李玉斌

(1. 東北農業(yè)大學，哈爾濱150070;2. 黑龍江農墾海川招標咨詢有限公司，哈爾濱150090)

黑龍江省的灌溉輸水渠道大多為土渠，由于渠道工程長期受低溫環(huán)境影響，基土反復凍融后造成渠床滑坡坍塌、襯砌板鼓脹開裂、錯位等破壞現象，嚴重影響了渠道輸水功能和防滲節(jié)水的目的，導致渠道工程效益不能正常發(fā)揮。近年來，隨著水利事業(yè)的發(fā)展，國家對節(jié)水灌溉的重視，黑龍江省的渠道工程建設也加快了發(fā)展步伐，在取得階段性成果的同時也發(fā)現了在渠道工程建設中存在的一些主要問題。

1 資金問題

1.1 渠道防滲工程建設發(fā)展緩慢、有效灌溉面積比率低

黑龍江省為產糧大省，也是我國優(yōu)質水稻的主要產區(qū)。根據《黑龍江省千億斤糧食產能工程規(guī)劃》和《黑龍江省新增1000 萬畝梗稻基地項目可行性研究報告》，黑龍江省提出在《黑龍江省千億斤糧食產能工程規(guī)劃》的基礎上，再新增66.7 萬hm3梗稻面積，到2012年使全省梗稻面積達到“5000萬畝”的發(fā)展目標。灌溉輸水渠道工程作為水田的基礎設施，在這一目標中起著舉足輕重的作用。但根據我省目前灌區(qū)輸水渠道工程老化和滲漏現狀，水資源浪費現象十分驚人，灌溉面積均達不到設計標準，灌區(qū)的有效灌溉面積偏低。水田面積的穩(wěn)定和發(fā)展都受到嚴重制約。所以，節(jié)約水資源就成為穩(wěn)定和發(fā)展灌溉面積的主要出路。實踐證明，渠道防滲襯砌工程是節(jié)約水資源、提高灌區(qū)效益的有效工程措施。但由于近年來渠道防滲工程資金投入不足，渠道防滲工程技術的發(fā)展緩慢，都影響了灌溉效益的正常發(fā)揮。特別是目前大多數灌區(qū)工程已達到或超過了設計使用年限，處于帶病運行和超期服役階段，必須進行全面或部分更新改造。因此一定要加快渠道防滲工程建設速度，解決灌溉水源不足問題，保證灌溉面積和糧食生產安全。

1.2 投資少、缺乏政策約束

我省灌溉輸水渠道大多采用混凝土剛性襯砌結構，由于低溫環(huán)境的作用渠道凍脹破壞十分嚴重。因此，只有采取防凍脹技術措施，才能確保工程安全和防滲效果的正常發(fā)揮并延長工程使用壽命。有資料表明，每年用于處理因凍害造成渠道損壞的費用占整個維修費的60%以上。同時也發(fā)現，在毀壞的渠道中因凍脹而破壞的渠道占總數的80%左右，幾乎每個灌區(qū)渠道防滲工程中都有凍脹破壞的痕跡，給國家造成了巨大經濟損失。因此，預防渠道凍害發(fā)生是寒冷地區(qū)渠道防滲工程中的首要問題。經過了解得知，設計人員根據設計標準進行了防凍脹設計，渠道運用管理者也因渠道采取了防凍脹措施減少了破壞的發(fā)生而愿意按設計施工管理，但往往因為防凍脹設計加大了工程造價這一因素，在方案審查時因資金有限而降低了防凍脹設計標準，增加了凍脹破壞發(fā)生的可能性。因此，加大投資力度、提高防凍脹設計標準是一方面，制定相關政策、以政策法規(guī)來約束、規(guī)范渠道防凍脹設計和施工，也是避免凍害發(fā)生的有力手段。

2 渠道工程建設技術問題

2.1 缺少防治無襯砌渠道坍塌措施

渠道工程是灌區(qū)的血脈，直接影響灌區(qū)工程效益的發(fā)揮。在黑龍江省灌溉輸水渠道中95%左右的渠道為無襯砌土渠。在這些無襯砌的土渠中，渠道常年累月經受水的侵蝕沖刷，使渠堤高度和寬度變小，坡面形成沖溝和孔洞，不但發(fā)生滑坡坍塌使標準渠道變成寬淺式渠道，而且渠道雜草叢生，淤積阻水、跑水漏水現象十分嚴重。以木蘭香磨山灌區(qū)為例，輸水干渠原梯形斷面尺寸底寬為10 m、渠深2.2 m，經多年的凍融沖刷后底寬增加到12 m，變成渠深必須經常清淤的寬淺式渠道。不治理就無法保證農田灌溉，整治就需要投入大量資金，給渠道效益的發(fā)揮和正常運行帶來很大困難。灌溉渠道發(fā)生滑坡或塌陷現象比較普遍，多集中在挖方渠道的內坡和填方渠道的外坡、以及土質松軟地帶，尤其是在強暴雨后更為嚴重。而且所有的無襯砌渠道都沒有防治邊坡坍塌措施。鑒于此，無襯砌渠道應該采取土工格柵加筋土等簡單加固技術措施來提高渠床土的強度和穩(wěn)定性，以增強其防滲抗沖能力。

2.2 U 形槽渠道防凍脹受力分析及結構確定理論研究不足

在寒冷地區(qū)，渠道暴露在野外自然環(huán)境之下，由于襯砌層下基土的凍脹，渠道的剛性襯砌層要承受很大的凍脹力。對于梯形渠道襯砌板的受力分析及板厚的確定已經有成熟的計算方法和應用經驗，而預制混凝土U 形槽渠道在渠床土體發(fā)生凍脹時的受力狀態(tài)研究的很少，只知道U 形槽因土體的凍脹而受力均勻、防凍性好不易破壞，確給不出其受凍脹時的受力模型。因此，在以往U 形槽的設計中只考慮水力學及由工程實踐獲得的各種構造要求2個方面，這對非寒區(qū)來說是可行的，因為它所受的外力很小，結構一般不會破壞。而在寒冷地區(qū)，通過對U 形槽應用的渠道工程中發(fā)現，有的運用效果就很好，而有的也照樣發(fā)生凍脹破壞。如黑龍江省雞東灌區(qū)二支渠就普遍存在U 形槽凍脹破壞現象。這說明此時U 形槽設計的承載能力小于實際凍脹作用力，故發(fā)生破壞。由此可見，無論何種渠基條件都使用同一U 形槽斷面結構是不行的。解決這一問題的關鍵就是要搞清楚U 形槽受凍脹時的受力情況，根據力學模型，確定不同受力情況下U形槽的幾何結構尺寸，以此作為設計的依據。這樣設計出的U 形槽才適合寒冷地區(qū)渠道防滲工程需要。建議在今后的研究工作中，加強這方面的試驗研究工作，促進U 形槽在寒冷地區(qū)的推廣應用。

2.3 建設時期的局限性

我省灌區(qū)多數是20 世紀60—70年代修建的，至今已運行30 ～40 a。受當時技術水平及規(guī)范要求限制，工程設計標準偏低，因而造成服務年限不長的情況。同時，渠道工程自建成投入運用后，由于風吹雨淋、冰凍日曬、水流沖刷、動物破壞以及人踏車碾等自然因素和人為因素的影響，工程維護、設備更新的資金又投入有限，所以隨著時間的推移，各種設計功能逐漸降低，防滲效益也逐步衰減，導致渠道工程老化失修嚴重。主要表現為無襯砌土渠坍塌、已襯砌渠道的襯砌層老化破損。如混凝土預制塊錯位、表面凹凸不平，見圖1?，F澆混凝土板出現裂縫破損、與渠基間形成孔隙、局部架空塌陷等，見圖2。使渠道滲漏嚴重，流速減小，輸水能力下降，急需修復改造。

圖1 混凝土預制板渠道破壞現象

圖2 現澆混凝土板凍脹裂紋破壞現象

2.4 渠道防滲襯砌形式單一

在國外，輸水灌溉早已實現了管道化。我國于20 世紀80年代開始實施管道輸水灌溉技術。目前，平原井灌區(qū)、渠灌區(qū)和提水灌區(qū)管道輸水灌溉技術都得以推廣應用，而在我省還沒有應用管道輸水技術。管道輸水優(yōu)點很多: 易控制、輸水快、無蒸發(fā)滲漏損失、不占土地、避免凍脹和腐蝕、無需修建橋涵且使用年限長，其節(jié)水效果比渠道防滲要好的多。建議在井灌區(qū)，特別是寒冷地區(qū)易發(fā)生混凝土渠道凍脹破壞的地區(qū)，應大力推廣采用新型管材的管道輸水技術，盡快實施管道輸水灌溉。

3 建議與展望

近年來，我國水利科技進展日新月異，特別是水資源的緊缺已引起人們的高度重視，節(jié)水技術成果更是碩果累累。渠道防滲是我國應用最廣泛的節(jié)水工程技術措施，它的新技術、新材料的推廣應用可以大幅度提高水的利用率，降低灌溉定額，提高糧食產量，達到節(jié)水增產增收的目的。目前，黑龍江省渠道防滲防護材料主要以膜料、砌石、混凝土應用最多，防滲防護材料比較單一，且剛性防護材料受凍害影響易損壞。開發(fā)研制一種即防滲又防護、剛柔結合的渠道防滲襯砌材料已迫在眉睫。如土工合成材料黏土墊( GCL) 、利用廢舊橡膠制成的橡膠渠等都是比較理想的既防凍脹又環(huán)保的渠道防滲襯砌材料，建議加大開展渠道工程建設新材料的開發(fā)研制工作，加快渠道防滲節(jié)水技術推廣應用步伐，大力發(fā)展節(jié)水灌溉，為我國糧食生產作出更大貢獻。

［1］黑龍江省發(fā)展改革委員會. 黑龍江省千億斤糧食產能工程規(guī)劃［R］. 哈爾濱:黑龍江省發(fā)展改革委員會，2008.

［2］魏邦記. 實現“5000 萬畝水田”灌區(qū)發(fā)展構想. 黑龍江水利科技，2011，38(2) :170－171.