陳海鋒

摘 要：北方內(nèi)陸地區(qū)氣候干燥、降雨稀少，大部分地區(qū)都需要人工灌溉以補充農(nóng)作物水分需求，因此，水利灌溉系統(tǒng)工程的修建較為廣泛。然而冬季氣溫較低，嚴寒氣候往往會給灌溉系統(tǒng)造成嚴重凍害，破壞灌溉系統(tǒng)工程中的渠道及建筑物。本文結(jié)合北方氣候特征和工作經(jīng)驗，淺談幾種較為常用的水利灌溉系統(tǒng)工程的防凍措施，以保護灌溉系統(tǒng)中渠道和建筑物安全。

關鍵詞：水利；灌溉系統(tǒng)；防凍措施；探析

中圖分類號：S607 文獻標識碼：A

我國地處亞歐大陸東部，國土面積遼闊，東西跨和南北跨幅度較大，除南方及東南沿海地區(qū)氣候溫暖、降水豐沛之外，廣大內(nèi)陸地區(qū)尤其是高原及北方地區(qū)，降水相對稀少，農(nóng)作物在春秋旱季需要人工灌溉以補充水分，因此，水利灌溉系統(tǒng)工程的保護對北方農(nóng)業(yè)而言意義重大。但北方及高原地區(qū)冬季氣溫十分寒冷，往往會出現(xiàn)嚴重凍害，水利灌溉系統(tǒng)工程中的渠道和建筑物如果不加以保護的話，極易遭到凍融的破壞，從而影響灌溉設施來年的正常使用。本文論述了研究灌溉系統(tǒng)工程防凍措施的必要性和可行性，提出4種常用且有效的防凍措施，以解決北方寒冷地區(qū)灌溉系統(tǒng)工程的防凍難題。

1 水利灌溉系統(tǒng)防凍的必要性

1.1 凍害嚴重，水利灌溉系統(tǒng)工程易造成嚴重破壞

我國大部分農(nóng)田灌溉地區(qū)處在北方或西部內(nèi)陸地區(qū)，冬季氣候干燥寒冷，會積累厚厚的凍土層，對水利灌溉系統(tǒng)工程的破壞非常嚴重。如果在冰凍發(fā)生之前沒有做好相應的保護措施，冬天的時候灌溉渠道內(nèi)的基土凍脹問題將十分嚴重，對混凝土預制塊襯砌板的破壞非常嚴重，使得灌溉渠道使用壽命急劇縮短。灌溉渠道破壞之后需要維修乃至重新修建，不僅會造成水利工程運行成本的全面提升，也影響農(nóng)業(yè)正常的灌溉用水。

1.2 需求迫切，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)對灌溉系統(tǒng)工程依賴性強

降水量分布差異在我國各地區(qū)之間表現(xiàn)尤為明顯，南方地區(qū)雨量充沛，農(nóng)作物種植基本上不需要灌溉，而北方地區(qū)及內(nèi)陸地區(qū)則降水稀少，農(nóng)作物的水分補充主要依靠水利工程灌溉。如果水利灌溉系統(tǒng)工程遭受破壞不能正常使用，對農(nóng)作物的健康成長將會產(chǎn)生巨大影響。需要灌溉的地區(qū)又大多處在冬季氣候寒冷的地區(qū)，凍害嚴重，而農(nóng)業(yè)用水對水利灌溉工程需求迫切，要求必須對修建的水利灌溉系統(tǒng)工程采取必要的防凍措施，避免因凍害破壞了灌溉系統(tǒng)，以保障每年春旱來臨之時農(nóng)作物能夠得到正常灌溉。

2 水利灌溉系統(tǒng)防凍的主要類型

2.1 防滲漏材料出現(xiàn)凍融問題

灌溉渠道的修建為了避免后期使用過程中水分大量滲漏到地下，所以一般會在渠道砼襯砌塊下面覆蓋防滲漏材料。這種材料具有一定的吸水性，在冬季來臨時，長期的負溫度環(huán)境將造成防滲材料所吸附水分形成冰體。水凝結(jié)成冰之后體積膨脹并給防滲材料造成一定破壞。每個溫度循環(huán)都會使得防滲材料的破壞更嚴重一些，直至完全無法繼續(xù)使用。

2.2 防滲渠道中的水體出現(xiàn)結(jié)凍問題

灌溉渠道的存在不僅是為了輸水，同時也有一定的儲水功能。寒冷天氣來臨時，灌溉渠道內(nèi)的儲水就會全部結(jié)成冰塊，整體結(jié)冰之后體積出現(xiàn)膨脹，對兩邊的灌溉渠砼襯砌體形成擠壓，使得砼襯砌體在應力的作用下發(fā)生位移，逐步被破壞變形。灌溉渠內(nèi)的儲水結(jié)冰是破壞灌溉渠一個重要原因，必須采取一定的措施加以應對，對灌溉渠外壁施加一定保護，避免冰凍對灌溉渠的破壞。

2.3 灌溉渠道基土發(fā)生凍融問題

灌溉渠的建設雖然使用了一定的防滲材料，但水分依然會在一定程度上下滲到砂礫石墊層和基土層，而且就算水分不下滲，基土層內(nèi)依然是含有一定水分的。寒潮來臨、氣溫驟降，基土和砂礫石墊層會發(fā)生凍脹，直接向內(nèi)部擠壓灌溉渠，使襯砌斷面發(fā)生位移；春季氣溫上升，基土逐漸融化，砂石墊層和基土發(fā)生沉降，再次造成破壞。無論是防滲襯砌體還是混凝土外壁都會受到這種凍脹的破壞，出現(xiàn)裂縫、變形等問題。如何有效避免凍融給灌溉渠帶來的破壞，是保護灌溉系統(tǒng)工程的重要內(nèi)容。

3 水利灌溉系統(tǒng)防凍的主要措施

3.1 合理優(yōu)化襯砌體結(jié)構(gòu)

砼襯砌體結(jié)構(gòu)的優(yōu)化可以減少凍脹發(fā)生之后對襯砌體的破壞力，從而達到保護砼襯砌體的目的。該種措施有較強的抗凍脹能力，且不會增加施工建設成本，為渠道建設的首選辦法。優(yōu)化襯砌體結(jié)構(gòu)主要有U型襯砌體、弧底梯形復合襯砌和平底弧角梯形襯砌3種結(jié)構(gòu)。這3種結(jié)構(gòu)都較好地規(guī)避了凍脹對襯砌體的應力作用。實驗表明，U型結(jié)構(gòu)相比較混凝土防凍脹來說具有更好的優(yōu)越性，效果也更好。但是在凍脹的作用下，U型渠側(cè)墻依舊會出現(xiàn)嚴重變形并產(chǎn)生裂縫，使得相應的結(jié)構(gòu)遭受嚴重損毀。而弧底梯形復合襯砌結(jié)構(gòu)中，雖然受力上較為均勻，但直線邊坡容易出現(xiàn)變形坍塌，抵抗凍脹能力一般。平底弧角梯形襯砌是當前采用較為廣泛的一種結(jié)構(gòu)，相比較其他2種結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)在受力上最為均勻，抗凍脹效果最好，因此在灌溉渠修筑中推薦使用該種襯砌結(jié)構(gòu)。

3.2 采用膜料復合襯砌法

采用襯砌結(jié)構(gòu)的主要目的就是防止灌溉渠內(nèi)的水滲漏，普通的防滲漏材料雖然能夠較好地滿足防滲漏要求，但并不能完全避免水的下滲，而下滲水會造成水分的嚴重流失，對嚴重缺水的內(nèi)陸地區(qū)而言，這無疑是一種巨大浪費。此外，水分下滲還會造成防水材料及砂礫石墊層和基土中的水分過多，冬季水分凍結(jié)膨脹使砼襯砌結(jié)構(gòu)和灌溉渠出現(xiàn)變形、裂縫或者邊壁脫落等問題。因此，尋找更好的防滲材料，避免水分下滲無疑是非常重要的。在這里，推薦使用膜料復合襯砌法，即在襯砌體內(nèi)合理的添加PE復合土工模，一般可減少滲漏量90%以上，是目前得到普遍推廣應用的高分子聚合物防滲材料，具有抗拉強度高、防滲性能好、變形能力強、質(zhì)量輕、施工方便、造價低等優(yōu)點，有一布一膜、二布一膜等。PE復合土工膜具有良好的隔水性，可以有效避免水分下滲，從而保護灌溉渠外壁免受凍脹之害。

3.3 對基土施加適當?shù)谋卮胧?/p>

基土是保障灌溉渠完整的基礎。如果基土受到損害或者出現(xiàn)凍脹情況，首先受到影響的必然是灌溉渠，而且這種影響最為嚴重，因此保證基土的穩(wěn)定對保護灌溉渠有著重要意義。我國內(nèi)陸地區(qū)尤其是西北地區(qū)，凍土層較厚，春季凍土融化地冬季凝結(jié)，這種狀況下灌溉渠很難得到良好的保護。為了避免基土出現(xiàn)凍脹問題影響到灌溉渠，可以利用現(xiàn)代科技為基土進行保溫。實驗表明，使用新材料聚苯乙烯泡沫塑料板對基土進行敷設可以起到較好的保溫效果。目前，基于聚苯乙烯泡沫塑料板良好的保溫性，在西北部內(nèi)陸地區(qū)的灌溉渠修建中已經(jīng)得到部分的推廣應用，同時配合基土的換填，能夠收到更好的防凍脹效果。

3.4 使用弱凍脹性土更換基土

基土之所以出現(xiàn)凍脹，主要原因在于基土中含有較多的水分，如果能夠使用含水量較低的砂礫石或沙土進行基土換填，將能夠較好地解決基土凍脹問題。根據(jù)部分地區(qū)的實踐效果來看，采用粗砂、砂礫等水分含量極低的沙土作為基土，是適應性和操作性都比較理想的凍脹防治辦法。但是不同地區(qū)出現(xiàn)凍脹的程度不同，而且在不同的地質(zhì)條件下凍脹問題也有所不一，因此在進行基土換填時還要因地制宜地確定更換的厚度和方法。由于灌溉渠底部和陰坡陽坡受凍脹影響程度不一樣，也需要在實踐中實事求是，有差異地進行對待。

4 結(jié)語

廣大北方內(nèi)陸氣候寒冷，冬季出現(xiàn)冷凍天氣時間較長。本文結(jié)合凍害發(fā)生的特性主要介紹了4種防止水利灌溉系統(tǒng)工程發(fā)生凍害的措施，以期在實際應用中，能夠?qū)喔认到y(tǒng)切實起到防凍的良好效果，保護灌溉系統(tǒng)免遭凍融破壞，以促進北方地區(qū)農(nóng)業(yè)的穩(wěn)定發(fā)展，保障糧食作物健康生長。

參考文獻

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