浅谈U形渠道在节水灌溉中的应用
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摘要：U型混凝土渠道是具有防渗效果好，输水效果强，抗冻胀，渠道占地面积小等优点的一种节水渠道设施，随着U形渠道衬砌机、U形渠道开沟机、U形渠道预制构件机械、U形渠道施工机械的开发，使其具有施工方便、造价低廉、质量可靠、节水等效益，现新建、改建的渠道防渗工程应多采用U形渠道。
关键词：U型渠道 渠道防渗
1 概述
水资源作为生态与环境的基本要素，又是基础性的自然资源和战略性的经济资源。随着经济社会的迅速发展，水资源已经成为经济社会发展的重要制约因素。由于气候、地形以及人为因素的影响，新疆土地沙化、盐碱化严重，水资源稀缺。发展节水灌溉事业，是缓解新疆水资源紧缺的策略，是保障国家粮食安全和经济社会可持续发展的需要。
渠道输水是新疆农田灌溉的主要输水方式。传统的土渠输水渗漏损失很大，为减少渗漏损失，许多灌区更新改造、农业综合开发等项目，通过加大渠道防渗工程建设，以缓解农田灌溉缺水的矛盾。在渠道的各种防渗方式中，U型渠道防渗节水的潜力很大，是应优先考虑的重要技术之一。
近年来，在新疆农业节水灌溉工程建设中，U型现浇混凝土衬砌渠道的应用越来越多，就其良好的防渗效果、较强的输水能力、较好的抗冻胀性能和耐久性能和节省渠道占地等特点，使其成为公认的良好的节水灌溉形式。U型渠是目前推广应用的最好的防渗方式，也是传统的矩形和梯形渠衍伸出一种优化断面结构。但由于人工施工非常困难，质量无法保证，迫使水利技术人员在设计中对于这样的设计方案望而却步。经过水利技术人员多年的实践和推广，混凝土U型渠道机械施工水平得到了进一步提高，尤其是混凝土U型防渗渠道施工成套产业化机械的研发和推广，使混凝土U型渠道的施工速度加快，且混凝土质量高，使其在不同的地形、气候和使用条件下的大中小型渠道和农业节水灌溉工程建设中得到了广泛的应用。
2 U型渠道的结构特点
U形断面渠道是采用底部为半圆或弧形、上部为一定倾角直线段的断面形式，与梯形断面渠道相比，具有流速分布均匀，近似最佳水力断面，流速较快，改善了防渗衬砌渠道膨胀变形分布的不均匀性，且渠底有一定的反拱作用，可以减轻冻害，减少裂缝和错台现象。U型渠道渠底圆弧夹角以152~156°为宜，两侧外倾12~14°，特殊地区外倾角度可适当调整，比如戈壁滩开发灌区，混凝土U型渠道外倾角以18℃为宜；高寒地区，则需适当增加混凝土衬砌厚度，以增加抗冻胀能力；渠深与圆弧直径1∶1，混凝土厚度4~10cm。
3 Ｕ型渠道的技术优点
3.1 Ｕ型渠具有良好的水力学性能
Ｕ型渠截面为U形，具有U形槽的良好性能。由于U形槽下部为半圆形，是水力最佳断面，所以输水能力强。混凝土表面光滑、糙率小、过水断面小、流态好。而相同流速情况下，Ｕ型渠的输水能力大于梯形渠。相同流量和相同比降条件下的U型混凝土渠流速比梯形混凝土渠大，输沙能力增强，避免了多泥沙引水渠道淤积问题。
3.2 Ｕ型渠具有良好的防渗性能
由于Ｕ形槽体湿周最短，U型渠道整体性强，裂缝少，防渗效果较好。其节水效果十分明显，衬砌的渠道斗渠以下渠系利用系数在0.98左右，而土渠水利用系数还不到0.8。据测算，U形混凝土渠较梯形渠每公里输水损失小3.7℅，较土渠可以减少渗漏损失97℅，
3.3 Ｕ型渠具有良好的抗冻性能
U型槽下部呈反拱型，半圆形外的土体基本处于稳定状态，直立段土侧压力很小。对来自外部的冻胀力有较强的抵抗力，冻胀程度仅为梯形渠的1/4～1/3，当冻胀力较强时，U型渠道会整体上抬，解冻后多数可以复位。因此其力学性能好，且抗冻胀破坏能力强，不易破坏。
3.4 Ｕ型渠的其它优点
U型渠占地面积少，一般较梯形断面渠道节省渠道占地1/2左右。当U型渠与梯形渠的衬砌厚度相同，在相同的流量、比降和糙率条件下，比较U型渠和梯形渠的衬砌工程量，相当于比较它们的湿周，U形槽湿周最短，因此较其他断面形成的等厚度衬砌节省材料。由于渠口窄，可节省土地，减少挖填土方量。U型渠施工简易，进度快，采用机械施工工效高，速度快，质量好，整体性强，且便于管理，投资少。
4 Ｕ型渠道的发展趋势
新疆地处内陆干旱区，呈现相对独立的“荒漠绿洲、灌溉农业”特点。为保障国家粮食安全，我国一直在大力发展农业节水，近年来，为解决新疆用水的紧张局面，各级地方政府高度重视农业节水发展，在加大工业节水的力度同时，也加大农业节水灌溉工程投资，大力推广先进、科学、适宜的高效节水灌溉技术，普及标准沟畦灌和消灭大水漫灌，实现干、支、斗三级渠道全防渗的基础性工程建设。虽然喷灌、滴灌等先进的节水技术已得到一定的应用和发展，但现阶段地面灌溉方式依旧以渠道防渗、标准沟、畦灌溉为重点的常规节水措施为主。农作物灌溉方式已从以往的浇地逐渐转向浇作物，大幅度提高了输水效率和水的利用率。
渠道防渗施工机械的开发，尤其是U形渠道衬砌机、U形渠道开沟机、U形渠道预制构件机械、U形渠道施工机械的开发和推广，省工、省料、省时，在节水灌溉技术推广发挥了主要作用。现在的U型混凝土渠道机械施工技术已发展到一机多能，振动成型；气动切缝﹑滑模收面、压顶。牵引和切缝等工序一机完成，费省效宏，气动切缝，切制渠道连续浇筑混凝土的伸缩缝灵便，标准；机械结构紧凑﹑安装、拆卸及运输方便；操机只需一人，便于施工；工效高、质量好，衬砌效率为人工衬砌的12倍。渠道端直﹑混凝土密实﹑表面光滑平整，粗糙率小于0.015。节省能源﹑造价低廉。