穆棱河雞冠山渠首工程布置方案分析

李 昂，高 潔

(1.黑龍江省水利科學研究院，黑龍江 哈爾濱 150080；2.漳衛(wèi)南運河滄州河務局，河北 滄州 061000)

1 研究區(qū)域概況

雞冠山渠首作為雞林灌區(qū)渠首工程始建于建國初期，雞冠山渠首于2014年進行重建設(shè)計。渠首斷面設(shè)計洪峰流量為Q(p=2%)=4080 m3/s，Q(p=5%)=2690 m3/s，攔河閘區(qū)穆棱河由西流向東，河床寬約97 m，水深2 m左右，河床呈不對稱的“U”型。地貌單元主要為堆積臺地和河漫灘。堆積臺地：分布于兩岸，地勢平緩，地表為薄層黏性土，下部為不良細礫，下伏砂巖，地表為耕地。堆積河漫灘：主要分布于河床，地表平緩，組成巖性以第四系全新統(tǒng)級配不良細礫為主。本文依據(jù)渠首工程所在河道的水文地質(zhì)特點，對渠首攔河蓄水灌溉型式進行研究分析，提出適合的渠首工程布置方案。

2 渠首功能定位及與其他項目的銜接

2.1 渠首工程定位

雞西市雞冠山渠首工程的功能定位是滿足雞林灌區(qū)的4133.33 hm2的灌溉用水；由于原渠首工程閘址位于一處污水溝的下游，新建渠首為避免引污水入渠將渠首位置上移，改善了灌區(qū)的用水質(zhì)量；同時為滿足上游城子河區(qū)段綜合治理工程的景觀水位需求，渠首工程還具有景觀功能。

2.2 與其他項目的銜接

與本工程有交叉的其他工程是穆棱河流域城子河區(qū)段綜合治理工程，綜合治理項目需要本工程為其提供水位保證。由于穆棱河流入興凱湖，該項目使興凱湖主要入湖河流的水質(zhì)改善和生態(tài)修復，同時削減穆棱河入興凱湖的污染負荷。

3 渠首方案型式選擇

原渠首工程由攔河工程、引水工程及護岸工程組成。其中：攔河工程為閘壩結(jié)合方案，沖砂閘和溢流壩呈一字型布置。沖砂閘共3孔，總凈寬15 m；溢流壩為圓頭折線堰，總長85 m，分為三個壩段。原雞冠山渠首樞紐已發(fā)生水毀破壞，主體建筑物工程已嚴重損壞，徹底失去工程作用，不能滿足灌溉的功能要求。隨著灌區(qū)工農(nóng)業(yè)經(jīng)濟、改善河道水質(zhì)和生態(tài)環(huán)境修復的發(fā)展必然趨勢，同時考慮穆棱河含沙量大，春季凌汛、河道水力條件等因素，新建渠首必須能夠滿足引水、排沙、排冰、上游景觀水位等控制要點。

為了使新建的渠首樞紐能夠更好地適應灌區(qū)發(fā)展和生態(tài)景觀需要，選擇一種既能滿足農(nóng)業(yè)供水和生態(tài)景觀水位的需求，又能很好地解決攔河工程排沙、春季河道排冰、汛期河道泄洪的渠首樞紐布置型式，成為新建引水樞紐選型中必須重點考慮的問題[1-4]。目前，雞冠山渠首工程布置型式主要有攔河閘方案、攔河壩方案、閘壩結(jié)合式布置方案等3種。本文從技術(shù)可行性、施工難易性、運行管理方便以及經(jīng)濟合理的角度，對上述3種布置型式進行方案比選。表1為不同方案的比選情況。

3.1 全閘式布置方案

在選定的攔河工程軸線處新建，攔河長度為102.6m：3孔×30.0 m鋼壩閘，兩個中墩2.0 m×6.3 m，閘底高程178.4 m，此方案大大減少了上游淤積，降低上游雍水水位對淹沒的影響，基本恢復天然河道行洪能力，改善渠首的運行條件，春季凌汛排冰問題得以有效的解決，開閘是泄洪，對閘前的淤積沖刷較徹底，同時對于水生態(tài)來說，沒有完全阻斷魚類的洄游通道，在技術(shù)上是優(yōu)越的，其中：3孔×30.0 m鋼壩閘方案總投資為2056.76萬元。

3.2 全壩式布置方案

在選定的攔河工程軸線處新建102.0 m攔河壩工程，閘底高程178.4 m，此方案工程施工較為簡單，工程投資也較低，后期運行管理難度不大，但是全斷面的攔截河道，會產(chǎn)生較多的不利影響：壩前易形成淤積，使河流的行洪能力降低，特別指出的是穆棱河的挾沙能力較大，壩前易形成淤積；全斷面筑壩后，水位抬高較大，上游淹沒范圍加大，必要時要修建回水堤，以減少上游的淹沒損失；對于水生態(tài)來說，阻斷魚類洄游通道，從而導致魚類資源減少，生物多樣性退化?？偼顿Y為1322.38萬元。

3.3 閘壩結(jié)合式布置方案

在選定的攔河工程軸線處新建，攔河長度102.0 m：5孔×10.0 m沖砂閘+三個中墩3.0 m×2.0 m+一個邊墩1.5 m+45.0 m實用堰[5]，閘底高程178.4 m，此方案工程施工難度不大，工程投資比全壩方案高，比全閘方案底，后期運行管理難度大，壩前存在淤積，雖能用閘減少壩前的淤泥，但效果不是很明顯，河道行洪能力降低，上游淹沒范圍比全閘方案大，必要時也要修建回水堤，以減少上游的淹沒損失。春季凌汛行冰斷面減小，流冰作用力會對建筑物產(chǎn)生嚴重破壞；對于水生態(tài)來說，沒有完全阻斷魚類洄游通道。總投資為1769.55萬元。

表1 攔河工程結(jié)構(gòu)型式比選表

通過比較分析可知:無論是從技術(shù)可行性、工程投資方面及后期的運行管理方面方面，還是從河道生態(tài)環(huán)境來看，全閘式布置型式都優(yōu)于另外兩種布置型式。因此，采用全閘式布置方案是雞冠山渠首改建布置型式的首選。經(jīng)技術(shù)經(jīng)濟綜合分析，考慮到工程投資、結(jié)構(gòu)耐久性、水環(huán)境生態(tài)，以及泥沙淤積、春季排冰等綜合因素，本次雞冠山渠首工程布置方案考慮采用全閘方案。

3.4 閘門型式確定

雞冠山渠首工程布置方案考慮采用全閘方案，針對全閘方案，根據(jù)工程區(qū)河道現(xiàn)狀以及選定的工程軸線位置、工程布置結(jié)構(gòu)型式及鋼閘門特性本文對閘門型式進行了對比分析，閘門型式的方案有：平板直升式鋼閘門、橡膠壩、鋼壩閘以及弧形鋼閘門。表2為不同閘門型式方案的比選情況。

表2 不同閘門型式方案比選

綜合對比分析四種閘門型式的功能特性、運行特點以及投資費用，雞冠山渠首工程閘門設(shè)計推薦采用鋼壩閘門形式。

4 結(jié) 語

渠首工程是灌區(qū)的“咽喉”，也是整個灌區(qū)工程發(fā)揮效益好壞的關(guān)鍵。灌區(qū)灌溉水源大部分來自于江河，如何有效的利用江河可利用水資源滿足灌區(qū)灌溉需求，又可以實現(xiàn)江河生態(tài)健康發(fā)展，灌區(qū)渠首工程研究成為必然。本文根據(jù)雞冠山渠首所在穆棱河河道的水文、地質(zhì)特性以及工程功能需求，采用攔河全閘式布置方案(閘門采用鋼壩閘門型式)，將能使雞冠山渠首在解決引水、泄洪、排沙、排冰時，又能滿足上游工程景觀水位需要。該渠首的布置方案，對于和本工程河道特性和功能需求上有相似的其他工程提供較好的借鑒作用。