程满金内蒙古自治区水利科学研究院二 0 一二年七月

内蒙古大型灌区渠道防渗 防冻胀试验研究与推广应用程满金内蒙古自治区水利科学研究院二0一二年七月

汇报内容 一、灌区基本情况二、渠道衬砌结构型式三、渠道衬砌新材料应用研究四、北方渠灌区节水改造技术集成模式. 五、隆胜、治丰示范区简介六、主要创新点与取得知识产权成果七、保温材料在衬砌渠道防冻胀应用技术适用范围与条件研究

一、灌区基本情况 （一）全国大型灌区概况（二）内蒙古大型灌区概况

（一）全国大型灌区概况 1998年水利部启动实施了大型灌区续建配套与节水改造工程建设，大力推进灌区“两改一提高”，全国共有434处大型灌区列入规划实施，规划投资1800亿元（其中渠道衬砌占63%），近十年来已完成国家投资300亿元，仅完成规划任务的37%。水利部2011年11月研究部署大型灌区续建配套与节水改造工作，陈雷部长指出：到2020年基本完成大型灌区续建配套与节水改造任务，是2011年中央1号文件和中央水利工作会议明确的重要任务，是事关国家粮食安全的重大举措，也是各级水利部门必须全力完成的政治任务。当前和今后一个时期，大型灌区配套改造将全面提速，进入高强度投资、大规模建设时期。

渠道防渗 截止到2010年，全国节水灌溉面积达到4.1亿亩，其中渠道防渗1.8亿亩，占44%，近十年来得到较快发展，仍是今后实施的重点节水灌溉工程形式。

2010年内蒙古盟市渠道防渗面积柱状图 单位（万亩）注:全区渠道防渗总面积1115.4万亩。

（二）内蒙古大型灌区概况 内蒙古共有14个大型灌区，规划灌溉面积1624万亩，有效灌溉面积1396万亩。大型灌区分布在自治区的8个盟市。1998-2011年，国家投资25.81亿元（中央投资18.34亿元、地方配套7.49亿元），占规划投资38%，

（三）内蒙古中小型灌区概况 内蒙古共有58个中小型灌区，规划灌溉面积320万亩。

（四）内蒙古河套灌区概况 河套灌区是亚洲最大的一首制灌区和全国三个特大型灌区之一，引黄控制面积1743万亩，有效灌溉面积861万亩，是我国重要的粮油生产基地，年引黄水量约50亿m3，自治区分配水量40亿m3（包括水权置换3.6亿m3），灌区节水改造规划拟投资60亿元，节水12亿m3，节水任务重，潜力大。红圪卜扬水站总排干沟乌梁素海总干渠黄河河套灌区地图三盛公枢纽

内蒙水科院在大型灌区开展的研究与示范工作 1、河套灌区杨家河干渠渠道防渗试验（内蒙水利重点科研项目1978-1982年） 2、内蒙古渠道衬砌冻害防治试验研究（内蒙科技厅重点项目1982-1986年） 3、内蒙古河套灌区节水改造工程综合节水技术试验与示范研究（内蒙水利科技重点项目1999-2002年）（隆胜示范区） 4、内蒙古大型灌区节水改造综合技术试验监测与示范推广（国家农业科技成果转化资金项目2002-2004年） 5、北方渠灌区节水改造技术集成与示范（治丰示范区）（国家“十一五” 科技支撑计划重点项目2006-2010年） 6、大型灌区高效节水灌溉综合技术集成研究与示范（双河示范区）（自治区水利“十二五”重大科技示范项目 2012-2014年）协作单位：河灌总局、内蒙农业大学、临河区水务局、解放闸灌域管理局、一干灌域管理局、永济试验站、沙濠渠试验站

灌区节水改造主要研究与示范内容 1. 骨干与田间渠道衬砌结构型式； 2. 渠道衬砌冻害防治技术； 3. 渠道衬砌新材料应用研究； 4. 田间节水改造技术（平地缩块与畦田改造） 5. 地面灌溉新技术研究（沟灌） 6. 灌区主要作物优化灌溉制度 7. 末级渠道量水新技术开发研究 8. 田间土壤墒情和量水自动化技术研究 9. 灌区用水管理技术研究 10. 节水改造工程实施后对灌区生态环境影响的评价 11. 灌区综合节水技术集成模式建立

河套灌区衬砌渠道冻胀破坏情况 2003年 1980年杨家河干渠 2000年永刚分干渠

河套灌区斗农渠U型槽衬砌冻胀破坏情况

呼和浩特麻地壕灌区 赤峰甸子灌区规范要求预制砼板衬砌使用年限20-30年，由此可见冻胀破坏问题，会严重影响灌区节水改造工程的使用寿命和效益发挥。

二、渠道衬砌结构型式 • 骨干渠道衬砌结构型式 • 田间渠道衬砌结构型式 • 田间渠系建筑物结构型式

骨干渠道衬砌结构型式 • 骨干渠道（干渠、分干渠）衬砌结构型式采用梯形断面，塑膜防渗，边坡聚苯板保温防冻，砼板护坡，渠底素土保护。永刚分干渠永济干渠，设计流量80m3/s，灌溉面积129万亩，采用全断面聚乙烯膜防渗，聚苯板保温防冻（阳坡6-8cm，阴坡10-12cm），混凝土预制板护坡。

田间渠道衬砌结构型式 中型渠道（支渠、斗渠）宜采用梯形断面弧形渠底或梯形断面弧形坡脚，全断面砼板护面，塑膜防渗。梯形断面弧形渠底梯形断面弧形坡脚

预制U型槽衬砌 小型渠道宜采用预制混凝土或现浇混凝土U形槽的衬砌防渗结构型式。

农渠现浇混凝土U型槽衬砌 治丰农渠现浇砼U型槽衬砌隆胜农渠现浇砼U型槽衬砌

隆胜示范区斗渠全断面塑料薄膜防渗、素土保护衬砌结构型式隆胜示范区斗渠全断面塑料薄膜防渗、素土保护衬砌结构型式

田间渠系建筑物结构型式 斗、农渠闸门农渠闸门一字板闸田口闸门毛渠闸门

三、渠道衬砌新材料应用研究 1、聚苯保温板在衬砌渠道防冻胀中的应用研究 2 、风积砂换填在衬砌渠道防冻胀中的应用研究 3、土壤固化剂新材料在衬砌渠道中的应用研究 4、膨润土防水毯新材料在衬砌渠道中的应用研究 5 、现浇钢丝网砼与保温一体化抗冻胀应用研究 6 、模袋混凝土新材料在衬砌渠道中的应用

1、聚苯乙烯保温板在衬砌渠道防冻胀中的应用研究1、聚苯乙烯保温板在衬砌渠道防冻胀中的应用研究 1999年在永刚分干渠和西济支渠引进聚苯板作为渠道衬砌防冻新材料，开展了不同渠道走向、坡别与部位的聚苯保温板适宜铺设厚度研究。聚苯乙烯泡沫塑料板物理力学性能永刚分干渠西济支渠

渠道冻深、土壤含水量、地温、冻胀量、地下水位观测渠道冻深、土壤含水量、地温、冻胀量、地下水位观测

基础采用保温措施的温度特征 1999～2000年永刚分干渠阴坡下部20cm埋深处保温处理地温过程线提高地温效果：阴坡上部平均每厘米保温板提高基土温度1.8℃,阴坡下部平均每厘米保温板提高基土温度1.3℃

采用保温措施渠道基土的冻结规律及特征 阴坡上部阴坡下部减少冻深效果：阴坡上部平均每厘米厚保温板可减少冻深值11.3cm，阴坡下部为6.8cm，阳坡上部为11.7cm，阳坡下部为5.0cm

西济支渠衬砌渠道边坡冻胀规律及特征 1999～2000年西济支渠阳坡中部冻胀量过程线减少冻胀量效果：阴坡上部铺设3～4～５cm厚保温板可削减冻胀量分别为52％、93％、100％，阴坡中部铺设5～8～10cm厚保温板可削减冻胀量分别为52％、97％、100％，阴坡下部铺设5～8～10cm厚保温板可削减冻胀量分别为39％、72％、82％

衬砌渠道冻胀规律及特征 2000～2001年年西济支渠渠底各测点最大冻胀量图

衬砌渠道冻胀规律及特征 2000～2001年永刚分干渠渠底各测点最大冻胀量图 2000～2001年年西济支渠渠底各测点最大冻胀量图

保温板厚度与温度提高能力的关系 保温板厚度与冻深的关系

小结 1、采用聚苯板保温措施取得了显著的提高地温、减少冻深和冻胀量效果。 2、研究提出了骨干渠道不同走向、坡别与部位的聚苯乙烯保温板适宜铺设厚度。保温板铺设厚度与基土温度、冻深、冻胀量、含水率之间的关系。 3、聚苯板保温措施已在内蒙古自治区8个大型灌区415公里骨干渠道推广应用，保温板用量35万m3，提高了渠道的使用寿命，达到了“防渗、抗冻、经济、可行”的目的。南水北调工程输水干渠（河北段）河套灌区渠道衬砌采取保温措施测算拟增加工程投资14亿元，水利部派专家现场考察，同意采用该措施。实践证明采用聚苯板保温是一种行之有效的最佳防冻胀措施。渠道衬砌采用聚苯板保温防冻措施，密度33.5kg/m3,铺设厚度阳坡3cm,渠底4cm ,阴坡5cm。

2 、风积砂换填在衬砌渠道防冻胀中的应用研究利用河套灌区丰富的风积砂资源进行的换填风积砂防冻胀研究，提出了衬砌渠道不同部位风积砂的适宜换填厚度。 • 河套灌区西济支渠

赤峰甸子灌区风积砂换填冻胀量观测成果（1982-1985年） 赤峰甸子灌区风积砂换填冻胀量观测成果（1982-1985年）

换填风积砂的冻结规律及特征 1999～2000年西济支渠换填风积砂渠底冻深过程线 2000～2001西济支渠换填风积砂 50～70cm阴阳坡中部冻深过程线

换填风积砂的基土含水量变化规律及特征 西济换填30-50cm段与对比段阳坡下部2月15日含水量分布图

换填风积砂衬砌渠道边坡、渠底冻胀规律及特征换填风积砂衬砌渠道边坡、渠底冻胀规律及特征 • 边坡冻胀规律及特征 1999～2000年西济支渠阴坡上部换填风积砂冻胀量过程线 1999～2000年西济支渠阴坡下部换填风积砂冻胀量过程线

换填风积砂衬砌渠道边坡、渠底冻胀规律及特征换填风积砂衬砌渠道边坡、渠底冻胀规律及特征 • 渠底冻胀规律及特征西济支渠渠底各测点最大冻胀量图

小结 1、风积砂属弱冻胀性土壤，是一种较好的防冻胀材料。实测换填层内冻胀率在3%以下，防冻胀效果在90%以上。 2、风积砂的防冻效果随换填厚度的增加而增加，换填率为70%左右时，效果好，造价低，再增加厚度，效果增加不大。 3、渠道两坡宜采取不等厚换填。地下水位埋深在渠底以下40-60cm，阳坡上、下部位换填率可采用45%-70%，阴坡可采用50%-80%，渠底采用80%。 4、工程设计时需检测风积砂含泥量，规范要求不应大于6%，并注意施工中二次污染问题，确保换填防冻效果。

3、土壤固化剂新材料在衬砌渠道中的应用研究3、土壤固化剂新材料在衬砌渠道中的应用研究针对河套灌区砂石料缺乏，为降低田间工程投资而开展的渠道衬砌新材料研究。土壤固化剂及其制作方法专利证书一干灌域东一支渠预制固化板衬砌渠道 • 固化板的抗压强度达到100-150号砼的水平 • 由于实现了就地取材工程造价仅为150号砼的60％-70% • 适用于河套灌区冻胀量较小的田间渠道推广应用固化土技术指标

一干灌域东一支渠土壤固化板衬砌施工（1999年施工）一干灌域东一支渠土壤固化板衬砌施工（1999年施工）

公安斗渠土壤固化板预制、施工、观测与灌溉运行（2007年）公安斗渠土壤固化板预制、施工、观测与灌溉运行（2007年）

土壤固化剂新材料在大型灌区推广应用 隆胜节水示范区西济渠右五斗渠土壤固化板+塑膜衬砌（1999年施工），已运行12年，效果良好。西辽河灌区干渠固化土渠底现浇试验段（2006年）山湾子灌区干渠土壤固化板 +塑膜衬砌渠道（2006年）

膨润土防水毯衬砌与预制混凝土板衬砌比较。成本减少29%;工期缩短30%～50%以上。该材料在灌区应用时间较短，有待进一步监测材料抗老化性能和使用寿命。 4、膨润土防水毯新材料在衬砌渠道中的应用研究膨润土防水毯卷材膨润土防水毯结构图

永刚分干渠膨润土防水毯施工

农渠膨润土防水毯衬砌施工与灌溉运行（2007年）农渠膨润土防水毯衬砌施工与灌溉运行（2007年）

膨润土防水毯新材料在渠道衬砌中的应用 河套灌区永刚分干渠南岸灌区田间渠道黄河南岸灌区总干渠

南岸灌区田间渠道膨润土防水毯衬砌（2007年）南岸灌区田间渠道膨润土防水毯衬砌（2007年）

5、现浇钢丝网砼护坡与保温一体化抗冻结构型式5、现浇钢丝网砼护坡与保温一体化抗冻结构型式研制开发出防渗抗冲能力强、保温防冻胀效果显著、稳定性好的渠道衬砌保温一体化构件，工程造价较预制混凝土板加保温结构形式降低20%。

现浇钢丝网砼护坡与保温一体化抗冻结构型式呼和浩特麻地壕干渠河套灌区杨家河干渠

6、模袋混凝土新材料在衬砌渠道中的应用 总干渠模袋砼衬砌，渠道流量480m3/s,模袋砼厚度15cm 五原县新公中镇斗渠膜袋砼衬砌（土地整理项目）工程投资57.7万元/km，70元/m2 ，较砼预制板+塑膜衬砌增加投资1倍。田间渠道推广是否合理、经济值得商榷。田间渠道

程满金内蒙古自治区水利科学研究院二 0 一二年七月