穆棱河鸡冠山渠首工程布置方案分析

李 昂，高 洁

(1.黑龙江省水利科学研究院，黑龙江 哈尔滨 150080；2.漳卫南运河沧州河务局，河北 沧州 061000)

1 研究区域概况

鸡冠山渠首作为鸡林灌区渠首工程始建于建国初期，鸡冠山渠首于2014年进行重建设计。渠首断面设计洪峰流量为Q(p=2%)=4080 m3/s，Q(p=5%)=2690 m3/s，拦河闸区穆棱河由西流向东，河床宽约97 m，水深2 m左右，河床呈不对称的“U”型。地貌单元主要为堆积台地和河漫滩。堆积台地：分布于两岸，地势平缓，地表为薄层黏性土，下部为不良细砾，下伏砂岩，地表为耕地。堆积河漫滩：主要分布于河床，地表平缓，组成岩性以第四系全新统级配不良细砾为主。本文依据渠首工程所在河道的水文地质特点，对渠首拦河蓄水灌溉型式进行研究分析，提出适合的渠首工程布置方案。

2 渠首功能定位及与其他项目的衔接

2.1 渠首工程定位

鸡西市鸡冠山渠首工程的功能定位是满足鸡林灌区的4133.33 hm2的灌溉用水；由于原渠首工程闸址位于一处污水沟的下游，新建渠首为避免引污水入渠将渠首位置上移，改善了灌区的用水质量；同时为满足上游城子河区段综合治理工程的景观水位需求，渠首工程还具有景观功能。

2.2 与其他项目的衔接

与本工程有交叉的其他工程是穆棱河流域城子河区段综合治理工程，综合治理项目需要本工程为其提供水位保证。由于穆棱河流入兴凯湖，该项目使兴凯湖主要入湖河流的水质改善和生态修复，同时削减穆棱河入兴凯湖的污染负荷。

3 渠首方案型式选择

原渠首工程由拦河工程、引水工程及护岸工程组成。其中：拦河工程为闸坝结合方案，冲砂闸和溢流坝呈一字型布置。冲砂闸共3孔，总净宽15 m；溢流坝为圆头折线堰，总长85 m，分为三个坝段。原鸡冠山渠首枢纽已发生水毁破坏，主体建筑物工程已严重损坏，彻底失去工程作用，不能满足灌溉的功能要求。随着灌区工农业经济、改善河道水质和生态环境修复的发展必然趋势，同时考虑穆棱河含沙量大，春季凌汛、河道水力条件等因素，新建渠首必须能够满足引水、排沙、排冰、上游景观水位等控制要点。

为了使新建的渠首枢纽能够更好地适应灌区发展和生态景观需要，选择一种既能满足农业供水和生态景观水位的需求，又能很好地解决拦河工程排沙、春季河道排冰、汛期河道泄洪的渠首枢纽布置型式，成为新建引水枢纽选型中必须重点考虑的问题[1-4]。目前，鸡冠山渠首工程布置型式主要有拦河闸方案、拦河坝方案、闸坝结合式布置方案等3种。本文从技术可行性、施工难易性、运行管理方便以及经济合理的角度，对上述3种布置型式进行方案比选。表1为不同方案的比选情况。

3.1 全闸式布置方案

在选定的拦河工程轴线处新建，拦河长度为102.6m：3孔×30.0 m钢坝闸，两个中墩2.0 m×6.3 m，闸底高程178.4 m，此方案大大减少了上游淤积，降低上游雍水水位对淹没的影响，基本恢复天然河道行洪能力，改善渠首的运行条件，春季凌汛排冰问题得以有效的解决，开闸是泄洪，对闸前的淤积冲刷较彻底，同时对于水生态来说，没有完全阻断鱼类的洄游通道，在技术上是优越的，其中：3孔×30.0 m钢坝闸方案总投资为2056.76万元。

3.2 全坝式布置方案

在选定的拦河工程轴线处新建102.0 m拦河坝工程，闸底高程178.4 m，此方案工程施工较为简单，工程投资也较低，后期运行管理难度不大，但是全断面的拦截河道，会产生较多的不利影响：坝前易形成淤积，使河流的行洪能力降低，特别指出的是穆棱河的挟沙能力较大，坝前易形成淤积；全断面筑坝后，水位抬高较大，上游淹没范围加大，必要时要修建回水堤，以减少上游的淹没损失；对于水生态来说，阻断鱼类洄游通道，从而导致鱼类资源减少，生物多样性退化。总投资为1322.38万元。

3.3 闸坝结合式布置方案

在选定的拦河工程轴线处新建，拦河长度102.0 m：5孔×10.0 m冲砂闸+三个中墩3.0 m×2.0 m+一个边墩1.5 m+45.0 m实用堰[5]，闸底高程178.4 m，此方案工程施工难度不大，工程投资比全坝方案高，比全闸方案底，后期运行管理难度大，坝前存在淤积，虽能用闸减少坝前的淤泥，但效果不是很明显，河道行洪能力降低，上游淹没范围比全闸方案大，必要时也要修建回水堤，以减少上游的淹没损失。春季凌汛行冰断面减小，流冰作用力会对建筑物产生严重破坏；对于水生态来说，没有完全阻断鱼类洄游通道。总投资为1769.55万元。

表1 拦河工程结构型式比选表

通过比较分析可知:无论是从技术可行性、工程投资方面及后期的运行管理方面方面，还是从河道生态环境来看，全闸式布置型式都优于另外两种布置型式。因此，采用全闸式布置方案是鸡冠山渠首改建布置型式的首选。经技术经济综合分析，考虑到工程投资、结构耐久性、水环境生态，以及泥沙淤积、春季排冰等综合因素，本次鸡冠山渠首工程布置方案考虑采用全闸方案。

3.4 闸门型式确定

鸡冠山渠首工程布置方案考虑采用全闸方案，针对全闸方案，根据工程区河道现状以及选定的工程轴线位置、工程布置结构型式及钢闸门特性本文对闸门型式进行了对比分析，闸门型式的方案有：平板直升式钢闸门、橡胶坝、钢坝闸以及弧形钢闸门。表2为不同闸门型式方案的比选情况。

表2 不同闸门型式方案比选

综合对比分析四种闸门型式的功能特性、运行特点以及投资费用，鸡冠山渠首工程闸门设计推荐采用钢坝闸门形式。

4 结 语

渠首工程是灌区的“咽喉”，也是整个灌区工程发挥效益好坏的关键。灌区灌溉水源大部分来自于江河，如何有效的利用江河可利用水资源满足灌区灌溉需求，又可以实现江河生态健康发展，灌区渠首工程研究成为必然。本文根据鸡冠山渠首所在穆棱河河道的水文、地质特性以及工程功能需求，采用拦河全闸式布置方案(闸门采用钢坝闸门型式)，将能使鸡冠山渠首在解决引水、泄洪、排沙、排冰时，又能满足上游工程景观水位需要。该渠首的布置方案，对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较好的借鉴作用。