北安市东胜灌区渠首改造工程技术研究

常晓磊，赵文军

(北安市水务局，黑龙江北安164000)

1 工程概况

东胜灌区位于北安市东南的乌裕尔河右岸东胜乡境内，渠首距北安市城区25 km.全灌区呈一弯曲条形带状，南北宽约2 km，东西长约12 km，灌区以水田为主，灌溉规模2 000 hm2。灌区水源主要依靠乌裕尔河天然来水，渠首以上控制乌裕尔河流域面积为1 036 km2，多年平均流量为3.99 m3/s。东胜灌区始建于1974年，1989～1990年进行了灌区续建配套和渠首工程建设，1991年投入使用时渠首共完成防洪堤788 m、溢流坝50 m、过水路面202 m及2孔渠首闸一座。建成后当年就种植水田33.3 hm2。东胜灌区是北安市第二位中型灌区，水源丰富，土地肥沃，是我市北部水稻主产区。工程建设以来，为东胜乡水田灌溉及农业生产做出了较大贡献对发展区域经济至关重要。

2 工程存在主要问题及原因分析

东胜灌区主要是水源无保证，关键是渠首工程病险问题严重，存在诸多安全隐患。①由于当时建设资金不足，致使渠首工程标准低，并且工程也未全部完成，工程管理机构不健全，严重影响了渠首功能的发挥和工程本身的维护;②溢洪坝消能设施满足不了下泄流量要求，在汛期泄流较大时，消力池和海漫段多次水毁，直接威胁溢流坝主体安全;③挡水坝断面未达到设计要求，在高水位运行时，坝后渗水严重，并险工弱段较多，不能安全供水;④渠首挡水坝也未能达到设计要求，多次在汛期冲毁，2005年冲毁200 m，2007年才恢复，影响2 a灌区供水;⑤过水路面完工后，1992年冲开50 m，1998年冲开65 m，2003年冲开100 m，造成河水改道，2006年过水路面及部分挡水坝背水坡脚出现渗漏，过水路面水毁主要是上游齿墙和下游护砌，造成修复工程困难重重;⑥渠首进水闸进水口处护堤断面小，灌溉期进水口来水较集中，经常毁坏，1995年春靠近渠首进水闸左侧冲开20 m，影响了春灌，进水闸由于年久失修，进出口及闸室破坏严重，闸门及启闭机已不能正常使用。

东胜灌区渠首工程水毁除了工程质量差、标准低的原因外，渠首工程缺少退水建筑物，汛期渠首高水位拦蓄洪水，形成一座小(1)型水库，溢流坝堰上洪水不能及时下泄，堰下水无法排除，造成渠首700多米挡水坝长期高水位运行，又不能弃水、腾空，致使险象环生。目前东胜灌区渠首工程已难以继续承担为东胜灌区供水灌溉任务，已经影响了东胜乡的农业生产和灌区的远景发展。因此为保证渠首工程效益的正常发挥和东胜乡经济的可持续发展，对东胜灌区渠首工程的改造是十分必要的。

3 工程水文、地质条件

东胜灌区渠首处无实测水文资料，采用北安水文测站作为参证站，经水文计算年径流及洪水成果见表1和表2。

表1 渠首设计年径流成果

表2 渠首设计洪水年流量成果

经取样分析，渠首区内水层为第四系孔隙潜水，主要分布于河床底部和两侧漫滩地，含水层岩性为砂砾石层，含水层厚2～5 m左右。稳定水位0.3 m左右，初见水位1.50 m。该环境水对混凝土材料无腐蚀性，并适宜于饮用和农田灌溉。

渠首区出露地层主要为第四系，岩性为低液限黏土及级配不良砾、卵石混合土，下部基岩为全风化泥质粉砂岩、粉砂质泥岩。渠首区内无大的构造分布。基础级配不良粗砾层，在高水头作用下易发生渗透破坏，经渗透变形分析，破坏形式为管涌，其允许比降为:J允=0.381。根据已有建筑物建设和运用情况，地基承载能力满足一般水工建筑物的要求。

4 渠首改造工程技术方案

4.1 设计标准

渠首洪水标准为:20 a一遇洪水设计，50 a一遇洪水校核。按照渠首供水功能，工程等级定为Ⅲ等，主要建筑物为3级，进水闸次要建筑物为4级。

4.2 渠首轴线选择

经对灌区进行现场查勘，既考虑工程布局、工程量大小，同时结合考虑占地及投资等因素影响，进行了上游渠首和原渠首两个方案比较，认为原渠首位置较为理想，渠首轴仍采用现有渠首轴线。

4.3 渠首改造工程技术方案

从原有渠首工程毁坏情况分析，为稳定灌区渠首，确保供水安全，东胜灌区渠首改造工程采取闸坝结合方案，即由进水闸、泄洪闸、溢流坝、挡水土坝及固滩5项工程组合。进水闸需在原址处拆除重建。加高培厚引水渠右侧挡水坝227 m和左侧挡水坝280 m。原有溢流坝不能满足过流要求，需拆除。在原有河道右岸新建泄洪闸，在河道及河道左岸修建溢流坝。泄洪闸与溢流坝相临处用混凝土重力式挡土墙连接。溢流坝与滩地中间有105.6 m挡水坝(顶高程257.63 m)连接，左接固滩长400 m。

4.4 工程方案可行性

4.4.1 渠首拦河工程方案比较

由于乌裕尔河流为平原河流，河床宽度不足，过流能力小，大量洪水漫滩，拦河工程主要以渲泄河道洪峰流量为原则，选择了全闸方案和闸坝结合方案作为拦河工程的两个分析比较方案。全闸控制有较好泄洪和冲砂能力，但设备较多，工程造价高，管理不便;闸坝结合形式溢流坝起壅高水位的作用，闸起冲砂、泄洪作用，既满足取水要求，又能冲砂、泄洪，且工程造价适中，又由于地形条件，渠首右侧临近地面没有超出256.7 m的地面高程，只能用滩地过流。因此，渠首工程选择闸坝结合方案是经济合理的。

4.4.2 主要建筑物功能

溢流坝工程:溢流坝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。在原河道处拆除现有溢流坝重建，规模净宽320 m，溢流坝由防渗铺盖、坝体、消力池、海漫及防冲槽组成。

泄洪闸工程:闸址处多年平均枯水位时的河床平均高程为253.6 m，确定新建泄洪闸闸底板顶高程为253.5 m。泄水建筑物为 6孔开敞式泄洪闸，孔口尺寸为6 m×8.5 m×2.8 m，总净宽为48 m。设计流量259.08 m3/s，校核流量305.48 m3/s。泄洪闸由进口引水渠、铺盖、闸室段、陡坡段、消能段、海漫段及尾水渠等组成。

进水闸:在原处拆除重建。采用无压钢筋混凝土涵闸式结构，由铺盖、闸室、洞身、消力池、海漫等组成。引用流量2.85 m3/s，初拟洞径为单孔2.2 m×1.6 m(宽×高)。

固滩工程:设计固滩顶高程确定为255.71 m，与滩地平均地面高程持平。固滩长400 m，用30 cm厚干砌石护底。

挡水土坝工程:渠首设3段挡水坝，总长612.6 m。第一段:位于引水渠进水口的右侧，长227 m;第二段:位于引水渠进水口的左侧，长280 m;第三段:位于溢流坝与固滩之间，长105.6 m。坝顶高程按正常情况:V正=设计洪水位+y正(超高)=255.74+1.89=257.63 m的数值确定。

综合工程技术方案和主要建筑物功能:溢流坝坝顶高程255.0 m，以满足取水流量和控制水位为宜，多余水量可从溢流坝坝顶流过，当来大洪水时开启泄洪闸泄洪，泄洪闸闸底板顶高程为253.5 m，比闸址处河床多年平均枯水位高0.5 m。满足汛期退水要求，降低堤坝蓄水高度。从拦河坝方案比较和渠首工程组合分析研究看，渠首改造工程技术合理，项目可行。