焦文娟，李 超

(1.水利部新疆水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，新疆 烏魯木齊 830000；2.克拉瑪依市水務(wù)有限責(zé)任公司，新疆 克拉瑪依 834000)

伴隨著全球水資源危機(jī)的不斷加劇，合理的開發(fā)與利用水資源成為學(xué)者們研究關(guān)注的重點(diǎn)[1]。在解決水資源問(wèn)題的方法中，除建設(shè)必要的蓄水、引水等水利工程外，避免水資源的浪費(fèi)，水利渠道的防滲漏設(shè)計(jì)也是其中的重要一環(huán)。同時(shí)渠道防滲漏設(shè)計(jì)也是我國(guó)當(dāng)前應(yīng)用最為普遍的節(jié)水措施[2-4]。

渠道進(jìn)行防滲漏設(shè)計(jì)后，可有效提高水利工程的效益、提高渠系水利用系數(shù)、同時(shí)可有效地減少滲漏損失，推動(dòng)生態(tài)環(huán)境與農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化建設(shè)。對(duì)此，本文從渠道防滲設(shè)計(jì)的影響因素與遵循原則出發(fā)，對(duì)水利工程防漏結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的防滲斷面與防滲結(jié)構(gòu)選擇、滲漏流量計(jì)算等方面進(jìn)行介紹，，可為提供水利渠道防滲設(shè)計(jì)提供參考。

1 渠道防滲設(shè)計(jì)的影響因素與遵循原則

1.1 影響因素

1.1.1 氣候與地形

在渠道防滲結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，氣候?qū)Ψ罎B材料的選擇以及施工方法的確定騎著重要的作用，同時(shí)也是渠道防滲設(shè)計(jì)需要考慮的最為根本的因素[5]。地形條件在工程上決定這防滲工程的整體造價(jià)，例如，壓力管道可使用于各類地形，但造價(jià)較高，高壓管道與混凝土管道對(duì)地形的適應(yīng)能力適中，造價(jià)也相對(duì)適中；埋鋪式膜料保護(hù)僅適用于流速較小的平坦地形，但造價(jià)相對(duì)較低。因此在選擇防滲設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)考慮地形因素影響。

1.1.2 基土性質(zhì)

水利工程渠道防滲設(shè)計(jì)，基土的滲透性、凍脹敏感性和抗壓強(qiáng)度是設(shè)計(jì)應(yīng)考慮的主要性能，其決定這選擇哪種滲透方式。例如，黃土類渠床穩(wěn)定的地區(qū)、采用混凝土、砌石防滲措施。濕陷性黃土渠,采用埋鋪式膜料防滲。

1.1.3 材料與設(shè)備

水利工程渠道防滲設(shè)計(jì)的選材時(shí)，材料的選擇原則是因地制宜，料源充足。如工程地點(diǎn)無(wú)無(wú)砂、石料。但防滲工程需要采用混凝土防滲，,可采用他處預(yù)制或人工制砂、石的辦法。在渠道防滲施工過(guò)程中，為保證施工質(zhì)量與工程進(jìn)度，應(yīng)根據(jù)實(shí)際工程需要，合理的選擇工程設(shè)備，例如需要采用先澆筑混凝土?xí)r，可采用推土機(jī)與澆筑機(jī)等設(shè)備。

1.2 遵循原則

水利工程渠道防滲設(shè)計(jì)應(yīng)遵循如下原則

(1)按照水利工程等級(jí)，在設(shè)計(jì)階段，按照相關(guān)法律法規(guī)進(jìn)行地質(zhì)勘察，收集掌握擬建渠道的基本地質(zhì)、環(huán)境、水文等信息，同時(shí)下建成渠道相關(guān)技術(shù)經(jīng)驗(yàn)與國(guó)內(nèi)外技術(shù)成果進(jìn)行設(shè)計(jì)。

(2)，在進(jìn)行設(shè)計(jì)過(guò)程中，遵守相關(guān)規(guī)程與規(guī)范，把渠道的防滲、防凍以及渠道的綜合利用有效的結(jié)合起來(lái)，使得設(shè)計(jì)滿足總體布局要求，同時(shí)要堅(jiān)持和貫徹因地制宜，就地取材等相關(guān)原則。

(3)結(jié)合水電工程渠道耐久性與防滲性等工程需求，經(jīng)濟(jì)與生態(tài)環(huán)境以及水資源供應(yīng)青桔昂，進(jìn)行合理的經(jīng)濟(jì)性認(rèn)證，使得防滲設(shè)計(jì)滿足經(jīng)濟(jì)性要求。

2 水利工程渠道防滲漏設(shè)計(jì)

2.1 防滲漏渠道斷面與結(jié)構(gòu)形式選擇

如圖1所示，為防滲渠道的斷面形式。通常，明渠的形式通常包含矩形、梯形、復(fù)合型、弧形底梯形、弧形坡腳梯形等結(jié)構(gòu)形式，其中弧形底梯形與弧形坡腳梯形也屬于梯形的一種。暗渠在渠道斷面形式上，可選擇為U形斷面、城門洞形暗渠、箱型暗渠、正反拱形暗渠、圓形暗渠等形式。

圖1 防滲漏渠道斷面形式

在防滲渠道斷面的選擇中，梯形斷面施工方便、坡面形式較為穩(wěn)定，因此在無(wú)特殊地質(zhì)要求的前提下，可應(yīng)用于各類情況?；⌒蔚滋菪?、弧形坡腳梯形、弧形、U形等斷面形式的防滲渠道，其特點(diǎn)是冷凍變形能力強(qiáng)、在北方等地區(qū)應(yīng)用較為廣泛。暗渠在形式選擇上，具有占地面積較少、安全性較高、避免冷凍破壞、水質(zhì)不易受到污染等特點(diǎn)。在水資源較為短缺的地區(qū)應(yīng)用較為廣泛。防滲渠道在斷面形式在選擇的過(guò)程中，還應(yīng)結(jié)合防滲結(jié)構(gòu)一并選擇。選擇的方式如表1所示。

表1 防滲結(jié)構(gòu)與斷面形式對(duì)應(yīng)表

2.2 防滲渠道滲透損失流量計(jì)算

在進(jìn)行渠道防滲設(shè)計(jì)過(guò)程中，應(yīng)以水土平衡與可持續(xù)利用為出發(fā)點(diǎn)，以提高水里系數(shù)為目標(biāo)。同時(shí)結(jié)合經(jīng)濟(jì)情況，設(shè)計(jì)出最優(yōu)方案。在采用新技術(shù)時(shí)，要結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，不以追求高標(biāo)準(zhǔn)為目的。做到防滲渠道經(jīng)濟(jì)合理、經(jīng)久耐用。防滲渠道的損失流量在設(shè)計(jì)過(guò)程中，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)設(shè)計(jì)情況，按照實(shí)際需要進(jìn)行設(shè)計(jì)。具體的計(jì)算方法如下：

(1)工程實(shí)際中，實(shí)測(cè)資料較為齊全、所需數(shù)據(jù)資料完整。其滲漏流量損失的計(jì)算應(yīng)按照實(shí)際數(shù)據(jù)，進(jìn)行準(zhǔn)確計(jì)算

(2)工程中，若無(wú)實(shí)測(cè)資料，滲透損失流量的計(jì)算公式可以為公式(1)或者公式(2)：

q=K·X·L/86.4

(1)

式中：K為滲流量；X為平均濕周；L為渠道長(zhǎng)度。

(2)

式中：ε0、ε′、K以及參數(shù)K是根據(jù)渠道的土地形式、防護(hù)面的類型以及地下水的深度等計(jì)算得到的參數(shù)。

2.3 防滲渠道的斷面尺寸

防滲渠道的斷面尺寸的確定的計(jì)算公式如公式(3)所示，其是通過(guò)水力學(xué)計(jì)算得到的。在段面形式的選擇上，其首先應(yīng)選擇梯形或矩形斷面形式，在經(jīng)濟(jì)性上較為合理。然而額在地下水位較高、或者防凍要求較高時(shí)，斷面形式應(yīng)選擇寬淺的斷面形式。在斷面形式以及斷面尺寸確定后，應(yīng)對(duì)平均流速進(jìn)行校核，從而保證設(shè)計(jì)的渠道滿足不沖不淤的要求。

(3)

式中：Q為流量；ω為斷面面積；R為半徑；n為粗糙率。

2.4 防滲渠道的伸縮縫尺寸確定

在防滲渠道的設(shè)計(jì)過(guò)程中，如果選擇的為剛性材料，應(yīng)按照要求設(shè)計(jì)相應(yīng)的伸縮縫，伸縮分的寬度設(shè)計(jì)應(yīng)根據(jù)地質(zhì)、環(huán)境溫度以及施工等因素，按照表2的方法進(jìn)行伸縮縫的選擇。

表2 防滲渠道的伸縮縫間距選擇表

3 結(jié)語(yǔ)

渠道防滲漏設(shè)計(jì)也是我國(guó)當(dāng)前應(yīng)用最為普遍的節(jié)水措施，是避免水資源的浪費(fèi)的重要一環(huán)。針對(duì)此，本文首先介紹了防滲渠道在設(shè)計(jì)工程中，其結(jié)構(gòu)形式受到氣候、地形、材料、設(shè)備、基土性質(zhì)等因素影響并行了分析說(shuō)明。在此基礎(chǔ)上，對(duì)水利工程渠道的防滲漏結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的防滲斷面與防滲結(jié)構(gòu)選擇、滲漏流量與防滲渠道的斷面尺寸計(jì)算以及剛性材料下的變形縫的尺寸確定進(jìn)行了全面分析，通過(guò)本文分析，可為水利工程渠道的防滲漏結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提供參考，具有一定的工程意義。