土工膜防渗新材料在渠道节能改造中的应用研究

刘阿妮

( 咸阳市羊毛湾水库管理局，陕西 咸阳713300)

从大量统计文献资料可知，我国目前已建成投入使用的输水渠系工程中防渗工程约有60 万km，还不到全国所有渠系总长的20%，加上受到当时建设技术水平和长时间运营等因素的影响，渠系渠道水资源综合利用效率非常低，每年渠系渠道大约会发生1 700 亿m3的水资源在输水过程中被损失，大约占整个渠首总引水量的50%，一些地质条件较差的渠道，其渠系渠道水资源浪费率高达75%以上。渠道作为一类典型的农田水利工程，其防渗节能工程已成为农村水利工程节水的重点。渠道结合工程实际情况，采取合适有效的防渗节水措施后，既可以提高渠系渠道中水资源的综合利用效率，缓解农业生产发展用水供需矛盾程度; 同时又可降低渠道周围的地下水位，可以改良渠道周围盐碱地和沼泽地，促进现代农业高效生产发展和保护渠道周围生态环境。土工膜是土工合成材料中防渗性能和使用最为广泛的一种防渗材料，其是一种相对不透水的聚合物防渗薄片，在渠道防渗节能节水工程中所取得的经济效益十分可观，具有现实的研究意义。

1 渠道防渗加固现状及发展趋势

为了促进现代化农业生产发展的顺利开展，结合先进的防渗加固技术措施和手段对渠道进行整体防渗加固处理，有效提高灌区渠道输配水安全和渠道水资源综合利用效率，已成为我国灌区渠道技术升级改造的重点和必要内容。渠道的防渗加固材料按材质划分主要包括刚性、柔性、以及刚柔复合等几大类，其中刚性材料主要以现浇或预制混凝土板等防渗加固材料; 柔性材料主要包括塑料薄膜、土工膜等防渗加固材料。黏性土、水泥土防渗加固材料，其虽然可以取得较好的防渗性能，但其抗冻性能非常差; 现浇或预制混凝土板其也容易发生冻胀开裂现象，引起渠道发生渗漏。土工膜防渗材料不仅可以取得很好的防渗效果，同时其具有结构简单、施工方便、工程整体造价经济性高等优点，只要在设计方案正确、施工技术先进、施工质量可靠，其所取得的防渗加固经济效益十分可观，在灌区渠道防渗加固工程中具有非常大的推广使用意义。

2 某灌区渠道工程基本运营概况

某灌区渠道属于水库引水重力自流的渠道，整个灌区设计的控管面积为3.89 万hm2，该灌区是在20 世纪70年代修建的灌区，其在40 多年的运营后，由于缺乏有效的维护检修和加固维修资金，渠道长期处于带病运行，其水资源的综合利用系数只有0.3，实际灌溉面积只有1.25 万hm2每年造成的水资源渗漏损失量非常巨大。加上日常检修维护措施的不到位，缺乏有效的经营管理模式，不仅造成渠道中大约有40%左右的水工建筑物遭受破坏，同时缺乏有效的监管制度，机电设备丢失率高达80%，而且整个灌区严重缺乏相应的水资源观测和控制自动化设施。灌区渠道每年发生大量的水资源浪费，使渠道周围的地下水位发生上升，破坏了农作物的生长环境，灌区运营效益十分低，因此，在结合灌区渠道的实际情况的基础上，采用有效的防渗节能修复方案，对提高灌区水资源利用系数，实现节水节能目的已成为整个灌区可持续运营发展研究的重要内容。

3 灌区渠道复合土工膜防渗加固修复设计方案

灌区渠道加固设计方案一般包括2个方面:

3.1 防渗加固修复方案比选

从大量灌区渠道防渗加固修复成功案例来看，渠道防渗加固通常包括拆除重建、在原渠道衬砌板上采取现浇混凝土套衬防渗加固、以及直接在渠道原衬砌板上明铺防渗效果非常好的土工膜等多种防渗加固方案。在结合该灌区渠道破坏情况、地质条件、气象条件等因素，并从方案的经济性比较结果来看，采取拆除重建方案其经济性明显要比另外两种方案高，因此决定不选取高代价的拆除重建方案。加上该灌区渠道发生渗漏问题的主要原因由外部寒冷冻胀等气象条件引起，因此，决定选用防渗、抗冻胀性能较为优越的土工膜作为该渠道防渗节能加固修复的主要防渗材料，即选用复合土工膜防渗加固修复方案。

3.2 防渗加固修复方案

复合土工膜防渗加固修复方案中主要由基面、HDPE复合土工膜( 防渗层) 、复合土工布( 过渡保护层) 、渠道原混凝土衬砌板( 支持层)4 层从上到下排列，基于复合土工膜的渠道防渗加固修复设计方案如图1 所示。

图1 渠道土工膜防渗加固修复横剖面

3.1.1 铺膜基面设计

在方案设计中，为了防止基面中存在的坚硬石头刺破复合土工膜，降低土工膜综合使用寿命。在施工时，应在石头露出部位采用锤子或凿子等施工工具将石头基面敲打至土质基面10 ～20 cm，并在其上部覆盖一层颗粒较细的粉质黏土，同时进行招牌夯实等工序，确保整个基面处于同一水平面上，提高土工膜的综合使用寿命和经济效益。

3.1.2 防水层复合土工膜设计

结合该灌区渠道的实际情况，设计选用防渗性能水平非常良好的HDPE 土工膜作为整个防渗加固方案中的核心防渗材料。

3.1.3 过渡保护层复合土工布设计

为了防止渠道原混凝土衬砌板上得尖锐突出物刺破复合土工膜，为了确保整个土工膜具有较高的性能水平，从安全角度出发选用复合土工布作为整个防渗加固方案中的过渡保护层才来哦，避免复合土工膜在施工时发生刺破、拉裂等不利现象。

3.1.4 渠道护面设计

由于该灌区渠道在长时间运行过程中，蓄积了大量的砂石等杂质，虽然采取了一定的沉淀排污措施，但仍然不可避免渠道底部发生泥沙堆积等情况，为了便于在进行渠道底部清淤施工时，不致于破坏防渗土工膜，所以必须采取相应的护面措施。本工程采用30 cm×30 cm×10 cm的混凝土预制板作为护面主要支持保护材料。

4 结束语

该灌区渠道在采用复合土工膜进行防渗节水加固处理后，通过开闸输水试运行统计数据情况表明，渠道糙率系数由技术升级改造前的0.019 降低到0.008，同时渠道中水流速也由改造前的0.85 m/s上升到1.71 m/s，整个渠道的水资源过流能力得到了明显增加，渠道中水资源损失量也降低到改造前的10%，也就是说整个渠道防渗节水节能加固改造方案所取得的防渗效果十分明显，渠道水资源利用效率得到有效提高，大大提高了灌区渠道运营发展经济效益水平。

［1］马旭，等. 渠道防渗工程技术现状及塑膜铺衬机械化筑渠技术［J］. 吉林大学学报，2004，34(2) :320－323.

［2］水利部建设与管理司. 水利工程土工合成材料技术和应用［M］. 北京:科学普及出版社，2000.

［3］喻小平. 复合土工膜在赣东大堤丰城A 标段堤身防渗中的应用［J］. 江西水利科技，2004，30(2) :85－88.