李鹏
摘 要：东北地区是世界三大黑土区之一，是中国重要商品粮生产基地，承担着保障国家粮食安全的重要责任。但区内灌溉排水基础设施薄弱，大部分田间渠系工程未采取衬砌、节水措施，水资源利用率低。总结东北地区在建、已建灌区工程的工程实践经验，从理论和实践的角度探讨田间渠系工程衬砌形式的优越性和适用性，并列举了几种新衬砌技术。
关键词：田间渠系 衬砌 防冻胀
中图分类号：S274.1 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2019）06（c）-0051-02
农业发展是中国经济稳定增长的重要保障因素之一，同时也对人民的生存条件起到至关重要的作用。随着国家对粮食安全的重视，松原灌区等一批国家重点项目获得审批并陆续开工建设，田间配套工程即将实施。
如何总结现有工程的经验，从理论和实践的角度探讨田间渠系工程衬砌形式的优越性和适用性，解决田间“最后1公里”问题已迫在眉睫。
1 田间渠系护砌常用形式
我国农业总用水量80%的农灌主要输水手段是渠道，渠道防渗技术是杜绝或减少由渠道渗入渠床流失水量的工程节水技术和方法，常用混凝土、土料、水泥土、浆砌石、沥青混凝土等刚性材料，以及PE、PVC及其改性薄膜材料建渠道防渗层。其优点为粗糙度下降，流速提高，过水能力加大，提高渠系水的利用系数，采取渠道防渗措施以后，可以减少渗漏损失，节约投资和运行费用，防止杂草丛生、渠道冲刷、淤积及坍塌，同时渠道防渗还可以调控地下水位，防止次生盐碱化。
（1）砼板护砌。
现行骨干工程及田间渠道多为梯形断面输水，采用混凝土板和防渗膜组合结构的衬砌形式，在吉林省和黑龙江省大中型灌区中普遍采用。
近年来，PP纤维混凝土被应用在渠道防渗护砌工程中，其关键在于同普通砼板块相比降低了护砌工程造价，提高了护砌材料在渠道土基础较大变形条件下的适应性、耐久性和抗渗能力。加铺两布一膜可以增强预制混凝土板衬砌的防渗和抗冻胀效果。
吉林省大安灌区工程实施渠道衬砌后，采用PP纤维砼板可以减少输水损失，另外，在板下铺设二布一膜后，可以将输水损失降到最低。衬砌后大安灌区渠系水利用系数从现在的0.6提高到0.76，节水3800万m3。
但渠道衬砌冻胀破坏一直是制约东北地区水利工程发展的瓶颈。对渠道防冻胀处理多采用了两种形式：一种为置换法，换填砂石等非冻胀土。但这种换填工程量较大，换填厚度一般要大于等于冻土深度。另一种形式为保温板保温，不对基土进行回填。防冻胀方式的选择，直接关系到渠道的造价和施工的难易，受工程投资的限制，现有针对砼板护砌采取的工程措施，多仅能消减冻胀，无法保证渠道不受冻胀危害。
（2）U形槽护砌。
U形槽是灌区建设及改造中常用的一种田间工程护砌样式，“U”形断面渠道是采用底部为半圆或弧形、上部为一定倾角直线段的断面形式，与传统梯形断面渠道相比，具有流速分布均匀，近似最佳水力断面，流速较快，输水能力强;力学性能好，渠底反拱型，有一定的反拱作用，对来自外部的冻胀力有较强的抵抗力，冻胀程度仅为梯形渠的1/4～1/3，当冻胀力较强时，U形槽将会整体上抬，解冻后多数可以复位;由于渠口窄，可节省土地，占地面积减少，一般较梯形断面渠道节省渠道占地1/3左右，减少挖填土方量;施工简易，进度快，整体性强。
传统的U形槽结构主要是工厂预制，然后现场组装。限于技术条件，具有结构尺寸较小、工艺水平低、渗流损失严重等问题。部分灌区田间工程实施后，U形槽渠道出现断裂、塌陷、压顶等破坏，其损坏的主要原因：一是渠道竣工验收后，后续管理欠到位，部分农户扩充土地，导致护岸宽度不够塌陷。二是渠道施工工序控制不严，材料质量不合格。U形槽渠道一般使用寿命长，但由于施工中控制不尽到位等原因，出现了少量变形、裂缝等情况。其原因一方面是没有严格按照施工工序施工，新渠或旧渠基础及槽背而填土夯实不够，旧渠道的杂物未清除干净;另一方面是材料质量不合格，为赶工期在天气恶劣情况下施工等。
（3）预制混凝土矩形槽。
预制混凝土矩形槽按生产、安装工艺分为整体式预制混凝土矩形渠和拼接式预制混凝土矩形渠。预制槽身采用高标号混凝土，内设钢筋网，与传统渠道U形渠相比，强度更高，韧性更大，耐久性更强。预制矩形渠长度2000 mm，接缝少，输水、节水效率更高，施工更加方便、快捷。槽身连接处采用遇水膨胀止水橡胶条密封，整体防渗效果好，并取消了防渗膜的铺设。槽身后覆土高度可少量回填或不回填，土方开挖、回填量大量减少，与传统相同输水能力的梯形渠道相比，可减少一半以上的渠线占地。
虽然预制混凝土矩形槽工程造价高，一次性投资大，但节省了土地资源，提高了土地利用率，且质量和寿命均优于U形槽，具有较高的性价比。近年在省内土地整理、灌区改造、农业开发等项目中多有使用，得到了很高评价。
2 新型材料和技术
随着经济与科技的发展，农田水利灌溉技术发展得到了大力发展，不断有新产品、新技术涌现，下面简单列举几种适用于北部寒冷地区的施工简单、易于大面積推广的新兴护砌形式。
（1）拼装水渠。
适用于现有梯形渠道节水改造，选用了石棉水泥平板与柔性连接插件组合装配的拼装水渠，渠体受冻胀时不断裂、不移位，达到防渗漏的目的，可解决北方气温变化大，冬季冻胀破坏水泥渠变形渗漏的弊端（见图1）。
（2）组合式弹性水渠。
采用PE硅塑材料制造，包括若干块渠体，相邻渠体密封固连，其特点是：渠体的结构是具有内弹性渠板、中间支撑网架和外弹性渠板通过密封胶压力粘合固连。在渠体的两侧相对应设置固位支撑座。由于渠体采用内弹性渠板、中间支撑网架和外弹性渠板通过密封胶压力粘合固连结构，当受到气候变化的影响使渠体热涨或冷缩时，由于渠板具有弹性，不论渠板受拉力或压力作用均能得到缓冲，且能够使渠板恢复原始状态。其具有板块大，连接点少，吸水量小，耐高低温，能够以弹性抵抗热胀冷缩变形，使用寿命长，可工厂化生产，运输、安装、维修方便等优点（见图2）。
（3）组合式轨道灌溉渠埂。
将田埂和渠道有机结合起来，实现了渠道和田埂的双重功能。由人行道板、运输轨道、渠埂壁、底板、固定腔、输水管路构成。渠埂壁上端装有人行道板，人行道板的两侧装有运输轨道，渠埂壁的下半部装有底板，底板下部与两侧的渠埂壁之间形成固定腔，人行道板与渠埂壁及底板之间形成的空间为输水管路。在相当流量下可节约两倍以上耕地面积，占用土地少，增加了耕地面积，使用材料成本少，使用安装成本低，有利于大面积推广和应用（见图3）。
3 结语
结合各地区的农业发展现状及资金配置情况，合理选取适合本地区发展的田间渠系衬砌形式，实验并拓展新型衬砌，解决田间“最后1公里”问题，是补齐我国节水灌溉发展中最后一块短板的必由之路。并通过提高管理措施，提升农户的节水意识，才能为保障国家粮食安全、促进经济平稳快速发展和社会和谐稳定奠定更加坚实的水利基础。
参考文献
[1] 贾大林，姜文来.关于对以节水为中心的大中型灌区改造规划的意见[J].水利规划设计，2000（4）：26-28.
[2] 孙景路，陶琦，常俊德，等.预制混凝土矩形渠技术研究与应用[J].黑龙江水利，2017（6）：7-10.
[3] 颜文军，农业综合开发U形槽防渗渠道施工建设存在的问题及对策[J].现代农业科技，2009（23）：271.
[4] 何武全，刘群昌.我国渠道衬砌与防渗技术发展现状与趋势[J].中国农村水利水电，2009（6）：3-6.
[5] 江连河.新型材料在防渗工程中的应用[J].科技资讯 2012（23）：63.
