黑龙江省北部引嫩工程江道演变与治理措施

1、黑龙江省北部引嫩工程江道演变与治理措施摘要：本文根据北部引嫩工程专用水文站丰富的水文和地形资料，分析了二十多年来北部引嫩工程江道演变特性和开展趋势，结合动床河工模型试验成果对下一阶段的工程治理措施提出了建议。关键词：北部引嫩江道演变治理措施1工程概况及江道水沙特性黑龙江省北部引嫩工程是为满足大庆油田及石化工业用水和沿线农业用水的大型跨流域无坝引水工程。自1976年建成通水以来已经获得了宏大的社会、经济和生态环境效益。已成为黑龙江省西部地区关系到国计民生的重点工程。渠首枢纽工程位于黑龙江省西部讷河市拉哈镇嫩江中游段，主要利用三江口弯道所形成的S型水流，在下弯道顶冲点下游采用无坝方式引水的工程(图

2、1)。二十几年的运行结果说明，弯道无坝引水工程方案和枢纽工程的总体布置是成功的。但从江道的演变形势看，东支开展过快，对三江口弯道有不利影响，有改变弯道水流，使深槽上下挪动不定，引水口有淤积或脱流的趋势。当时为确保无坝引水，曾对渠首江道进展了相应的整治。采取的工程措施是：(1)固定弯道、稳定引水弯道河势，在黄林套子西支及三江口弯道下部修筑护岸工程两处长2575。(2)限制东支开展，加强西支的分流量。在东支(24之间)修筑上锁坝长370，顶高176，下锁坝长110，顶高175.5。采取上述措施后，当流量为5003/s时，西支分流量可占60%以上。确保当大江流量为2022/s时，渠道可引进流量303

3、/s。图1北引渠首江道控制断面布置图Skethfrss-setinsnearnrthdiversinrks为观测引水渠首江道的演变和嫩江的水沙特性，专门设置了北引枢纽的专用站拉哈水文站，测区位于拉哈镇三江口拉查公路上游至七公里处，观测区域由三江口弯道、东支、西支和黄林套子组成，根本测流断面(18)以上控制流域面积99200k2，现设有23个地形控制断面，1处根本水尺断面，3处测流断面(图1)。嫩江中下游系平原性河流，落差小，水势平缓，滩面宽阔，洪水持续时间较长，洪峰持续时间12小时以上，由根本水尺资料可知该河段汛期(69月)多年平均流量为12243/s,根本水尺断面处汛期水位多年平均值为177

4、.56。江水较清澈，泥沙运动弱，冲淤变化缓慢，与引水工程有关的主要是底部推移质泥沙运动，但无实测推移质资料。由现场取样分析知床沙质中值粒径d50为9.2江道演变分析北引渠首江道属分汊型河道，平面形态弯曲，经过20多年的运用，由于江道演变，使引水条件发生了较大变化。比照本河段1970年与1987年的平面套绘图(见图2)，可见在此期间河势变化不大。在东西支图2江道主流深泓线变化图(1970年与1987年)parisnfainurrentlinebeteen1970and1987图3典型断面(23#)淤积变化DepsitininrsssetinN.23深泓线交会点(15断面附近)以上，东西支的深泓线

5、有些变化，但交汇点以下那么变化很校在17断面以下，主流紧贴左岸弯道下行，进渠流势顺畅，故引水量一直保持在设计引水量以上。但到1988年以后，渠首工程和江道工程相继出现一些问题，虽经1989年整修加固，稳定了西支上游河势，强化了西支水流。但自1988年连续几年的大洪水之后，江道演变剧烈，使引水条件发生了较大变化。2.1西支分流比增加由于东支上、下锁坝坝顶高程分别为176和175.5，高程较高，使得东支江道上游至汇流口处普遍淤高(图3)，入流不畅，减弱了东支的过水才能。而西支过水才能逐年增加(表1)。当大江流量为5003/s时，引水初期，西支过流59%，而至1997年西支过流99%，东支根本断流。

6、大江流量为15003/s时，引水初期，西支过流51%，而至1997年西支过流95%，东支过流仅5%。2.2江道主流深泓线发生变化由于西支分流比的不断增加，打破了西支河道与原有水沙条件相适应的情况，水流冲刷才能增强，西支靠近黄林套子下梢的河段不断冲蚀后退(如图4所示)。致使三江口弯道顶冲点上提，渠首前河段深泓右移，左岸出现边滩，造成引水困难。图4江道主流深泓线变化图(1987年与1998年)parisnfainurrentlinebeteen1970and1987转贴于论文联盟.ll.2.3鱼嘴附近江道河床冲深由于近年来江道主流右偏，大江流速加大，使得在鱼嘴附近江道发生冲刷。从1998年地形图看

7、，在1920之间已形成一深槽，深槽底最低点高程为165.5。而引渠底高程目前是172.5，二者高差达7之多。因此，鱼嘴工程附近深槽流速加大，2022/s时18断面的平均流速由0.4/s增至0.64/s(见表2)，使河槽下切展宽，1920断面的宽深比已在2.03.5之间，致使18断面水位在2022/s到7003/s之间下降0.98至0.5(见表3)，使引水量大幅度减少，当嫩江来水2022/s时，进渠流量仅为18.53/s，减少了43.6%(见表4)。表1西支进口分流比历年变化diversinratifestintakeQ总(3/s)200500100015002000时间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断面平均流速变化eanvelityatsetin18atadishargef2022/sintheainhannel时间198219861990199119921993流量(3/s)0.40.460.540.620.660.64表318断面历年水位流量关系变化(单位：)Disharge-stagerelatinat18流量(3/s)200300400500600700时间(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整治方案从上面分析可见，北引工程经过20多年的运用，由于江道演变，使引水条件发生了较大变化。当前的主要问题集中在引水所在的三江口弯道上，表现为顶冲点上提、深槽下切、水位下降、枯水期引入流量减少。根据实测资料分析，当大江流量为2022/s时，原设计引水流量为32.83/s，19

11、79年至1981年间曾引进363/s，而到1997年只能引入18.63/s，严重影响下游和工农业用水，而且从江道的演变趋势看，如不采取工程措施有可能使引水口脱溜，使引水更为困难。为研究北引渠首河段的演变规律，寻求合理的工程整治措施，以到达稳定河势，增加引水流量的目的，我们委托中国水利水电科学研究院泥沙研究所进展了该河段的动床河工模型试验。通过动床河工模型的反复试验提出了以下整治措施(图5)，可以使枯水期大江流量2022/s时引渠的引水量从目前的18.63/s根本恢复到原设计的引水流量。表4嫩江来水量与渠道引入流量关系变化(单位：3/s)Relatinbeteendiversinapabilit

12、yanddishargeinainhannel嫩江水量120140160180200300时间设计引量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-图5整治措施布置图Skethftrainingrks3.1控制河势措施从前述河势分析可知：近十余年来，北引渠首引水

13、量逐年减少的主因是取水口上游河势发生了较大变化，特别是自16断面以下，因左侧河床淤高，右滩刷深而使主流偏向右侧。17和18断面主流明显右摆，江心淤成沙洲，断面向宽浅方向开展，使同流量的水位下降。另一方面，由于江道主流右摆，在取水口附近大江流速加大，河床刷深，致使渠道进口与大江河底的高差进一步加大。这些都使得大江水流加强，进渠水流削弱，使进渠流量逐渐减少。因此，欲增加枯水期的进渠流量，恢复并保持工程建成初期的河势实乃治本措施。在黄林套子下端设置顺坝，使黄林套子下端位置恢复到工程建立初期时的位置。顺坝是从黄林套子下端点沿引水护岸北端点连线方向。坝长300,坝顶高程177。试验结果说明：设置顺坝后引

14、渠进水量明显增加。当大江流量为2022/s时，引水流量从193/s增大到25.13/s。初步分析认为：设置顺坝后约束了水流在15断面附近对左岸的顶冲，使枯水期主流线沿左侧顺畅下泄。也就是说，顺坝的设置已使工程建立初期的河势有所恢复。在15断面至16+2断面(17附近)间的右岸滩地设置三座丁坝，一方面防止设置顺坝后对右岸的淘刷，另一方面最主要的目的是冲刷引水口以上河段的左岸边滩，使主流线贴近引水口。试验说明：设置右岸丁坝后效果明显，当发生大水时(Q=20003/s),在16+2断面以下主流明显左偏，在18断面最大偏离达40110，这对保护右滩，冲刷左侧边滩和江心洲都是很有利的。3.2固床工程如前

15、所述，在鱼嘴附近江道发生冲刷(最低点高程为165.5)，导致引水口前水位降低，大江流速增加，直接使引水量减少。为防止江道进一步刷深并增加进渠流量，可采取固床措施，即在冲刷比拟严重的江道上加固河床断面(如抛石或砌石等)。详细做法是在鱼嘴以下江道设置两道固床工程，一个布置在鱼嘴下游50，另一个布置在鱼嘴下游250。固床最低高程为170.5，厚度1，固到175高程。试验结果说明是在上述河势控制和固床工程的作用下，大江流量为2022/s时，引渠可以引进30.43/s，根本恢复到原设计的程度。4结语1.北部引嫩工程是为保证大庆石化企业和沿线农业用水的重要工程。自1976年建成以来已经获得了宏大的社会、经济和生态环境效益。近年来由于江道的演变，使该工程引水量逐年减少，已严重影响了大庆和沿线农业的开展。为此，尽快采取工程措施，恢复设计引水量是非常必要的。2.通过江道演变资料分析可知：近十余年来北引渠首引水量逐年减少的主因是取水口上游河势发生了较大变化，主要表如