我国渠道防渗防冻胀方法研究进展

我国渠道防渗防冻胀方法研究进展

发表时间：2019-05-16T17:10:18.037Z 来源：《电力设备》2018年第33期作者：黄涛韦道嘉

[导读] 摘要：我国渠系遍布全国，渠道渗漏、冻胀一直是制约渠系高效输水的两大技术难题。

（中国电建集团昆明勘测设计研究院有限公司云南昆明 650051）

摘要：我国渠系遍布全国，渠道渗漏、冻胀一直是制约渠系高效输水的两大技术难题。本文系统分析了渠系渗漏、冻胀破坏产生的原因；并通过理论分析、试验研究、实际工程研究三方面对渠道渗漏冻胀破坏进行探讨，对国内渠道防渗防冻涨方法进行归纳、总结，并对不足之处进行讨论；最后提出展望和思考，为发展节水事业奠定基础。

关键词：渠道；渗漏；冻胀

Advances on seepage and frost heave control of canal methods in China

Abstract: Canal system of China is throughout the country, and canal seepage, frost heave are always two super technical problems for canal system with water efficiency. This paper analyses the causes of the leakage and frost heave of canal system; then the author make research on these two problems by theoretical analysis,experimental research, and practical engineering research three aspects, introduce, summary, and discuss the methods used for seepage and frost heave control of canal; at last, the author put forward forecast and thinking, to lay the foundation for the development of water-saving.

Key words： cannal；seepagee；frost heave

1 背景

我国水资源匮乏，人均只有2300m3，仅为世界平均水平的1/4，耕地平均分摊水量只有世界平均数的3/4[1]。农业用水比重很大：据统计，2011年农业用水量3743.5亿m3占全国总用水量6107.2亿m3的61.3%。但农业用水普遍存在灌溉效率低和用水浪费严重的现象，其灌溉水利用系数仅为0.51 [2] 。渠道防渗是目前世界各国应用最广泛的节水灌溉工程技术措施之一，可以极大地减少渠道输水过程中的渗漏损失[3]。

我国渠道普遍存在不同程度渗漏问题，北方地区渠道冻胀问题也比较常见。冻胀剥蚀、冻胀裂缝、冻融塌陷等不良现象时有发生，渠道冻胀又会加深渠道渗漏问题，对渠道管理运行等造成不良影响。为提高水资源的利用率，许多地区通过衬砌、铺设防渗膜、掺加其他防冻胀材料，合理设置渠道体型，采用适当结构等措施减少渠道渗漏预防渠道冻胀破坏，并取得了一定成果。本文对国内渠道渗漏冻胀问题进行研究，借鉴成功经验，对存在问题进行讨论，为我国渠道防渗防冻胀建设提供理论基础。

2 渠道渗漏、冻胀产生的原因

2.1 渠道渗漏产生的原因

渠道渗漏发生在渠道内水位高于地下水位时，由于渠道衬砌遭到破坏，渠道内水渗漏到周边土壤中造成渠系输水浪费。通过对国内渠道渗漏渠系进行研究，发现渠道渗漏破坏主要来自以下几个方面：1灌区渠道伸缩缝破坏造成渗漏。渠道衬砌时一般均要设置纵、横向伸缩缝满足变形需要。伸缩缝发生老化等不良现象必然会造成渠道渗漏损失。2灌区渠道冻胀脱落造成渗漏，这是冻土地区渠道渗漏最主要的因素。冻胀损坏渠道结构，迫使衬砌混凝土板出现鼓起、松动、错位等不良现象造成渗漏，冬季气温较低的新疆、甘肃、黑龙江、内蒙古、黑龙江、宁夏、陕西、河南、吉林、西藏、辽宁等均存在渠道冻胀破坏引起渗漏的问题。3渠道周边环境影响。我国部分地区，杂草杂树横生，致使渠系所处位置多虫蚁，这些虫蚁生活在渠道周边，它们挖洞等行径对渠道造成不同程度的破坏，致使渠道发生渗漏现象，不仅如此，杂草杂树根系若深入渠道周边土层结构，也会破坏渠道原有结构，造成渗漏现象发生。4保护意识淡薄。对渠道运行管理不善或农民对渠道缺乏保护意识，会直接或间接造成渠道破坏，发生渗漏现象。对渠道管理不善主要体现在对发生破坏渠道不及时维修、渠道运行过程中水位猛升或猛降、部分渠道冬天或长时间不过水；缺乏保护意识造成破坏主要体现为就渠道周边取土、挖沟甚至人为的直接破坏。5勘测或设计环节有误。渠道设计时部分单位缺乏责任感，贪多求快，没有充分做好勘测工作，对基础地形地质构造资料、土壤性质没有清晰，造成渗漏破坏等不稳定隐患。6施工不达标。施工不达标主要体现在渠道施工时基础处理不到位、现浇混凝土施工时架模出现误差、预制混凝土衬砌伸缩缝处理不当[4]三方面。

2.2 渠道冻胀破坏产生的原因

渠道冻胀破坏主要是指衬砌混凝土面板承受不住由于基土冻胀变形而产生的冻胀应变，尤其是不均匀冻胀变形的的作用力混凝土护板出现鼓起、松动、错位等现象。常见的冻胀破坏表现为冻胀剥蚀、冻胀裂缝、冻融塌陷等。

渠道冻胀破坏的原因可归结为以下五点：1气温因素。较长时间的负温是渠道产生冻胀破坏的必要条件。2灌区土壤成分中含有粘土和壤土，属于冻胀性土质[5]。3水分的存在。渠道发生冻胀破坏离不开水分的存在，这些水分主要有两个来源，一是某些渠道为冬季输水渠道，渠道存在大量水分，二是冬季灌区地下水位较高，渠道中有残余水分。工程实践表明，残余水分的存在造成的冻胀破坏明显高于冬季正常输水灌区冻胀破坏。4渠道结构设计。弧形坡脚梯形渠衬砌U型渠道可以大大减轻冻胀破坏，是抗冻胀最有利的断面形式[6]。5渠道自身结构的破坏的影响。渠道的破坏若不及时处理会加重冻胀的发生，这是因为结构破坏后，渠道将发生较大渗漏，基土中的含水量超过冻胀临界含水量必然引起冻胀破坏。

工程表明渠道冻胀和渠道渗漏是紧密相关的，在严寒地区发生渗漏破坏的渠道都会发生不同程度的冻胀破坏，冻胀破坏的产生又会加重渗漏破坏的程度。

3防渗防冻胀研究现状

对渠道防渗防冻胀研究分为理论探讨、试验研究、实际工程建设三方面。理论研究包括传统理论研究以及数学模型法，传统理论研究是指通过改变试验条件，寻求渠道冻胀破坏关键问题，该方法一般无试验支撑，仅为渠道防渗防冻胀提供参考依据，数学模型研究是通过ANSYS、HYDRUS-2D等数学模型探讨渠道渗漏、冻胀机理，为灌溉渠道防渗防冻胀提供依据；试验研究是指通过模拟达到相似条件寻找适当措施预防渗漏冻胀破坏的发生；实际工程建设是防渗防冻胀最直观最有效的方式。

3.1理论探讨

3.1.1传统理论研究

传统理论研究是指通过改变试验条件，寻求渠道冻胀破坏关键问题，进而避免工程中出现该类型破坏。该方法并无试验支撑，只为渠道防渗防冻胀提供参考依据，其可靠性有待进一步研究。本文仅以宋玲[7]研究成果做简要说明。