陡河水庫土壩滲流量觀測初探

王桂青

（唐山市陡河水庫管理處，河北唐山063021）

陡河水庫土壩滲流量觀測初探

王桂青

（唐山市陡河水庫管理處，河北唐山063021）

精確的滲流量觀測數據，能夠正確反映土壩的滲流狀態。陡河水庫土壩根據自身特點，在河床段和一級臺地段分別安設三角形堰和梯形堰觀測壩體和壩基的滲流量。通過觀測方案的設計和觀測方法的選擇及對各種影響因素的分析，提出如何提高陡河水庫土壩滲流量的觀測精度。

土壩防滲；滲流量；自由出流；鋼尺量距

1 基本情況

陡河水庫大壩為均質土壩，全長7 364m，壩體碾壓密實，滲流量較小。大壩壩基包括河床段、一級臺地和二級臺地，為黏土和砂互層，位于表層的黏土厚5～7m，河床段砂層較厚、在上游壩趾作截水槽，一級臺地段上游采用黏土鋪蓋防滲，二級臺地副壩段壩基高程高于正常蓄水位，滲流量較小，采用天然黏土鋪蓋防滲。壩體排水形式為：河床段采用褥墊和堆石棱體相結合的排水形式，一級臺地段壩體采用管式排水。在正常蓄水位下，一級臺地段下游壩趾處有地下水出逸現象，因此在一級臺地段壩后設排水溝，收集壩基和壩體的滲水。由于不同防滲和排水形式的滲流量不同，將河床段和一級臺地段的滲流量分開，引向不同的排水口，分別觀測滲流量。

2 滲流觀測方案設計

2.1 堰型的選擇

河床段包括樁號0+000-0+200，一級臺地段包括樁號0+200-1+700。經計算，在正常蓄水位下，河床段滲流量為0.3～0.6 L/s，一級臺地段為3～7 L/s。在滿足《土石壩安全監測技術規范》的要求下，根據成本低、安裝工作量小的原則，在河床段距下游壩趾30m處安設直角三角形量水堰，在一級臺地段排水溝末端安設梯形堰。三角形堰和梯形堰橫斷面，分別如圖1-2所示。

2.2 堰板的設計和安設

為了延長堰板的使用壽命，堰板選用不銹鋼材質。為了保證堰口處具有穩定的壓強和流速分布，并使堰上水頭和所測流量關系保持穩定，將堰口靠下游邊緣加工成銳緣。根據最大下泄流量計算過堰最大水頭，保證過堰水流為自由出流的條件下選擇合適的堰高。堰高選擇條件是：

圖1 三角形堰橫斷面

圖2 梯形堰橫斷面

式中：H為堰頂水頭（m）；P為上游堰高（m）。

量水堰的安裝嚴格按照《土石壩安全監測技術規范》要求進行。為了保證堰上游段的水流為漸變流，堰槽段全長應大于7倍堰上水頭，堰板上游段全長應大于5倍堰上水頭，且不得小于1.5m。為了防止堰上水流產生回流，堰槽寬度應不小于堰口最大水面寬度的3倍，堰板和側墻保持鉛直。為了防止過堰水流和堰板下游渠道的水混摻，下游段堰槽長度應大于2倍堰上水頭，且不小于0.5m。

2.3 水尺的安設

堰口通水后，水尺插入水中很難量準水位。一是因為水是流動的，尺邊水面上下波動，看不準刻度；二是因為量水堰的水位測量點與堰槽的水位零點不在同一位置，也不能準確測量。在堰槽頂預先設定水位基點和水位高程，從水位基點起，向下量至水面的距離，再用水位高程減去量出的距離數，就可計算出堰上水位。精確的測量方法是不安設水尺，在距堰口3～5倍的堰上水頭處確定水位基準點，用鋼尺量距。量水堰堰口高程每年至少校測1次。

3 滲流觀測方法選擇

由于正常蓄水位下三角堰滲流量較小，水頭也小，所以采用水尺測量水頭，然后代入三角堰滲流量計算公式中算得的滲流量誤差較大。而采用容積法可以直接觀測滲流量，且數值精確。在流量較大時，采用公式法計算滲流量較為方便，而且誤差較小，因此河床段滲流量觀測采用公式計算法和容積法兩種觀測方法分別進行。一級臺地段在1986—2006年長達20年的時間里采用浮標法觀測。在實際測量中發現浮標法缺點如下：①由于水的回流總是把所有浮標沖向一側，各浮標測得的表面流速代表性差；②由于排水溝的流速很小，風力、風向對浮標的影響很大；③夏天，排水溝內長出水草，影響浮標的通行，將水草清理后觀測，影響水流的穩定；④排水溝內水的流速小于流速儀的測速范圍，不能放置流速儀測速，無法對浮標系數進行校正，只能參考資料取得，主觀性較大。由此可見，采用浮標法觀測一級臺地段的滲流量，誤差很大。2007年，開始采用梯形量水堰公式計算一級臺地段的滲流量。

4 滲流觀測精度分析

梯形堰堰上水頭在正常庫水位下僅3～4 cm，滲流量較小，采用公式法觀測誤差較大。建議將梯形堰堰口尺寸減小或改用三角堰觀測排水溝滲流量，以提高其觀測精度。三角堰堰上水頭7～8 cm，觀測精度高于梯形堰，但三角堰堰口較小，容易被落葉、樹枝堵塞，觀測時將其清理，在很長時間內水位也不能穩定，無論采用容積法還是公式法測滲流量，精度都不會很高，這是影響三角堰滲流量觀測精度的主要因素，所以對堰口進行經常性的清理，以確保過堰水流穩定。汛期降雨會有壩面的雨水流入渠道內，對滲流量的觀測精度影響很大，所以觀測時盡量避開強降雨過后的兩天。夏季集水渠道中長草會增大水頭損失，降低過水能力，秋季草枯萎后過水能力又恢復正常，這對滲流量的影響較小，觀測時將水草清除，水流在短時間內不會穩定，影響觀測精度，所以渠道內的水草在不堵塞水流的情況下，不必清除。

5 結語

隨著我國經濟社會的發展，人們越來越關注大壩安全，通過滲流量的觀測能直接判斷大壩的滲流性態。選擇合適的滲流量觀測方案，并對觀測設施進行正確安裝，針對不同水頭采用與其相應的觀測方法，認真分析各種因素對觀測結果的影響，使所測滲流量能夠反映工程的實際滲漏狀況，及時發現大壩的滲漏異?，F象，為工程管理工作提供指導。

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1004-7328（2014）06-0048-02

10.3969/j.issn.1004-7328.2014.06.017

2014-09-18

王桂青（1972-），女，高級工程師，主要從事水利工程管理工作。