昭平臺灌區(qū)1＃倒虹吸工程應(yīng)急修復(fù)方案設(shè)計(jì)

馬榮安

（平頂山市昭平臺水庫管理局，河南 平頂山 467000）

1 昭平臺灌區(qū)及南干渠1#倒虹吸工程基本情況

昭平臺灌區(qū)位于平頂山市境內(nèi)，始建于1966年，1972年通水灌溉。已建成南、北兩條干渠，總長134.70 km；支渠38 條，總長277.05 km，有各類建筑物2 108座。灌區(qū)設(shè)計(jì)總灌溉面積100 萬hm2，現(xiàn)有有效灌溉面積69.50 萬hm2。受益范圍包括魯山縣、寶豐縣、葉縣及新城區(qū)、湛河區(qū)共五個(gè)縣（區(qū)）、27 個(gè)鄉(xiāng)（鎮(zhèn)、辦事處），總?cè)丝?2.30萬人。

南干渠1#倒虹吸工程位于南干渠上游樁號0+665處，下穿昭平臺水庫溢洪道尾水渠，是昭平臺南干渠灌溉農(nóng)田的1＃控制性工程。1#倒虹吸工程始建于1966 年11 月，1969 年5 月完工，設(shè)計(jì)流量47.07 m3/s，加大流量53.85 m3/s，倒虹吸洞身采用3孔凈高2.86 m的馬蹄形150#素混凝土結(jié)構(gòu)，洞身上部依次采用砂卵石層和現(xiàn)澆混凝土面板壓重防護(hù)。洞身沿縱向分為3段，水平投影總長度343.20 m。

2 工程存在主要問題

2021年7月20日，由于特大暴雨，導(dǎo)致倒虹洞身上部的混凝土防護(hù)面板和覆蓋層被洪水沖毀，倒虹吸洞頂外露，局部損壞，混凝土洞身出現(xiàn)多條縱橫向裂縫，無法正常輸水，造成魯山、葉縣的47 萬hm2土地?zé)o法正常灌溉，沿線周邊廣大農(nóng)民群眾和當(dāng)?shù)馗骷壵畬こ袒謴?fù)通水灌溉要求十分迫切。同時(shí)，由于1#倒虹吸工程下穿昭平臺水庫溢洪道尾水渠，該倒虹吸工程的損毀使得昭平臺水庫溢洪道不能正常安全泄洪，嚴(yán)重影響水庫防汛工作的順利開展，安全隱患極大，需要盡快修復(fù)。

3 工程設(shè)計(jì)情況

3.1 設(shè)計(jì)洪水計(jì)算

該倒虹吸工程正常設(shè)計(jì)流量47.07 m3/s，加大流量53.85 m3/s，主要建筑物級別為3級。工程按應(yīng)急修復(fù)設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)防洪標(biāo)準(zhǔn)采用2021年“7·20”特大暴雨期間，昭平臺水庫溢洪道最大下泄流量600 m3/s，同時(shí)與東小河流量約290 m3/s疊加進(jìn)行。因此，此次防洪按20年一遇設(shè)計(jì)、50年一遇校核。

倒虹上游河床區(qū)間來水量主要為沙河支流東小河及昭平臺水庫溢洪道尾水渠下泄流量，尾水渠最大下泄流量見表1。

表1 昭平臺水庫溢洪道尾水渠下泄流量表

3.1.1 水文基本參數(shù)

東小河與沙河交叉河道以上流域面積12.80 km2、河道長度6.20 km，河道比降0.01。由于該河道無實(shí)測雨量、流量資料，設(shè)計(jì)洪水計(jì)算，采用雨量資料間接計(jì)算的方法進(jìn)行。暴雨洪水計(jì)算，參數(shù)采用2005年版的《河南省暴雨參數(shù)圖集》的數(shù)值。

3.1.2 設(shè)計(jì)暴雨量

因此地區(qū)缺乏實(shí)測雨量、流量資料，此次設(shè)計(jì)洪水計(jì)算，采用雨量資料間接計(jì)算的方法。根據(jù)《河南省暴雨參數(shù)圖集》（2005 年12 月出版），查得年最大24 h 點(diǎn)雨量均值和變差系數(shù)Cv，選用Cs=3.50 Cv。根據(jù)圖集查得各片區(qū)年最大24 h點(diǎn)雨量均值為150，變差系數(shù)為0.65。

3.1.3 24小時(shí)設(shè)計(jì)洪水總量

由平原區(qū)次降雨徑流關(guān)系（P+Pa-R）Ⅲ線，查算24 h 各種頻率設(shè)計(jì)凈雨量，乘以流域面積得設(shè)計(jì)洪水總量。最大初損值Im=100 mm，Pa 為設(shè)計(jì)前期影響雨量，3-5 年一遇采用45 mm，10-20年一遇采用55 mm。

3.1.4 洪峰流量計(jì)算

該流域面積小于200 km2，根據(jù)《圖集》要求，洪峰流量采用推理公式計(jì)。

式中：Qm—設(shè)計(jì)洪峰流量（m3/s）；Y—洪峰徑流系數(shù)；T—洪峰匯流時(shí)間；F—流域面積（km2）；J—河道平均坡降；S—設(shè)計(jì)頻率1 h 雨強(qiáng)（mm/h）；M—平均入滲率（mm/h），取M=5；m—匯流參數(shù)；n—設(shè)計(jì)暴雨遞減指數(shù)；L—河道干流長度（km）。

3.1.5 設(shè)計(jì)洪量

24 h設(shè)計(jì)洪量計(jì)算公式：

式中：R——24 h 凈雨深（mm）；F——流域面積；W24——24 h設(shè)計(jì)洪量（m3）。

東小河各設(shè)計(jì)頻率條件下的洪峰流量計(jì)算成果見表2。

表2 東小河設(shè)計(jì)洪峰洪量計(jì)算成果表

經(jīng)實(shí)測此次“7.20”特大暴雨期間，東小河出口處最大洪峰流量為290 m3/s，相當(dāng)于東小河10 年一遇洪水標(biāo)準(zhǔn)。因此，此次昭平臺水庫溢洪道尾水渠1＃倒虹吸水毀修復(fù)工程設(shè)計(jì)洪峰流量按284+600=884 m3/s考慮，滿足工程需要。見表2。

3.2 倒虹吸上部防護(hù)工程設(shè)計(jì)

3.2.1 防護(hù)工程沖刷深度計(jì)算

根據(jù)《堤防工程設(shè)計(jì)規(guī)范》附錄D，水流斜沖防護(hù)岸坡的沖刷深度計(jì)算選用（5）（6）（7）公式：

經(jīng)計(jì)算溢洪道尾水渠通過設(shè)計(jì)流量時(shí)沖刷深度0.94 m。具體計(jì)算成果詳見倒虹洞身處河道沖刷深度計(jì)算成果表3。

表3 倒虹洞身處河道沖刷深度計(jì)算成果表

3.2.2 上部防護(hù)工程總體布置

此次倒虹洞頂上部防護(hù)工程覆蓋層總厚度取3.50 m，其中砂卵石覆蓋層厚度3 m、格賓網(wǎng)箱厚度0.50 m，在格賓網(wǎng)箱底部設(shè)土工布（500 g/m2）。在洞身上游，格賓網(wǎng)箱沿倒虹洞身中線上部防護(hù)長度為15 m，端部格賓齒墻深入原河床2.50 m；在洞身下游游，格賓網(wǎng)箱沿倒虹洞身中線上部防護(hù)采用消能臺階式布置與下游河床平順銜接，總防護(hù)長度為52 m，末端格賓網(wǎng)箱齒墻深入原河床4.50 m，滿足不應(yīng)小于設(shè)計(jì)洪水河床沖刷線下0.50 m要求。在沿洞身方向，從沙河右岸河堤防坡腳向河道中心修筑防護(hù)長度為150 m、防護(hù)頂高程143 m。

3.2.3 倒虹洞身修復(fù)

洞身裂縫采用環(huán)氧砂漿灌注封堵；破壞的洞身，拆除損壞的素混凝土，植入鋼筋、現(xiàn)澆C30混凝土進(jìn)行原狀恢復(fù)。

4 結(jié)語

昭平臺灌區(qū)1#倒虹吸應(yīng)急修復(fù)工程，防洪標(biāo)準(zhǔn)按照20 年一遇設(shè)計(jì)、50年一遇校核，倒虹洞身裂縫采用環(huán)氧砂漿灌注封堵，倒虹洞頂上部防護(hù)工程覆蓋層采用砂卵石、格賓網(wǎng)箱和格賓護(hù)墊防護(hù)措施進(jìn)行修復(fù)。應(yīng)急修復(fù)后即投入了正常運(yùn)行，經(jīng)過一個(gè)汛期的使用，工程運(yùn)行狀況良好，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定可靠。該處理方案既滿足了昭平臺水庫溢洪道的正常泄洪，保障了水庫的防汛安全，也使得昭平臺灌區(qū)南干渠能夠正常有序的通水灌溉，達(dá)到了應(yīng)急修復(fù)設(shè)計(jì)目的。