李玉斌

(1. 東北農(nóng)業(yè)大學(xué)，哈爾濱150070;2. 黑龍江農(nóng)墾海川招標(biāo)咨詢有限公司，哈爾濱150090)

黑龍江省的灌溉輸水渠道大多為土渠，由于渠道工程長期受低溫環(huán)境影響，基土反復(fù)凍融后造成渠床滑坡坍塌、襯砌板鼓脹開裂、錯位等破壞現(xiàn)象，嚴(yán)重影響了渠道輸水功能和防滲節(jié)水的目的，導(dǎo)致渠道工程效益不能正常發(fā)揮。近年來，隨著水利事業(yè)的發(fā)展，國家對節(jié)水灌溉的重視，黑龍江省的渠道工程建設(shè)也加快了發(fā)展步伐，在取得階段性成果的同時也發(fā)現(xiàn)了在渠道工程建設(shè)中存在的一些主要問題。

1 資金問題

1.1 渠道防滲工程建設(shè)發(fā)展緩慢、有效灌溉面積比率低

黑龍江省為產(chǎn)糧大省，也是我國優(yōu)質(zhì)水稻的主要產(chǎn)區(qū)。根據(jù)《黑龍江省千億斤糧食產(chǎn)能工程規(guī)劃》和《黑龍江省新增1000 萬畝梗稻基地項目可行性研究報告》，黑龍江省提出在《黑龍江省千億斤糧食產(chǎn)能工程規(guī)劃》的基礎(chǔ)上，再新增66.7 萬hm3梗稻面積，到2012年使全省梗稻面積達(dá)到“5000萬畝”的發(fā)展目標(biāo)。灌溉輸水渠道工程作為水田的基礎(chǔ)設(shè)施，在這一目標(biāo)中起著舉足輕重的作用。但根據(jù)我省目前灌區(qū)輸水渠道工程老化和滲漏現(xiàn)狀，水資源浪費現(xiàn)象十分驚人，灌溉面積均達(dá)不到設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)，灌區(qū)的有效灌溉面積偏低。水田面積的穩(wěn)定和發(fā)展都受到嚴(yán)重制約。所以，節(jié)約水資源就成為穩(wěn)定和發(fā)展灌溉面積的主要出路。實踐證明，渠道防滲襯砌工程是節(jié)約水資源、提高灌區(qū)效益的有效工程措施。但由于近年來渠道防滲工程資金投入不足，渠道防滲工程技術(shù)的發(fā)展緩慢，都影響了灌溉效益的正常發(fā)揮。特別是目前大多數(shù)灌區(qū)工程已達(dá)到或超過了設(shè)計使用年限，處于帶病運行和超期服役階段，必須進(jìn)行全面或部分更新改造。因此一定要加快渠道防滲工程建設(shè)速度，解決灌溉水源不足問題，保證灌溉面積和糧食生產(chǎn)安全。

1.2 投資少、缺乏政策約束

我省灌溉輸水渠道大多采用混凝土剛性襯砌結(jié)構(gòu)，由于低溫環(huán)境的作用渠道凍脹破壞十分嚴(yán)重。因此，只有采取防凍脹技術(shù)措施，才能確保工程安全和防滲效果的正常發(fā)揮并延長工程使用壽命。有資料表明，每年用于處理因凍害造成渠道損壞的費用占整個維修費的60%以上。同時也發(fā)現(xiàn)，在毀壞的渠道中因凍脹而破壞的渠道占總數(shù)的80%左右，幾乎每個灌區(qū)渠道防滲工程中都有凍脹破壞的痕跡，給國家造成了巨大經(jīng)濟損失。因此，預(yù)防渠道凍害發(fā)生是寒冷地區(qū)渠道防滲工程中的首要問題。經(jīng)過了解得知，設(shè)計人員根據(jù)設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行了防凍脹設(shè)計，渠道運用管理者也因渠道采取了防凍脹措施減少了破壞的發(fā)生而愿意按設(shè)計施工管理，但往往因為防凍脹設(shè)計加大了工程造價這一因素，在方案審查時因資金有限而降低了防凍脹設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)，增加了凍脹破壞發(fā)生的可能性。因此，加大投資力度、提高防凍脹設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)是一方面，制定相關(guān)政策、以政策法規(guī)來約束、規(guī)范渠道防凍脹設(shè)計和施工，也是避免凍害發(fā)生的有力手段。

2 渠道工程建設(shè)技術(shù)問題

2.1 缺少防治無襯砌渠道坍塌措施

渠道工程是灌區(qū)的血脈，直接影響灌區(qū)工程效益的發(fā)揮。在黑龍江省灌溉輸水渠道中95%左右的渠道為無襯砌土渠。在這些無襯砌的土渠中，渠道常年累月經(jīng)受水的侵蝕沖刷，使渠堤高度和寬度變小，坡面形成沖溝和孔洞，不但發(fā)生滑坡坍塌使標(biāo)準(zhǔn)渠道變成寬淺式渠道，而且渠道雜草叢生，淤積阻水、跑水漏水現(xiàn)象十分嚴(yán)重。以木蘭香磨山灌區(qū)為例，輸水干渠原梯形斷面尺寸底寬為10 m、渠深2.2 m，經(jīng)多年的凍融沖刷后底寬增加到12 m，變成渠深必須經(jīng)常清淤的寬淺式渠道。不治理就無法保證農(nóng)田灌溉，整治就需要投入大量資金，給渠道效益的發(fā)揮和正常運行帶來很大困難。灌溉渠道發(fā)生滑坡或塌陷現(xiàn)象比較普遍，多集中在挖方渠道的內(nèi)坡和填方渠道的外坡、以及土質(zhì)松軟地帶，尤其是在強暴雨后更為嚴(yán)重。而且所有的無襯砌渠道都沒有防治邊坡坍塌措施。鑒于此，無襯砌渠道應(yīng)該采取土工格柵加筋土等簡單加固技術(shù)措施來提高渠床土的強度和穩(wěn)定性，以增強其防滲抗沖能力。

2.2 U 形槽渠道防凍脹受力分析及結(jié)構(gòu)確定理論研究不足

在寒冷地區(qū)，渠道暴露在野外自然環(huán)境之下，由于襯砌層下基土的凍脹，渠道的剛性襯砌層要承受很大的凍脹力。對于梯形渠道襯砌板的受力分析及板厚的確定已經(jīng)有成熟的計算方法和應(yīng)用經(jīng)驗，而預(yù)制混凝土U 形槽渠道在渠床土體發(fā)生凍脹時的受力狀態(tài)研究的很少，只知道U 形槽因土體的凍脹而受力均勻、防凍性好不易破壞，確給不出其受凍脹時的受力模型。因此，在以往U 形槽的設(shè)計中只考慮水力學(xué)及由工程實踐獲得的各種構(gòu)造要求2個方面，這對非寒區(qū)來說是可行的，因為它所受的外力很小，結(jié)構(gòu)一般不會破壞。而在寒冷地區(qū)，通過對U 形槽應(yīng)用的渠道工程中發(fā)現(xiàn)，有的運用效果就很好，而有的也照樣發(fā)生凍脹破壞。如黑龍江省雞東灌區(qū)二支渠就普遍存在U 形槽凍脹破壞現(xiàn)象。這說明此時U 形槽設(shè)計的承載能力小于實際凍脹作用力，故發(fā)生破壞。由此可見，無論何種渠基條件都使用同一U 形槽斷面結(jié)構(gòu)是不行的。解決這一問題的關(guān)鍵就是要搞清楚U 形槽受凍脹時的受力情況，根據(jù)力學(xué)模型，確定不同受力情況下U形槽的幾何結(jié)構(gòu)尺寸，以此作為設(shè)計的依據(jù)。這樣設(shè)計出的U 形槽才適合寒冷地區(qū)渠道防滲工程需要。建議在今后的研究工作中，加強這方面的試驗研究工作，促進(jìn)U 形槽在寒冷地區(qū)的推廣應(yīng)用。

2.3 建設(shè)時期的局限性

我省灌區(qū)多數(shù)是20 世紀(jì)60—70年代修建的，至今已運行30 ～40 a。受當(dāng)時技術(shù)水平及規(guī)范要求限制，工程設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)偏低，因而造成服務(wù)年限不長的情況。同時，渠道工程自建成投入運用后，由于風(fēng)吹雨淋、冰凍日曬、水流沖刷、動物破壞以及人踏車碾等自然因素和人為因素的影響，工程維護、設(shè)備更新的資金又投入有限，所以隨著時間的推移，各種設(shè)計功能逐漸降低，防滲效益也逐步衰減，導(dǎo)致渠道工程老化失修嚴(yán)重。主要表現(xiàn)為無襯砌土渠坍塌、已襯砌渠道的襯砌層老化破損。如混凝土預(yù)制塊錯位、表面凹凸不平，見圖1?，F(xiàn)澆混凝土板出現(xiàn)裂縫破損、與渠基間形成孔隙、局部架空塌陷等，見圖2。使渠道滲漏嚴(yán)重，流速減小，輸水能力下降，急需修復(fù)改造。

圖1 混凝土預(yù)制板渠道破壞現(xiàn)象

圖2 現(xiàn)澆混凝土板凍脹裂紋破壞現(xiàn)象

2.4 渠道防滲襯砌形式單一

在國外，輸水灌溉早已實現(xiàn)了管道化。我國于20 世紀(jì)80年代開始實施管道輸水灌溉技術(shù)。目前，平原井灌區(qū)、渠灌區(qū)和提水灌區(qū)管道輸水灌溉技術(shù)都得以推廣應(yīng)用，而在我省還沒有應(yīng)用管道輸水技術(shù)。管道輸水優(yōu)點很多: 易控制、輸水快、無蒸發(fā)滲漏損失、不占土地、避免凍脹和腐蝕、無需修建橋涵且使用年限長，其節(jié)水效果比渠道防滲要好的多。建議在井灌區(qū)，特別是寒冷地區(qū)易發(fā)生混凝土渠道凍脹破壞的地區(qū)，應(yīng)大力推廣采用新型管材的管道輸水技術(shù)，盡快實施管道輸水灌溉。

3 建議與展望

近年來，我國水利科技進(jìn)展日新月異，特別是水資源的緊缺已引起人們的高度重視，節(jié)水技術(shù)成果更是碩果累累。渠道防滲是我國應(yīng)用最廣泛的節(jié)水工程技術(shù)措施，它的新技術(shù)、新材料的推廣應(yīng)用可以大幅度提高水的利用率，降低灌溉定額，提高糧食產(chǎn)量，達(dá)到節(jié)水增產(chǎn)增收的目的。目前，黑龍江省渠道防滲防護材料主要以膜料、砌石、混凝土應(yīng)用最多，防滲防護材料比較單一，且剛性防護材料受凍害影響易損壞。開發(fā)研制一種即防滲又防護、剛?cè)峤Y(jié)合的渠道防滲襯砌材料已迫在眉睫。如土工合成材料黏土墊( GCL) 、利用廢舊橡膠制成的橡膠渠等都是比較理想的既防凍脹又環(huán)保的渠道防滲襯砌材料，建議加大開展渠道工程建設(shè)新材料的開發(fā)研制工作，加快渠道防滲節(jié)水技術(shù)推廣應(yīng)用步伐，大力發(fā)展節(jié)水灌溉，為我國糧食生產(chǎn)作出更大貢獻(xiàn)。

［1］黑龍江省發(fā)展改革委員會. 黑龍江省千億斤糧食產(chǎn)能工程規(guī)劃［R］. 哈爾濱:黑龍江省發(fā)展改革委員會，2008.

［2］魏邦記. 實現(xiàn)“5000 萬畝水田”灌區(qū)發(fā)展構(gòu)想. 黑龍江水利科技，2011，38(2) :170－171.