淤积对倒虹吸的危害及应对措施

孙培学， 林 平

(1.安徽省水利水电勘测设计研究总院有限公司，安徽 合肥 230088；2.无锡市河道堤闸管理处，江苏 无锡 214023)

1 工程概况

Yan Oya农业灌溉工程的配套工程位于距斯里兰卡首都科伦坡东北方向300 km左右的Anuradhapura和Trincomalee[1]，该工程主要由长5.50 km的均质土坝、常规溢洪道、自溃式溢洪道以及左右岸进水口组成，总库容2.14亿m3[2]。配套建设的Yan Oya 左岸渠道工程接Yan Oya农业灌溉工程的左岸进水口，至原已有的Jayantiwew水库，为下游左岸农田及部分村庄提供灌溉和引用水源。工程设计流量8.00 m3/s，全长18.80 km，主要由明渠、倒虹吸、箱涵、交通桥、水闸等建筑物等组成。工程渠首设计水位29.95 m，渠尾入库设计水位25.50 m。

配套工程中主要建筑物倒虹吸，设计流量为7.00 m3/s，总长4.83 km，可利用水头差为4.45 m。根据经济断面的判定，倒虹吸过流断面采用1孔矩形，底部净宽2.60 m，内高2.35 m。因本灌溉渠道沿线地层主要为含细砂黏土、含泥质砂夹层或透镜体，极易形成淤积，可能影响倒虹吸建筑物的使用和工程设计效益的发挥，因此，进行倒虹吸工程的技术研究非常必要。

2 淤积对倒虹吸的影响分析

2.1 淤积对过流能力的影响

倒虹吸的过流能力按照我国行业规范《灌溉与排水渠系建筑物设计规范》(SL 482-2011)[3]中公式计算，即：

倒虹吸进口设计水位为29.87 m，出口设计水位为27.46 m，设计水头损失2.41 m，在保证进口、出口水位等不变的情况下，通过上式计算，可得到倒虹吸淤泥厚度与过流能力间的关系，曲线如图1所示。

图1 淤积深度与过流能力间关系图

从图1中可以看出：

(1)在倒虹吸的上下游水位不变的前提下，淤积深度增加，其过流能力降低，两者呈现反比例关系；

(2)倒虹吸的淤积深度增加至0.47 m时，其过流能力降低至5.60 m3/s。随着淤积深度的继续增加，在上下游水位不变的前提下，倒虹吸的过流能力继续降低，小于设计流量5.60 m3/s，将影响下游的灌溉及供水需求。

2.2 淤积对倒虹吸上游水位的影响

同样按照SL 482-2011[3]中公式计算，即：

倒虹吸设计流量为7.00 m3/s，下游设计水位为27.46 m。在保证其不变的条件下，计算可得到倒虹吸淤泥厚度与上游水位间的关系，曲线如图2所示。

图2 淤积深度与上游水位间关系图

从图2中可以看出：

(1)在倒虹吸的设计流量及下游水位不变的前提下，淤积深度增加，过流断面面积减小，其上游水位雍高，两者呈现正比例关系，且呈现明显的非线性；

(2)倒虹吸的淤积深度增加至0.15 m时，其上游水位雍高至30.37 m。继续淤积，其上游水位将超过其正常设计水位30.37 m，影响上游的渠道和渠系建筑物的运行安全。

2.3 淤积对倒虹吸下游水位的影响

计算公式同上。倒虹吸设计流量7.00 m3/s，上游设计水位为29.87 m，在保证其不变的条件下，计算可得到倒虹吸淤泥厚度与下游水位间的关系，曲线如图3所示。

图3 淤积深度与下游水位间关系图

从图3中可以看出：

(1) 在倒虹吸的设计流量及上游水位不变的前提下，淤积深度增加，过流断面面积减小，其下游水位降低，两者呈现反比例关系，且呈现明显的非线性；

(2) 倒虹吸的淤积深度增加至0.20 m时，其下游水位降低至27.27 m。继续淤积，其下游水位将低于其设计水位27.27 m，影响下游的渠道运行和整个工程效益的发挥。

3 设计解决淤积的影响

以上分析表明，倒虹吸的淤积对倒虹吸的运行状态以及所在的整个工程影响较大，对总体工程，既可能产生安全问题，也可能影响工程效益的发挥，必须在工程的规划设计中采取措施予以解决。除加强工程管护之外，在渠道工程的设计中还需要完善一些工程措施。

3.1 上游草皮护坡

倒虹吸上游部分渠道主要以挖方为主，部分渠道存在深开挖。渠道设计中，采用C20混凝土衬砌护坡护底，衬砌高度至正常设计水位以上0.50 m，再往上至原地面高程开挖坡面采用草皮护坡，以防止冲刷形成水土流失，减小渠道水流的含砂量。渠道一侧的交通道路为泥结石路面，路面反向设计坡，防止坡面雨水汇集渠道。同时，两岸采用植树固土等涵养措施，如图4所示 。

图4 倒虹吸上游渠道典型断面图

3.2 进口及上游渠道设置沉砂池

在倒虹吸进水口前设沉砂池，以使上游河床冲刷泥砂及水流中大颗粒泥砂淤积在沉砂池内，减小进入倒虹吸内的泥砂量。沉砂池宽2.6 m，池长12.0 m，深度0.5 m。要求对池内淤积的泥砂定期清理。同时，在上游渠道中设置沉砂池两座，池宽6.0 m，净长22.0 m，上下游渐变段10.0 m，池深1.0 m左右，详细布置如图5所示。

图5 渠道沉砂池平面图

3.3 设置冲砂及排砂建筑物

倒虹吸的泥砂淤积问题应该防治结合。利用距倒虹吸起点约3.32 km处的天然沟渠，在沟渠前约30.00 m处设置冲砂闸，如图6所示。进口高程与该处衔接的倒虹吸底高相同，为19.30 m，出口处设置消力池，池总长15.00 m，宽3.00 m，深1.25 m，其后新开挖约37.00 m平顺衔接至原天然沟渠。

图6 倒虹吸冲砂闸平面图

4 结束语

(1) 倒虹吸的淤积深度增加，过流能力降低。淤积深度增至0.47 m时，过流能力降低至5.60 m3/s；进一步淤积，过流能力将小于设计值。倒虹吸的淤积深度增加，进口水位雍高，淤积深度增至0.15 m时，上游水位雍高至30.37 m，进一步淤积，上游水位将超正常设计水位。倒虹吸的淤积深度增加，下游水位降低，深度增至0.20 m时，出口水位降低至27.27 m，进一步淤积，下游水位将小于设计水位。

(2) 减小淤积对倒虹吸运行的影响，可在倒虹吸上游的渠道设置沉砂池、上游渠道实施护衬，结合工程实际条件设置冲砂及排砂建筑物，以及定期排出倒虹吸内的淤积泥砂等工程管护措施。