1、工程节水技术措施1 渠道防渗技术1.1 渠道防渗的节水增效作用（1）提高渠系水利用系数：目前我国己建渠道防渗工程约 55 万千米，仅占渠道总长的 18%，有 80%以上的渠道没有防渗，仍是土渠输水，渠系水利用系数很低平均不到 0.50。也就是说，从渠首引进的水有 50%以上都在渠道输水过程中通过渠床土壤渗漏损失掉了。因此采用渠道防渗技术对渠床土壤处理或建立不易透水的防护层，如混凝土护面、浆砌块石衬砌、塑料薄膜防渗和混合材料防渗等工程技术措施，可减少输水渗漏损失，加快输水速度，提高灌水效率。与土渠相比，浆砌块石防渗可减少渗漏损失50%60%；混凝土护面可减少渗漏损失 60%70%；塑料薄膜防渗可
2、减少渗漏损失70%80%。（2）节约投资和运行费用：渠道防渗后减少输水损失，与土渠输水相比，从水源取等量的灌溉水可以灌溉更多的农田，即如果灌溉同等数量的耕地，渠道防渗所需建设水源工程的投资比土渠少得多。据新疆的经验，渠道采用防渗技术措施后，用其节省下来的水灌溉，每亩地的投资约为建水库蓄水灌溉每亩地投资的 1/3。由于渠道防渗后，与土渠相比通过同等流量时，可以加大纵比降、缩小断面，因此不但可降低渠道土方工程投资，而且可减少了渠道占地 40%50%。对于提水灌区节水即节电或节油，据山西调查，提水灌区每平方米渠道防渗工程，每年可节电 2.7 千瓦?时或节油 1.2 千克，井灌区每平方米渠道防渗工程，
3、每年可节电 5.6 千瓦?时或节油 3.0 千克。渠道防渗后还可大幅度节约管理养护费用，一般比土渠减少 70%。（3）防止土壤盐碱化及沼泽化：渠道若不采取防渗技术措施，会因渗漏而补给地下水，不但造成输水损失，而且提高地下水位，在我国北方会导致灌区盐碱化、沼泽化，在南方则会形成冷浸田、反酸田、洋湖田等，造成严重减产，甚至弃耕。更有甚者，引发房屋倒塌，威胁附近工业与民用建筑和人身安全。而采取了渠道防渗后，因大幅度减少了渗漏，对新建灌区可防止产生土壤盐碱化及沼泽化，对己建灌区则可制止或减少土壤盐碱化及沼泽化。（4）防止渠道冲刷、淤积及坍塌：渠道防渗后，渠床得到加固，抗冲刷、抗坍塌能力得到很大提高，对
4、稳定渠道，保障输水安全起到重要作用。特别是塬边或傍山渠道、湿陷性黄土地区，渠道防渗对防止在输水过程中发生决口、滑坡等事故起到很大作用。渠道防渗后由于纵比降增大，糙率减小、流速加快，因此在输水过程中不易发生淤积，特点在浑水灌区，其防淤的优点尤其显著。1.2 各种渠道防渗技术1.2.1 土料防渗（1）技术原理：在渠床表面铺上一层适当厚度的粘性土、粘砂混合土、灰土、三合土和四合土等材料，经夯实或碾压形成一层紧密的土料防渗层，以减少渠道在输水过程中的渗漏损失。（2）技术要点： 首先清除渠底和渠坡含有机质多的表层土和草皮、树根等杂物；选用合符要求的土料、石灰、砂石和渗合料，土料的原材料应粉碎、过筛，素土
5、粒径不应大于 2 厘米，石灰不应大于 0.5 厘米；试验选定适宜的土料防渗配合比，严格撑握土料的最优含水量，拌和后含水率与最佳含水率的偏差值不大于 1%；确定防渗层厚度，根据不同土料种类，渠底厚度 1040 厘米，渠坡 1060 厘米；严格控制土料的配料、拌和、铺料和夯实或碾压，防渗层厚度大于 15 厘米时，应分层铺筑；铺筑时应边铺筑，边夯实，夯实后土料的干容重不得小于设计容量，铺筑完成后，应加强对防渗层的养护，保持充分的湿度和较高的温度。（3）适用条件： 流速较低的渠道；气候温暖无冻害地区；小型渠道及农、毛渠等田间渠道；经济条件较差地区。（4）应用效果： 一般可减少渗漏量的 60%90%；能
6、就地取材；技术简单，农民容易掌握；造价低，投资少；可以充分利用现有的碾压机械设备。（5）推广前景：因其投资少、见效快，在今后较长一段时间内，仍将是我国中、小型渠道的一种较简便可行的防渗措施。但目前由于我国经济实力增强、防渗新材料和新技术不断问世，应用传统的土料防渗技术正在逐年减少。但是，随着大型碾压机械的应用、土的电化学密实和防渗技术的发展以及新化学材料的研制，也可能会给土料防渗带来生机。1.2.2 水泥土防渗（1）技术原理：将土料、水泥和水按一定比例配合拌匀后，铺设在渠床表面，经碾压形成一层紧密的水泥土防渗层，以减少渠道在输水过程中的渗漏损失。（2）技术要点： 所用土料应风干、粉碎、过 5
7、毫米筛；水泥土现场铺筑应做到配料准确，搅拌均匀、摊铺平整、浇捣密实。拌和水泥土时先干拌、后湿拌，铺筑水泥土前应洒水湿润渠基，半小时左右，将拌好的水泥土按先渠坡后渠底的顺序均匀铺筑。初步抹平后，宜在表面撒一层厚 2 毫米的水泥，随即揉压抹光，每次抹和料从加水至铺筑宜在 1.5 小时内完成；设置保护层的塑性水泥土应在塑性水泥土初凝之前铺设完毕。当保护层为水泥砂浆时，应在水泥砂浆上刷一层水泥浆，用钢板压光，并且养护两周以上；注意留引缩缝，一般 1.52.0 米留一条，并用适宜材料填缝止水；如采用预预制板、块铺设施工时，应按现场铺筑要求拌制水泥土，然后将其装入模具中压实成型后拆模，放在阴凉处静置 24
8、 小时，洒水养护，最后将渠床修整后，按设计要求铺设预制板、块。（3）适用条件：气候温和的无冻害地区。（4）应用效果： 一般可减少渗漏量的 80%90%；能就地取材；技术简单，农民容易掌握；造价低，投资少；可以充分利用现有的拌和及碾压机械设备。（5）推广前景：因其投资少、见效快，在今后较长一段时间内，仍将是我国中、小型渠道的一种较简便可行的防渗措施。但是，因其早期强度及抗冻性较差，随着效果更优的防渗新材料和新技术不断涌现，水泥土防渗大面积推广应用的前景较差。1.2.3 砌石防渗（1）技术原理：将石料浆砌或干砌勾缝铺设在渠床表面，形成一层不易透水的石料防渗层，以减少渠道在输水过程中的渗漏损失。（2
9、）技术要点： 采用浆砌块石防渗时，首先将石料用水洗刷干净；砌石应分层砌筑，基础第一层应选用较大块石，每层厚度约 2530 厘米，选用的块石面高度尽可能一致，两边面石砌好后，在其中倒入砂浆，砂浆厚度为每层厚度的 1/41/3，然后填塞碎石块进行灌浆；砌筑块石或片石时，应注意将模缝与纵缝相互错开，砌体应洒水养护 7天；地下水位较高的地区，应在砌体下设排水孔；浆砌块石砌体每隔 2050 米留一条伸缩缝，约宽 3 厘米，用沥青水泥沙浆灌注。 采用干砌块石防渗时，先将渠床清理，平整和夯实，在渠底铺一层约 5 厘米厚的沙浆垫层，然后将石块安放平稳，并用碎石塞紧，如用块石衬砌，一般厚度为 2040 厘米，如
10、用片石厚度为 15 厘米，将石块之间的缝扫净并洒水湿润后，用水泥沙浆勾缝，并进行养护。（3）适用条件：沿山渠道和石料丰富、劳动资源丰富石匠多的山丘地区。（4）应用效果： 抗冲流速大、耐磨能力强；抗冻和防冻害能力强；具有较好的防渗效果，可减少渗漏量 50%左右；造地取材、造价较低； 能有效地稳定渠道。（5）推广前景：我国山丘地区所占国土面积很大，石料资源十分丰富，农民群众又有丰富的砌石经验，因此，砌石防渗仍有广阔的推广应用前景，但随着劳动力价格提高，因砌石防渗难以实现机械化施工，且质量不易保证，在劳动紧缺的地区则应用会受到制约。1.2.4 混凝土防渗（1）技术原理：将混凝土铺设在渠床表面，形成一
11、层不易透水的混凝土防渗层，以减少渠道在输水过程中的渗漏损失。（2）技术要点：混凝土衬砌按施工方法分为现浇和预制两种。对于现浇混凝土防渗时，其技术要点为：根据地质条件和方便施工来确定防渗衬砌断面形式及要素；选择适宜的结构形式和强度标号，一般大块平板现场浇筑，在南方地区板厚为 515 厘米，北方地区为 1015 厘米，混凝土标号采用 100200 号，板间布置横向和纵向伸缩缝，并用沥青混合物或沥青砂浆油膏等进行填缝；在地下水位较高的渠段，应设置排水垫层或开挖排水暗沟；按拉线放样、清基整坡、分块立模、配料拌合、浇灌捣筑、光面养护、渠堤处理等七道工序进行施工。对于预制混凝土板防渗时，其技术要点为：按预
12、制板施工机械及人工搬运要求确定预制板尺寸；清基测量、按设计断面结构整坡、打桩拉线放样；在铺设断面的坡脚与坡顶设置固定齿槽，在平行水流方向每隔 1520 米设置一道混凝土隔墙；自下而上铺设，各预制板间留 13 厘米的缝隙，用沙浆填缝。（3）适用条件：大小渠道、不同工程环境条件都可采用，但缺乏砂、石料地区迁价较高。（4）应用效果： 防渗效果好，一般能减少渗漏损失 90%95%以上；耐久性好寿命长，一般混凝土衬砌渠道可运用 50 年以上； 糙率小，可加大渠道流速，缩小断面，节省渠道占地；强度高，防破坏能力强，便于管理。(5）推广应用前景：是我国最主要的一种渠道防渗技术措施，推广应用前景十分广阔。1.
13、2.5 膜料防渗（1）技术原理：用不透水的土工织物（即土工膜）铺设在渠床表面，形成一层不易透水的防渗层，以减少渠道在输水过程中的渗漏损失。（2）技术要点： 土工膜有多种，常用的有聚氯乙烯膜、沥青玻璃纤维布油毡、复合土工膜等，应根据其适宜的应用条件来选择；清理和开挖基槽，在基槽上口的两肩各作宽 2030 厘米的戗台或小沟；加工膜料，可用焊接、粘接和缝接，现场铺设采用粘接或搭接时应重叠 1015 厘米，铺设时将膜料边缘埋入戗台或小沟，以防膜料下滑；在膜料上覆盖土层并夯实。 （3）适用条件：交通不便运输困难、当地缺乏其他建筑材料的地区；有侵蚀性水文地质条件及盐碱化的地区；北方冻胀变形较大的地区。（4
14、）应用效果： 防渗效果好，一般能减少渗漏损失 90%95%以上；适应变形能力强；质轻、用量少、方便运输；施工简便、工期短；耐腐蚀性强；造价低，塑膜防渗造价仅为混凝土防渗的 1/151/10。（5）推广应用前景：随着高分子化学工业的发展，新型防渗膜料的不断开发，其抗穿剌能力、摩擦系数及抗老化能力得到提高，膜料防渗推广应用前景十分广阔。1.2.6 沥青混凝土防渗（1）技术原理：将以沥青为胶结剂，与矿粉、矿物骨料经达加热、拌和、压实而成的沥青混凝土铺设在渠床表面，形成一层不易透水的防渗层，以减少渠道在输水过程中的渗漏损失。（2）技术要点：沥青混凝土衬砌防渗，可分为热拌沥青混凝土、冷拌沥青混凝土和沥青
15、预制件衬砌防渗三种方法。对于热拌沥青混凝土防渗，材料组成为：沥青 6.3%，矿渣填料 9.5%，砂 51.2%，骨料（砾石）33%，在高温下热拌和后即在渠基上铺筑，先静压 12 遍，再振动压实。压实渠坡时，上行振动，下行静压。压实过程中，应严格控制施工温度和碾压遍数。中小型渠道单层铺设厚度 45 厘米，大型渠道双层铺设，厚度 810 厘米。在温暖地区可不设伸缩缝，在寒冷地区沿水流方向每隔 56 米设横向缝一条，当渠坡或渠底板宽大于 6 米时，要在中间设纵向缝一条，一般采用梯形或 Y 形缝，并用聚氯乙烯胶泥或沥青砂浆填缝。对冷拌沥青混凝土防渗，采用热拌同样组成的材料，直接在铺筑处混合冷拌并就地进
16、行铺筑压实，进行养护便其固结硬化。对于沥青预制件衬砌防渗，用与热拌同样的组成材料，做成尺寸为 0.50.5 平方米，0.51.0 平方米，厚 46 厘米的沥青预制板块，采用平面震动器震压达到 2.3 吨/立方米容重，然后用人工或机械进行铺设。（3）适用条件：有冻害的地区，沥青资源比较丰富的地区。（4）应用效果： 防渗效果好，一般能减少渗漏损失 90%95%；适应变形能力强；不易老化，且对裂缝有自愈能力；容易修补；造价较低，仅为混凝土防渗的70%。（5）推广应用前景：随着厂油化学工业的发展，沥青资源逐渐丰富，效果较好的热拌沥青混凝土防渗的推广应用前景十分广阔。1.3 渠道防渗工程投资与效益1.3
17、.1 田间渠道防渗投资与效益防渗渠道的经济效益因所处水系、灌区规模、布局、种植品种、土壤质地不同而有差异。江苏省水利科学研究所曾选取高沙土、多级提水丘陵山区、丰沛井灌区、南水北调不同梯级 3 个灌区共 6 种类型进行了效益分析计算。根据铜山县棠张灌区的实际资料，斗、农两级渠道未防渗前渠系水利用系数为61.04%，采用防渗渠后，渠系水利用系数提高到 95.63%，每公顷节省用水 8227 立方米，节水率 36.17%，灌区一级提水费 3.25 分/ 立方米，每公顷节省水费 267 元。铜山灌溉水源的 50%左右是从长江或淮河经过梯级翻水而来，若平均翻水按 6 级计算，则每立方米的翻水费 17.9
18、5 分，采用防渗渠道后每公顷可减少调水费 738.5 元。根据实地丈量还可节省土地 1.5 公顷，节地率 1.5%。若按单产 900 千克计算，粮食单价按 1 元/公顷，则节地净效益 11220 元，平均每公顷地净效益 84 元。由于采用防渗渠道后扩大了灌溉面积，提高了灌溉保证率，每公顷增产粮食 675 千克、净效益 675 元。综合以上几方面效益，采用防渗渠道后，每年节水净效益为 1765 元/公顷，斗、农两级防渗渠道每公顷投资为 4050 元(包括渠上配套建筑物)。若经济计算期 (n)取 15 年、社会折现率(i)按 8%计算，则防渗工程总效益现值为 11057.85 元/公顷，益本比 3
19、.73，投资回收年限 T2.29 年，内部收益率为 43.6%。通南高沙土地区、三级提水丘陵山区、丰沛井灌区、南水北调梯级上的宿豫(六级)、丰县(十级)某灌区防渗渠道经济效益如表 1-1 所示。表 1-1 不同地区防渗渠道效益分析计算 注:(1)社会折现率取 8%;(2)经济计算期取 15;(3)井灌区为农、毛两级防渗，其余均为斗、农两级防渗;(4) 投资中包括配套建筑物和泵站改造费用。从表 1-1 可以看出，修建防渗渠道具有明显的经济效益，在经济上是合理的、可行的。同时也说明，越是水源短缺，越是调水梯级多、距离远，则防渗渠道的效益越高。另外，渠道防渗可有效防止土壤的盐碱化、沼泽化。例如我国华
20、北某些灌区，开始灌溉时，地下水位每年平均上升 12 米。1958 年修建的引黄灌区，开始没有采取防渗及排水措施，不到两年的时间，因地下水位上升，使渠道两岸几百万公顷耕地盐碱化；据江苏省淮阴县水利科学研究站对准阴地区调查，砂土渠道两侧约 20 米宽的农田，因受渠道渗漏的影响，处于饱和状态，一般旱作物减产 5%20%。但上述灌区在采取防渗措施以后，土壤盐碱化得到制止和改善，农业生产得到恢复和发展，因此渠道防渗也具有较好的生态效益。1.3.2 骨干渠道投资与节水效果据对河南、江苏、陕西、湖南、贵州、新疆等十几个省区 200 多个大中型灌区骨干渠道分析结果，由于灌区规模及各地采用的防渗形式、原材料价格
21、、输水流量等大不相同，节省单方水需要的投入相差也较悬殊，从灌区规模来分，有效灌溉面积大于 3.33 万公顷的灌区，节省单方水所需的投资最低为 2 分/立方米，最高达 2.16 元/ 立方米，平均为0.29 元 /立方米；2.0 万公顷 有效灌溉面积3.33 万公顷的灌区，节省单方水所需的投资最低为 1 分 /立方米，最高达 1.97 元/立方米，平均为 0.17 元/ 立方米；有效灌溉面积小 2.0 万公顷的灌区，节省单方水所需的投资最低为 1 分 /立方米，最高达 0.40 元/ 立方米，平均为 0.14 元/立方米。也即大于 3.33 万公顷的灌区节省单方水的费用大致为小于2.0 万公顷的灌区的两倍。具体分析结果见表 1-2。
