俄羅斯薩哈共和國(guó)典型寒區(qū)土渠監(jiān)測(cè)與分析
——以Dadaar和Shestakovskaya灌渠為例

魯?shù)婪颉じダ琢_維奇·張 著；戴長(zhǎng)雷，李卉玉，于 淼 譯

(1. 俄羅斯科學(xué)院西伯利亞分院麥爾尼科夫凍土研究所，薩哈共和國(guó) 雅庫(kù)茨克 677010； 2.黑龍江大學(xué)寒區(qū)地下水研究所，黑龍江 哈爾濱 150080；3.黑龍江大學(xué) 水利電力學(xué)院，黑龍江 哈爾濱 150080；4.黑龍江省寒地建筑科學(xué)研究院，黑龍江 哈爾濱 150080)

俄羅斯薩哈共和國(guó)典型寒區(qū)土渠監(jiān)測(cè)與分析
——以Dadaar和Shestakovskaya灌渠為例

魯?shù)婪颉じダ琢_維奇·張1著；戴長(zhǎng)雷2,3，李卉玉2,4，于 淼2,3譯

(1. 俄羅斯科學(xué)院西伯利亞分院麥爾尼科夫凍土研究所，薩哈共和國(guó) 雅庫(kù)茨克 677010； 2.黑龍江大學(xué)寒區(qū)地下水研究所，黑龍江 哈爾濱 150080；3.黑龍江大學(xué) 水利電力學(xué)院，黑龍江 哈爾濱 150080；4.黑龍江省寒地建筑科學(xué)研究院，黑龍江 哈爾濱 150080)

寒區(qū)土體河渠的研究對(duì)寒區(qū)土渠灌溉系統(tǒng)具有重要的影響，也對(duì)國(guó)家農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展具有重大的意義。通過(guò)對(duì)俄羅斯薩哈共和國(guó)典型寒區(qū)土渠監(jiān)測(cè)與分析。對(duì)Khorobut、Khalaany、Dadaar和Shestakovskaya四個(gè)灌溉體系的觀測(cè)研究結(jié)果分別進(jìn)行論述與分析。在本文中主要講述Dadaar和Shestakovskaya流域灌溉體系。指出：(1)Dadaar灌溉系統(tǒng)位于阿爾丹河右岸的Dadaar河流域，擁有很典型的寒區(qū)地質(zhì)條件，它由一條14.4 km長(zhǎng)的干渠、九條3 km長(zhǎng)的支渠、三座木橋和一條3.2 km長(zhǎng)的運(yùn)輸?shù)缆方M成。(2)Shestakovskaya灌溉系統(tǒng)位于勒拿河的沖積平原的階地之上，由防護(hù)堤和水調(diào)節(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)成。(3)對(duì)Dadaar和Shestakovskaya渠道變形特征進(jìn)行分析，在季節(jié)性融化層上建造的渠道，其剖面圖接近拋物線(xiàn)是合理的。

Dadaar灌渠；Shestakovskaya灌渠；地質(zhì)條件；特征參數(shù)；薩哈(雅庫(kù)特)共和國(guó)

文獻(xiàn)[1]和文獻(xiàn)[2]分別對(duì)Khorobut和Khalaany灌溉體系的觀測(cè)研究結(jié)果進(jìn)行論述與分析。本文主要論述Dadaar和Shestakovskaya灌溉系統(tǒng)的監(jiān)測(cè)與分析結(jié)果。

1 Dadaar灌溉系統(tǒng)

Dadaar排水系統(tǒng)位于阿爾丹河右岸的Dadaar河流域，距克利斯特哈勒賈伊村4 km。根據(jù)俄羅斯薩哈共和國(guó)行政區(qū)域規(guī)劃，該系統(tǒng)屬于Okhlopkov Tomponsky地區(qū)的國(guó)營(yíng)農(nóng)場(chǎng)，總面積為206 hm2，其中190.4 hm2屬于臨海地區(qū)。該系統(tǒng)建于1981—1983年。區(qū)域布局如圖1所示。

Dadaar灌溉系統(tǒng)在勒拿河右岸的中心區(qū)域，并且擁有很典型的地質(zhì)條件。永久凍土層厚度500 m,溫度為50 ℃左右。在許多熱巖溶洼地湖泊里的凍土存在冰楔，深度在5～ 10 m[3]。1986年9月26日測(cè)得解凍深度為0.95 m。

排水區(qū)域位于第四紀(jì)沉積物中，其厚度為0.7 m的黑色泥炭層和1.6 m的黏土層，以及以下的沙卵石沉積物。土的工程特性見(jiàn)表1。

該系統(tǒng)包括以下結(jié)構(gòu)：干渠長(zhǎng)14.4 km，深1～2 m，底部寬4 m，坡度為2；九條3 km長(zhǎng)的排水渠；三座木橋和一條3.2 km長(zhǎng)的運(yùn)輸?shù)缆?，路面? m。

圖1 對(duì)Dadaar排水系統(tǒng)的河道進(jìn)行跟蹤研究

取樣位置土壤類(lèi)型采樣深度/m水分含量/%容重/(g·cm-3)土壤中植物殘留/%0.50.5～0.250.25～0.10.1～0.050.05～0.010.01～0.0050.005現(xiàn)場(chǎng)(右岸)現(xiàn)場(chǎng)(左岸)右斜坡底部砂壤土泥炭砂壤土砂壤土0.250.500.751.00.0～0.60.6～0.70.0～0.40.4～0.50.5～0.750.0～0.050.05～0.100.1～0.20.3～0.449.234.531.932.970.395.172.729.725.116.324.420.422.41.211.68--0.52.46.926.412.434.737.319.816.08.026.98.7

圖2和圖3顯示了干渠和支渠排水系統(tǒng)的景觀照片和剖面圖。由于運(yùn)河底部是由泥炭砂組成，因此斜坡是穩(wěn)定的。沿著泥炭砂沉積物的運(yùn)河底部幾乎沒(méi)有摩擦阻力。必須注意的是，運(yùn)河旁長(zhǎng)滿(mǎn)了雜草，并且穩(wěn)定。正如圖3中所看到的，剖面圖某些地方的斜率不符合設(shè)計(jì)要求。

圖2 Dadaar干渠的排水系統(tǒng)

圖3 Dadaar支渠的排水系統(tǒng)

2 Shestakovskaya灌溉系統(tǒng)

2.1 Shestakovskaya灌溉系統(tǒng)地質(zhì)條件

Shestakovskaya灌溉系統(tǒng)位于雅庫(kù)茨克，在Khatassky國(guó)家農(nóng)場(chǎng)的區(qū)域。主要的水調(diào)節(jié)結(jié)構(gòu)與雅庫(kù)茨克之間有一條15 km長(zhǎng)的波克羅夫斯基高速公路。該項(xiàng)目是根據(jù)1975年“沃斯托克洛沃德科霍斯”雅庫(kù)特分公司的項(xiàng)目成立的，目的是對(duì)雅庫(kù)茨克市周?chē)F(xiàn)有的湖泊、屬于Yakutian計(jì)劃委員會(huì)的75 hm2土地，以及國(guó)營(yíng)農(nóng)田進(jìn)行灌溉。系統(tǒng)布局如圖4所示。

圖4 Shestakovskaya灌溉系統(tǒng)的布局

水源是舍斯塔果夫卡河，其在春天和夏天都有發(fā)生洪水的可能。春季百年一遇洪水的洪峰流量是9.57 m3/s，暴雨洪水百年一遇的洪峰流量是5.72 m3/s。在地質(zhì)學(xué)上研究了leno - amginskoe interfluve的面積[4]。該系統(tǒng)位于勒拿河的沖積平原的階地之上。

土壤的水分含量在17.5%～24.5%之間，堆積密度為1.72 g/cm3，在1 kg/cm3負(fù)荷下解凍后可能沉降46%。

1.2.4 生活護(hù)理 對(duì)病房進(jìn)行定期的清潔與消毒，將室內(nèi)溫度與濕度控制在合適的范圍之內(nèi)，經(jīng)常開(kāi)窗通風(fēng)，并保持被褥的清潔衛(wèi)生，為患者營(yíng)造一個(gè)安靜、舒適的休息環(huán)境。

季節(jié)性解凍層中水分的含量為20.3%～34.9%，土壤密度為1.69～1.78 g/cm3。在1 kg/cm3負(fù)荷下解凍后沉降的范圍是5%～11%。

該系統(tǒng)由防護(hù)堤和水調(diào)節(jié)結(jié)構(gòu)兩部分組成，水調(diào)節(jié)結(jié)構(gòu)分為鋼筋混凝土支護(hù)和土壩兩部分，通過(guò)3條運(yùn)河將水輸送到雅庫(kù)茨克湖和Zelenstroy盆地，然后排放到Shestakovka河進(jìn)行灌溉。

2.2 Shestakovskaya灌溉系統(tǒng)特征參數(shù)監(jiān)測(cè)與分析

下文將對(duì)出水口結(jié)構(gòu)和土壩技術(shù)參數(shù)進(jìn)行詳細(xì)介紹，并在此基礎(chǔ)上進(jìn)行研究[5-6]。

為了保護(hù)“Stroitel”和“Energetic”的領(lǐng)土免受百年一遇的洪水影響，建立了防護(hù)堤壩。壩體最大高度3.3 m，頂部寬度3 m，濕坡率1.5，干坡率2.0。頂部6 m寬的大壩具有可變的濕坡率(1∶7～1∶3)，干坡率保持不變(1∶2)。在1∶3坡度由20 cm厚的砂礫混合料固定，大壩的頂部也用相同厚度的砂礫混合物固定。

Shestakovka河長(zhǎng)225 m，底寬1.0 m，坡度1∶2，水下坡度0.0005，運(yùn)河設(shè)計(jì)承載力3.2 m3/s。 整個(gè)運(yùn)河建在洼地。

將Zelenstroy運(yùn)河切割成300 m一段進(jìn)行填充。 運(yùn)河的主要參數(shù)與上述相同。頂部的土層寬度為3.0 m。從PC 0到PC 16的運(yùn)河經(jīng)過(guò)平臺(tái)的底部并沖刷斜坡(圖5)。從PC 16開(kāi)始，運(yùn)河從平臺(tái)到東北方向，沿著河谷的沼澤地運(yùn)行。

1985年，整個(gè)運(yùn)河加深了。運(yùn)河起始處平均深度為1.5 m，頂部為4 m，底部寬度為2 m，邊坡比是1。到了中間段，運(yùn)河的規(guī)模增大，頂部寬6 m，底部寬3 m，另外底部形成0.7 m寬，0.5 m深的溝槽侵蝕。在PC 17的區(qū)域，為了滿(mǎn)足經(jīng)濟(jì)需要一個(gè)小堤壩被用來(lái)建造一個(gè)小型水庫(kù)。在1986年6月12日進(jìn)行觀測(cè)時(shí)發(fā)現(xiàn)河流干枯，參數(shù)為頂部的寬度為5.6 m，底部為2.5 m，邊坡比的范圍是0.8～1.0，深度1.1 m。

圖5 shestakovskaya供水系統(tǒng)排水渠

該地區(qū)的運(yùn)河狀況令人滿(mǎn)意，因?yàn)槟抢餂](méi)有加深溝槽侵蝕。解凍深度為0.75 m，運(yùn)河后半段的深度增加，頂部寬度為4 m，底部平均深度為1.65 m。運(yùn)河水深0.4 m，在水中解凍的深度為0.35 m。溝槽侵蝕加深導(dǎo)致地塊30～40 m長(zhǎng)的沉降，所有的應(yīng)變都發(fā)生在右岸，因?yàn)殚_(kāi)挖的土壤被放在岸坡上，明顯加重了土壤的應(yīng)力狀態(tài)，并開(kāi)始移動(dòng)。 也有人指出，以上提到的過(guò)程，發(fā)生在Khorobut、Khalaany和Dadaar等典型系統(tǒng)。因?yàn)檫\(yùn)河是在季節(jié)性融化層上建造的，其剖面接近拋物線(xiàn)，這是正常的，這在所有的系統(tǒng)中都是常見(jiàn)的。

3 結(jié) 論

(1)Dadaar灌溉系統(tǒng)處在臨海地區(qū)，并且擁有很典型的寒區(qū)地質(zhì)條件；排水區(qū)域位于第四紀(jì)沉積物中，排水系統(tǒng)包括一條14.4 km長(zhǎng)的干渠、九條 3 km長(zhǎng)的支渠、三座木橋和一條3.2 km長(zhǎng)的運(yùn)輸?shù)缆方M成。

(2)Shestakovskaya灌溉系統(tǒng)由防護(hù)堤和水調(diào)節(jié)結(jié)構(gòu)兩部分組成，對(duì)其所處的地質(zhì)條件進(jìn)行了分析；通過(guò)3條運(yùn)河將水輸送到雅庫(kù)茨克湖和Zelenstroy盆地，然后排放到Shestakovka河進(jìn)行灌溉。

(3)通過(guò)多年對(duì)Shestakovskaya流域灌溉渠道監(jiān)測(cè)結(jié)果進(jìn)行分析，特征參數(shù)發(fā)生改變，河流深度逐年加深；

(4)對(duì)Dadaar和Shestakovskaya渠道變形特征進(jìn)行分析，因?yàn)榍朗窃诩竟?jié)性融化層上建造的，其剖面接近拋物線(xiàn)是合理的。

[1] 魯?shù)婪颉じダ琢_維奇·張，戴長(zhǎng)雷，李卉玉.俄羅斯薩哈共和國(guó)典型寒區(qū)土渠監(jiān)測(cè)與分析——以Khorobut灌渠為例[J].黑龍江水利，2017,3(9)：35-45.

[2] 魯?shù)婪颉じダ琢_維奇·張戴長(zhǎng)雷，李卉玉.俄羅斯薩哈共和國(guó)典型寒區(qū)土渠監(jiān)測(cè)與分析——以阿姆金斯基地區(qū)斯特羅達(dá)州農(nóng)場(chǎng)的Khalaany盆地灌溉系為例[J].黑龍江水利，2017,3(10)：26-32.

[3] Мельников П И. Геокриологическая карта Якутской АССР[M]. Москва: Наука. 1970.

[4] Мельников П И. О глубине промерзания верхней зоны земной коры на территории Якутской АССР [C]//Труды 2-го совещания по геотермическим исследованиям в СССР: Геотермические исследования и использование тепла Земли. Москва.: Наука, 1966. 110-111.

[5] Селеверстов А П. Опыт строительства низконапорных плотин мелиоративного назначения в Центральной Якутии // Проектирование плотин для оросительных мелиораций в Центральной Якутии[M]. Якутск: Якутское книжное изд-во, 1976: 14-32.

[6] Чжан Р В. Грунтовые плотины Якутии[M]. Якутск:Издательство Института Мерзлотоведения. 1983.

Russia Sakha Republic in monitoring and analysis of typical canal——Dadaar and Shestakovskaya irrigation channel as an example

Written by Rudolf Vladimirovich Zhang1；Translated by DAI Changlei2,3, LI Huiyu2,4, Yu Miao2,3

(1.MelnikovPermafrostInstituteSiberiaBranchoftheRussianAcademyofSciences,Yakutsk677010,Russia;2.InstituteofGroundwaterinColdRegion,HeilongjiangUniversity,Harbin150080,China;3.SchoolofHydraulic&Electric-power,HeilongjiangUniversity,Harbin150080,China;4.InstituteofArchitectureScienceinColdRegion,Heilongjiang,Harbin150080,China)

The study of the cold area has an important influence on the irrigation system in the cold area, and it is also of great significance to the development of the national agricultural economy. Through the monitoring and analysis of the canal in the typical cold areas of the Russian Republic of Saha (taking the Khorobut irrigation channel as an example). Below are given the observation results of 4 irrigation systems: the Khorobut, Khalaany, Dadaar and Shestakovskaya ones. In this paper, the Khorobut watershed irrigation system is mainly described .It points out: ①Dadaar is located in the Adan river basin irrigation system in the right bank of the river, with typical geological conditions, including a 14.4 km long trunk, nine 3km long branch, three bridges and a 3.2 km long run road;②Shestakovskaya irrigation system located in the Lena River alluvial plain of the second platforms, the dikes and water regulation structure;③It is reasonable to analyze the deformation characteristics of Dadaar and Shestakovskaya channels, if they are constructed on the seasonal melting layer, the section is close to the parabola.

Dadaar irrigation channel;Shestakovskaya irrigation channel;geological conditions;characteristic parameters; Saha (Yakutsk) Republic permafrost

S277

A

2096-0506(2017)11-0030-06

凍土工程國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室開(kāi)放基金(SKLFSE201310)；黑龍江省水文局項(xiàng)目(2014230101000411)

魯?shù)婪颉じダ琢_維奇·張(1941-)，男，俄羅斯薩哈共和國(guó)雅庫(kù)茨克市人，教授，主要從事凍土工程和寒區(qū)水利工程相關(guān)方向的科研和教學(xué)工作。

譯者簡(jiǎn)介：戴長(zhǎng)雷(1978-)，男，山東鄆城人，教授，主要從事寒區(qū)地下水及國(guó)際河流方向的教學(xué)和科研工作。E-mail：daichanglei@126.com。