馬夢(mèng)翔

（寧夏水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限公司，寧夏 銀川750004）

當(dāng)前，隨著人們對(duì)水資源的不斷開(kāi)發(fā)，水資源短缺已經(jīng)成為了當(dāng)前社會(huì)中非常嚴(yán)重的問(wèn)題，在這樣的情況下開(kāi)展節(jié)水工程就具有非常重要的現(xiàn)實(shí)意義。我國(guó)的水利部門在近幾年來(lái)也加大了對(duì)水利工程的投資力度，加強(qiáng)了對(duì)農(nóng)業(yè)用水節(jié)水方面的建設(shè)。在我國(guó)組織的水利調(diào)查中發(fā)現(xiàn)，農(nóng)業(yè)用水的量達(dá)到我國(guó)用水總量的一半以上，而且其水利渠道中對(duì)水的利用程度很低。此外，水利渠道防滲施工質(zhì)量在某種程度上來(lái)說(shuō)會(huì)影響到整個(gè)工程的質(zhì)量。由此可見(jiàn)，水利渠道防滲工程的建設(shè)對(duì)人們的生活產(chǎn)生了非常重大的影響。所以，在對(duì)水利渠道防滲工程進(jìn)行施工時(shí)，施工單位以及施工人員都要對(duì)工程的實(shí)際情況有一個(gè)明確的了解，在此基礎(chǔ)上再設(shè)計(jì)出科學(xué)合理的方案，進(jìn)而確保水利渠道防滲工程具有更高的效率以及更好的質(zhì)量。

1 水利渠道防滲設(shè)計(jì)應(yīng)遵循的原則分析

作者查閱了大量的文獻(xiàn)資料，并結(jié)合了自身多年的工作實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，總結(jié)出了在開(kāi)展水利渠道工程防滲規(guī)劃設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)遵循的幾點(diǎn)原則：

首先，在開(kāi)展水利渠道工程防滲規(guī)劃設(shè)計(jì)之前應(yīng)當(dāng)對(duì)建筑物的等級(jí)進(jìn)行劃分，并依據(jù)有關(guān)的工作規(guī)范開(kāi)展現(xiàn)場(chǎng)勘查工作和現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查工作，通過(guò)這種方式對(duì)擬建水利渠道的基本信息有一個(gè)初步的了解。在勘察工作和調(diào)查工作當(dāng)中相關(guān)工作人員應(yīng)當(dāng)盡可能地分析擬建水利渠道的渠道土壤信息、建筑材料信息等，在此基礎(chǔ)上結(jié)合渠道防滲經(jīng)驗(yàn)和國(guó)內(nèi)外優(yōu)秀技術(shù)成果詳細(xì)地規(guī)劃水利工程渠道防滲設(shè)計(jì)。

其次，在開(kāi)展水利渠道工程防滲規(guī)劃設(shè)計(jì)的過(guò)程中，相關(guān)工作人員應(yīng)當(dāng)嚴(yán)格依據(jù)相關(guān)的工作流程開(kāi)展工作，同時(shí)也要嚴(yán)格地遵循相應(yīng)的工作規(guī)范，將防滲、防土壤鹽漬化、防凍害等規(guī)劃結(jié)合起來(lái)進(jìn)行全方位的考慮，從而盡可能地提升水利渠道工程防滲設(shè)計(jì)的科學(xué)性，通過(guò)這種方式也可以有效地滿足灌區(qū)總體布置的有關(guān)要求。

最后，在開(kāi)展水利渠道工程規(guī)劃設(shè)計(jì)的過(guò)程中，設(shè)計(jì)人員應(yīng)當(dāng)堅(jiān)持具體問(wèn)題具體分析的原則，對(duì)施工地的具體情況作充分分析。在工作實(shí)踐過(guò)程中，相關(guān)設(shè)計(jì)人員應(yīng)當(dāng)充分地分析設(shè)計(jì)地的自然環(huán)境條件，如土壤、地下水位高度、氣溫等。同時(shí)也要結(jié)合渠道設(shè)計(jì)大小、渠道設(shè)計(jì)防滲性等工程要求開(kāi)展設(shè)計(jì)實(shí)踐工作。除此之外，設(shè)計(jì)人員還應(yīng)當(dāng)充分地考慮水資源供需、地下水以及地表水等情況，只有充分地考慮施工地的社會(huì)經(jīng)濟(jì)條件和自然環(huán)境條件才能設(shè)計(jì)出科學(xué)合理的設(shè)計(jì)方案。

水利渠道防滲設(shè)計(jì)人員在工作實(shí)踐過(guò)程中應(yīng)當(dāng)嚴(yán)格的遵循以上幾點(diǎn)原則，只有這樣，才能設(shè)計(jì)出高質(zhì)量的水利渠道防滲設(shè)計(jì)方案，也只有這樣才能盡可能地提升水利工程的總體質(zhì)量。

2 水利渠道的防滲作用

一般來(lái)說(shuō)，水利渠道防滲主要有以下幾方面的作用：

2.1 節(jié)約水資源

渠道防滲往往都是通過(guò)對(duì)現(xiàn)有的一些工程進(jìn)行改造使其發(fā)揮作用，最終能夠有效地節(jié)水。根據(jù)相關(guān)的實(shí)驗(yàn)得出，運(yùn)用渠道防滲節(jié)約相同量的水所耗費(fèi)的資金往往要遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于修建水庫(kù)耗費(fèi)的資金，盡管水利渠道防滲在工程上可能會(huì)耗費(fèi)一定的資金，但是其能夠有效地減少占地面積，能夠有效地縮小引水規(guī)模，降低各種維修費(fèi)用，從這一方面上來(lái)說(shuō)，建設(shè)滲透比較大的渠道往往會(huì)消耗比較少的投資。

2.2 防止耕地鹽堿化

如果水利渠道不能夠采取有效的防滲措施很容易就會(huì)導(dǎo)致耕地鹽堿化。而隨著渠道滲漏的情況變得越來(lái)越嚴(yán)重，其兩側(cè)農(nóng)田的地下水位就會(huì)逐漸上升，進(jìn)而使得耕地區(qū)出現(xiàn)鹽堿化的情況。

2.3 防止污水污染

對(duì)渠道進(jìn)行堆砌以后就能夠預(yù)防渠道中的渠水從地下水以及土壤中吸收一些有害以及對(duì)水資源安全不利的物質(zhì)。

2.4 防止渠道淤積、坍塌

在一般情況下，渠道防滲往往會(huì)結(jié)合防淤以及防塌等，在一些地區(qū)會(huì)有比較大的縱坡，在這樣的情況下就要求渠道能夠達(dá)到防沖以及防滲的效果。在渠道建成以后由于斷面的粗糙率明顯降低，因此水流的流速在不斷加快，這就會(huì)在很大程度上降低淤積的發(fā)生概率。然后再采用卵石對(duì)渠道進(jìn)行襯砌。其防坍塌以及防沖刷的性能就得到了極大地提高，這都是傳統(tǒng)的土渠與之無(wú)法相比擬的。

2.5 降低排水工程的相關(guān)費(fèi)用

如果在潮濕的土地當(dāng)中沒(méi)有添加襯砌的渠道很容易就會(huì)導(dǎo)致其附近的地下水位出現(xiàn)上升的情況，這就會(huì)對(duì)農(nóng)民的耕種造成極大的困擾。因此，往往需要采用開(kāi)挖排水渠的方式來(lái)降低地下水位，也可以每隔一段時(shí)間就對(duì)其當(dāng)中的雜草以及淤泥進(jìn)行清理，以上的這些方法都能夠在很大程度上降低相關(guān)的費(fèi)用。

2.6 降低維修的費(fèi)用

在相關(guān)的實(shí)踐中得知，對(duì)水利渠道工程進(jìn)行襯砌能夠有效地降低各種維修的費(fèi)用，更主要的就是對(duì)渠道進(jìn)行襯砌以后能夠有效地預(yù)防動(dòng)物打洞的情況，也可以有效地抑制一些雜草的生長(zhǎng)，更能夠預(yù)防淤積以及坍塌現(xiàn)象的產(chǎn)生。

3 渠道防滲的種類以及適用條件

3.1 土料類

這種渠道防滲的使用壽命大概為5-25年，這種技術(shù)主要是運(yùn)用了一些素土、三合土、四合土、黏沙混合土以及灰土等，主要以砂石、石灰以及素土作為原材料。這些材料的優(yōu)點(diǎn)是能夠?qū)崿F(xiàn)就地取材，這就在很大程度上降低了施工的成本，而且施工的難度也不大，但是也存在著一定的缺點(diǎn)，其缺點(diǎn)是抗冰凍的能力比較差而且缺乏耐久性，會(huì)消耗大量的勞動(dòng)力，即使在這樣的情況下質(zhì)量也得不到有效保障。因此，這種類型的渠道防滲往往只能夠被應(yīng)用到一些氣候比較溫和而且規(guī)模不大的渠道當(dāng)中。

3.2 水泥土類

這種渠道防滲的使用壽命大概為8-30年，其中涵蓋了干硬性水泥土以及塑性水泥土，主要是運(yùn)用砂壤土以及水泥作為原材料，比較適合應(yīng)用到一些氣候較溫和的地區(qū)，同時(shí)還要確保這附近能夠有砂壤土的來(lái)源。其優(yōu)點(diǎn)是能夠?qū)崿F(xiàn)就地取材，能夠在很大程度上降低建造的成本，同時(shí)施工難度也不大。唯一的缺點(diǎn)就是抗凍性能比較差。

3.3 石料類

石料類渠道防滲的使用壽命大概為25-40年之間，其中涵蓋了漿砌料石、塊石、石板以及卵石，主要是把水泥、卵石、料石以及塊石等作為原材料。石料類渠道防滲的優(yōu)點(diǎn)是比較抗凍而且抗沖的性能比較好，施工難度也不大，而且還有著比較高的耐久性。其缺點(diǎn)就是防滲的性能比較差，而且還需要大量的勞動(dòng)力。由此可見(jiàn)，石料類渠道防滲主要適用于一些石料來(lái)源比較豐富而且抗凍和抗沖要求比較高的渠道當(dāng)中。

3.4 膜料類

膜料類渠道防滲的使用壽命一般在20-30年之間，主要涵蓋了土料保護(hù)層以及剛性保護(hù)層，把砂石、膜料、水泥以及土料都作為了其主要的原材料。其優(yōu)點(diǎn)主要是防滲透的能力比較強(qiáng)而且質(zhì)量也比較輕，此外其運(yùn)輸也非常方便。由此可見(jiàn)，膜料類渠道防滲主要被應(yīng)用在一些中小型而且流速比較慢的渠道當(dāng)中。

3.5 瀝青混凝土類

瀝青混凝土類渠道防滲的使用壽命一般為20-30年之間，其涵蓋著現(xiàn)場(chǎng)澆筑以及預(yù)制鋪砌，主要是把水泥和石砂作為主要的原材料。其優(yōu)點(diǎn)是抗?jié)B的性能比較好而且還有著非常強(qiáng)的凍脹變形能力。其缺點(diǎn)是成本太高，而且所需要的原料也比較難得。由此可見(jiàn)，瀝青混凝土類渠道防滲主要應(yīng)用在一些凍害經(jīng)常發(fā)生的地區(qū)，而且附近還要有瀝青這種原材料的來(lái)源。

3.6 混凝土類

混凝土類渠道防滲的使用壽命一般為30-50年之間，主要包含著預(yù)制鋪砌、噴射法施工以及現(xiàn)場(chǎng)澆筑，主要把水泥、砂石以及速凝劑作為其主要的原材料。其優(yōu)點(diǎn)是抗?jié)B性能比較強(qiáng)、抗沖性能比較好，而且還有較高的耐久性。但是也存在著一定的缺點(diǎn)，其缺點(diǎn)就是對(duì)施工設(shè)備的數(shù)量要求比較多，而且施工的步驟也相當(dāng)復(fù)雜。由此可見(jiàn)，混凝土類渠道防滲主要應(yīng)用在地形以及氣候不同的基巖以及風(fēng)化巖基的渠道。

4 防滲渠道的設(shè)計(jì)

在實(shí)際的施工過(guò)程中采用渠道防滲技術(shù)能夠有效地降低渠道滲水量，有效地降低地下水位，防止土壤次生鹽漬化的產(chǎn)生，而在防滲渠道設(shè)計(jì)中主要包括斷面選擇、斷面參數(shù)以及材料的選擇等。

4.1 渠道防滲斷面的選擇以及優(yōu)化設(shè)計(jì)

渠道防滲工程當(dāng)中主要包含的斷面有以下幾種類型：梯形斷面、弧底梯形斷面以及U形斷面等，這些不同的斷面在具體情況下會(huì)有不同的應(yīng)用，這幾種斷面在我國(guó)水利渠道防滲工程中都可以尋找到，每一種斷面的應(yīng)用特點(diǎn)如下：

4.1.1 梯形斷面

梯形斷面的特點(diǎn)是施工比較方便而且形狀相對(duì)來(lái)說(shuō)也比較簡(jiǎn)單，而且在現(xiàn)階段，梯形斷面也有著相對(duì)來(lái)說(shuō)比較成熟的技術(shù)，施工的質(zhì)量有所保障，其中需要的成本少，能夠有效地降低施工的成本。這種斷面現(xiàn)階段被廣泛地應(yīng)用到了各種規(guī)模的渠道防滲工程當(dāng)中。但是這種斷面也存在著一定的缺點(diǎn)，即其具有比較差的形狀存在力條件，缺乏抗凍脹的性能，而且抗淤積能力相對(duì)來(lái)說(shuō)也比較差。

在梯形斷面中進(jìn)行設(shè)計(jì)主要是以經(jīng)濟(jì)實(shí)用以及水力最優(yōu)作為其主要的設(shè)計(jì)方法。所謂的經(jīng)濟(jì)實(shí)用設(shè)計(jì)方法指的就是運(yùn)用一些試算程序，對(duì)斷面的各種參數(shù)進(jìn)行假設(shè)驗(yàn)算，直到符合要求以后就可以對(duì)其參數(shù)進(jìn)行確定。而所謂的水力最優(yōu)設(shè)計(jì)指的就是依靠斷面面積和水力之間的關(guān)系對(duì)斷面進(jìn)行優(yōu)化，在這樣的情況下，獲取到最大或者是最小水力情況下的斷面參數(shù)。

4.1.2 弧底梯形斷面

這種形式的斷面主要具有水利條件比較好，抗凍性能比較高而且容易控制施工的時(shí)間以及施工的成本都比較低的特點(diǎn)。因此這種斷面形式一般都會(huì)被應(yīng)用到大型的水利渠道建設(shè)當(dāng)中以及一些舊渠道的改造工作當(dāng)中。此外，由于這種形式的斷面具有最小水流阻力的特點(diǎn)，因此，這種形式的斷面其防濕周性以及防滲漏的能力都比較好，而且其在建造的過(guò)程中還有著比較小的工程量。通常而言，運(yùn)用這種形式的斷面，渠道在流水量小的情況下會(huì)有著比較好的節(jié)水性能，如果在水流量大的情況下會(huì)有著比較好的輸砂能力，因此這就很容易對(duì)水的深度以及水的流速進(jìn)行測(cè)量。最后，如果在渠道的底部用卵石進(jìn)行鋪底，就能夠使其具有比較好的緊密性，進(jìn)而使得邊坡具有比較高的穩(wěn)定性，不會(huì)輕易就產(chǎn)生沖刷的破壞。

4.1.3 U形斷面

這種形式的斷面其具備的水力條件比較好，而且其整體性也比較強(qiáng)，能夠有效地降低對(duì)地基凍脹的破壞，而且其水流的半徑大，流速相對(duì)來(lái)說(shuō)也比較快，對(duì)水、砂的輸送能力都很強(qiáng)，能夠在最大程度上降低渠道在單位時(shí)間內(nèi)的供水量。此外，這種形式的斷面還具有比較好的防滲性，在輸送水的過(guò)程中能夠更好地減少水量損失。這種形式的斷面施工的工作量比較小，而且勞動(dòng)力以及原材料的需求量都不是很大，很方便管理。但是由于這種斷面具有著比較復(fù)雜的形式，很難適應(yīng)規(guī)模比較大的水利施工，所以這種形式的斷面往往只是在一些比較小型的渠道中進(jìn)行使用。

U形斷面主要是根據(jù)渠道流水的相關(guān)要求來(lái)對(duì)截面的形狀進(jìn)行設(shè)計(jì)，然后在這一過(guò)程中會(huì)獲得相應(yīng)的施工參數(shù)作為參考，但是在具體的設(shè)計(jì)過(guò)程中必須要根據(jù)實(shí)際的情況來(lái)進(jìn)行設(shè)計(jì)。

4.2 渠道防滲斷面參數(shù)優(yōu)化設(shè)計(jì)

當(dāng)前，在對(duì)渠道斷面進(jìn)行優(yōu)化的過(guò)程中一般會(huì)采用動(dòng)態(tài)規(guī)劃的方式，而這一過(guò)程主要是以斷面的一些參數(shù)作為依據(jù)，根據(jù)最終的設(shè)計(jì)目標(biāo)來(lái)對(duì)參數(shù)的范圍進(jìn)行確定，最后會(huì)獲得一個(gè)最優(yōu)目標(biāo)的參數(shù)，運(yùn)用這種方式就能夠有效地解決渠道斷面設(shè)計(jì)過(guò)程中可能會(huì)遇到的一系列不確定的因素，能夠更好地解決實(shí)際施工過(guò)程中遇到的一系列問(wèn)題。此外，渠道使用的斷面形式確定以后，就可以運(yùn)用最優(yōu)的算法對(duì)其中的各項(xiàng)參數(shù)關(guān)系進(jìn)行確定。在對(duì)縱橫斷面設(shè)計(jì)參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化時(shí)，可以將其轉(zhuǎn)變?yōu)橐粋€(gè)多階段決策的優(yōu)化問(wèn)題，進(jìn)而確保能夠得到最優(yōu)的結(jié)果。運(yùn)用動(dòng)態(tài)規(guī)劃的設(shè)計(jì)方法能夠有效地使設(shè)計(jì)周期變短，達(dá)到更好的設(shè)計(jì)效果，最終確保渠道能夠真正地發(fā)揮出其應(yīng)有的作用。

5 現(xiàn)階段渠道防滲工程技術(shù)中存在的問(wèn)題

如果渠道防滲工程技術(shù)能夠有比較好的節(jié)水效果，那么這將會(huì)對(duì)我國(guó)水資源短缺以及國(guó)家經(jīng)濟(jì)發(fā)展等方面產(chǎn)生非常大的影響，而且具有非常重要的現(xiàn)實(shí)意義。但是因?yàn)槲覈?guó)對(duì)渠道防滲工程技術(shù)方面缺乏一定的重視程度，這就在很大程度上導(dǎo)致了在這一方面的投入相對(duì)來(lái)說(shuō)比較小，進(jìn)而極大地影響到了渠道防滲工程技術(shù)的研究，所以在現(xiàn)階段，這一方面還存在著很多的問(wèn)題。在現(xiàn)階段，我國(guó)廣泛使用的一些防滲材料雖然具有一定優(yōu)點(diǎn)，包括防漏水的效果好以及能夠承受的水流壓力大，但是一個(gè)很關(guān)鍵的缺點(diǎn)就是防凍性能比較差，這就導(dǎo)致這些材料在我國(guó)北方寒冷地區(qū)的使用受到了很大的限制。因此，如何解決防凍性差這一局限已經(jīng)成為了當(dāng)前的研究重點(diǎn)。此外，各種類型防滲材料的復(fù)合利用也逐漸成為了一個(gè)研究熱點(diǎn)。將各種材料以其優(yōu)缺點(diǎn)為依據(jù)相互之間進(jìn)行結(jié)合，例如薄膜類具有比較好的防滲效果，但是其成本比較高，在這樣的情況下，就可以將其與一些成本比較低的材料有機(jī)地結(jié)合到一起，確保其能夠達(dá)到最優(yōu)的效益，將效益最大化。再者，現(xiàn)階段主要的輸水渠道基本上都是明渠，而相關(guān)的研究發(fā)現(xiàn)，暗渠以及暗管的輸水技術(shù)有著比較好的防滲效果，能夠在最大程度上降低滲漏的損失。在北方的一些寒冷地區(qū)都會(huì)有凍土層，在這樣的情況下，如果能夠?qū)⑦@些材料都填埋到凍土層以下往往就不會(huì)再出現(xiàn)凍脹這一系列問(wèn)題，這樣做不僅能夠節(jié)約大量的土地，同時(shí)還對(duì)田間耕作提供了更多的方便。由此可見(jiàn)，對(duì)于這方面的研究應(yīng)該被給予足夠的重視，在建造和設(shè)計(jì)的過(guò)程中，如何有效地降低成本以及設(shè)計(jì)埋設(shè)施工都是亟待解決的問(wèn)題。

6 水利渠道的防滲現(xiàn)狀以及未來(lái)的發(fā)展方向

現(xiàn)階段，我國(guó)水利渠道防滲的相關(guān)技術(shù)已經(jīng)有了很大的發(fā)展，這對(duì)我國(guó)的節(jié)水工程做出了突出的貢獻(xiàn)，但是與西方一些發(fā)達(dá)國(guó)家相比，我國(guó)在這一方面的投資相對(duì)來(lái)說(shuō)仍比較少，而且我國(guó)的渠道防滲工程缺乏對(duì)新材料以及新技術(shù)的研究。在一些西方國(guó)家已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了大規(guī)模機(jī)械化作業(yè)，工作效率高，而且施工的成本相比較而言也低。從這一方面上來(lái)說(shuō)，我國(guó)的水利渠道防滲工程要加強(qiáng)對(duì)機(jī)械設(shè)備的使用，使得相關(guān)的工作更加專業(yè)化和現(xiàn)代化，更好地完成水利渠道防滲工程的建設(shè)。

7 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，水利渠道防滲工程是水利工程中的核心工程?，F(xiàn)階段，我國(guó)盡管對(duì)水利渠道防滲的相關(guān)技術(shù)已經(jīng)有了一定的研究，而且也取得了一些成果，但是在這一過(guò)程中仍然存在著眾多的問(wèn)題。對(duì)此，我國(guó)必須要對(duì)水利渠道防滲工程技術(shù)的研究給予足夠的重視，并積極地采用一些新材料以及新技術(shù)，有效地降低渠道中的滲漏水，提高水資源的利用率，促進(jìn)我國(guó)防滲工程的健康、快速發(fā)展，更好地推動(dòng)我國(guó)水利事業(yè)的發(fā)展。