雅嫩渠首樞紐改造工程設(shè)計(jì)

王守河，王 鶴，黃遠(yuǎn)澤，鐘燦文

（1.黑龍江省龍江縣水務(wù)局，黑龍江龍江縣161100；2.中水東北勘測設(shè)計(jì)研究有限責(zé)任公司，吉林長春130021）

1 工程概況

雅嫩灌區(qū)渠首樞紐工程位于龍江縣東南部，灌區(qū)行政區(qū)劃隸屬于龍江縣廣厚鄉(xiāng)，距龍江縣城50 km處，地處雅魯河下游，嫩江左岸一級階地上，為雅魯河與嫩江交匯的三角地帶。雅嫩灌區(qū)攔河壩是在1955年柳條壩的基礎(chǔ)上，經(jīng)過幾次維修加固成現(xiàn)在的砼封頂?shù)亩咽瘔?，壩體石頭水蝕風(fēng)化嚴(yán)重，塊石破碎，結(jié)構(gòu)松散。由于渠首工程不完善，不能起到枯水期的擋水作用及引水水位要求，使大量水資源不能充分利用，不能保證雅嫩灌區(qū)正常供水需求，影響農(nóng)業(yè)生產(chǎn)。

由于天然河流縱橫斷面是長期水流作用的結(jié)果，它與河流的來水、來沙條件是相適應(yīng)的，處于相對平衡狀態(tài)。建壩后，改變了水流條件，壩址上下游河床發(fā)生變化，壩前流速減小，水流所挾懸移質(zhì)泥沙大量淤積在壩前。主要存在問題有：

1）滿足不了造床流量下泄,發(fā)生切灘改道情況。

2）溢流壩壅高水位，上下游水位差大，消能效果不好、沖坑深、兩岸沖刷嚴(yán)重，一旦遇大洪水壩體不安全。

3）無排沙設(shè)施，壩前淤平后比降變緩，河幅展寬，引起水流散亂，造成引水困難。

2 渠首樞紐改造工程設(shè)計(jì)

2.1 設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)

根據(jù)（GB50288—99）《灌溉與排水工程設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》和（SL252-2000）《水利水電等級劃分及洪水標(biāo)準(zhǔn)》中有關(guān)規(guī)定，該灌區(qū)渠首改造工程設(shè)計(jì)灌溉面積為0.8727×104hm2，工程等別取為Ⅲ等，各子項(xiàng)建筑物工程依據(jù)其重要性和作用以及失事后所造成的損失和影響確定為3級，其設(shè)計(jì)洪水標(biāo)準(zhǔn)為20年一遇洪水，校核標(biāo)準(zhǔn)為50年一遇洪水。

雅魯河遭遇20年一遇洪水和50年一遇洪水時，攔河閘過閘流量分別為971 m3/s和993 m3/s。根據(jù)（SL225—2001《水閘設(shè)計(jì)規(guī)范》中有關(guān)規(guī)定，工程等別取為Ⅲ等，主要建筑物為3即，次要建筑物為4級，臨時性建筑物級別為5級，其洪水標(biāo)準(zhǔn)為20年一遇洪水，校核標(biāo)準(zhǔn)為50年一遇洪水。

綜合《灌溉與排水工程設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》和《水閘設(shè)計(jì)規(guī)范》兩種方法，確定的工程等別及洪水標(biāo)準(zhǔn)是一致的。即工程等別取為Ⅲ等，設(shè)計(jì)洪水標(biāo)準(zhǔn)為20年一遇洪水，校核標(biāo)準(zhǔn)為50年一遇洪水。

2.2 造床流量及穩(wěn)定河寬

造床流量是指造床作用與多年流量過程的綜合造床作用相當(dāng)，對塑造河床形態(tài)起著控制作用的某一個流量。目前常用的方法，是采用水位與河漫灘相平時的流量，即所謂平灘流量作為造床流量。由于造床流量水位大致與河漫灘齊平，因此以平河漫灘水位的流量作為造床流量。為了避免原攔河壩上游淤積對河床的影響，選擇原壩址下游100 m處的主河槽斷面進(jìn)行計(jì)算，平河漫灘水位為153.50 m，相應(yīng)流量為433 m3/s，因此造床流量為433 m3/s。

穩(wěn)定河寬采用阿爾圖寧公式計(jì)算。

B=AQ0.5/J0.2

式中：B 為穩(wěn)定河寬，m；Q 為造床流量，m3/s；J為河道比降；A 為系數(shù)，取 1.5（1.1～1.7）。穩(wěn)定河寬為121.5 m。

2.3 渠首軸線選擇及工程總體布置

2.3.1 渠首軸線選擇

工程為灌區(qū)渠首改造工程，需新建壅泄水建筑物及干渠進(jìn)水閘，原引水干渠軸線基本保持不變。在保證渠首功能前提下，為了節(jié)省投資，渠首軸線只能在原址及上下游附近做適當(dāng)調(diào)整。根據(jù)現(xiàn)場地形地質(zhì)條件，選擇了原址下游60 m和原址上游50 m兩個方案進(jìn)行比較。詳見表1。

表1 新建壅水建筑物軸線位置比較表

綜上所述，原址上游50 m方案具有明顯優(yōu)勢。同時，經(jīng)現(xiàn)場勘查，渠首處左側(cè)河岸因多年維修護(hù)砌比較穩(wěn)定，且老的干渠進(jìn)水閘經(jīng)過多年運(yùn)行，實(shí)踐證明干渠進(jìn)水閘布置在此引水效果較好，干渠運(yùn)行的比較穩(wěn)定。結(jié)合進(jìn)水閘的布置，將新建壅泄水建筑物軸線選于原址上游50 m處。

2.3.2 渠首工程總體布置

該次設(shè)計(jì)在渠首軸線選定的基礎(chǔ)之上，且在不帶來新的上游防洪問題的原則下，對渠首壅泄水建筑物型式進(jìn)行了方案比較，主要比較了攔河壩方案、攔河閘方案以及閘、壩結(jié)合方案。

1）攔河壩方案。在雅魯河主河槽修建開敞式溢流壩，為了架設(shè)兩岸交通橋，分8孔，每空凈寬12 m，邊墩厚1.2 m，中墩厚1.5 m，全壩長122.40 m，壩頂高程152.20 m。河水自由漫壩泄流。

2）攔河閘方案。在雅魯河主河槽修建攔河閘，全壩長108.9 m，共分8孔，單孔凈寬12 m，閘底板頂高程為150.0 m，邊墩厚1.2 m，中墩厚1.5 m，設(shè)8孔旋轉(zhuǎn)平板鋼閘門，液壓啟閉機(jī)控制，頂部設(shè)交通橋。當(dāng)雅魯河水位低于152.7 m時，下閘攔截壅高水位；當(dāng)水位超過152.7 m時，則逐漸開閘加大放流，直至閘門全開，漫頂泄流。根據(jù)壩前淤沙情況，不定時開啟閘門排泄淤沙。

3）閘壩結(jié)合方案。在雅魯河主河槽右岸修建開敞式溢流壩，為了架設(shè)兩岸交通橋，分8孔，每空凈寬12 m，邊墩厚1.2 m，中墩厚1.5 m，溢流壩全長81.45 m，壩頂高程152.20 m。在主河槽左岸修建泄洪閘兼沖沙閘，閘全長40.95 m，分3孔，單孔凈寬12 m，閘底板頂高程為150.0 m，閘墩厚1.2 m，設(shè)5孔旋轉(zhuǎn)平板鋼閘門，液壓啟閉機(jī)控制，頂部設(shè)枯水期交通橋。當(dāng)雅魯河水位低于152.7 m時，下閘攔截壅高水位；當(dāng)水位超過152.7 m時，則逐漸開閘加大放流，直至閘門全開，漫頂泄流。根據(jù)壩前淤沙情況，不定時開啟閘門排泄淤沙。三方案比較詳見表2。

表2 渠首型式方案比選匯總表

攔河壩方案造價低，施工相對較簡單，建成后便于管理，但該方案不能調(diào)節(jié)河道流量，導(dǎo)致干渠引水閘閘前水位不穩(wěn)定，同時對河道主河槽現(xiàn)狀產(chǎn)生淘刷影響，而且解決不了泥沙淤積問題。

閘、壩結(jié)合方案基本能解決攔河壩方案的缺點(diǎn)所帶來的問題，該方案造價略高，建成后管理費(fèi)用也比較大。

攔河閘方案完全能解決攔河壩方案的缺點(diǎn)所帶來的問題，但該方案造價高，建成后管理費(fèi)用也大。

因此，經(jīng)技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較，這次設(shè)計(jì)采用攔河閘方案。

3 結(jié)語

雅嫩渠首樞紐改造工程已于2012年完工，并投入使用，運(yùn)行兩年來，情況良好，河床、灘地趨于穩(wěn)定；凌汛期保證渠首安全，利用泄洪閘控制水位在汛期泄流，排沙效果顯著，避免了淤積問題，提高了灌溉保證率。

全閘型渠首樞紐在高寒地區(qū)的成功應(yīng)用，解決了灌溉、過冰、排沙、泄洪等問題，為灌區(qū)渠首樞紐改造工程提供了新的可選擇的方案。