北方水资源状况比较贫乏，这是制约北方各项发展的一个客观原因。“高效节水灌溉”理念风靡北方，节水灌溉工程应运而生，主要措施有设施更新换代、科学技术应用、农业水价改革、灌区节水配套改造及筹资项目等。砼U型渠道优势明显，总体看来低温耐用性较强，节约空间、经济适用，国内水利各部门对其评价良好。该技术经过多年试验发展，施工质量日新月异，重点是相关设施设备更新换代及科学技术创新发展使得其施工难度下降，与此同时，它良好的质量效果符合我国行业现行施工规范标准，所以在小型农田水利工程中使用效果已得到广泛认可。
1砼U型渠道的设计特征应用
砼U型渠道采用反拱结构，低温耐用性较强，整体稳定性首屈一指。U型槽弧底圆心角以152°~156°为宜，外倾角度设计为11°~14°，渠道高度与渠底圆弧直径比例在1∶1，设计渠体混凝土厚度4~10cm。在特殊地貌施工时渠体外倾角可适度调整，渠道衬砌施工可根据实际情况适当增加尺寸，做好防冻胀破裂措施，也可在渠体内外做防渗透和防腐处理。
2砼U型渠道在应用中的优势
2.1渠道具有良好的耐久性。砼U型渠道工程，是一次性少投入且长年使用的工程。渠道实际使用寿命在20年左右，因此整体使用周期较其他类型渠道拥有更加显著的优势，在农业生产过程中更大限度的发挥着无与伦比的作用。特别是北方地区，如果在渠道内部增加防腐措施，外部加以防冻胀处理，到时渠道更加不易腐蚀，延长渠道实际使用寿命。U型渠道投资少，寿命长，在小型农田水利工程建设过程中，扮演者举足轻重的角色，为提高农民经济效益立下了“汗马功劳”。
2.2渠道的可覆盖性优势明显。U型渠道的结构设计形式简约，U型槽采取混凝土材料预制，断面口宽由于设计原因相对较小，因而具有覆盖性能良好的特点，特别是针对渠道内的水流，利用遮阴网等加以遮蔽，在炎热的夏天可以有效降低水源蒸发量，更加有利于避免外界生产生活环境对灌溉水源造成污染。U型渠体具有优良的整体稳定性，可利用农业生产生活间歇期施工，按照其原有渠道布置，对渠道线形走向实施设计布局、测量放样，进行渠道高程设计，尽快辅助渠道工程建设，进一步提升农业灌溉效率。目前，对比高台县灌区农田水利工程使用情况，U型渠道已得到了广泛的应用和广大用水户的认可，为农民经济创收取得了显著的经济效益。
2.3砼U型渠道防渗性能优越。该类型渠道结构原理简单，工程质量可控，没有发生漏水情况。渗漏对地下水水质有深刻影响，特别是地下水含量过高且土壤成分盐渍化的地区，可以采用抗硫水泥等种类的改良性水泥。如甘肃省张掖市高台县罗城灌区位于黑河河谷平原区，地下水化学特征主要受灌溉水入渗和蒸发的双重影响，水化学类型为SO4-2-HCO3--Na+-Mg+2，矿化度1~2g/L，但表层地下潜水水质更差，矿化度达2~5g/L，土壤酸碱度为8.5，地表盐渍化严重，地下水及盐渍土对砼有硫酸盐腐蚀性。对比其他类型渠道，渠道整体稳定性较强，从防渗透效果看，该设计优越性更加突出。在小型农田水利灌溉过程中，U型渠道不仅解决了渠道设计结构形式单一化的问题，还能够帮助U型渠道优化断面，可根据流量不同等情况，分别选择不同断面形式衬砌，以便达到经济适用等需求。
2.4砼U型渠道在小型农田灌溉中效果显著。U型渠道结构设计的优点体现在容积较大，具备较好的水体流动性，所以水流通过能力优良，这使水流运输空间得到较大解放，可以达到1.2m/s左右的渠道流速，而相同断面下的梯形土渠流速仅为0.6m/s，流速提高50%以上。另外较糙率而言，梯形土渠糙率值大约为0.025，但U型渠道糙率值仅为0.017左右，流量和流速水平均大幅度提高，并使渠道冻胀破坏、渗漏及淤积问题得到较好改善，有效提高灌溉水利用率，农田节水灌溉效果显著，增加农户经济效益。如罗城灌区采用砼U型渠道，流水畅通无阻，砂体淤积现象大为改观。该灌区地表分布0.5~3m厚度的第四系全新统细颗粒地层，为冲积淤泥质粉细砂夹薄层壤土，下部为砂及薄层砂砾石层。因此，冻胀破坏与渗漏是主要的工程地质问题。渠道大部分以土渠为主，渠体疏于清理，造成杂草树木丛生，渠道水流受到植物茎叶等带来的阻力增加，渠道淤积严重，流速缓慢，上述问题在应用该设计后得到良好改善。
2.5砼U型渠道省工、省料、省空间。在农田水利节水灌溉工程建设中，为了使工程建设效益增加，务必充分优化设计，高效能发挥U型渠道的各方面的优越性。U型渠道在施工过程中，施工的工序较为简单，工期短、施工快、易操作。具体的施工环节如下：首先由专业技术人员进行测量放样，渠道的成型开挖为施工开始，其次针对已经成型的渠道，进行渠底垫层铺筑工序。铺筑过程中，使用的材料为砂砾碎石，铺筑时对垫层的宽度及厚度均有严格的施工设计要求，铺筑施工结束之后，进行定线放样，确定渠道衬砌位置、高程等。当渠道完成衬砌，细粒混凝土勾缝完成后，进行边坡垫层铺筑及土方夯填施工。在渠道工程建设过程中，通过应用U型渠道，渠道口宽较小，占地面积降低，土地资源得到有效释放，对于保护农业耕地面积及土地资源得到有效利用具有十分重要的意义。从人工、机械、材料等角度比较，人均每日可完成15~20m的U型槽衬砌量，混凝土施工量在1.6~2.2m3。在节省施工材料方面U型渠道优势显著。例如建设一条长度为1kmD85U型渠道使用混凝土152m3，但如果建设同样断面的梯形渠道需要混凝土215m3，对比之下，砼U型渠道可节约投资1.5万元左右，节约渠道占地面积0.5hm2以上。U型渠道耐久性强，相较其他渠道类型使用率较高，而其他类型损坏率较高，在使用10年以上后就会出现不同程度的破裂损坏现象。
3渠道工程建设与效益分析评价
根据罗城灌区使用调查结果分析，一条长度为1km的D85U型渠道衬砌投资25万元，其中施工材料费、机械及材料运输费约18万元，人工费7万元。渠道衬砌后每年可以节约水量8.5万m3，增值2.1万元，若当中不计算农作物增产值，利用12年节省的水费即可收回工程总投资。延伸开来说，U型渠道使用寿命在20年以上，还能不间断节省水费8年左右，这又是一笔可观的收入。经过以上简单分析，渠道建设经济效益回报率表现优良，更加突出的是在其节约水资源方面的效果众所周知，灌溉水利用时间减少但灌溉农作物面积增加，降低生产成本，为农业增效打下基础。
4结束语
总结起来，该设计和其他类型的渠道结构设计比较，U型渠道在防渗透、耐久性及持续稳定性等方面独树一帜。因而建议在北方农田水利节水灌溉渠道工程设施建设中，推荐增加U型渠道的利用率，严格落实U型渠道的设计施工监理标准与工程建设质量安全管理工作，保证U型渠道施工质量，做好“事前、事中、事后”三项控制，保障渠道建设在农田水利灌溉工作中发挥出积极的作用，从而提高农田水利渠道灌溉水利用系数，积极响应国家“节约用水”号召，推动北方水资源优化配置及可持续发展，为乡村振兴战略添砖加瓦。
作者：杨波 单位：高台县罗城水管所