大型灌区节水改造工程技术实践：保温措施温度特征研究

保温层的作用一方面在于它能提高基土的温度；另一方面在于能推迟基土的冻结时间。保温板的保温隔热作用，可有效地减缓基土与外界的热交换速度，使基土在冻结过程中温度速率降低缓慢。在冻结期与无措施段相比，同层基土的温度差值逐渐加大，形成了设有保温处理后基土冻结时间推迟或基土不发生冻结的保温防冻效果，这种保温层保温防冻的效果随着保温板厚度的增加而明显增大。图3-7 为1999～2000年永刚分干渠阴坡上、下部及阳坡上、下部采用不同厚度保温板处理与无措施对比段面板下20cm 处地温变化过程线，由图3-7（a）可见，在永刚分干渠阴坡上部分别铺设3cm、4cm、5cm 厚的保温板后，三种方案的保温效果明显，但由于保温板厚度差较小，基土下温度变化规律基本相同，在2000年1月中旬至2月下旬20cm处基土处于冻结期，冻结历时40d左右，最低温度为-2.3℃，而对比段同层的温度为-11.7 ℃；由图3-7（b）可见，在阴坡下部铺设5cm、8cm、10cm厚的保温板后，由于阴坡下部地温较上部低，采用5cm厚的保温处理段在2000年1月初该层开始出现负温，最低温度为-1.7 ℃，但下部的含水量较高，冻结速率较缓，此后温度降低不明显，采用8cm厚的保温处理，在2月上、中旬出现近10d的负温期，呈现高温冻土，最低温度为-0.45 ℃，采用10cm厚的保温处理段在整个冻结期未出现负温，在采用8、10cm厚的两个保温处理段，虽然两条温度过程线变化非常接近，但其温度变化都在相变温度区（0 ℃）上下，因此说明8cm、10cm厚的保温板的保温效果是有明显的差异性；由图3-7（c）可见，在永刚分干渠阳坡上部采用铺设3cm厚的保温板的处理段面板下20cm 处只在2000年1月下旬出现负温，最低温度为-1.9 ℃；由图3-7（d）可见，阳坡下部铺设3cm厚的保温处理段20cm处只在2000年2月10日出现最低温度为0.45 ℃，5cm厚的保温处理段最低温度为1.5 ℃，即阳坡下部铺设3cm、5cm 保温处理无负温出现。

图3-5　1999～2000年渠道对比段阴、阳坡上、下部20cm 埋深处地温过程线

（a）永刚分干渠；（b）西济支渠

图3-6　1999～2000年渠道对比段阴坡上部基土各层地温过程线

（a）永刚分干渠；（b）西济支渠

图3-7　1999～2000年永刚分干渠对比段和保温处理段20cm 埋深处保地温过程线

（a）阴坡上部；（b）阴坡下部；（c）阳坡上部；（d）阳坡下部

图3-8　1999～2000年西济支渠对比段和保温处理段20cm埋深处地温过程线

（a）阴坡上部；（b）阴坡下部；（c）阳坡上部；（d）阳坡下部；（e）渠底

图3-8为西济支渠阴、阳坡上、下部及渠底采用不同厚度保温板处理与无措施对比段基土下20cm埋深处地温变化过程线，采用不同厚度的保温处理后，其保温防冻规律与永刚分干渠基本一致，在此不再赘述。

表3-5为1999～2002年三个冻融周期永刚、西济对比段和不同保温处理段20cm处的温度值，表中反映了不同渠道走向及不同坡向同层地温的温度差异变化情况。(www.xing528.com)

由上述分析可知，衬砌渠道采用保温基础处理，基土在冻结过程中，明显反映出保温板导热系数低，能有效提高冻结区基土温度的性能，有效推延冻结过程。

表3-5　永刚分干、西济支渠不同措施处理段20cm埋深处地温值　（单位：℃）

续表

由表3-5可见：永刚分干渠阴坡上部铺设3cm、4cm、5cm厚保温板，其下部20cm处基土地温分别提高7.39 ℃、8.05 ℃、8.50 ℃；阴坡下部铺设5cm、8cm、10cm厚保温板，其下20cm处基土地温分别提高9.75 ℃、10.86 ℃、11.63 ℃；阳坡上部铺设3cm厚保温板，其下20cm处基土地温提高2.22 ℃；阳坡下部铺设3cm、5cm厚保温板，其下20cm处基土地温分别提高2.28 ℃、3.58 ℃。西济支渠阴坡上部铺设4cm厚保温板，基土地温可提高4.58 ℃；阴坡下部铺设5cm、8cm 厚保温板，地温分别提高3.04℃、4.39℃；阳坡上部铺设3cm厚保温板，基土地温提高1.8 ℃；阳坡下部铺设3cm、5cm厚保温板，基土地温分别提高1.43 ℃、2.67 ℃。综合分析永刚分干渠、西济支渠采用保温措施后，阴坡上部平均每厘米保温板可提高1.8℃，下部可提高1.3 ℃。阳坡上、下部基本一致，平均每厘米保温板可提高温度0.7 ℃。由此看来，在相同的温度环境下，东西走向渠道阴坡上部铺设5cm 保温板未能消除负温，其主要原因是顶部未做保温处理，阴坡下部铺设8cm、10cm厚保温板，几乎消除负温或完全消除负温。阳坡由于下部温度高于上部，所以保温板厚度以满足最上部有不产生冻胀破坏的温度即可，即阳坡上、下部均可铺设3cm 厚保温板即可达到基本消除负温的目的。南北走向的渠道，由于阴、阳坡及上、下部温度差异很小和在西济支渠相同温度条件下，南北走向的渠道，阴、阳坡均可铺设4cm 厚保温板即可达到消除负温要求。

根据1999～2002年试验观测资料，作不同保温板厚度S 与地温提高值T 回归拟合曲线如图3-9，图中反映了保温板厚度对渠道基土温度提高值的影响规律，其关系曲线表达式为

式中　T——温度提高值，℃；

S ——保温板厚度，3 ≤S ≤10，cm。

图3-9　温度提高值与保温板厚度的关系曲线

回归拟合曲线分析表明：基土温度提高值与保温板厚度之间的关系曲线呈对数关系。