砼U型渠道在農田水利節水灌溉中的應用

楊 波

（高臺縣羅城水管所 甘肅 高臺 734300）

北方水資源狀況比較貧乏，這是制約北方各項發展的一個客觀原因。“高效節水灌溉”理念風靡北方，節水灌溉工程應運而生，主要措施有設施更新換代、科學技術應用、農業水價改革、灌區節水配套改造及籌資項目等。砼U型渠道優勢明顯，總體看來低溫耐用性較強，節約空間、經濟適用，國內水利各部門對其評價良好。該技術經過多年試驗發展，施工質量日新月異，重點是相關設施設備更新換代及科學技術創新發展使得其施工難度下降，與此同時，它良好的質量效果符合我國行業現行施工規范標準，所以在小型農田水利工程中使用效果已得到廣泛認可。

1 砼U型渠道的設計特征應用

砼U型渠道采用反拱結構，低溫耐用性較強，整體穩定性首屈一指。U型槽弧底圓心角以152°~156°為宜，外傾角度設計為11°~14°，渠道高度與渠底圓弧直徑比例在1∶1，設計渠體混凝土厚度4~10 cm。在特殊地貌施工時渠體外傾角可適度調整，渠道襯砌施工可根據實際情況適當增加尺寸，做好防凍脹破裂措施，也可在渠體內外做防滲透和防腐處理。

2 砼U型渠道在應用中的優勢

2.1 渠道具有良好的耐久性。砼U型渠道工程，是一次性少投入且長年使用的工程。渠道實際使用壽命在20年左右，因此整體使用周期較其他類型渠道擁有更加顯著的優勢，在農業生產過程中更大限度的發揮著無與倫比的作用。特別是北方地區，如果在渠道內部增加防腐措施，外部加以防凍脹處理，到時渠道更加不易腐蝕，延長渠道實際使用壽命。U型渠道投資少，壽命長，在小型農田水利工程建設過程中，扮演者舉足輕重的角色，為提高農民經濟效益立下了“汗馬功勞”。

2.2 渠道的可覆蓋性優勢明顯。U型渠道的結構設計形式簡約，U型槽采取混凝土材料預制，斷面口寬由于設計原因相對較小，因而具有覆蓋性能良好的特點，特別是針對渠道內的水流，利用遮陰網等加以遮蔽，在炎熱的夏天可以有效降低水源蒸發量，更加有利于避免外界生產生活環境對灌溉水源造成污染。U型渠體具有優良的整體穩定性，可利用農業生產生活間歇期施工，按照其原有渠道布置，對渠道線形走向實施設計布局、測量放樣，進行渠道高程設計，盡快輔助渠道工程建設，進一步提升農業灌溉效率。目前，對比高臺縣灌區農田水利工程使用情況，U型渠道已得到了廣泛的應用和廣大用水戶的認可，為農民經濟創收取得了顯著的經濟效益。

2.3 砼U型渠道防滲性能優越。該類型渠道結構原理簡單，工程質量可控，沒有發生漏水情況。滲漏對地下水水質有深刻影響，特別是地下水含量過高且土壤成分鹽漬化的地區，可以采用抗硫水泥等種類的改良性水泥。如甘肅省張掖市高臺縣羅城灌區位于黑河河谷平原區，地下水化學特征主要受灌溉水入滲和蒸發的雙重影響，水化學類型為SO4-2-HCO3--Na+-Mg+2，礦化度1~2 g/L，但表層地下潛水水質更差，礦化度達2~5 g/L，土壤酸堿度為8.5，地表鹽漬化嚴重，地下水及鹽漬土對砼有硫酸鹽腐蝕性。對比其他類型渠道，渠道整體穩定性較強，從防滲透效果看，該設計優越性更加突出。在小型農田水利灌溉過程中，U型渠道不僅解決了渠道設計結構形式單一化的問題，還能夠幫助U型渠道優化斷面，可根據流量不同等情況，分別選擇不同斷面形式襯砌，以便達到經濟適用等需求。

2.4 砼U型渠道在小型農田灌溉中效果顯著。U型渠道結構設計的優點體現在容積較大，具備較好的水體流動性，所以水流通過能力優良，這使水流運輸空間得到較大解放，可以達到1.2 m/s左右的渠道流速，而相同斷面下的梯形土渠流速僅為0.6 m/s，流速提高50%以上。另外較糙率而言，梯形土渠糙率值大約為0.025，但U型渠道糙率值僅為0.017左右，流量和流速水平均大幅度提高，并使渠道凍脹破壞、滲漏及淤積問題得到較好改善，有效提高灌溉水利用率，農田節水灌溉效果顯著，增加農戶經濟效益。如羅城灌區采用砼U型渠道，流水暢通無阻，砂體淤積現象大為改觀。該灌區地表分布0.5~3 m厚度的第四系全新統細顆粒地層，為沖積淤泥質粉細砂夾薄層壤土，下部為砂及薄層砂礫石層。因此，凍脹破壞與滲漏是主要的工程地質問題。渠道大部分以土渠為主，渠體疏于清理，造成雜草樹木叢生，渠道水流受到植物莖葉等帶來的阻力增加，渠道淤積嚴重，流速緩慢，上述問題在應用該設計后得到良好改善。

2.5 砼U型渠道省工、省料、省空間。在農田水利節水灌溉工程建設中，為了使工程建設效益增加，務必充分優化設計，高效能發揮U型渠道的各方面的優越性。U型渠道在施工過程中，施工的工序較為簡單，工期短、施工快、易操作。具體的施工環節如下：首先由專業技術人員進行測量放樣，渠道的成型開挖為施工開始，其次針對已經成型的渠道，進行渠底墊層鋪筑工序。鋪筑過程中，使用的材料為砂礫碎石，鋪筑時對墊層的寬度及厚度均有嚴格的施工設計要求，鋪筑施工結束之后，進行定線放樣，確定渠道襯砌位置、高程等。當渠道完成襯砌，細粒混凝土勾縫完成后，進行邊坡墊層鋪筑及土方夯填施工。在渠道工程建設過程中，通過應用U型渠道，渠道口寬較小，占地面積降低，土地資源得到有效釋放，對于保護農業耕地面積及土地資源得到有效利用具有十分重要的意義。從人工、機械、材料等角度比較，人均每日可完成15~20 m的U型槽襯砌量，混凝土施工量在1.6~2.2 m3。在節省施工材料方面U型渠道優勢顯著。例如建設一條長度為1 km D85U型渠道使用混凝土152 m3，但如果建設同樣斷面的梯形渠道需要混凝土215 m3，對比之下，砼U型渠道可節約投資1.5萬元左右，節約渠道占地面積0.5 hm2以上。U型渠道耐久性強，相較其他渠道類型使用率較高，而其他類型損壞率較高，在使用10年以上后就會出現不同程度的破裂損壞現象。

3 渠道工程建設與效益分析評價

根據羅城灌區使用調查結果分析，一條長度為1 km的D85 U型渠道襯砌投資25萬元，其中施工材料費、機械及材料運輸費約18萬元，人工費7萬元。渠道襯砌后每年可以節約水量8.5萬m3，增值2.1萬元，若當中不計算農作物增產值，利用12年節省的水費即可收回工程總投資。延伸開來說，U型渠道使用壽命在20年以上，還能不間斷節省水費8年左右，這又是一筆可觀的收入。經過以上簡單分析，渠道建設經濟效益回報率表現優良，更加突出的是在其節約水資源方面的效果眾所周知，灌溉水利用時間減少但灌溉農作物面積增加，降低生產成本，為農業增效打下基礎。

4 結束語

總結起來，該設計和其他類型的渠道結構設計比較，U型渠道在防滲透、耐久性及持續穩定性等方面獨樹一幟。因而建議在北方農田水利節水灌溉渠道工程設施建設中，推薦增加U型渠道的利用率，嚴格落實U型渠道的設計施工監理標準與工程建設質量安全管理工作，保證U型渠道施工質量，做好“事前、事中、事后”三項控制，保障渠道建設在農田水利灌溉工作中發揮出積極的作用，從而提高農田水利渠道灌溉水利用系數，積極響應國家“節約用水”號召，推動北方水資源優化配置及可持續發展，為鄉村振興戰略添磚加瓦。