基于生命周期成本的灌区渠道防渗方案（刚性防渗 vs 柔性防渗）综合比选研究

引言

灌区作为农业生产的重要基础设施，其渠道的防渗性能直接关系到水资源利用效率和工程运行效益。生命周期成本能全面反映方案从建设到报废的整体成本，综合性能则涉及方案在防渗、施工及环境等方面的表现，基于此进行的方案比选更具科学性和合理性。本文聚焦刚性防渗与柔性防渗方案，深入剖析二者的生命周期成本构成与综合性能差异，构建综合比选模型，以期为灌区管理部门选择适宜的渠道防渗方案提供有力参考，推动灌区工程的可持续发展。

一、刚性防渗与柔性防渗方案的生命周期成本构成分析

1.1 刚性防渗方案生命周期成本

刚性防渗方案的生命周期成本涵盖从建设到报废的全流程支出。初始成本是前期主要投入，包括材料采购、施工组织及基础处理等。材料方面需购置混凝土、砂石、钢筋等，这些材料的运输与储存费用也包含在内；施工阶段需租赁模板、振捣设备等机械，同时支付人工安装费用；渠道基础需进行压实、找平处理，避免后期沉降导致结构破损，这部分费用与渠道地质条件直接相关。修复成本多集中在中期阶段，当渠道出现较大面积破损或结构变形时产生。

1.2 柔性防渗方案生命周期成本

使用柔性防渗体系进行防渗施工的全生命周期成本投入，其在整个防渗寿命内的投入构成中，与使用刚性防渗体系时具有明显不同。初期投资，主要是用于采购土工膜、复合土工布等专用材料，这类材料要求相对较高，材料单价较大；施工方面的费用，则主要是对渠道表面进行清理、膜体铺设及保护层的铺设等施工过程，施工工艺较为简单，需要的人工费用及机器设备费用投入不大，初期成本控制较有弹性。使用和维护方面的成本，主要是保护膜体不被损害。

1.3 两种方案成本特性对比

从成本时间上来看，刚性方案为前期成本高，后期成本稳，刚性方案建成后，中间过程中虽有些周期性工作和一定次数的修复，但这些工作所需投入相对较小，且后期几乎没有大额投入，成本估算较为准确。从成本敏感度上来看，刚性方案主要对物料价格较为敏感，受物资市场影响较大的水泥、钢筋等在价格波动较大时，会导致刚性方案初期成本出现一定的变化，柔性方案更为受到外部环境影响，强太阳辐射、高气温条件下，膜体破损老化加剧，修复次数更多，成本较为灵活。

二、刚性与柔性防渗方案的综合性能对比

2.1 防渗效果与耐久性

防渗性能层面，对于刚性方案而言，初期性能略显优越，由于混凝土或浆砌石等结构本身的防渗功能较为显著，结构整体性较强，能提供统一的防渗隔离层，将水流的渗出堵截；但是后期受时间影响较大，水泥或浆砌石等结构因温差应力作用、地质基础沉陷变形等现象产生裂隙，加之接缝部位连接不够紧密，导致防渗性能的发挥呈现下滑趋势，如果水源水质成分含有一定的腐蚀性成分，在早期阶段会出现渗漏。不足在于其不具备较好的弹性，在地质不稳定的区域易破损，由于外力等因素影响，导致使用寿命缩短。柔性方案的耐久性在于材料本身的抗力，良好的土工膜能在一定程度下抵御一定程度上的拉伸与滑移，在沉陷度较低的基础土壤区域使用寿命长，不足在于其易损伤穿刺，在沟渠内如果夹杂有石块等坚硬物体，容易使得结构受损，其使用寿命会加速老化，在高温、暴晒环境下也加速土工膜的老化速度。

2.2 施工与适配性

方案方面，刚性方案要求的技术层次高，混凝土浇筑过程中要控制配合比和坍落度，浇筑后规范养护才能确保达到强度要求；施工过程中，模板安装的精确度将直接决定渠道的平滑度，安装不规范将导致渠道阻力增加，同时受气候条件影响较大，下雨天或气温较低时都需要相应的保护处理，导致整个建设周期较长。柔性方案施工过程的操作步骤相对较简单，其中膜体铺设可以借助相应的机械处理完成，施工人员只需要通过操作机械将膜体与相应膜体连接，再用土工带固定即可。而地形的适应性方面，通常在复杂的地形条件下可沿渠选择整体浇筑而成，渠道在转弯处与陡坡等区域可通过整体浇筑成相对稳固的结构，起到缓冲作用以抵御水流流体对渠道冲击的侧向力。柔性方案对地形的适应能力相对较好，它可以依附地形自动与地形结合，通常在较为缓和的渠道、小型支渠中应用普遍，对于渠身较高边坡的渠道设计则需要增加相关的锚固措施，以防膜体滑移。

2.3 环境影响

在施工环节中，硬性方案材料的加工难度更大，消耗更多能源，混凝土搅拌导致烟尘和噪声，需要采取抑尘、消声措施。废弃混凝土碎渣如果处理不当会造成土地资源的浪费，施工过程中需要消耗一定数量的水资源进行养护，缺水灌区会产生增加水需水量的风险。软性方案施工对环境影响较少，土工膜在加工厂进行生产，在现场无烟尘、无噪声，施工机械消耗电能少，噪声少，铺设膜不需要用水或者少用水，对周边水资源的影响风险较低。软性方案在材料上的环境风险体现在部分土工膜如果长时间泡在水中就会放出少量的有害化学元素，报废的土工膜如果随意丢弃就将会导致白色污染问题的出现，应该选择可降解的材料或者专业的进行回收。但是防渗的效果较为稳定，不会导致渠道渗漏造成周边土壤的次生盐碱化现象。

三、综合比选建议

3.1 刚性防渗适用场景

刚性防渗方案在大型渠道（流量 >3m/s ）中能充分发挥优势。这类渠道水流速度快、冲刷力强，而刚性材料如现浇混凝土、浆砌石等，具有高强度和优异的抗冲刷性能，可有效抵御水流对渠道壁的冲击，大幅减少渠道磨损，保障渠道结构的长期稳定。同时，在地质稳定区域，渠道基础沉降小、变形少，能避免刚性材料因基础变形产生裂缝，使其耐久性优势得以凸显，从而降低长期维护成本。

在渠道结构设计上，优先采用弧形坡脚梯形或 U 型断面。弧形坡脚能将水流对渠底的冲击力分散到更大范围，减少局部区域的磨损和压力；U 型断面则通过整体受力结构，增强渠道对冻胀力的抵抗能力，尤其在寒冷地区，可有效降低冬季冻胀导致的结构损坏风险，延长渠道使用寿命。

3.2 柔性防渗适用场景

柔性防渗方案更适合中小型渠道（流量 <1m³/s ）、沉降区或冻胀严重区域。中小型渠道流量小、水流冲刷力弱，能避开柔性材料抗穿刺能力相对较弱的短板。在沉降区，渠道基础易发生不均匀沉降，柔性材料如复合土工膜具有良好的柔韧性和延展性，可随基础变形而伸缩，减少裂缝产生；在冻胀严重区域，柔性材料能适应土壤冻胀和消融带来的体积变化，降低防渗层破损概率。该场景下推荐采用复合工艺（刚性基底 + 柔性面层）。刚性基底如混凝土预制板可提供坚实支撑，防止渠道底部土壤扰动对柔性面层造成破坏；柔性面层则能发挥优异的防渗性能。这种组合既提升了防渗效果，又降低了单独使用刚性材料的成本，实现了成本与性能的平衡。

结语

刚性防渗与柔性防渗方案各有成本特性与性能优势，刚性方案初始投入高但后期成本稳定，适合地形复杂、对结构强度要求高的灌区，柔性方案前期投入灵活但后期维护需求高，在地形平缓、工期紧张的场景更具优势。基于生命周期成本的综合比选模型，通过多维度指标评价实现科学决策，避免单一因素导致的决策偏差。

参考文献

[1] 王耀南 , 梁骏 , 宗楠 . 基于机房空调产品的全生命周期成本采购策略研究 [J]. 中国招标 ,2025,(07):214-218.

[2] 潘 帅 . 投 资 项 目 全 生 命 周 期 成 本 管 理 及 阶 段 划 分 [J]. 现 代 企业 ,2025,(07):21-22.