胡世國(guó)

（水利部松遼水利委員會(huì)，吉林長(zhǎng)春130021）

0 引言

農(nóng)業(yè)是國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的保障，是關(guān)乎國(guó)計(jì)民生的命脈，牢牢地掌握這一命脈是國(guó)家繁榮穩(wěn)定的基礎(chǔ)。灌區(qū)建設(shè)是保障農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，促進(jìn)農(nóng)業(yè)發(fā)展的重要舉措，是保證糧食產(chǎn)量，提高居民收入，促進(jìn)鄉(xiāng)村發(fā)展的必然要求[1]。然而，農(nóng)業(yè)用水量比重仍然較大，勢(shì)必?cái)D占工業(yè)和生活用水需求，2018年農(nóng)業(yè)用水量3 693.1 億m3，占全國(guó)用水總量的61.4%[2]。在東北地區(qū)尚存在水資源開發(fā)利用率、耕地灌溉率較低的狀況[3]。因此，推進(jìn)灌區(qū)建設(shè)以及灌區(qū)節(jié)水改造，可以降低農(nóng)業(yè)灌溉成本，提高灌溉水利用效率，實(shí)現(xiàn)高效增收[4]。

深層滲漏和蒸發(fā)是農(nóng)業(yè)灌溉中水量損失的主要途徑，深層滲漏一般對(duì)作物蓄水不利，它源于降水或灌水過多，使水分流入根系活動(dòng)層以下，以至作物難以利用。長(zhǎng)期灌水過多對(duì)作物生長(zhǎng)不利，較多的滲漏會(huì)帶走更多的養(yǎng)分和水量，不利于灌區(qū)節(jié)水，但適當(dāng)?shù)臐B漏有助于改善土壤通氣狀況，反而對(duì)作物生長(zhǎng)發(fā)育有利[5]。渠道滲漏還會(huì)造成上游水分大量流失，下游出現(xiàn)無水可灌的局面。渠系水利用系數(shù)是衡量渠系輸水效率及水量損失的有效指標(biāo)，研究結(jié)果表明：渠道采取防滲措施后，渠系水利用系數(shù)為0.728，較未采取防滲措施提高28.40%，如果襯砌材料全為混凝土，利用系數(shù)可達(dá)到0.934，進(jìn)一步分析得到：對(duì)渠道上游位置襯砌可更好提高渠系水利用系數(shù)[6]。

渠道防滲材料隨著材料科學(xué)的進(jìn)步不斷發(fā)展，也應(yīng)因地制宜，根據(jù)地域的環(huán)境特點(diǎn)、施工條件、用途、使用年限、工程投資有所不同。PP 纖維是聚烯烴類結(jié)晶聚合物，普通混凝土板塊中加入該材料，可有效提高混凝土板塊的抗裂性能，使其獲得更好的耐久性和更高的抗拉、抗壓、沖擊性能[7]。PP 纖維混凝土板塊具有以上優(yōu)勢(shì)，因此廣泛應(yīng)用于渠道襯砌，具有便于運(yùn)輸、施工方便，壽命長(zhǎng)的特點(diǎn)。無紡布是一種定向或隨機(jī)纖維構(gòu)成，是具有透氣性、柔韌、無毒、可循環(huán)利用特點(diǎn)的覆蓋材料。PP 纖維混凝土板塊和無紡布組合材料可達(dá)到防滲補(bǔ)強(qiáng)的效果[8]。模袋混凝土是將模袋布與混凝土相結(jié)合，改善混凝土的抗拉性能，具有更強(qiáng)的抗?jié)B性能，選擇合適厚度可應(yīng)用于渠道防滲，降低成本[9]。

1 工程概況及現(xiàn)狀

前郭灌區(qū)位于吉林省松原市前郭縣，吉林省西北部，地處中緯度區(qū)歐亞大陸東緣，在全國(guó)氣候區(qū)劃中屬于北溫帶半干旱大陸性季風(fēng)氣候區(qū)。受大氣環(huán)流的影響，在冷暖氣團(tuán)交替控制之下，四季氣候變化十分明顯。春季干燥多風(fēng)沙，升溫迅速；夏季炎熱少雨，秋季天高氣爽，日溫差大；冬季嚴(yán)寒漫長(zhǎng)少雪。灌區(qū)東西長(zhǎng)116.000 km，南北最大寬度60.000 km，灌區(qū)幅員面積128 053 hm2?，F(xiàn)已成為吉林省最大的商品水稻和綠色有機(jī)水稻生產(chǎn)基地，在社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展中占十分重要的位置。一總引干是該灌區(qū)內(nèi)主要引水渠之一，設(shè)計(jì)灌溉面積達(dá)到5 380 hm2，選取一總引干樁號(hào)31+635～48+402 m 為研究對(duì)象，是因?yàn)樵摱尉嚯x較長(zhǎng)，渠段長(zhǎng)16.767 km，渠段大部為半填半挖渠道，且無護(hù)砌。文中通過對(duì)前郭灌區(qū)一總引干主要渠道兩側(cè)渠坡進(jìn)行護(hù)砌，研究PP 纖維混凝土板塊與模袋混凝土護(hù)坡的優(yōu)缺點(diǎn)，以期更好地達(dá)到渠道防滲和節(jié)約投資的效果，也為灌區(qū)內(nèi)其他渠道護(hù)砌提供相應(yīng)參考。

2 存在問題

1）灌區(qū)內(nèi)有大量的鹽堿荒地，工程性缺水問題突出。

前郭灌區(qū)范圍內(nèi)土地面積77 566 hm2，現(xiàn)有耕地面積51 546 hm2、鹽堿荒地面積8 720 hm2。灌區(qū)內(nèi)旱田不保灌面積為5 653 hm2，有1 893 hm2的旱田位于現(xiàn)有灌區(qū)的下游及鹽堿荒地的周邊，屬中低產(chǎn)田，屬于工程性缺水，宜改造成水田。

2）建筑物不配套，灌區(qū)設(shè)備陳舊、工程老化現(xiàn)象嚴(yán)重。

灌區(qū)骨干渠道上建筑物配套率為70%，雖然骨干灌排渠系工程已經(jīng)形成，但多數(shù)建筑物已運(yùn)行多年，在現(xiàn)有建筑物中，完好率只有55%。加上財(cái)政緊張，現(xiàn)有田間工程未完成配套，特別是建筑物不配套，一些現(xiàn)有建筑物年久失修并且老化現(xiàn)象嚴(yán)重，渠道及排水溝淤積嚴(yán)重，致使骨干工程不能充分發(fā)揮效益，目前亟需進(jìn)行續(xù)建配套與節(jié)水改造。

3）地表水浪費(fèi)現(xiàn)象普遍存在，未能得到充分利用。

造成水資源嚴(yán)重浪費(fèi)的原因：一是渠道防滲工程滯后，致使灌溉水利用系數(shù)較低，僅為0.475；二是灌區(qū)的管理設(shè)施落后，信息化建設(shè)滯后、管理水平低。前郭灌區(qū)自1998 年實(shí)施續(xù)建配套與節(jié)水改造項(xiàng)目以來，信息化建設(shè)資金投入較少，沒有自動(dòng)化的量配水設(shè)施，難以收取水費(fèi)，農(nóng)民節(jié)水意識(shí)不高，水資源浪費(fèi)現(xiàn)象普遍。

3 方案設(shè)計(jì)比選

為提高渠系水利用系數(shù)，節(jié)省水資源，根據(jù)一總引干近幾年續(xù)建配套及節(jié)水改造護(hù)砌型式，選定pp 纖維混凝土板護(hù)砌和機(jī)制模袋混凝土護(hù)坡進(jìn)行分析。一總引干渠坡內(nèi)邊坡1.00∶1.75，平均邊坡長(zhǎng)6.13 m，總長(zhǎng)16.767 km，為了便于分析，選100 m 渠段護(hù)砌工程量進(jìn)行投資對(duì)比。

1）方案一PP 纖維混凝土板塊護(hù)坡

采用8 cm 厚PP 纖維混凝土板護(hù)砌，規(guī)格尺寸為1 m×1 m，混凝土板下鋪設(shè)無紡布，規(guī)格為400 g/m2。為防止凍脹破壞在混凝土板下鋪30 cm 厚砂礫石墊層。渠坡坡腳設(shè)置現(xiàn)澆混凝土腳槽（頂寬0.3 m，底寬0.4 m，高0.5 m）；渠坡封頂采用混凝土壓板（寬0.5 m，高0.2 m）。PP 纖維混凝土板塊護(hù)坡方案投資見表1。

表1 PP 纖維混凝土板塊護(hù)坡方案投資表（100 m）

2）方案二機(jī)制模袋混凝土護(hù)坡

采用機(jī)制模袋混凝土護(hù)坡，模袋厚12 cm，下鋪無紡布。渠腳設(shè)現(xiàn)澆混凝土腳槽（頂寬0.3 m，底寬0.4 m，高0.5 m），渠坡封頂采用混凝土壓板（寬0.5 m，高0.2 m）。機(jī)制模袋下鋪一層無紡布，規(guī)格同上。垂直堤軸線方向每列模袋中放置一根?12 鋼筋，通長(zhǎng)布置，施工時(shí)把鋼筋固設(shè)在模袋內(nèi)，使其位置處于模袋中部。模袋混凝土坡面上需預(yù)留排水孔，排水孔應(yīng)位于模袋凹坑處，排水孔孔徑? 50 mm，距坡腳500 mm（垂直高度)開始布孔，孔距1.5 m 左右，行距1.5 m 左右，呈品字型布孔。機(jī)制模袋護(hù)坡方案投資見表2。

表2 模袋護(hù)坡方案投資表（100 m）

2 個(gè)方案施工地質(zhì)條件、氣候條件、工程任務(wù)及規(guī)模完全一致。因此，主要從工程投資、施工條件、材料特性本身進(jìn)行比較。通過對(duì)比投資表1和表2 可知：

1）工程投資：方案一投資總額為252 109 元，方案二投資為249 385 元，方案二投資少于方案一，方案一投資較方案二投資高1.092%，差額較少，考慮到總長(zhǎng)度16.767 km 上投資，方案一較方案二增加投資456 733 元，數(shù)目相對(duì)較大。采用方案二可節(jié)省大量投資。

2）施工條件：因渠道為半填半挖渠道，并且坡度相對(duì)較小，施工較為方便，方案一通常對(duì)渠坡修整完成后，保證足夠的壓實(shí)度，先鋪設(shè)砂礫石防止凍脹，后鋪設(shè)無紡布，再鋪設(shè)PP 纖維混凝土板塊，施工程序相對(duì)復(fù)雜，耗時(shí)較多，不利于工期相對(duì)較短的情況；方案二是對(duì)渠坡修整后，保證足夠的壓實(shí)度，先鋪設(shè)無紡布，再鋪設(shè)機(jī)制模袋混凝土，工序相對(duì)簡(jiǎn)單，耗時(shí)較少，工程量較少，可節(jié)約工期。因此方案二可節(jié)約工期，減少工程量。

3）材料特性：考慮到氣候條件，灌區(qū)冬季時(shí)間較長(zhǎng)，且溫度普遍在零下10 ℃以下，護(hù)砌材料必須具有良好的抗凍性。有研究表明，模袋混凝土襯砌板塊與普通混凝土襯砌板塊相比，能夠減少變形量，最大降低80.5%[9]。并且模袋混凝土護(hù)坡具有整體性強(qiáng)、穩(wěn)定性好、施工速度快、可在水中作業(yè)的特點(diǎn)。

綜上考慮，此次采用機(jī)制模袋護(hù)坡的方案。

4 結(jié)論

通過對(duì)前郭灌區(qū)一總引干渠道護(hù)砌方案的綜合分析，涉及到工程投資、施工條件及材料特性3個(gè)方面，結(jié)合當(dāng)?shù)厮臍夂虻刭|(zhì)條件，選擇方案二這一護(hù)砌方式，達(dá)到節(jié)省投資和工期，具有施工相對(duì)簡(jiǎn)單，適應(yīng)性更強(qiáng)的特點(diǎn)。PP 纖維混凝土板較普通混凝土板塊具有更高的強(qiáng)度，PP 纖維與混凝土的連接也緊密，適度添加PP 纖維還可以明顯提高混凝土的抗裂性能，具有混凝土板塊不具有的優(yōu)勢(shì)，2 種材料都有廣泛的應(yīng)用。隨著科技及材料的不斷發(fā)展，將會(huì)有更多的護(hù)砌材料和方式可供選擇。