陕西省大型灌区渠道陕西省大型灌区渠道防渗技术防渗技术

费 良 军费 良 军(( 西安理工大学水利水电学院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”。

BAFH 2/1 －＝ 气地

地设 HkkH 21

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。

100

Hfh p 设α

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。

）渠 LQ1(n

1

1

1

n

i

bij a

N

N

1ij

渠

渠

η

三、渠道防渗技术三、渠道防渗技术 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。

（一）衬砌渠道断面 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 。

b

ro ro H

3 U图 加横撑 型渠断面

衬砌板

膜料等

衬砌板

膜料等

2 图 弧底梯形渠示意图

b

H

衬砌板

膜料等 H

r

膜料等

衬砌板

H

4 U图 型渠断面

r

1 图 弧脚梯形渠示意图

θ θ

（ 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 1.79 1.41 1.25 1.11

允许范围 3.22 3.25 3.44 3.50

22 、、 UU 型渠道断面型渠道断面

（ 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 。

b

ro ro H

3 U图 加横撑 型渠断面

衬砌板

膜料等

衬砌板

膜料等

2 图 弧底梯形渠示意图

b

H

衬砌板

膜料等 Hr

膜料等

衬砌板

H

4 U图 型渠断面

r

1 图 弧脚梯形渠示意图

θ θ

（ 2 ） U 型渠道断面设计要求见表 2

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

15

2

2—20强度（ C）抗冻（ D）抗渗（ S）

15

50

4

15

50

4

>20强度（ C）抗冻（ D）抗渗（ S）

15

100

6

15

50

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。

20 聚氯乙烯胶泥

水泥砂浆

现浇砼

5 图 伸缩缝大样图

22 、过渡层、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 。

33 、防渗膜料、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 0.25m

m 、 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！