如何选择合适的渠道类型？

常用的渠道断面形式有矩形断面、梯形断面、U形断面。矩形渠道断面是一种结构较为简单且实际应用推广较多的断面形式，有设计、施工简单的特点。但是由于矩形断面存在水力半径较小、湿周较长、有垂直角度等诸多问题，使得矩形断面形式的渠道的水力条件较差，从而影响其过水能力。且渠道衬砌后的边坡为竖直，渠道底部为水平形式，抗冻能力不足，在建设大型衬砌渠道时不推荐使用矩形断面形式。

梯形渠道断面形式是在矩形断面的基础上发展起来的一种形式，早期被大部分衬砌渠道工程所采用，它具有比较好的水力条件，过水能力较高，这种断面形式呈倒梯形，两侧渠壁采用的边坡系数最大可取到1∶2.0左右，水力最优断面的宽深比为0.83～0.61，最小值可达到0.47。防渗衬砌材料常采用黏土材料，混凝土或浆砌块石（砾、卵石）、钢筋混凝土等。这种断面形式在各方面较矩形断面形式有所改进，但是梯形断面的渠道抗冻能力依然较差，而且在渠道工程中占地较多。

U型渠道断面是曲线与直线组成的断面形式。在水力条件、抗冻能力和外形的美观等方面都优于梯形和矩形断面，其断面形式为圆弧斜边形和半圆直边式等，圆弧斜边形多用于较大工程，半圆直边式多用于小型工程。在小农水渠道设计中有着越来越广泛的应用。

下面就U形和梯形两种型式的渠道进行具体的对比分析，以阐明U型渠道的优良性能。

（1）如果各种几何形状面积相等，则圆的周长最短，而U型渠道形式最接近圆形。所以U形断面形式比梯形、矩形的水力半径都大，流速分布均匀，近似水力最佳断面。故在满足其他外部条件及水力条件相同的情况下，U形断面形式渠道过水能力最大。

（2）U型渠道的断面小，而且表面非常地光滑，所以在输水的过程中，产生的阻力较小，有较强的输水、输沙性能。在相同的条件下，与传统土沟渠进行比较，U型渠中水流速度较快，是传统沟渠水流速度的2倍以上，所以U型渠道是一种农田节水灌溉较好的输水设备。而U型渠道在输水的过程中，水流速度较快，则产生的过水断面较小，在施工过程中，消耗的施工材料少，而且施工快，可以保证如期完工。且占用的面积小，寿命较长，可以长时间地应用在农田节水灌溉中，也不会发生冻胀的现象。(www.xing528.com)

（3）U型渠道下部的半圆土槽处于稳定状态，上部直线段土壤侧压力也较小。混凝土衬砌体下部为反拱，整体性好，在地基土壤冻胀力作用下，能适应整体上抬，充分利用混凝土良好的抗压性能，改善衬砌渠道膨胀变形分布的不均匀性，在无特殊的侧向水、土压力时，一般衬砌厚度较薄。而梯形衬砌底部和边坡均为平板结构，边角互相制约，易于遭受冻胀破坏。

（4）梯形渠道一般采用浆砌石、现浇混凝土或混凝土预制板衬砌，U型渠道一般采用U形预制块进行衬砌。由于小农水重点县工程中渠道断面尺寸较小，采用浆砌石衬砌施工难度偏大，占地面积也较多，因此采用混凝土衬砌更为合适，且在相同水力条件下，梯形渠道和矩形渠道工程量接近，而U型渠道工程量远低于梯形渠道和矩形渠道。

（5）由于U型渠道比梯形的混凝土渠道湿周短、流速快、裂缝少，因而输水损失比梯形渠道要小。实验员用静水法测得的U型渠道每千米输水顺势率为0.01637%，比梯形混凝土渠道每千米输水损失的0.017%要小，U型渠道能减少土渠渗漏量的96%，可以得到理想的节水效果。

据相关资料的介绍，混凝土U型衬砌渠道（圆弧斜边形）比混凝土梯形衬砌渠道节省20%～30%的工程投资，同时减少工程量的30%～40%，特别是由于底弧半圆拱的作用，U型混凝土渠道结构的抗冻性比梯形、矩形好。U型渠道自身具有良好的防渗效果，与传统沟渠相比，可以减少85%以上的水资源损失，U型渠道不会生长杂草，还可以将自身的抗冲刷能力提升，防止沟渠塌陷。

综上所述，U型渠道与梯形、矩形断面渠道相比，水力学性能良好，防渗性能佳，抗冻性能强，占地面积较小，造价低，施工便捷，工艺简单，施工时间短，在小农水重点县和高标准农田建设工程中已经得到了大规模的推广应用，是一种比较好的节水灌溉设施。