1、黑龍江省北部引嫩工程江道演變與治理措施摘要：本文根據(jù)北部引嫩工程專用水文站豐富的水文和地形資料，分析了二十多年來(lái)北部引嫩工程江道演變特性和開(kāi)展趨勢(shì)，結(jié)合動(dòng)床河工模型試驗(yàn)成果對(duì)下一階段的工程治理措施提出了建議。關(guān)鍵詞：北部引嫩江道演變治理措施1工程概況及江道水沙特性黑龍江省北部引嫩工程是為滿足大慶油田及石化工業(yè)用水和沿線農(nóng)業(yè)用水的大型跨流域無(wú)壩引水工程。自1976年建成通水以來(lái)已經(jīng)獲得了宏大的社會(huì)、經(jīng)濟(jì)和生態(tài)環(huán)境效益。已成為黑龍江省西部地區(qū)關(guān)系到國(guó)計(jì)民生的重點(diǎn)工程。渠首樞紐工程位于黑龍江省西部訥河市拉哈鎮(zhèn)嫩江中游段，主要利用三江口彎道所形成的S型水流，在下彎道頂沖點(diǎn)下游采用無(wú)壩方式引水的工程(圖

2、1)。二十幾年的運(yùn)行結(jié)果說(shuō)明，彎道無(wú)壩引水工程方案和樞紐工程的總體布置是成功的。但從江道的演變形勢(shì)看，東支開(kāi)展過(guò)快，對(duì)三江口彎道有不利影響，有改變彎道水流，使深槽上下挪動(dòng)不定，引水口有淤積或脫流的趨勢(shì)。當(dāng)時(shí)為確保無(wú)壩引水，曾對(duì)渠首江道進(jìn)展了相應(yīng)的整治。采取的工程措施是：(1)固定彎道、穩(wěn)定引水彎道河勢(shì)，在黃林套子西支及三江口彎道下部修筑護(hù)岸工程兩處長(zhǎng)2575。(2)限制東支開(kāi)展，加強(qiáng)西支的分流量。在東支(24之間)修筑上鎖壩長(zhǎng)370，頂高176，下鎖壩長(zhǎng)110，頂高175.5。采取上述措施后，當(dāng)流量為5003/s時(shí)，西支分流量可占60%以上。確保當(dāng)大江流量為2022/s時(shí)，渠道可引進(jìn)流量303

3、/s。圖1北引渠首江道控制斷面布置圖Skethfrss-setinsnearnrthdiversinrks為觀測(cè)引水渠首江道的演變和嫩江的水沙特性，專門(mén)設(shè)置了北引樞紐的專用站拉哈水文站，測(cè)區(qū)位于拉哈鎮(zhèn)三江口拉查公路上游至七公里處，觀測(cè)區(qū)域由三江口彎道、東支、西支和黃林套子組成，根本測(cè)流斷面(18)以上控制流域面積99200k2，現(xiàn)設(shè)有23個(gè)地形控制斷面，1處根本水尺斷面，3處測(cè)流斷面(圖1)。嫩江中下游系平原性河流，落差小，水勢(shì)平緩，灘面寬闊，洪水持續(xù)時(shí)間較長(zhǎng)，洪峰持續(xù)時(shí)間12小時(shí)以上，由根本水尺資料可知該河段汛期(69月)多年平均流量為12243/s,根本水尺斷面處汛期水位多年平均值為177

4、.56。江水較清澈，泥沙運(yùn)動(dòng)弱，沖淤變化緩慢，與引水工程有關(guān)的主要是底部推移質(zhì)泥沙運(yùn)動(dòng)，但無(wú)實(shí)測(cè)推移質(zhì)資料。由現(xiàn)場(chǎng)取樣分析知床沙質(zhì)中值粒徑d50為9.2江道演變分析北引渠首江道屬分汊型河道，平面形態(tài)彎曲，經(jīng)過(guò)20多年的運(yùn)用，由于江道演變，使引水條件發(fā)生了較大變化。比照本河段1970年與1987年的平面套繪圖(見(jiàn)圖2)，可見(jiàn)在此期間河勢(shì)變化不大。在東西支圖2江道主流深泓線變化圖(1970年與1987年)parisnfainurrentlinebeteen1970and1987圖3典型斷面(23#)淤積變化DepsitininrsssetinN.23深泓線交會(huì)點(diǎn)(15斷面附近)以上，東西支的深泓線

5、有些變化，但交匯點(diǎn)以下那么變化很校在17斷面以下，主流緊貼左岸彎道下行，進(jìn)渠流勢(shì)順暢，故引水量一直保持在設(shè)計(jì)引水量以上。但到1988年以后，渠首工程和江道工程相繼出現(xiàn)一些問(wèn)題，雖經(jīng)1989年整修加固，穩(wěn)定了西支上游河勢(shì)，強(qiáng)化了西支水流。但自1988年連續(xù)幾年的大洪水之后，江道演變劇烈，使引水條件發(fā)生了較大變化。2.1西支分流比增加由于東支上、下鎖壩壩頂高程分別為176和175.5，高程較高，使得東支江道上游至匯流口處普遍淤高(圖3)，入流不暢，減弱了東支的過(guò)水才能。而西支過(guò)水才能逐年增加(表1)。當(dāng)大江流量為5003/s時(shí)，引水初期，西支過(guò)流59%，而至1997年西支過(guò)流99%，東支根本斷流。

6、大江流量為15003/s時(shí)，引水初期，西支過(guò)流51%，而至1997年西支過(guò)流95%，東支過(guò)流僅5%。2.2江道主流深泓線發(fā)生變化由于西支分流比的不斷增加，打破了西支河道與原有水沙條件相適應(yīng)的情況，水流沖刷才能增強(qiáng)，西支靠近黃林套子下梢的河段不斷沖蝕后退(如圖4所示)。致使三江口彎道頂沖點(diǎn)上提，渠首前河段深泓右移，左岸出現(xiàn)邊灘，造成引水困難。圖4江道主流深泓線變化圖(1987年與1998年)parisnfainurrentlinebeteen1970and1987轉(zhuǎn)貼于論文聯(lián)盟.ll.2.3魚(yú)嘴附近江道河床沖深由于近年來(lái)江道主流右偏，大江流速加大，使得在魚(yú)嘴附近江道發(fā)生沖刷。從1998年地形圖看

7、，在1920之間已形成一深槽，深槽底最低點(diǎn)高程為165.5。而引渠底高程目前是172.5，二者高差達(dá)7之多。因此，魚(yú)嘴工程附近深槽流速加大，2022/s時(shí)18斷面的平均流速由0.4/s增至0.64/s(見(jiàn)表2)，使河槽下切展寬，1920斷面的寬深比已在2.03.5之間，致使18斷面水位在2022/s到7003/s之間下降0.98至0.5(見(jiàn)表3)，使引水量大幅度減少，當(dāng)嫩江來(lái)水2022/s時(shí)，進(jìn)渠流量?jī)H為18.53/s，減少了43.6%(見(jiàn)表4)。表1西支進(jìn)口分流比歷年變化diversinratifestintakeQ總(3/s)200500100015002000時(shí)間19701973120(

8、60%)300(60%)590(59%)840(56%)1060(53%)1976148(74%)295(59%)520(52%)765(51%)1000(50%)1981140(70%)290(58%)520(52%)765(51%)1000(50%)1986-350(70%)670(67%)915(61%)1160(58%)1991200(100%)455(91%)826(83%)1230(82%)1540(77%)1995200(100%)195(95%)176(88%)-1996200(100%)498(99%)925(93%)1300(87%)-1997200(100%)498(99

9、%)955(93%)1420(95%)-表22022/s流量18斷面平均流速變化eanvelityatsetin18atadishargef2022/sintheainhannel時(shí)間198219861990199119921993流量(3/s)0.40.460.540.620.660.64表318斷面歷年水位流量關(guān)系變化(單位：)Disharge-stagerelatinat18流量(3/s)200300400500600700時(shí)間(年)1977174.72174.93175.16175.33175.47175.561981174.40174.66174.88175.09175.29175.

10、481986174.17174.5174.74174.93175.11175.301991173.86174.16174.40174.64174.84175.061993173.76174.10174.36174.60174.84175.061997173.62174.00174.27174.50174.72174.933整治方案從上面分析可見(jiàn)，北引工程經(jīng)過(guò)20多年的運(yùn)用，由于江道演變，使引水條件發(fā)生了較大變化。當(dāng)前的主要問(wèn)題集中在引水所在的三江口彎道上，表現(xiàn)為頂沖點(diǎn)上提、深槽下切、水位下降、枯水期引入流量減少。根據(jù)實(shí)測(cè)資料分析，當(dāng)大江流量為2022/s時(shí)，原設(shè)計(jì)引水流量為32.83/s，19

11、79年至1981年間曾引進(jìn)363/s，而到1997年只能引入18.63/s，嚴(yán)重影響下游和工農(nóng)業(yè)用水，而且從江道的演變趨勢(shì)看，如不采取工程措施有可能使引水口脫溜，使引水更為困難。為研究北引渠首河段的演變規(guī)律，尋求合理的工程整治措施，以到達(dá)穩(wěn)定河勢(shì)，增加引水流量的目的，我們委托中國(guó)水利水電科學(xué)研究院泥沙研究所進(jìn)展了該河段的動(dòng)床河工模型試驗(yàn)。通過(guò)動(dòng)床河工模型的反復(fù)試驗(yàn)提出了以下整治措施(圖5)，可以使枯水期大江流量2022/s時(shí)引渠的引水量從目前的18.63/s根本恢復(fù)到原設(shè)計(jì)的引水流量。表4嫩江來(lái)水量與渠道引入流量關(guān)系變化(單位：3/s)Relatinbeteendiversinapabilit

12、yanddishargeinainhannel嫩江水量120140160180200300時(shí)間設(shè)計(jì)引量24.627.029.031.032.841.01979198122.025.429.633.036.047.51985198718.021.826.831.034.4-1989199015.718.022.122.124.134.0199114.016.218.020.422.4-199213.014.416.819.021.2-199312.013.815.216.818.5-圖5整治措施布置圖Skethftrainingrks3.1控制河勢(shì)措施從前述河勢(shì)分析可知：近十余年來(lái)，北引渠首引水

13、量逐年減少的主因是取水口上游河勢(shì)發(fā)生了較大變化，特別是自16斷面以下，因左側(cè)河床淤高，右灘刷深而使主流偏向右側(cè)。17和18斷面主流明顯右擺，江心淤成沙洲，斷面向?qū)挏\方向開(kāi)展，使同流量的水位下降。另一方面，由于江道主流右擺，在取水口附近大江流速加大，河床刷深，致使渠道進(jìn)口與大江河底的高差進(jìn)一步加大。這些都使得大江水流加強(qiáng)，進(jìn)渠水流削弱，使進(jìn)渠流量逐漸減少。因此，欲增加枯水期的進(jìn)渠流量，恢復(fù)并保持工程建成初期的河勢(shì)實(shí)乃治本措施。在黃林套子下端設(shè)置順壩，使黃林套子下端位置恢復(fù)到工程建立初期時(shí)的位置。順壩是從黃林套子下端點(diǎn)沿引水護(hù)岸北端點(diǎn)連線方向。壩長(zhǎng)300,壩頂高程177。試驗(yàn)結(jié)果說(shuō)明：設(shè)置順壩后引

14、渠進(jìn)水量明顯增加。當(dāng)大江流量為2022/s時(shí)，引水流量從193/s增大到25.13/s。初步分析認(rèn)為：設(shè)置順壩后約束了水流在15斷面附近對(duì)左岸的頂沖，使枯水期主流線沿左側(cè)順暢下泄。也就是說(shuō)，順壩的設(shè)置已使工程建立初期的河勢(shì)有所恢復(fù)。在15斷面至16+2斷面(17附近)間的右岸灘地設(shè)置三座丁壩，一方面防止設(shè)置順壩后對(duì)右岸的淘刷，另一方面最主要的目的是沖刷引水口以上河段的左岸邊灘，使主流線貼近引水口。試驗(yàn)說(shuō)明：設(shè)置右岸丁壩后效果明顯，當(dāng)發(fā)生大水時(shí)(Q=20003/s),在16+2斷面以下主流明顯左偏，在18斷面最大偏離達(dá)40110，這對(duì)保護(hù)右灘，沖刷左側(cè)邊灘和江心洲都是很有利的。3.2固床工程如前

15、所述，在魚(yú)嘴附近江道發(fā)生沖刷(最低點(diǎn)高程為165.5)，導(dǎo)致引水口前水位降低，大江流速增加，直接使引水量減少。為防止江道進(jìn)一步刷深并增加進(jìn)渠流量，可采取固床措施，即在沖刷比擬嚴(yán)重的江道上加固河床斷面(如拋石或砌石等)。詳細(xì)做法是在魚(yú)嘴以下江道設(shè)置兩道固床工程，一個(gè)布置在魚(yú)嘴下游50，另一個(gè)布置在魚(yú)嘴下游250。固床最低高程為170.5，厚度1，固到175高程。試驗(yàn)結(jié)果說(shuō)明是在上述河勢(shì)控制和固床工程的作用下，大江流量為2022/s時(shí)，引渠可以引進(jìn)30.43/s，根本恢復(fù)到原設(shè)計(jì)的程度。4結(jié)語(yǔ)1.北部引嫩工程是為保證大慶石化企業(yè)和沿線農(nóng)業(yè)用水的重要工程。自1976年建成以來(lái)已經(jīng)獲得了宏大的社會(huì)、經(jīng)濟(jì)和生態(tài)環(huán)境效益。近年來(lái)由于江道的演變，使該工程引水量逐年減少，已嚴(yán)重影響了大慶和沿線農(nóng)業(yè)的開(kāi)展。為此，盡快采取工程措施，恢復(fù)設(shè)計(jì)引水量是非常必要的。2.通過(guò)江道演變資料分析可知：近十余年來(lái)北引渠首引水量逐年減少的主因是取水口上游河勢(shì)發(fā)生了較大變化，主要表如