渠系改造：新技术与发展趋势

综合国内外渠道系统改造现状可知，随着新材料，新工艺、自动化控制、机械化施工等技术的不断发展，渠系工程改造逐步向标准化、现代化方向发展，主要发展趋势包括：

（一）综合规划与全面改造

由于国家经济建设的迅速发展，工业和生活用水大量增加，使原先以农业灌溉用水为主的单一用水结构发生较大变化；农业产业结构的调整，作物耕作方式和灌水模式的改进，使渠道的输水流量、水位甚至工作制度都有明显改变，根据区域性、整体规划的要求，在水土资源平衡分析的基础上，重新核定、调整渠线，根据新的设计流量复核渠道断面，对渠道系统进行综合规划成为渠系改造的重要前期工作。如日本从20世纪60年代起，对原有水利工程进行全面的规划改造，通过全面的灌区规划，改造原有灌区工程，最有效地利用水资源，其特点是：充分开发利用现有水资源，作好区域性整体规划；按统一规划要求，分期分批进行建设改造；渠系调整中充分注意历史的延续性，保护已经取得的用水权。我国目前开展的大型灌区节水改造续建配套工程，以渠系节水改造为中心，强调水土资源综合治理，社会效益、经济效益、环境效益并重，将促进灌区渠系全面改造，推进灌区现代化建设。

（二）广泛应用新型材料

（1）复合防渗土工布。将改性PVC包括增塑抗老化等材料压延涂敷于无纺布上而形成的复合防渗土工布，结构上有一布一膜，二布一膜等形成，厚度从0.5～2.3mm不等，该产品用于渠道防渗，具有强度高，抗老化性能和防渗性能好的特点，适用于渠道有侧渗或防渗要求较高的工程。

（2）改性塑膜材料。包括改性聚乙烯，聚氯乙烯薄膜，具有防渗性能好，延伸性强，质轻，造价低等优点。其厚度一般为0.2～0.6mm。近几年来，又开发出高密度，宽幅塑膜，尤其是高充填合金聚乙烯膜，其抗拉强度，延伸率和抗撕裂强度有了大幅度提高，同时又具有一般塑膜优良的防渗性能，具有广阔的应用前景。

（3）土壤固化剂。是近年来国内外普遍关注的新型土体加固材料，具有适用范围广，性能稳定，价格低廉，施工及维修方便等优点。除了在交通道路、环保工程、水土保持等领域有广泛应用外，土壤固化剂还可应用于灌区渠系工程的护坡、防渗加固。土壤固化剂分为无机类、有机类及生物酶固化类三种系列。工程实践表明，采用无机材料的固化土性能较为稳定，生成的固化土具有一定的气硬性和水硬性。例如，由中国水利水电科学研究院等单位研制的WH系列和WS系列无机土壤固化剂，在渠系改造中具有较好的应用前景。其中，WH系列主要用于粘土固化，掺加10%的土壤固化剂抗压强度达5.06MPa，渗透系数为2.33×10-8cm/s，经冻融循环试验，外观无明显变化。WS系列主要用于固化天然粗粒料，掺加12%的砂石料，固化后28d抗压强度为1.3MPa，抗渗标号为S8，抗冲刷强度为3.04h/（kg·m-2）性能指标优于普通C10号混凝土。

（4）新型伸缩缝止水材料。刚性材料防渗渠道多用沥青砂浆、油毡、聚氯乙烯油膏等作伸缩缝止水材料，但这些材料有的性能差，有的造价高、施工技术复杂。水利部西北水科所研制出的新型伸缩缝止水材料焦油塑料胶泥，接缝性能好，造价低，目前在我国各地被广泛应用。其他新型止水材料包括适宜冷嵌法施工的PV防水油膏和802型塑料油膏；以氯化丁基橡胶为主体材料的低膨胀止水条等，这些材料具有较强的变形性和自粘接性，抗老化效果好，在渠系改造中有较好的应用前景。

（5）防冻保温材料。寒冷地区渠系改造，必须考虑防冻胀措施。隔热法即通过在渠基铺设保温隔热材料，提高地温，降低冻胀变形。日本已成功开发聚苯乙烯泡沫板等防冻保温材料，并通过加厚这类材料替换渠基置换层。为了降低造价，近年来我国也研制出了膨胀珍珠岩板、矿渣棉板等新型材料，并在渠系防渗改造中逐步试验推广。(www.xing528.com)

（三）采用新型断面形式和结构形式

大中型渠系改造中，弧形坡角梯形断面或弧形渠底梯形断面被越来越多地推广应用。这类渠道与梯形渠道相比，流速均匀，断面近似水力最优断面，水流条件好，输沙能力强，同时由于采用弧形角或弧形底，改善了渠道的应力分布，增强了渠道的抗冻胀能力。这类渠道尤其适用于膜料复合防渗渠，大大增加了边坡的稳定性。中、小型渠道常采用U形断面型式。U形渠道近似水力最优断面，湿周面积小，防渗效果好，用料省。同样输水能力条件下，U形渠衬砌材料用量仅为梯形渠的75%～80%。断面水流均匀，输沙能力强，同时抗冻害性能较高，据统计，混凝土U形防渗渠的冻害程度仅为梯形防渗渠的1/3～1/4。另外，根据地形、土质、施工条件等因素，抛物线型断面、多边形复式断面、弧底多边形断面也在渠系防渗改造中得以推广应用。

（四）施工技术机械化

机械化施工技术能保证施工质量，提供工程施工进度，节省工程总投资。美国等国家从渠道的开挖、整修到防渗处理均采用机械化施工，我国在这方面与国外的差距还较大。但近10年来，我国的渠系改造工程半机械化、机械化施工技术进展较快，已研制出一批适用性强、造价低、适合我国国情的渠道工程施工机械。如各类渠道基槽开挖机、混凝土防渗一次成型浇筑机、断面可变式混凝土浇筑机（适用于流量1m3/s以下渠道）等。江苏、湖南、陕西等地还推广各种定型混凝土、水泥土块（板）预制机，促进渠系改造向工厂化、系列化施工方向发展。

（五）渠系管理自动化改造

随着自动化遥测和遥控技术、信息采集、处理、反馈等智能技术的快速发展和逐步大众化，渠系改造中以自动化技术为中心的现代化改造成为新的发展趋势。美国从20世纪60年代后期开始对大型灌溉工程进行自动化改造。如加州的北水南调灌溉工程，1968年建成首批遥控系统，1983年又建成一座新的计算机控制系统，控制距离为177km，可自动调节干渠水位、流量，各种闸门、阀门开度，渠道和各种设施的资料全部输入计算机。自动化控制系统不仅节省了大批管理劳力，而且提高了管理效率，避免了人力控制时造成的水量损失，节水量为2500万m3/a。日本的水利工程无论大、中、小，包括流域、水库、渠道、农田系统，几乎全部实现了自动化，工程设施和自动化设备均有明确的使用期限，一般10～20年更新一次。自动化管理系统采用集中管理分层分布的方式，即渠道设中央管理站，对渠道装置、抽排水泵站、各级输水渠道及渠系建筑物进行集中控制，下级渠道设分站进行控制，各分站和中央管理站之间采用微波通讯。

我国渠系管理自动化改造从20世纪80年代起步，形式上约有4种，即人机结合系统、遥测系统、决策支持系统、全自动化远方监控系统等，近几年，又研制成功包括农田墒情监测在内的集成化、智能化管理系统。如红旗渠灌区自动化管理系统由1个中心站，6个中继站，13个水位站（其中两站测雨量），1个闸门遥控站，1个自动化喷灌站和1个水电站监测站组成，可实行总干，一、二、三干13个水位点水位、雨量信息的自动监测，分水闸远方或本地自动控制，节水灌溉示范区土壤墒情自动监测和喷灌系统远方或本地自动控制，水位、流量、日引水量，累计引水量等管理参数自动处理，历史数据和实时数据的查询、检索、分析处理等，为渠系自动化改造做出了示范。又如江苏省五岸灌区水管理自动监控系统，控制灌溉面积33万亩，有1个中心站，11个干（支）渠闸的遥控站，5座泵站遥控站组成，可实行全灌区水量实时监控，进水闸、补水泵站远方或本地自动控制。可对各支渠引水过程、泵站抽水及能耗进行查询、统计分析等，有力推动了灌区高效用水并产生了显著的经济效益。