昭平台灌区1＃倒虹吸工程应急修复方案设计

马荣安

（平顶山市昭平台水库管理局，河南 平顶山 467000）

1 昭平台灌区及南干渠1#倒虹吸工程基本情况

昭平台灌区位于平顶山市境内，始建于1966年，1972年通水灌溉。已建成南、北两条干渠，总长134.70 km；支渠38 条，总长277.05 km，有各类建筑物2 108座。灌区设计总灌溉面积100 万hm2，现有有效灌溉面积69.50 万hm2。受益范围包括鲁山县、宝丰县、叶县及新城区、湛河区共五个县（区）、27 个乡（镇、办事处），总人口82.30万人。

南干渠1#倒虹吸工程位于南干渠上游桩号0+665处，下穿昭平台水库溢洪道尾水渠，是昭平台南干渠灌溉农田的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，设计流量47.07 m3/s，加大流量53.85 m3/s，倒虹吸洞身采用3孔净高2.86 m的马蹄形150#素混凝土结构，洞身上部依次采用砂卵石层和现浇混凝土面板压重防护。洞身沿纵向分为3段，水平投影总长度343.20 m。

2 工程存在主要问题

2021年7月20日，由于特大暴雨，导致倒虹洞身上部的混凝土防护面板和覆盖层被洪水冲毁，倒虹吸洞顶外露，局部损坏，混凝土洞身出现多条纵横向裂缝，无法正常输水，造成鲁山、叶县的47 万hm2土地无法正常灌溉，沿线周边广大农民群众和当地各级政府对工程恢复通水灌溉要求十分迫切。同时，由于1#倒虹吸工程下穿昭平台水库溢洪道尾水渠，该倒虹吸工程的损毁使得昭平台水库溢洪道不能正常安全泄洪，严重影响水库防汛工作的顺利开展，安全隐患极大，需要尽快修复。

3 工程设计情况

3.1 设计洪水计算

该倒虹吸工程正常设计流量47.07 m3/s，加大流量53.85 m3/s，主要建筑物级别为3级。工程按应急修复设计，设计防洪标准采用2021年“7·20”特大暴雨期间，昭平台水库溢洪道最大下泄流量600 m3/s，同时与东小河流量约290 m3/s叠加进行。因此，此次防洪按20年一遇设计、50年一遇校核。

倒虹上游河床区间来水量主要为沙河支流东小河及昭平台水库溢洪道尾水渠下泄流量，尾水渠最大下泄流量见表1。

表1 昭平台水库溢洪道尾水渠下泄流量表

3.1.1 水文基本参数

东小河与沙河交叉河道以上流域面积12.80 km2、河道长度6.20 km，河道比降0.01。由于该河道无实测雨量、流量资料，设计洪水计算，采用雨量资料间接计算的方法进行。暴雨洪水计算，参数采用2005年版的《河南省暴雨参数图集》的数值。

3.1.2 设计暴雨量

因此地区缺乏实测雨量、流量资料，此次设计洪水计算，采用雨量资料间接计算的方法。根据《河南省暴雨参数图集》（2005 年12 月出版），查得年最大24 h 点雨量均值和变差系数Cv，选用Cs=3.50 Cv。根据图集查得各片区年最大24 h点雨量均值为150，变差系数为0.65。

3.1.3 24小时设计洪水总量

由平原区次降雨径流关系（P+Pa-R）Ⅲ线，查算24 h 各种频率设计净雨量，乘以流域面积得设计洪水总量。最大初损值Im=100 mm，Pa 为设计前期影响雨量，3-5 年一遇采用45 mm，10-20年一遇采用55 mm。

3.1.4 洪峰流量计算

该流域面积小于200 km2，根据《图集》要求，洪峰流量采用推理公式计。

式中：Qm—设计洪峰流量（m3/s）；Y—洪峰径流系数；T—洪峰汇流时间；F—流域面积（km2）；J—河道平均坡降；S—设计频率1 h 雨强（mm/h）；M—平均入渗率（mm/h），取M=5；m—汇流参数；n—设计暴雨递减指数；L—河道干流长度（km）。

3.1.5 设计洪量

24 h设计洪量计算公式：

式中：R——24 h 净雨深（mm）；F——流域面积；W24——24 h设计洪量（m3）。

东小河各设计频率条件下的洪峰流量计算成果见表2。

表2 东小河设计洪峰洪量计算成果表

经实测此次“7.20”特大暴雨期间，东小河出口处最大洪峰流量为290 m3/s，相当于东小河10 年一遇洪水标准。因此，此次昭平台水库溢洪道尾水渠1＃倒虹吸水毁修复工程设计洪峰流量按284+600=884 m3/s考虑，满足工程需要。见表2。

3.2 倒虹吸上部防护工程设计

3.2.1 防护工程冲刷深度计算

根据《堤防工程设计规范》附录D，水流斜冲防护岸坡的冲刷深度计算选用（5）（6）（7）公式：

经计算溢洪道尾水渠通过设计流量时冲刷深度0.94 m。具体计算成果详见倒虹洞身处河道冲刷深度计算成果表3。

表3 倒虹洞身处河道冲刷深度计算成果表

3.2.2 上部防护工程总体布置

此次倒虹洞顶上部防护工程覆盖层总厚度取3.50 m，其中砂卵石覆盖层厚度3 m、格宾网箱厚度0.50 m，在格宾网箱底部设土工布（500 g/m2）。在洞身上游，格宾网箱沿倒虹洞身中线上部防护长度为15 m，端部格宾齿墙深入原河床2.50 m；在洞身下游游，格宾网箱沿倒虹洞身中线上部防护采用消能台阶式布置与下游河床平顺衔接，总防护长度为52 m，末端格宾网箱齿墙深入原河床4.50 m，满足不应小于设计洪水河床冲刷线下0.50 m要求。在沿洞身方向，从沙河右岸河堤防坡脚向河道中心修筑防护长度为150 m、防护顶高程143 m。

3.2.3 倒虹洞身修复

洞身裂缝采用环氧砂浆灌注封堵；破坏的洞身，拆除损坏的素混凝土，植入钢筋、现浇C30混凝土进行原状恢复。

4 结语

昭平台灌区1#倒虹吸应急修复工程，防洪标准按照20 年一遇设计、50年一遇校核，倒虹洞身裂缝采用环氧砂浆灌注封堵，倒虹洞顶上部防护工程覆盖层采用砂卵石、格宾网箱和格宾护垫防护措施进行修复。应急修复后即投入了正常运行，经过一个汛期的使用，工程运行状况良好，结构稳定可靠。该处理方案既满足了昭平台水库溢洪道的正常泄洪，保障了水库的防汛安全，也使得昭平台灌区南干渠能够正常有序的通水灌溉，达到了应急修复设计目的。