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[摘 要] 我国灌溉渠系水的利用系数很低，渠道渗漏损失掉的水量所占的比例很大。大量工程实践证明，采取渠道防渗措施以后，可以有效减少渗漏损失。鉴于此，本文对渠道防渗工程设计进行了探讨。
[关键词] 断面 气候 地域
一、前言
渠道防渗是我国目前使用最广泛的节水工程措施，它可以极大地减少农业灌溉用水的浪费，节水潜力巨大。用渠道防渗技术后，可以减少渗漏损失的70%-90%，极大地提高灌溉渠系水利用系数，缓解农业用水供需矛盾，节约的水可扩大灌溉面积，进一步促进农业生产的发展，可以减少渠道占地3%~5%，防止渠道冲刷、淤积及坍塌，节约运行管理费用，有利于灌区的管理。可以降低地下水位，防止土壤盐碱化及沼泽化，有利于生态环境和农业现代化建设。渠道防渗是节约用水、实现节水型农业的重要内容，如按我国渠系水利用系数提高0.1计算，则每年可节约用水量344.5亿m3。由此可见，渠道防渗的节水效益十分显著。
二、渠道防渗设计应考虑的因素
1、气候条件
气候条件是渠道防渗工程设计和施工应要考虑的基本因素。它对防渗材料的耐久性和施工方法具有决定性作用，也是工程防冻胀设计的决定性因素。
2、地形条件
在渠道防渗措施中，压力管道受地形影响最小，但造价高;低压管道、输水槽以及混凝土等防渗渠道，较能适应地形的变化;而土料及埋铺式膜料(土保护层)防渗渠道，因允许流速小(为混凝土的1/6左右)，只能用于较平坦地区。因此，选择防渗方案时，应考虑地形条件。
3、基土性质
基土的渗透性是决定有无防渗必要和采用哪种防渗措施的关键，土的冻胀敏感性和抗压强度等都是工程设计应考虑的主要性能。对黄土类、壤土类等基础好、渠床稳定的地区、一般采用混凝土、砌石等防渗措施。但在含膨胀性粘土或石膏以及孔状灰岩的渠基上，一般不宜采用刚性材料，应采用厚压实土料，或埋铺式膜料类的柔性防渗措施。对于湿陷性黄土渠基，防渗前做完浸水处理后，最好采用埋铺式膜料防渗。也可以改变渠线，使渠道绕过不良土质地带。无法改线时，可用砂、砾石或其他土料换基，以代替不良土壤。但此法造价高，除有抗冻害要求和附近有合适的代换材料外，一般不宜采用。在选择防渗方案时，应尽量考虑土渠开挖土方的应用问题。如有适宜的土料，可采用压实土料防渗;如开挖的土料不能压实，但可以用作膜料防渗的保护层时，则应采用埋铺式膜料防渗。
4、地下水位
地下水位高于渠底时，防渗层存在承受扬压力的问题。必须在防渗层下设排水设施。在寒冷地区，地下水位的高低，是防渗工程进行防冻胀设计时需要考虑的。
5、土地利用及灌溉系统的形式
为减少占地，在城郊及人口密集地区，应采用暗渠(管)、输水槽或边坡较陡的如U、矩形断面等刚性材料防渗渠道。为了改善旧有灌溉系统和用水方式，如合并地块，改连续输水为轮流输水，改变种植作物等，都应考虑采用刚性材料防渗，使配水渠系占地最小。同时也使轮流输水的渠系能更好地满足配水要求。
6、防渗材料
在水费很高的地区，渗漏有可能引起渠基失稳，影响正常运行的渠道，防渗标准应提高。建议采用下铺膜料，上部用混凝土板作保护层的措施，如在混凝土层下加铺聚氯乙烯薄膜，可减少渗漏量95%。只要持续12年，节约的水量，就足以抵偿塑膜增加的投资。
7、材料来源
应本着因地制宜、就地取材的原则选用防渗措施。料源应充足。如当地无砂、石料而又必须采用混凝土防渗的重要工程，可以采用在他处预制，运到当地施工，或采用人工制砂、石的办法。当水中含有较多泥沙，且渠基为砂砾石时，如旧渠由于运用时间己久，有天然淤填的作用，也可能不再需要采用其他防渗措施等。
8、管理养护
如渠道需要频繁地放水和停水，渠道水位有较大的升降变化时，最好采用刚性材料防渗，土料防渗，不能控制杂草及淤积，同时在劳力昂贵的地方，并不比刚性材料防渗便宜明铺式膜料，薄粘土层或薄压实土料防渗，易受牲畜践踏等外力破坏，故在使用上受到限制。在己成土渠上建防渗工程，因施工时间短，渠基不能很快干燥，很难采用现浇的刚性材料护面，故最好能采用机械或人工预制安装混凝土板的措施，以加快进度。
三、渠道防渗工程设计注意事项
1、搜集材料
（1）水文气象、地质和地形资料。1)取得水源的有关水文、泥沙、水质、冰情以及工程地点的降水、蒸发、气温、负气温指数、冻融期、冻土深度、风向、风速等水文气象资料。可采用条件相似的邻近水文、气象(台)的多年资料平均值，其资料系列不宜少于20年。2)渠道沿线应按有关规程、规范要求进行必要的地质勘测，取得岩土分类、断层、裂隙、滑坡和隐患等工程地质资料，以及土的颗粒组成、含水量、干密度、孔隙率、流塑限、有机质、可溶盐、冻胀性、湿陷系数、渗透系数和抗剪强度等物理、力学、化学性质资料。3)地下水堤深小于5m的渠道，应取得地下水类型、埋深、动态、流向、补给和排泄条件、水质与污染源等水文地质资料。4)应取得灌区地形图、渠形平面布置科和渠道纵横断面图，必要时还应有带状地形图。（2）建筑材料和施工条件资料。l)应搜集渠道附近的水泥、石灰、砂、石、膜料、沥青等建筑材料的产源、产(储)量、质量、开采与运输条件、单价等资料。2)应取得施工机械设备、技术人员、劳力供给、施工用水、电源、交通、通讯和工期要求等施工条件资料。其他资料。l)扩建、改建工程，应对渠道渗漏情况和工程病害进行调查，取得原渠道的水力要素、渗漏量以及渠床土质和水分状况等资料。2)搜集当地己建成渠道防渗工程的设计与施工资料、管理运用经验、试验研究成果和竣工验收等资料。
2、断面形式选择
明渠可选用矩形、梯形(包括弧形底梯形、弧形坡脚梯形)、u形和复合形;无压暗渠可选用城门洞形、箱形、正反拱形和圆形。其中梯形断面施工简便、边坡稳定，在地形，地质无特殊问题的地区，可普遍采用。弧形底梯形、弧形坡脚梯形、弧形、U形渠道等;由于适应冻胀变形的能力强，能在一定程度上减轻冻胀变形的不均匀性，在北方地区得到了推广应用。根据观测，弧形底部因不均匀冻胀变形造成的折角变形，平均为0.18°，梯形平底折角变形平均为4.5°;弧形断面可大减轻冻胀开裂及消融时的滑塌破坏。U形渠目前在全国10多个省、市的中、小流量的渠道上得到普遍的使用，其主要优点是:①水力条件好，近似最佳水力断面，可减少衬砌工程量，输沙能力强，有利于高含沙引水。②在冻胀性和湿陷性地基上有一定的适应地基不均匀变形的能力。③渠口窄，节省土地减少挖填方量。④整体性强，防效果优于梯形渠道。⑤便于机械化施工，可加快施工进度.胀破坏严重的地区，目前尚限于在小流量渠道上应用。暗渠具有占地很少、在城镇区安全性能高、水流不易污染等优点.在冻土地区，暗渠可避免冻胀破坏。 3、具体设计
（1）南方渠道的防渗设计。南方地区雨水多，季节变化温差较小，纵坡陡，特别是冬季气温较高，一般不下雪、结冰。所以它的渠道设计有如下特点:l)土料及埋铺式膜料防渗渠道，因允许流速小，不适宜南方地区;2)南方地区没有冻胀危害，故不考虑冻胀问题;3)南方地区地下水位较高，一般要在防渗层下设排水设施;4)南方地区一般用刚性材料护坡，其坡比可选用较大值;5)南方地区人口密度较大，应尽量采用暗渠(管)、输水槽或边坡较陡的U形、矩形断面等刚性材料防渗渠道，以尽量减少占地;6)南方地区地下水丰富、地下水位较高，易引起渠基失稳，影响渠道的正常运行，故防渗标准应提高。
（2）北方渠道的防渗设计。北方与南方相比其防渗设计有其不同特点:l)北方地区水量少，降水少，故在设计时注意其渗漏损失问题，要尽量采用混凝土、沥青混凝土等渗漏量比较小的防渗结构，其防渗结构厚度要取大值，伸缩缝要严格处理;2)北方地区地形平，其渠水水流流速相对较低，易产生淤积，故设计时在选材、确定纵坡上要重点考虑不淤流速;3)北方地区气温特别低，渠道的土基和防渗结构易冻害，设计时要采取适当措施，尽量降低或减少冻害，防止渠道坍塌、破坏;4)北方地区由于存在冻胀问题，一般选用弧形底梯形、弧形坡脚梯形、弧形、U形渠道等，以较强地适应冻胀变形的能力，在一定程度上减轻冻胀变形的不均匀性。5)北方地区地下水位较低，降雨量少，一般渠道断面较小，流量较小，不考虑水位骤降问题，边坡较陡;6)为了加强其砌体的整体性，针对北方地区特点，一般选用强度等级较高的水泥混合砂浆砌筑，水泥砂浆勾缝，砌筑缝要妥善设计，认真施工，防止产生裂缝、隆起架空、滑塌等发生;7)为了提高渠道衬砌的抗冻能力，其混凝土板厚适当选用较大值，施工时注意振捣密实;8)设计规划时，尽量选用南北走向的渠道，使阴阳两坡段日照和风作用的条件相差不很大，使两坡的冻深和冻结情况尽量相同，以减小不均匀冻胀变形;9)渠基尽量选用粗砂、砾石等粗颗粒土，减少基础冻胀量，尽可能回避开粘土、粉质土壤和高地下水地段。
总之，规划好、设计好、建设好渠道防渗工程可以有效地提高渠系水利利用系数，充分发挥现有工程的效益，防止土壤盐碱化及沼泽化，更有效地防止渠道冲刷、淤积及坍塌。所以，渠道防渗的作用显著。
参考文献：
[1]张明光，石金堂.浅析渠道防渗工程中的问题.节水灌溉.2009，1.
[2]林琳，石白堂.防渗渠道中U形断面和梯形之优劣比较.灌溉排水学报.2007，12(2).
[3]陕西省水利科学研究所.渠道防渗.北京:水利电力出版社，2009.
[关键词] 断面 气候 地域
一、前言
渠道防渗是我国目前使用最广泛的节水工程措施，它可以极大地减少农业灌溉用水的浪费，节水潜力巨大。用渠道防渗技术后，可以减少渗漏损失的70%-90%，极大地提高灌溉渠系水利用系数，缓解农业用水供需矛盾，节约的水可扩大灌溉面积，进一步促进农业生产的发展，可以减少渠道占地3%~5%，防止渠道冲刷、淤积及坍塌，节约运行管理费用，有利于灌区的管理。可以降低地下水位，防止土壤盐碱化及沼泽化，有利于生态环境和农业现代化建设。渠道防渗是节约用水、实现节水型农业的重要内容，如按我国渠系水利用系数提高0.1计算，则每年可节约用水量344.5亿m3。由此可见，渠道防渗的节水效益十分显著。
二、渠道防渗设计应考虑的因素
1、气候条件
气候条件是渠道防渗工程设计和施工应要考虑的基本因素。它对防渗材料的耐久性和施工方法具有决定性作用，也是工程防冻胀设计的决定性因素。
2、地形条件
在渠道防渗措施中，压力管道受地形影响最小，但造价高;低压管道、输水槽以及混凝土等防渗渠道，较能适应地形的变化;而土料及埋铺式膜料(土保护层)防渗渠道，因允许流速小(为混凝土的1/6左右)，只能用于较平坦地区。因此，选择防渗方案时，应考虑地形条件。
3、基土性质
基土的渗透性是决定有无防渗必要和采用哪种防渗措施的关键，土的冻胀敏感性和抗压强度等都是工程设计应考虑的主要性能。对黄土类、壤土类等基础好、渠床稳定的地区、一般采用混凝土、砌石等防渗措施。但在含膨胀性粘土或石膏以及孔状灰岩的渠基上，一般不宜采用刚性材料，应采用厚压实土料，或埋铺式膜料类的柔性防渗措施。对于湿陷性黄土渠基，防渗前做完浸水处理后，最好采用埋铺式膜料防渗。也可以改变渠线，使渠道绕过不良土质地带。无法改线时，可用砂、砾石或其他土料换基，以代替不良土壤。但此法造价高，除有抗冻害要求和附近有合适的代换材料外，一般不宜采用。在选择防渗方案时，应尽量考虑土渠开挖土方的应用问题。如有适宜的土料，可采用压实土料防渗;如开挖的土料不能压实，但可以用作膜料防渗的保护层时，则应采用埋铺式膜料防渗。
4、地下水位
地下水位高于渠底时，防渗层存在承受扬压力的问题。必须在防渗层下设排水设施。在寒冷地区，地下水位的高低，是防渗工程进行防冻胀设计时需要考虑的。
5、土地利用及灌溉系统的形式
为减少占地，在城郊及人口密集地区，应采用暗渠(管)、输水槽或边坡较陡的如U、矩形断面等刚性材料防渗渠道。为了改善旧有灌溉系统和用水方式，如合并地块，改连续输水为轮流输水，改变种植作物等，都应考虑采用刚性材料防渗，使配水渠系占地最小。同时也使轮流输水的渠系能更好地满足配水要求。
6、防渗材料
在水费很高的地区，渗漏有可能引起渠基失稳，影响正常运行的渠道，防渗标准应提高。建议采用下铺膜料，上部用混凝土板作保护层的措施，如在混凝土层下加铺聚氯乙烯薄膜，可减少渗漏量95%。只要持续12年，节约的水量，就足以抵偿塑膜增加的投资。
7、材料来源
应本着因地制宜、就地取材的原则选用防渗措施。料源应充足。如当地无砂、石料而又必须采用混凝土防渗的重要工程，可以采用在他处预制，运到当地施工，或采用人工制砂、石的办法。当水中含有较多泥沙，且渠基为砂砾石时，如旧渠由于运用时间己久，有天然淤填的作用，也可能不再需要采用其他防渗措施等。
8、管理养护
如渠道需要频繁地放水和停水，渠道水位有较大的升降变化时，最好采用刚性材料防渗，土料防渗，不能控制杂草及淤积，同时在劳力昂贵的地方，并不比刚性材料防渗便宜明铺式膜料，薄粘土层或薄压实土料防渗，易受牲畜践踏等外力破坏，故在使用上受到限制。在己成土渠上建防渗工程，因施工时间短，渠基不能很快干燥，很难采用现浇的刚性材料护面，故最好能采用机械或人工预制安装混凝土板的措施，以加快进度。
三、渠道防渗工程设计注意事项
1、搜集材料
（1）水文气象、地质和地形资料。1)取得水源的有关水文、泥沙、水质、冰情以及工程地点的降水、蒸发、气温、负气温指数、冻融期、冻土深度、风向、风速等水文气象资料。可采用条件相似的邻近水文、气象(台)的多年资料平均值，其资料系列不宜少于20年。2)渠道沿线应按有关规程、规范要求进行必要的地质勘测，取得岩土分类、断层、裂隙、滑坡和隐患等工程地质资料，以及土的颗粒组成、含水量、干密度、孔隙率、流塑限、有机质、可溶盐、冻胀性、湿陷系数、渗透系数和抗剪强度等物理、力学、化学性质资料。3)地下水堤深小于5m的渠道，应取得地下水类型、埋深、动态、流向、补给和排泄条件、水质与污染源等水文地质资料。4)应取得灌区地形图、渠形平面布置科和渠道纵横断面图，必要时还应有带状地形图。（2）建筑材料和施工条件资料。l)应搜集渠道附近的水泥、石灰、砂、石、膜料、沥青等建筑材料的产源、产(储)量、质量、开采与运输条件、单价等资料。2)应取得施工机械设备、技术人员、劳力供给、施工用水、电源、交通、通讯和工期要求等施工条件资料。其他资料。l)扩建、改建工程，应对渠道渗漏情况和工程病害进行调查，取得原渠道的水力要素、渗漏量以及渠床土质和水分状况等资料。2)搜集当地己建成渠道防渗工程的设计与施工资料、管理运用经验、试验研究成果和竣工验收等资料。
2、断面形式选择
明渠可选用矩形、梯形(包括弧形底梯形、弧形坡脚梯形)、u形和复合形;无压暗渠可选用城门洞形、箱形、正反拱形和圆形。其中梯形断面施工简便、边坡稳定，在地形，地质无特殊问题的地区，可普遍采用。弧形底梯形、弧形坡脚梯形、弧形、U形渠道等;由于适应冻胀变形的能力强，能在一定程度上减轻冻胀变形的不均匀性，在北方地区得到了推广应用。根据观测，弧形底部因不均匀冻胀变形造成的折角变形，平均为0.18°，梯形平底折角变形平均为4.5°;弧形断面可大减轻冻胀开裂及消融时的滑塌破坏。U形渠目前在全国10多个省、市的中、小流量的渠道上得到普遍的使用，其主要优点是:①水力条件好，近似最佳水力断面，可减少衬砌工程量，输沙能力强，有利于高含沙引水。②在冻胀性和湿陷性地基上有一定的适应地基不均匀变形的能力。③渠口窄，节省土地减少挖填方量。④整体性强，防效果优于梯形渠道。⑤便于机械化施工，可加快施工进度.胀破坏严重的地区，目前尚限于在小流量渠道上应用。暗渠具有占地很少、在城镇区安全性能高、水流不易污染等优点.在冻土地区，暗渠可避免冻胀破坏。 3、具体设计
（1）南方渠道的防渗设计。南方地区雨水多，季节变化温差较小，纵坡陡，特别是冬季气温较高，一般不下雪、结冰。所以它的渠道设计有如下特点:l)土料及埋铺式膜料防渗渠道，因允许流速小，不适宜南方地区;2)南方地区没有冻胀危害，故不考虑冻胀问题;3)南方地区地下水位较高，一般要在防渗层下设排水设施;4)南方地区一般用刚性材料护坡，其坡比可选用较大值;5)南方地区人口密度较大，应尽量采用暗渠(管)、输水槽或边坡较陡的U形、矩形断面等刚性材料防渗渠道，以尽量减少占地;6)南方地区地下水丰富、地下水位较高，易引起渠基失稳，影响渠道的正常运行，故防渗标准应提高。
（2）北方渠道的防渗设计。北方与南方相比其防渗设计有其不同特点:l)北方地区水量少，降水少，故在设计时注意其渗漏损失问题，要尽量采用混凝土、沥青混凝土等渗漏量比较小的防渗结构，其防渗结构厚度要取大值，伸缩缝要严格处理;2)北方地区地形平，其渠水水流流速相对较低，易产生淤积，故设计时在选材、确定纵坡上要重点考虑不淤流速;3)北方地区气温特别低，渠道的土基和防渗结构易冻害，设计时要采取适当措施，尽量降低或减少冻害，防止渠道坍塌、破坏;4)北方地区由于存在冻胀问题，一般选用弧形底梯形、弧形坡脚梯形、弧形、U形渠道等，以较强地适应冻胀变形的能力，在一定程度上减轻冻胀变形的不均匀性。5)北方地区地下水位较低，降雨量少，一般渠道断面较小，流量较小，不考虑水位骤降问题，边坡较陡;6)为了加强其砌体的整体性，针对北方地区特点，一般选用强度等级较高的水泥混合砂浆砌筑，水泥砂浆勾缝，砌筑缝要妥善设计，认真施工，防止产生裂缝、隆起架空、滑塌等发生;7)为了提高渠道衬砌的抗冻能力，其混凝土板厚适当选用较大值，施工时注意振捣密实;8)设计规划时，尽量选用南北走向的渠道，使阴阳两坡段日照和风作用的条件相差不很大，使两坡的冻深和冻结情况尽量相同，以减小不均匀冻胀变形;9)渠基尽量选用粗砂、砾石等粗颗粒土，减少基础冻胀量，尽可能回避开粘土、粉质土壤和高地下水地段。
总之，规划好、设计好、建设好渠道防渗工程可以有效地提高渠系水利利用系数，充分发挥现有工程的效益，防止土壤盐碱化及沼泽化，更有效地防止渠道冲刷、淤积及坍塌。所以，渠道防渗的作用显著。
参考文献：
[1]张明光，石金堂.浅析渠道防渗工程中的问题.节水灌溉.2009，1.
[2]林琳，石白堂.防渗渠道中U形断面和梯形之优劣比较.灌溉排水学报.2007，12(2).
[3]陕西省水利科学研究所.渠道防渗.北京:水利电力出版社，2009.