陕西省大型灌区渠道 防渗技术 费 良 军 (西安理工大学水利水电学院)

一、陕西省大型灌区概况 二、有关渠道防渗抗冻的几个问题 三、渠道防渗技术 四、需进一步研究的问题

一、陕西省大型灌区概况 1、自然条件 陕西省年降水量500～900mm，年蒸发量为1200～1500mm。陕西关中地区属温带大陆性气候，多年平均气温14℃，最高气温42℃，历年最低气温－23℃，近十年最低气温－16℃，地面标准冻层深度0.4~0.5m。目前陕西省总灌溉面积2147万亩，其中万亩以上灌区156处 。

2、大型灌溉概况 12个大型灌区总耕地面积 1215万亩，占全省24.3%；总人口856.2万人，其中农业人口687.8万人，占全省24.8%。灌区有大中型水库11座，总库容11.4亿m3，各级抽水站669处，总装机容量3467km，各类渠系建筑物26135座。大型灌区设施灌溉面积1144万亩，有效灌溉面积972万亩。 这些大型灌区有悠久的历史，著名的泾、洛、渭灌区已运行五、六十年，灌区普遍存在的问题是工程老化失修、破坏严重、设备陈旧、带病运行、效率低下、水费价格不合理等。目前灌区的灌溉水利用系数仅为0.43～0.57，灌区年实际损失水量高达20亿m3，其中渠道渗漏损失约占2/3, 田间损失约占1/3。

3、大型灌区节水改造概况 大型灌区续建配套节水改造项目实施以来，共完成干支渠衬砌428km，改造建筑物1300座，处理险工段210处，改造泵站10处。增加支渠输水能力60.3m3/s，新增灌溉面积13.7万亩，恢复和改善灌溉面积530万亩；年均增产16.4万吨，年平均节约水量2.1亿m3；因节水年均增加工农业产值3.8亿元。

二、有关渠道防渗防冻的几个问题 1、冻层深度的确定 根据陕西关中灌区近10年的实际观测资料分析，地面标准冻深与气温的关系为： 式中：F气—年冻结指数（℃、d）,设计时选用近10～20年的最大值。 A、B—系数，由观测资料确定。 对宝鸡峡灌区:A=5.81, B=26.2； 对陕西泾惠灌区： A＝3.88 , B＝14.0。 设计冻深 式中： K1－遮荫系数。可选用K1＝1.2； K2－频率模比系数，其大小参考“渠系抗冻胀设计规范”。

2、冻胀量的确定 建议按下式计算 式中： αp－荷载系数，可选αp=1.0； f－土壤平均冻胀深度，见“渠系抗冻胀设计规范”。 若h>2cm，则必须采取防冻措施； h>5cm，则必须采取高标准的防冻措施。

3、渠道水利用系数的确定 每公里渠道输水损失量S（m3/s·km）与入渠流量Q关系为 S＝aQb 渠道一次输水过程的渠道水利用系数η渠j为 式中：Qi— 渠道一次输水过程中第i时段的流量； L — 渠道长度； n — 渠道一次输水过程流量变化次数。 年渠道水利用系数为： 式中：N为一年内渠道过水次数。

三、渠道防渗技术 （一）衬砌渠道断面 渠道防渗的要求：输水能力强、输沙能力大、防渗和抗冻效果好，占地少、造价低、耐久时间长、施工简便等。 渠道断面形式与防渗抗冻效果密切相关，对于干渠应尽量采用弧脚梯形断面，对支渠应尽量采用弧底梯形断面，条件具备者最好采用U形断面。在膨胀土地区，U形渠可采用隔水排水法加设渠口横向支撑措施。对斗以下田间渠道一律采用U型渠道断面。

1、弧底梯形渠道和弧角梯形渠道 （1）特点 ①断面流速大、输沙能力强，对多泥沙水源引水有利；②水位高便于向下一级渠道自流输水；③渠道断面无尖角，不易形成冻胀力的应力集中，且圆弧处为一反拱，能在一定程度上减轻冻胀的不均匀性，较梯形渠道断面具有较强的抗冻性能；④特别适宜于梯形断面的渠道改造，且工程量小。

（2）适宜的流量条件 弧底梯形断面一般适应流量为2～8m3/s，弧脚梯形断面适应流量8～20m3/s。梯形断面适应于设计流量大于20m3/s，且原渠道难以改造成弧脚梯形断面的渠道。渠道断面形式和结构见图1和图2。

（3）弧底梯形断面渠道设计应符合表1要求 表1 弧底梯形渠水深H与弦长b关系 边坡系数 0.5 1.0 1.25 1.5 b/H 水力最佳 0.5 1.0 1.25 1.5 b/H 水力最佳 1.79 1.41 1.25 1.11 允许范围 3.22 3.25 3.44 3.50

2、U型渠道断面 （1）特点： U型渠道断面接近佳水力断面，过流量和输沙能力强、省地省材料。由于目前U型渠衬砌机械的限制，目前主要适用于流量小于3m3/s的渠道。U型渠道断面形式见图3和图4。

（2）U型渠道断面设计要求见表2 倾角α(度) 0 5.7 11.3 16.7 r/H 表2 U型渠水深H与半径r关系 倾角α(度) 0 5.7 11.3 16.7 r/H 0.65~0.72 0.62~0.68 0.56~0.63 0.45~0.56

（二）衬砌材料与结构 1、衬砌材料 陕西大型灌区渠道衬砌材料一般为砼板、膜复合结构，一是现浇砼板下铺一布一膜土工织物；二是现浇弧底、预制板铺砌渠道两侧，下铺膜料。膜料一般利用厚0.25mm、100g/m2的无纺布。

（1）砼板的结构形式 一般采用等厚板，当渠基有较大冻胀、沉陷等变形时，也可采用其它板型。砼板设计标号见表3。 渠道设计流量(m3/s) 标号种类 寒冷地区 温和地区 <2 强度（C） 抗冻（D） 抗渗（S） 15 50 2 2—20 4 >20 100 6

（2）砼板的厚度 现浇砼板：6~10cm 现场预制板：6~8 cm 机制预制板：4~5 cm

（3）伸缩缝 砼板伸缩缝一般横向缝间距3~5m，多为4m，在圆弧与斜坡连接处设2条纵向伸缩缝，楔型缝下宽20mm，上宽30mm，缝内下部用聚氯乙烯胶泥填塞，封口用M5水泥砂浆抹平，伸缩缝大样见图5。有特殊要求的，可考虑设橡塑止水带处理。

2、过渡层 在砼板和膜料间一般设过渡层，以避免砼粗骨料扎破膜料。过渡层可根据实际，采用水泥土、低标号砂浆或其它材料，目前陕西省多采用50#水泥砂浆，厚度一般为2~3cm。衬砌横断面图见图6。

3、防渗膜料 膜料设置于过渡层和夯实、平整好的渠床之间，膜料层是复合式衬砌的防渗主体。防渗膜料一般选用厚0.25mm、100g/m2PE复合防渗膜料，搭接长度20cm，接缝用粘接法。

四、需进一步研究的问题 1、防治冻胀措施的研究 （1）根据不同类型区，进一步研究水、土、温度与冻深、砌体变位、基土水分、冻胀量之间的定量关系，得到冻胀类型分布图；（2）研究经济可行的砼渠道防渗抗冻的最佳断面、结构形式和材料以及防冻设计的基本参数等技术问题。 2、防渗效果的持续变化规律 通过原型观测，研究渠道防渗抗冻效果在多年行水、冻融交替循环作用下的变化特性，为工程设计和管理提供科学依据。 3、伸缩缝止水新材料、防渗膜料和保温材料研究 4、施工机械的研制 施工机械直接影响工程施工质量和工程寿命，急需开发渠道衬砌施工新机具。

谢 谢！