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)計研究有限責(zé)任公司,吉林長春130021)
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。
根據(jù)(GB50288—99)《灌溉與排水工程設(shè)計標(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)計灌溉面積為0.8727×104hm2,工程等別取為Ⅲ等,各子項建筑物工程依據(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)計標(biāo)準(zhǔn)》和《水閘設(shè)計規(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。
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。
2.3.1 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)計采用攔河閘方案。
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。