北安市東勝灌區(qū)渠首改造工程技術(shù)研究

常曉磊，趙文軍

(北安市水務(wù)局，黑龍江北安164000)

1 工程概況

東勝灌區(qū)位于北安市東南的烏裕爾河右岸東勝鄉(xiāng)境內(nèi)，渠首距北安市城區(qū)25 km.全灌區(qū)呈一彎曲條形帶狀，南北寬約2 km，東西長約12 km，灌區(qū)以水田為主，灌溉規(guī)模2 000 hm2。灌區(qū)水源主要依靠烏裕爾河天然來水，渠首以上控制烏裕爾河流域面積為1 036 km2，多年平均流量為3.99 m3/s。東勝灌區(qū)始建于1974年，1989～1990年進行了灌區(qū)續(xù)建配套和渠首工程建設(shè)，1991年投入使用時渠首共完成防洪堤788 m、溢流壩50 m、過水路面202 m及2孔渠首閘一座。建成后當年就種植水田33.3 hm2。東勝灌區(qū)是北安市第二位中型灌區(qū)，水源豐富，土地肥沃，是我市北部水稻主產(chǎn)區(qū)。工程建設(shè)以來，為東勝鄉(xiāng)水田灌溉及農(nóng)業(yè)生產(chǎn)做出了較大貢獻對發(fā)展區(qū)域經(jīng)濟至關(guān)重要。

2 工程存在主要問題及原因分析

東勝灌區(qū)主要是水源無保證，關(guān)鍵是渠首工程病險問題嚴重，存在諸多安全隱患。①由于當時建設(shè)資金不足，致使渠首工程標準低，并且工程也未全部完成，工程管理機構(gòu)不健全，嚴重影響了渠首功能的發(fā)揮和工程本身的維護;②溢洪壩消能設(shè)施滿足不了下泄流量要求，在汛期泄流較大時，消力池和海漫段多次水毀，直接威脅溢流壩主體安全;③擋水壩斷面未達到設(shè)計要求，在高水位運行時，壩后滲水嚴重，并險工弱段較多，不能安全供水;④渠首擋水壩也未能達到設(shè)計要求，多次在汛期沖毀，2005年沖毀200 m，2007年才恢復(fù)，影響2 a灌區(qū)供水;⑤過水路面完工后，1992年沖開50 m，1998年沖開65 m，2003年沖開100 m，造成河水改道，2006年過水路面及部分擋水壩背水坡腳出現(xiàn)滲漏，過水路面水毀主要是上游齒墻和下游護砌，造成修復(fù)工程困難重重;⑥渠首進水閘進水口處護堤斷面小，灌溉期進水口來水較集中，經(jīng)常毀壞，1995年春靠近渠首進水閘左側(cè)沖開20 m，影響了春灌，進水閘由于年久失修，進出口及閘室破壞嚴重，閘門及啟閉機已不能正常使用。

東勝灌區(qū)渠首工程水毀除了工程質(zhì)量差、標準低的原因外，渠首工程缺少退水建筑物，汛期渠首高水位攔蓄洪水，形成一座小(1)型水庫，溢流壩堰上洪水不能及時下泄，堰下水無法排除，造成渠首700多米擋水壩長期高水位運行，又不能棄水、騰空，致使險象環(huán)生。目前東勝灌區(qū)渠首工程已難以繼續(xù)承擔為東勝灌區(qū)供水灌溉任務(wù)，已經(jīng)影響了東勝鄉(xiāng)的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和灌區(qū)的遠景發(fā)展。因此為保證渠首工程效益的正常發(fā)揮和東勝鄉(xiāng)經(jīng)濟的可持續(xù)發(fā)展，對東勝灌區(qū)渠首工程的改造是十分必要的。

3 工程水文、地質(zhì)條件

東勝灌區(qū)渠首處無實測水文資料，采用北安水文測站作為參證站，經(jīng)水文計算年徑流及洪水成果見表1和表2。

表1 渠首設(shè)計年徑流成果

表2 渠首設(shè)計洪水年流量成果

經(jīng)取樣分析，渠首區(qū)內(nèi)水層為第四系孔隙潛水，主要分布于河床底部和兩側(cè)漫灘地，含水層巖性為砂礫石層，含水層厚2～5 m左右。穩(wěn)定水位0.3 m左右，初見水位1.50 m。該環(huán)境水對混凝土材料無腐蝕性，并適宜于飲用和農(nóng)田灌溉。

渠首區(qū)出露地層主要為第四系，巖性為低液限黏土及級配不良礫、卵石混合土，下部基巖為全風化泥質(zhì)粉砂巖、粉砂質(zhì)泥巖。渠首區(qū)內(nèi)無大的構(gòu)造分布?；A(chǔ)級配不良粗礫層，在高水頭作用下易發(fā)生滲透破壞，經(jīng)滲透變形分析，破壞形式為管涌，其允許比降為:J允=0.381。根據(jù)已有建筑物建設(shè)和運用情況，地基承載能力滿足一般水工建筑物的要求。

4 渠首改造工程技術(shù)方案

4.1 設(shè)計標準

渠首洪水標準為:20 a一遇洪水設(shè)計，50 a一遇洪水校核。按照渠首供水功能，工程等級定為Ⅲ等，主要建筑物為3級，進水閘次要建筑物為4級。

4.2 渠首軸線選擇

經(jīng)對灌區(qū)進行現(xiàn)場查勘，既考慮工程布局、工程量大小，同時結(jié)合考慮占地及投資等因素影響，進行了上游渠首和原渠首兩個方案比較，認為原渠首位置較為理想，渠首軸仍采用現(xiàn)有渠首軸線。

4.3 渠首改造工程技術(shù)方案

從原有渠首工程毀壞情況分析，為穩(wěn)定灌區(qū)渠首，確保供水安全，東勝灌區(qū)渠首改造工程采取閘壩結(jié)合方案，即由進水閘、泄洪閘、溢流壩、擋水土壩及固灘5項工程組合。進水閘需在原址處拆除重建。加高培厚引水渠右側(cè)擋水壩227 m和左側(cè)擋水壩280 m。原有溢流壩不能滿足過流要求，需拆除。在原有河道右岸新建泄洪閘，在河道及河道左岸修建溢流壩。泄洪閘與溢流壩相臨處用混凝土重力式擋土墻連接。溢流壩與灘地中間有105.6 m擋水壩(頂高程257.63 m)連接，左接固灘長400 m。

4.4 工程方案可行性

4.4.1 渠首攔河工程方案比較

由于烏裕爾河流為平原河流，河床寬度不足，過流能力小，大量洪水漫灘，攔河工程主要以渲泄河道洪峰流量為原則，選擇了全閘方案和閘壩結(jié)合方案作為攔河工程的兩個分析比較方案。全閘控制有較好泄洪和沖砂能力，但設(shè)備較多，工程造價高，管理不便;閘壩結(jié)合形式溢流壩起壅高水位的作用，閘起沖砂、泄洪作用，既滿足取水要求，又能沖砂、泄洪，且工程造價適中，又由于地形條件，渠首右側(cè)臨近地面沒有超出256.7 m的地面高程，只能用灘地過流。因此，渠首工程選擇閘壩結(jié)合方案是經(jīng)濟合理的。

4.4.2 主要建筑物功能

溢流壩工程:溢流壩的主要作用是抬高水位，以便自流引水灌溉，并能渲泄河道多余的水量及汛期洪水。在原河道處拆除現(xiàn)有溢流壩重建，規(guī)模凈寬320 m，溢流壩由防滲鋪蓋、壩體、消力池、海漫及防沖槽組成。

泄洪閘工程:閘址處多年平均枯水位時的河床平均高程為253.6 m，確定新建泄洪閘閘底板頂高程為253.5 m。泄水建筑物為 6孔開敞式泄洪閘，孔口尺寸為6 m×8.5 m×2.8 m，總凈寬為48 m。設(shè)計流量259.08 m3/s，校核流量305.48 m3/s。泄洪閘由進口引水渠、鋪蓋、閘室段、陡坡段、消能段、海漫段及尾水渠等組成。

進水閘:在原處拆除重建。采用無壓鋼筋混凝土涵閘式結(jié)構(gòu)，由鋪蓋、閘室、洞身、消力池、海漫等組成。引用流量2.85 m3/s，初擬洞徑為單孔2.2 m×1.6 m(寬×高)。

固灘工程:設(shè)計固灘頂高程確定為255.71 m，與灘地平均地面高程持平。固灘長400 m，用30 cm厚干砌石護底。

擋水土壩工程:渠首設(shè)3段擋水壩，總長612.6 m。第一段:位于引水渠進水口的右側(cè)，長227 m;第二段:位于引水渠進水口的左側(cè)，長280 m;第三段:位于溢流壩與固灘之間，長105.6 m。壩頂高程按正常情況:V正=設(shè)計洪水位+y正(超高)=255.74+1.89=257.63 m的數(shù)值確定。

綜合工程技術(shù)方案和主要建筑物功能:溢流壩壩頂高程255.0 m，以滿足取水流量和控制水位為宜，多余水量可從溢流壩壩頂流過，當來大洪水時開啟泄洪閘泄洪，泄洪閘閘底板頂高程為253.5 m，比閘址處河床多年平均枯水位高0.5 m。滿足汛期退水要求，降低堤壩蓄水高度。從攔河壩方案比較和渠首工程組合分析研究看，渠首改造工程技術(shù)合理，項目可行。