高地下水位灌区渠道渗漏数值模拟研究

摘要

高地下水位灌区渠道具有比一般输水渠道更复杂的运行条件。目前，对高地下水位灌区渠道衬砌开展的研究较少，选择一种既防渗又能排水防扬压力的衬砌成为高地下水位灌区衬砌改建及持续健康发展的关键。本文结合宁夏引黄灌区实际工况研究了渠水位和地下水位、透固体衬砌位置、渠基土性、透固体宽度对渠道渗漏影响及衬砌优化的问题并对其进行了推广研究，为类似宁夏引黄这样的高地下水位灌区提供渠道衬砌改造的优选方案。本文主要得到了以下结论：　　(1)地下水位埋深较浅时，渠水位和地下水位深度对渠道渗漏量影响较大。由于渠内外水头差的增加或减小，渠道渗漏量随着渠水位和地下水位的变化成线性比例变化。地下水位埋深较大时，渠水位和地下水位深度对灌区渠道渗漏量影响较小。　　(2)透水式衬砌（透固体衬砌结构或衬砌开缝等）布设位置对高地下水位灌区渠道渗流影响较小。透水式衬砌布置在渠坡底部时，灌溉期的衬砌节水率最小，非灌溉期的浸润线最大下降高度最大；透水式衬砌布置在渠底中部时，衬砌节水率最大，浸润线最大下降高度最小；透水式衬砌布置在渠底两侧时，衬砌节水率及浸润线最大下降高度均处于其他两种布设位置之间。透水式衬砌防渗形式一定程度上可减小渗漏量和浸润线高度。综合考虑，在地下水位高于渠底的渠段可采考虑透固体布置在渠底两侧。渠道全衬砌时，渠道渗漏量很小，衬砌节水率极高，在地下水位低于渠底的渠段可采取全衬砌。　　(3)渠基土层的渗透系数对渠道渗漏量的影响很大。在透固体衬砌防渗形式下：灌溉期，砾石土渠基下衬砌节水率最高，砂土渠基下衬砌节水率较低，砂壤土渠基下衬砌节水率最低；非灌溉期，砾石土渠基下浸润线最大下降高度最大，砂土渠基下浸润线最大下降高度较小，砂壤土渠基下浸润线最大下降高度最小，浸润线最大下降高度随着土层渗透系数的增加而增大。全衬砌时，不同渠基下渠道渗漏量近似相等，衬砌节水率极高。　　(4)透水式衬砌（透固体衬砌结构或衬砌开缝等）宽度对渠道渗漏量影响较大。渗漏量随透水式衬砌宽度变化的敏感程度存在一个拐点。针对宁夏引黄灌区实例，当透固体渗透系数为2.00×10-4m/s时，砂壤土渠基下该拐点位置大约为0.1m，砂土渠基下该拐点位置大约为0.25m，砾石土渠基下该拐点位置大约为0.5m。透固体宽度对砾石土渠基的渗漏量影响很大，对细砂土渠基的渗漏量影响较小，对砂壤土渠基的渗漏量影响很小。随着渠基土渗透系数的增大，透固体宽度对渠道渗漏量的影响越来越显著。　　(5)基于衬砌开缝防渗形式优化的垂直导流板长度对渗流量有较大影响。导流板古度越长，实际渗流面积越大，渠道渗漏量越少，衬砌节水率越高，地下水位的抬升高度世越小。在渠道衬砌透水处布置导流板可减小渠道渗漏量，同时减少地下水位的抬升高度更提高了渠水的利用率和衬砌的稳定性。

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