灌区节水改造中防渗渠道断面的优化设计

灌区节水改造中防渗渠道断面的优化设计

倪文馨

新疆水利水电勘测设计研究院有限责任公司， 新疆 乌鲁木齐 830001

摘要：传统的灌区防渗渠道，容易出现水资源浪费情况，实际的灌溉效率也会因此而降低，不利于缓解当前严峻的农业用水现状。在这种情况下，需重视灌区节水改造工作，渠道作为我国农田灌溉中最主要的输水方式，对防渗渠道断面设计进行优化和完善，这对于国内的农业、环保等领域的发展都是十分重要的。针对灌区节水改造中防渗渠道断面的优化设计进行详尽阐述，提出具有针对性和建设性的意见，希望对具体的防渗渠道断面设计工作起到一定的借鉴和引导作用。

关键词：灌区灌溉；节水改造；防渗渠道；断面设计；

引言

作为农业大国，我国农业灌溉用水量占总用水量的60%以上，农业生产很大程度上依赖灌溉条件。根据相关资料显示，我国农田灌溉水有效利用系数仅0.565，离国际先进水平（以色列高达0.87，澳大利亚和俄罗斯在0.8左右）仍有较大差距。在灌区节水灌溉中，渠道防渗节水技术效果最佳，产生效益最大。因此做好防渗渠道断面的优化设计尤其重要。

1灌区防渗渠道断面优化的意义

1.1有利于科学利用水资源

当前我国农业经济发展过程中，灌区面临的问题一方面是水资源短缺，另一方面是水资源浪费严重，解决这些问题就需要从灌区节水改造入手，进行防渗渠道断面优化设计，能够促使灌区的用水效率大大提升，减少水资源浪费，从而缓解国内存在的农业用水矛盾现象，同时节约下来的水还能够进一步扩大灌溉面积，提升水资源利用效率。

1.2有利于农业可持续发展

灌溉渠道是农业生产的基础保障，渠道防渗能够降低农业经济发展成本，有利于高效利用水资源。通过提高灌溉渠道的输水能力，降低灌溉成本，促进农业增效、农民增收。当农业高效发展和农民增收后，又会使大量的资金投入到灌区改造中，这样相互促进，实现共同发展。

2灌区防渗渠道断面现状

国内诸多灌区工程存在建设标准低、运行时间长、老化失修严重、施工质量差和渠系建设不配套等情况，造成灌区灌溉技术落后、输水能力低以及田间工程输水损失大等问题。渠道作为灌区工程的主要建筑物，其输水过程中的渗漏损失也是最严重的。因此灌区节水改造中最有效的措施就是进行渠道防渗。

3目前灌区工程面临的问题

3.1渠道工程老化失修，渠系建筑物配套不完善

过去我国建设的灌区渠道工程经过多年运行，加上当时施工标准低、建筑物配套不完善，目前很多都已陈旧老化，闸门生锈、启闭机启闭方式落后、部分设备年久失修等问题使灌区灌溉技术落后，灌溉水利用系数偏低。

3.2建设资金及后续投入不足，基础设施难以进行后期维护

水利灌溉工程需要投入大量资金，但许多地方的水利部门因资金不足不得不降低施工标准或缩短渠道衬砌段长度，并且由于后续专项资金的投入不足，导致闸门、启闭系统以及渠道出现问题没有及时进行保养维修，出现的问题长时间得不到解决，久而久之，问题积少成多，导致灌区内许多农田未得到有效灌溉，无法实现建设项目时所期望的效果。

3.3缺乏完善的管理制度

因为现阶段国家还没有形成较为健全的灌区建设体系和制度，使得许多有关灌区建设管理的内容由于缺乏合理的理论支撑，而严重影响了灌区工程建设与管理的正常实施。由于在灌区建设过程中管理体系的不足、管理方法不当等原因，使得在我国灌区建设时和后续运行中产生了不少问题，由于未能及时处理好而影响了灌区建设工作的顺利开展。

4灌区节水改造中防渗渠道断面的优化设计要点

4.1防渗材料选择

（1）土料防渗，其优点是成本较低、投资少、可就地取材，同时技术操作简单。但是维持寿命短，允许流速不能太高，易淤积、坍塌或者沉陷，且不适用于寒冷地区。（2）混凝土防渗，其优点是输水能力强，且能够极大减少渠道渗漏水量。混凝土材料的使用年限长，其整体性、耐磨性及抗冲刷效果也更好，便于管理者后期的运行管理与维修加固。与土渠相比，由于其过水断面面积变小，渠道占地面积也会减小。缺点是自重较大，抗拉强度低，易开裂。施工时养护期较长。（3）膜料防渗，其优点是自身具有较强的柔性、延伸性和抗拉能力，膜料防渗渠道一般可减少渗漏损失90%～95%，不仅适用于各种不同形状的渠道断面，还适用于可能发生沉陷和位移的渠道，膜料施工工艺比较简单，能够缩短施工工期。膜料在实际的应用过程中不会受到酸碱性、土壤微生物等侵蚀，耐腐蚀性比较强。膜料防渗缺点是抗穿刺能力差，易老化，与土的摩擦系数小，不利于渠道边坡稳定。（4）沥青防渗，其优点是由于沥青是一种柔性结构，其防渗效果较好，具有较强的适应变形能力，同时便于施工。

4.2衬砌厚度的合理确定

在实际的灌区节水改造防渗渠道断面的优化设计过程中，衬砌厚度的确定也是非常重要的一部分。高质量、科学合理的衬砌厚度，能够有效提升渠道自身的抗冻胀能力。目前来看，在灌区节水改造中防渗渠道断面衬砌厚度的确定上，主要使用等厚板形式和肋梁板形式。在具体的设计工作过程中，可针对等厚板和肋梁板这两种结构形式的惯性矩和抗弯模量进行计算。如果材料的抗拉应力是一个常数值，则它的抗弯模量与弯矩之间的关系是成正比的。当板承受正弯矩作用时，板面承受压应力且肋梁承受拉应力，其抗弯强度将大大高于同等厚度板的强度，且不小于同等厚度板强度的两倍。

4.3断面型式的选择

常见的渠道断面型式有梯形断面、弧形底梯形断面、弧形坡脚梯形断面和U型断面。（1）梯形断面目前技术完善、施工简单，但是输沙能力弱，容易淤积，水力条件不好，抗冻胀性较差。（2）弧形底梯形断面有利于增强边坡的稳定性，不易滑塌，可改善防渗渠道冻胀变形分布的不均匀性，由于渠底有一定的反拱作用，故可减轻冻害，减少裂缝和位移现象。水力条件好，适用于大、中型防渗渠道。但是技术较为复杂，施工难度大。（3）弧形坡脚梯形断面的水力条件、输沙能力好，抗冻胀性强，表面耐磨、流态好，土方工程量较小，节省施工材料。但是坡脚施工复杂。（4）U形断面近似于最佳水断面，其水力条件好，输沙能力与抗冻胀性均较好，适用于小型防渗渠道。但是施工难度大，质量不易控制，施工技术还不够成熟。

4.4防渗渠道纵横断面优化

渠道横断面设计一般采用明渠均匀流公式。设计过程中需对渠道纵坡坡降等相关重要参数重复计算、核对。在设计方法的进一步发展中，动态规划法是优化防渗渠道断面的新设计方法，依据相关的影响因素对渠道分段，考虑各分段的最优设计，从而使断面设计得到全面考虑。渠道横断面的形状确定后，可以用渠道纵坡等关键变量进一步设计完善。

结束语

在灌区节水改造未来发展过程中，依据项目的地形、地质条件等特点，给予与之对应的渠道断面优化设计是很重要的。通过对防渗渠道断面的防渗材料的选择、渠道厚度计算等一系列优化设计，减少水量的损失、提高灌溉水利用效率，使工程寿命延长，从而更好的实现灌区的作用。

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