文档介绍：第一章绪论

景电工程是一项高扬程、大流量、多梯级电力提水灌溉工程。工程由景电一期、景电二期和景电二期延伸向民勤调水工程三部分组成。其中景电一期是一个独立的供水系统,景电二期和民调工程共用一个提水系统。为了充分发挥工程效能,珍惜水资源,强化水商品意识,做到科学用水、节约用水、合理灌溉,景电灌区确实需要实施节水改造工程。景电一期灌区支渠以上渠道工程建设时,由于当时受经济条件的限制,渠道仅采用混凝土板衬砌,没有采取其他的防冻胀措施。支渠以上渠道经过近40年的运行,渠道冻胀破坏严重,淤积、滑塌现象时有发生,渗漏水现象严重,渠系水的利用系数降低,输水时间长,灌溉效率低。景电二期工程及民调工程各渠段均存在渠道渗漏问题,其中细粒土渠段存在渠道冻胀问题。为了防止渠道渗漏,对各类地基的渠道均进行了防渗衬砌。从目前的渠道运行情况看,部分渠段的渠基冻胀问题较为严重,出现混凝土预制块隆起变形,渠底混凝土预制块破坏,局部渠段基土沉陷。目前,景电二期工程经过多年运行,机电设备老化,渠道破损、冻胀严重,骨干渠系输水效率逐年降低,部分渠段出现了许多险工险段,严重影响到工程的上水安全和输水效率,景电二期工程急需进行全面更新改造和除险加固。随着水资源的日益短缺,如何开展节水模式灌溉以及节水改造是摆在景电灌区的一个难题,也是一项重大的任务。因此,提高景电灌区的节水力度,对灌区进行支渠节水改造、田间改造等节水措施,减少灌溉用水的无效消耗,有效地节约水资源,减少灌溉用水量有着重要的意义。在节约水量的同时,开展防冻胀渗漏工作,不仅非常必要,而且迫在眉睫。灌区的节水改造是实现流域水资源配置方案的重要保障,也是保证水量稳定的重要基础, 对合理开发利用景电灌区水资源,优化水资源配置起着关键性的作用。

针对灌区防冻胀技术的发展,可以从水力模型谈起。第一个水力模型是由Harlan于1973年提出的正冻土的水热耦合模型,该模型建立在部分已冻土的未冻水运移与非饱和土的水分运移类似的基础上,随后又基于这个基本概念提出了一些模型[1]。将这些模型统称为水动力学模型。所有这些模型是不考虑分散冰透镜体的形成,在一些模型中也不考虑外荷载的影响,只是假设当含冰量达到临界值时发生冻胀[2]。在诸多的水动力学模型中,Guymon改进后的模型是最有发展力的模型,它经过了各种地基类型的检验,能够应用在非弹性土的季节冻结和融化预报中[3]。
80年代初期,根据Miller的第二冻胀理论,提出了刚冰模型,根据这个理论,当有效应力足以抵挡外载时,冻结缘内就会萌生新的冰透镜,描述这一过程的模型就是刚冰性模型[4]。80年代与刚冰性模型并驾齐驱的模型还有分凝势模型[5]。
90年代以来,热力学模型开始提出,建立在质量、动量和能量及熵平衡定律的基础上,利用局部平衡状态和为自由能和耗散势选适当的表达式来求导多孔介质的基本方程[6]。该模型能描述孔隙水冻结产生的负压、孔隙水和热量输送及冻胀[7]。
2000年以来,热力动力模型,工程力学模型取得了前所未有的发展,许多国家、地区以及科研领域将诸多模型应用于实际生产过程中。国外许多发达国家,利用模型理念,在渠道节水改造防冻胀中取得了先进的经验[8]。如以色列,开展喷灌、滴灌农业,取得了先进的成果[9]。另外,美国、法国等发达国家开始实施灌区节水改造工程,取得了显著的成效。在防冻胀方面,许多发达国家近些年来多采用“抵抗”冻胀的新技术措施,即用钢筋混凝土取代素混凝土,同时采用砂砾料换填层、加固基础、增加排水等措施衬砌渠道[10],如:日本现在常采用钢筋混凝土矩形渠槽加换填材料复合型式,美板型式,以上发达国家的措施都能有效抵抗冻胀,且防渗防冻胀效果好,但是,工程造价高,一次性投入过大,并不适用于我国当前经济条件。我国水利工程中防冻胀研究是随着北方水利建设的发展而发展起来的,大致可以分为三个阶段,第一阶段是50—60年代由原水利部沈阳水土工程实验所开展的实验,取得了阶段性的成果。第二阶段是新中国成立后的60-70年代,东北和西北的一些科研设计部门开始进行灌区建筑物冻害的研究。第三阶段是从70年代末到现在,在水电部科技司指导下,成立了科研单位,开始对渠道冻害因素分析,开始摸清渠道冻胀破坏机理,并开始采取相应的措施。

本论文的主要研究内容为:从石羊河流域治理的需要、景电灌区自身发展需要、支渠发展需要等角度出发,论证了景电灌区二期改造工程的必要性,开始对灌区改造参数进行了确定,对灌区改造水平衡进行了分析。主要内容包括:第一章:绪论;第二章:景电灌区概况;第三章:灌区改造设计,分别做出了农作物组成分析,灌溉制度和水灌溉率分析,需水量和供水量分析,节水量分析。第四章:灌区渠道防冻胀设计