一种水田保水的田埂防渗结构的施工方法与流程

本发明属于资源与环境保护技术领域，涉及一种田埂防渗结构，特别是一种水田保水的田埂防渗结构的施工方法。

背景技术：

我国是全球人均水资源最贫乏的国家之一，人均可利用淡水资源量仅为900m³，是世界平均水平的1/4。而且，随着我国社会经济的快速发展，水资源短缺和水污染问题日益严重，成为部分流域社会经济可持续发展的制约因素。为缓解严峻的水形势，“十五”起我国将江河湖水环境污染治理列入国家科技专项，2014年又首次将节水列入国家水利重大工程，以提高我国的水资源利用效率，降低对自然资源的需求量，同时改善水域的生态环境。

我国是农业生产大国，农业生产耗水约占全国总耗水量的70％，而水稻生产的用水则约占整个农业生产耗水的70％，亦即我国的稻田系统耗水量约占全国总耗水量的50％。另一方面，稻田也是重要的农业面源氮磷污染来源，如在太湖流域平原河网地区，农业面源污染负荷入湖量已占入湖污染负荷总输入量的50％以上。太湖流域现状农田肥料年用量平均为氮肥570-600kg/hm²，磷肥79.5-99kg/hm²，化肥平均利用率仅为30-35％。

稻田系统是我国的主力粮仓，其以占耕地总面积不到20％的比例，生产了近50％的粮食(包括冬季作物)，稻田系统的稳定可持续生产关乎国家粮食安全。基于我国的水资源状况，我国历来重视农业生产的节水问题，相继开发出了诸多农业节水技术，提倡节水农业。节水农业是指在农业生产过程中，采取工程、生物、农艺和管理等节水措施，以综合提高天然降水和灌溉水利用率的农业生产方式。在水稻生产的节水技术方面，包括改土渠为防渗渠输水灌溉，通过田间耕作与栽培管理措施，降低水稻生长期间的田间物理耗水量(跑漏渗滴)，采用管灌、微灌、喷灌和结合覆膜栽培进行滴灌等，近年又发展到节水抗旱水稻品种的选育，以及在研究水稻不同生育阶段需水规律的基础上，构建基于无线传感网络技术的稻田节水灌溉控制系统等，但总体而言，除其中的采用节水抗旱水稻品种和无线传感网络技术的稻田节水灌溉控制系统较为有效和有较强的可应用性，具有较好的发展前景外，其他稻田系统内的节水技术由于或因其本身节水潜力有限且操作繁琐，或因投入和维护成本偏高等原因，总体可应用性较差。

由于稻田的长期淹水，形成了不同于旱地的土壤结构，典型的黏性稻田土壤由耕作层、犁底层和母质层组成，其中犁底层具有很强的防渗漏作用，研究表明此类稻田的渗漏速度约为1-5mm/d，而事实上，我国稻田的灌溉水利用系数只有0.40—0.45，损失之大可见一斑。据分析，产生这一巨大落差的原因主要在于田埂的土壤层中不存在犁底层，导致大量的稻田水通过该区域下渗或侧渗，成为水田区域的“漏斗”。因此，如何在确保稻田作物高产稳产的前提下，特别是较大幅度地降低水稻生产过程中的稻田水通过田埂区域下渗和侧渗途径的损失，提高水资源的利用效率，同时通过减少稻田养分随水的渗漏流失量，减少稻田系统的面源污染负荷，已成为我国稻区，尤其水资源紧缺和水环境污染严重稻区的急需技术之一。

技术实现要素：

本发明的目的是针对现有的技术存在上述问题，提出了一种水田保水的田埂防渗结构的施工方法，本发明具有使用寿命长、无须养护且确保水田水分不会侧渗、少下渗的特点。

本发明的目的可通过下列技术方案来实现：一种水田保水的田埂防渗结构的施工方法，其特征在于，包括从上至下依次设计的操作道区块、固定层区块和防渗膜，所述的操作道区块为混凝土结构，所述的固定层区块为混凝土结构，所述防渗膜的材料为高密度聚乙烯塑料，具体采用以下步骤：

a、对拟实施区域的水田土壤类型、稻作历史、灌溉条件、水资源和水污染现状进行详细调查，在此基础上进行针对性的工艺设计，包括目标寿命、工程范围和设计规格；

b、在确定的建设区域拉线定位，清除需安装固定层区块及其施工所需空间中的泥土；

c、用人工或机械压实基底，并在区域的正中间拉定位线进行定位，用人工或机械向定位线一侧挖一窄沟，用于安装防渗膜，因此其宽度视作业可能越窄越好，深度则根据设计要求；

d、将防渗膜垂直安装于整个防渗结构的正中间,上至操作道区块上垫面以下10cm,下至固定层区块下垫面以下20cm；

e、将固定层区块安装于整个防渗结构的中层，并与防渗膜的上下延部分组成，固定层区块位于水田田面以下,且其上垫面与水田田面持平；

f、将操作道区块安装于整个防渗结构的上层，并与防渗膜的上延部分组成，操作道区块位于水田田面以上,且其下垫面与水田田面持平。

在上述的水田保水的田埂防渗结构的施工方法中，所述步骤d包括以下步骤：

d1、首先根据设计参数对防渗膜进行裁剪，裁剪形成若干防渗膜单元；

d2、将所有防渗膜单元置于事先挖好的窄沟旁边，而后将第1个防渗膜单元其长度的约95％插入窄沟内，并使其处于定位线一侧,之后将第2个防渗膜单元与第1个防渗膜单元进行边缘重叠，重叠处用热胶法或者胶水衔接，衔接后插入沟内，依次类推；

d3、用碎土回填对防渗膜予以固定，回填时需反复压实。

在上述的水田保水的田埂防渗结构的施工方法中，所述的防渗膜的厚度为0.8-1.2mm。

在上述的水田保水的田埂防渗结构的施工方法中，所述的防渗膜包括若干呈矩形状的防渗膜单元，所述的防渗膜单元的宽度为50-65cm，若干所述防渗膜单元之间采用热胶法或者胶水衔接。

在上述的水田保水的田埂防渗结构的施工方法中，所述的胶水为丁基胶。

在上述的水田保水的田埂防渗结构的施工方法中，所述的步骤e中的固定层区块的材料由螺纹钢和混凝土组成，所述的螺纹钢的规格采用直径为8-14mm，所述的混凝土采用普通市售标号c35，防渗膜位于固定层区块的纵向正中间，固定层区块的宽度为20-40cm，高(深)度为20-25cm。

在上述的水田保水的田埂防渗结构的施工方法中，所述的步骤f中的操作道区块的材料由螺纹钢和混凝土组成，所述的螺纹钢的规格采用直径为8-14mm，所述的混凝土采用普通市售标号c35，防渗膜位于操作道区块的纵向正中间，操作道区块的宽度为5-60cm，高(深)度为20-30cm。

本发明填补了应用对象的技术空白，并具有以下优点：

1、本发明能有效防止已形成犁底层稻区的稻田水通过田埂区域下渗和侧渗途径的损失，以提高水资源的利用效率。

2、本发明通过减少稻田养分随水的下渗和侧渗流失量，在提高养分利用率的同时，减少稻田系统的面源污染负荷。

3、本发明在使田埂更便于行走、维护和作业的同时，可大幅度降低传统土质田埂在一定程度上成为稻田作物病虫栖息和繁衍场所的风险。

附图说明

图1是本发明的结构示意图。

图中，1、操作道区块；2、固定层区块；3、防渗膜。

具体实施方式

以下是本发明的具体实施例并结合附图，对本发明的技术方案作进一步的描述，但本发明并不限于这些实施例。

如图1所示，一种水田保水的防渗结构，包括从上至下依次设计的操作道区块1、固定层区块2和防渗膜3，所述的操作道区块1为混凝土结构，所述的固定层区块2为混凝土结构，所述防渗膜3的材料为高密度聚乙烯塑料，而施工过程则为自下而上。

实施本发明系统规格视目标对象的相关背景而异，本实施例为：所选水田的土壤为青紫泥潜育型水稻土，粘度相对较大，并已形成明显犁底层，案例系统规格为长100m、宽40m的长方形水田，田埂总长280m，系统毛面积4000㎡，田埂的操作道区块1宽25cm，防渗结构的总高(深)70cm。实施前首先对该区域进行定位，之后挖空安装防渗结构中的固定层区块2及其浇铸混凝土所需空间的土壤。

防渗膜3，材料为高密度聚乙烯塑料(代号：hdpe；俗称防渗膜3)，安装于整个防渗结构的垂直正中间，上至操作道区块1上垫面以下10cm，下至固定层区块2下垫面以下20cm土中，其基本结构为一插入式防渗墙。防渗膜3的厚度为1.0mm，设计寿命50年以上。操作规程为：首先是根据设计参数对防渗膜3进行裁剪，每单元防渗膜3长50m，宽60cm，全部由6个单元组成，合计300m，其中多余的20m用于重叠衔接6个单元，距离均摊；将按规格裁剪好的防渗膜单元置于事先挖好的窄沟边，而后将第1单元总长的约95％插入沟内，并简单的用碎土将其暂固定于定位线一侧，之后将与第2单元重叠处用热胶法或丁基胶进行衔接(仅对重叠区域的两头进行衔接)，衔接后插入沟内，依次类推，最后用碎土将防渗膜3固定于窄沟内，在回填沟内土壤时，先是回填约10cm土壤，之后进行压实、浇水，待稍于后再进行反复压实，最后回填至土壤上垫面并重复上述作业，以力保回填土区域的密实，避免田水通过该区域下渗。

固定层区块2，位于稻田表土以下，是整个防渗结构中的承重下层，起到支撑田埂的基础作用，其宽度为20cm，深度为25cm。固定层区块2的材料由螺纹钢和混凝土组成，材料中的钢材为直径为10mm的螺纹钢，混凝土采用的普通市售标号c35。操作规程为：首先在事先清空土壤的区块空间内接常规法设置模板，同时在防渗膜3两侧用细铅丝捆扎钢筋，每侧设置4根，之后两侧同时浇铸混凝土，在作业过程中实时拦直防渗膜3，保证其立于正中间。

操作道区块1，位于稻田表土以上，其下垫面与固定层区块2的上垫面衔接，是整个防渗结构的最上层，起到操作道和防止田面水外溢的作用，其宽度为25cm，深度为25cm。操作道区块1的材料由螺纹钢和混凝土组成，且材料中的钢材为直径为10mm的螺纹钢，混凝土采用的普通市售标号c35。操作道区块1的操作规程与固定层区块2完全相同。

一种水田保水的田埂防渗结构的施工方法，在本发明中，目标使用寿命为50年以上，单元工程范围面积为4000㎡，设计规格分别为操作道区块1宽为25cm，固定层区块2窄于操作道区块1宽为20cm，总高度70cm，长度280m。具体采用以下步骤：

a、对拟实施区域的水田土壤类型、稻作历史、灌溉条件、水资源和水污染现状进行详细调查，在此基础上进行针对性的工艺设计，包括目标寿命、工程范围和设计规格；

b、在确定的建设区域拉线定位，清除需安装固定层区块2及其施工所需空间中的泥土；

c、用人工或机械压实基底，并在区域的正中间拉定位线进行定位，用人工或机械向定位线一侧挖一窄沟，用于安装防渗膜3，因此其宽度视作业可能越窄越好，深度则根据设计要求；

d、将防渗膜3垂直安装于整个防渗结构的正中间,上至操作道区块1上垫面以下10cm,下至固定层区块2下垫面以下20cm，具体的：d1、首先根据设计参数对防渗膜3进行裁剪，裁剪形成若干防渗膜单元，d2、将所有防渗膜单元置于事先挖好的窄沟旁边，而后将第1个防渗膜单元其长度的约95％插入窄沟内，并使其处于定位线一侧,之后将第2个防渗膜单元与第1个防渗膜单元进行边缘重叠，重叠处用热胶法或者胶水衔接，衔接后插入沟内，依次类推，d3、用碎土回填对防渗膜3予以固定，回填时需反复压实；

e、将固定层区块2安装于整个防渗结构的中层，并与防渗膜3的上下延部分组成，固定层区块2位于水田田面以下,且其上垫面与水田田面持平；

f、将操作道区块1安装于整个防渗结构的上层，并与防渗膜3的上延部分组成，操作道区块1位于水田田面以上,且其下垫面与水田田面持平。

本发明中的关键材料—防渗膜3，是上世纪八十年代继软pvc、氯磺化聚乙烯(cspe)及丁基橡胶等高分子防渗漏材料之后的又一新型优质防水材料。防渗膜3有多种规格，适宜本发明用的防渗膜3为其中的高密度聚乙烯防渗膜3(简称hdpe防渗膜3)，它是以高密度聚乙烯为生产原材料，经过高温熔化，挤压，压延成的一种土工防渗薄膜，具有良好的耐热性和耐寒性，化学稳定性好，同时具有较高的刚性和韧性，机械强度好，环保无毒性，使用寿命长等特征，是环保、养殖、饮用水池的常用防渗材料。

本发明的试应用结果表明：其在对水稻生产灌溉用水的减量和提高肥料利用率方面效果均极为显著，在不降低水稻单产的前提下，节水和节肥均达到了30％以上，而节水或称减少稻田水排放量和提高肥料利用率，就能有效减少稻田面源污染负荷。据分析，本发明所采用的防渗技术，能广泛应用于土壤黏性较好的水田(包括水稻生产稻田、种养结合稻田、水生植物苗圃等任何需要蓄水的区域)，特别是经过多年的水稻种植，业已形成犁底层的稻田。因此，本发明的市场巨大，前景可期。

本发明的试应用结果还表明：系统对水田水的防渗效果达到了设计要求，其中防侧渗效果为100％，防下渗效果达到了95％以上(正常情况下，其效果会随着周期延长而进一步提高)，水稻生长季节水达到40％以上，面源污染负荷减少了50％以上。而且，据相关工程和材料专家初步估算，在无人为损坏的前提下，使用寿命至少可达到50年。

本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。

尽管本文较多地使用了1、操作道区块1；2、固定层区块2；3、防渗膜3等术语，但并不排除使用其它术语的可能性。使用这些术语仅仅是为了更方便地描述和解释本发明的本质；把它们解释成任何一种附加的限制都是与本发明精神相违背的。