自身性能的問題，應第一時間采取相應的措施進行修復，做好處理工作，以保證農業灌溉能夠順利運行，為農作物的種植和良好生長提供重要的水源保障，只有有效提升水分利用率，才能確保農作物產量的大幅度提高。

5 結束語

對農業灌溉中U型渠道的應用過程進行深入探究我們不難發現，U型渠道與梯形渠道、矩形渠道等不同種類的渠道相比較具有明顯優勢，在我國很多農業灌溉中發揮了重要作用。值得注意的是，在建設U型渠道時應在反復考察后開展灌注修建，在開始建造前應對農業灌溉區進行大量的實地考察，科學規劃線路，綜合考量不同的因素，并結合現有數據對原料、外傾角度等方面做相應的調整。在后期維護工作中，應加大對U型渠道的巡查工作，增強防護，對防洪、清除淤垢等方面給予高度重視，在實際工作中如發生渠道凍脹、破裂，應第一時間采取措施進行處理，確保農業灌溉區域正常用水。