江秀蘭

(重慶市水利電力建筑勘測設計研究院，重慶 401121)

1 實現(xiàn)防滲渠道斷面優(yōu)化設計的意義

農(nóng)業(yè)經(jīng)濟呈現(xiàn)迅猛發(fā)展的同時，相應的對農(nóng)業(yè)灌溉模式提出了新的要求，以建設節(jié)水型灌溉工程為主要目標，確保在節(jié)約水資源的同時，還能有效滿足農(nóng)業(yè)灌溉的需求。目前，大部分灌區(qū)工程由于受到技術條件、資金投入等因素的影響，普遍存在渠系不配套、基礎設施老化嚴重、灌溉面積不達標等問題，因此，在推行節(jié)水灌溉的過程中，可優(yōu)先考慮對原灌區(qū)進行技術改造。渠道防滲已成為灌區(qū)節(jié)水改造過程中應用最為廣泛的節(jié)水工程技術，渠道防滲工程建設一方面可實現(xiàn)水資源的充分利用，緩解農(nóng)業(yè)在發(fā)展過程中面臨的首要問題—用水供需矛盾，同時所節(jié)省下的水可進一步擴大灌溉面積，進而增加農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效益；另一方面可降低地下水位，改善鹽堿地和沼澤地，是推動生態(tài)型農(nóng)業(yè)發(fā)展的重要措施之一。

2 防滲渠道斷面優(yōu)化設計的要點

2.1 防滲材料的選擇

1)土料防滲。土料應用優(yōu)勢在于：成本低、技術操作簡單、防滲效果好；劣勢在于：允許流速較低、抗凍性差、使用周期短等。

2)混凝土防滲?；炷练罎B材料的應用優(yōu)勢在于：能減少渠道滲流水量損失90%以上；在一定條件下，利用混凝土進行襯砌的渠道可運用至少50a，同時也可以減少淤積現(xiàn)象的出現(xiàn)，可有效節(jié)省渠道在維修與管理方面的費用；可根據(jù)渠道設計要求，將混凝土制成各種形狀、不同大小的結(jié)構(gòu)或構(gòu)筑物；允許流速大，可縮小渠道斷面，減少土方量和占地面積。

3)膜料防滲。膜料具有較強的柔性、延伸性和抗拉能力，可應用在形狀不同或可能會發(fā)生沉降、位移的渠道；膜料施工工藝簡單，可加快渠道施工進度；膜料在實際應用中不會受到酸堿性、土壤微生物等侵蝕，耐腐蝕性較強；膜料在渠道防滲工程中的應用具有至少15a的使用壽命。

2.2 防滲渠道斷面形式的選擇

在防滲渠道工程中，常見的渠道斷面形式有梯形(圖1)、U形、弧形坡腳梯形等。在斷面形式選擇過程中，需對投資成本、抗凍脹性、施工可操作性、輸沙能力、水利條件等因素進行考慮。梯形、U形、弧形坡腳梯形斷面形式的優(yōu)缺點如表1所示。

圖1 梯形斷面形式

斷面形式優(yōu)點缺點渠道等級弧形坡腳梯形水力條件、抗凍脹性及輸沙能力好;土方工程量小坡腳施工難度較大大型渠道梯形施工操作簡單,技術效益高水力條件差,輸沙能力小,抗凍脹性差,易出現(xiàn)淤積現(xiàn)象中型渠道U形水力條件、抗凍脹性及輸沙能力好施工操作復雜,機械施工水平不高小型渠道

從表1中可以看出，弧形坡腳梯形的斷面形式比較適用于大中型梯形土渠進行改造，可解決原渠道工程中普遍存在的行水與施工期相沖突的問題；U形的斷面形式比較適用于小型渠道。

2.3 防滲渠道縱橫斷面優(yōu)化

一般在渠道縱橫斷面設計過程中，主要采用明渠均勻流公式進行設計，并在設計時需對比降等相關重要參數(shù)進行反復計算和核算。目前，隨著渠道斷面設計方法的不斷發(fā)展，動態(tài)規(guī)劃方法作為一種新型的設計方法在渠道防滲工程斷面優(yōu)化設計中得以廣泛應用，該方法可實現(xiàn)對縱橫斷面設計參數(shù)的綜合考慮，進而避免出現(xiàn)設計人員結(jié)合自身經(jīng)驗來主觀確定某些重要參數(shù)的現(xiàn)象。在確定渠道防滲斷面的形式后，渠道設計可由渠底縱坡等主要變量進行描述，以將其轉(zhuǎn)化成一個多階段決策的優(yōu)化問題。

2.4 襯砌厚度的確定

合理的襯砌厚度可提高渠道的抗凍脹能力，針對渠道改造段防滲厚度的確定通常有等厚板和肋梁板這兩種結(jié)構(gòu)形式。在確定襯砌厚度的過程中，可對等厚板和肋梁板這兩種結(jié)構(gòu)形式的慣性矩和抗彎模量進行計算，若材料允許的抗拉應力為定值時，其抗彎模量與彎矩成正比關系，板在受正彎矩狀態(tài)下，板面受壓，肋梁受拉，其抵抗彎矩的能力會比等厚板高至少2倍。

3 工程實例

某灌區(qū)4支渠道實施節(jié)水改造，渠道總長11.4km，其它相關資料如表2所示。

表2 縱橫斷面的設計數(shù)據(jù)

1)渠道縱坡允許取值范圍：結(jié)合渠道設計流量與渠道縱坡之間的關系，得出各渠段縱坡允許的取值在1/30000-1/11000范圍內(nèi)。

2)防滲方面：本工程采用預制混凝土U型渠道，具有防滲效果好、渠系水利用系數(shù)高、輸水能力強、灌水周期短等特點，在實際應用中可獲得顯著的節(jié)水效果。

3)抗凍脹方面：結(jié)合《渠道抗凍脹設計規(guī)范》及本工程現(xiàn)有的地質(zhì)聊，渠道沿線為粉土和砂卵礫石，且表層覆蓋著一層砂質(zhì)粉土和泥質(zhì)粉土，渠道沿線地下水位埋藏較深，在冬季灌水，可提高粉土的含水量，進而增加凍脹現(xiàn)象發(fā)生的可能性。針對這種情況，主要采用碎石或礫石作為置換層進行防凍處理，這種抗凍脹處理方式雖在具體操作過程中涉及了較多的工序，施工進度緩慢，但考慮到其成本投入低、防凍脹效果好等因素，本工程決定采用碎石墊層換填作為渠道防凍保溫方案。

4)渠道優(yōu)化設計：結(jié)合灌區(qū)節(jié)水改造工程的實際情況，利用計算機對表2中所的設計數(shù)據(jù)進行計算，得出最佳的設計方案為：第一段渠道比降為1/11000；第二段渠道必將為1/17500；第三段渠道比降為1/29000，堤頂高程為3.90m，土方用量18萬m3，C15混凝土用量0.6萬m3，總投資為324.31萬元，約減少了8%的投資成本。

4 結(jié) 語

綜上所述，農(nóng)業(yè)發(fā)展的用水需求是推動灌區(qū)節(jié)水改造工程實施的主要動力，為了有效緩解水資源供需錨段，對提高灌區(qū)渠道用水效率的技術研究是極為必要的。結(jié)合灌區(qū)節(jié)水改造項目的主要特點，從防滲材料、渠道防滲斷面形式、渠道防滲縱橫斷面等方面對渠道防滲斷面進行優(yōu)化設計，以減少灌區(qū)水量漏損率，真正實現(xiàn)水資源的充分利用，以實現(xiàn)灌區(qū)節(jié)水改造工程的效益最大化。

[1]劉東，胡宇祥，付強，等.北方灌區(qū)混凝土襯砌渠道斷面優(yōu)化及參數(shù)分析[J].農(nóng)業(yè)工程學報，2015，31(20)：107-114.