北安市東勝灌區渠首改造工程技術研究

常曉磊，趙文軍

(北安市水務局，黑龍江北安164000)

1 工程概況

東勝灌區位于北安市東南的烏裕爾河右岸東勝鄉境內，渠首距北安市城區25 km.全灌區呈一彎曲條形帶狀，南北寬約2 km，東西長約12 km，灌區以水田為主，灌溉規模2 000 hm2。灌區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。東勝灌區始建于1974年，1989～1990年進行了灌區續建配套和渠首工程建設，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。東勝灌區是北安市第二位中型灌區，水源豐富，土地肥沃，是我市北部水稻主產區。工程建設以來，為東勝鄉水田灌溉及農業生產做出了較大貢獻對發展區域經濟至關重要。

2 工程存在主要問題及原因分析

東勝灌區主要是水源無保證，關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，工程管理機構不健全，嚴重影響了渠首功能的發揮和工程本身的維護;②溢洪壩消能設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計要求，多次在汛期沖毀，2005年沖毀200 m，2007年才恢復，影響2 a灌區供水;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滲漏，過水路面水毀主要是上游齒墻和下游護砌，造成修復工程困難重重;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，經常毀壞，1995年春靠近渠首進水閘左側沖開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。

東勝灌區渠首工程水毀除了工程質量差、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，致使險象環生。目前東勝灌區渠首工程已難以繼續承擔為東勝灌區供水灌溉任務，已經影響了東勝鄉的農業生產和灌區的遠景發展。因此為保證渠首工程效益的正常發揮和東勝鄉經濟的可持續發展，對東勝灌區渠首工程的改造是十分必要的。

3 工程水文、地質條件

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

表1 渠首設計年徑流成果

表2 渠首設計洪水年流量成果

經取樣分析，渠首區內水層為第四系孔隙潛水，主要分布于河床底部和兩側漫灘地，含水層巖性為砂礫石層，含水層厚2～5 m左右。穩定水位0.3 m左右，初見水位1.50 m。該環境水對混凝土材料無腐蝕性，并適宜于飲用和農田灌溉。

渠首區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粉砂巖、粉砂質泥巖。渠首區內無大的構造分布。基礎級配不良粗礫層，在高水頭作用下易發生滲透破壞，經滲透變形分析，破壞形式為管涌，其允許比降為:J允=0.381。根據已有建筑物建設和運用情況，地基承載能力滿足一般水工建筑物的要求。

4 渠首改造工程技術方案

4.1 設計標準

渠首洪水標準為:20 a一遇洪水設計，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

經對灌區進行現場查勘，既考慮工程布局、工程量大小，同時結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，渠首軸仍采用現有渠首軸線。

4.3 渠首改造工程技術方案

從原有渠首工程毀壞情況分析，為穩定灌區渠首，確保供水安全，東勝灌區渠首改造工程采取閘壩結合方案，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擋水壩227 m和左側擋水壩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，但設備較多，工程造價高，管理不便;閘壩結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合方案是經濟合理的。

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。在原河道處拆除現有溢流壩重建，規模凈寬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構，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3段擋水壩，總長612.6 m。第一段:位于引水渠進水口的右側，長227 m;第二段:位于引水渠進水口的左側，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=設計洪水位+y正(超高)=255.74+1.89=257.63 m的數值確定。

綜合工程技術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，渠首改造工程技術合理，項目可行。