石佛寺水庫大壩滲流監測系統建設和滲流性狀分析

孫 雷

（遼寧石佛寺供水有限責任公司 遼寧 沈陽 110166）

1 工程概況

石佛寺水庫是遼河干流上唯一一座大型控制性水利工程，是遼寧省“十五”期間重點建設項目。水庫屬于河道型平原水庫，工程主要由主壩、副壩、泄洪閘、穿壩建筑物等組成。石佛寺大壩為均質土壩，樞紐工程等級為Ⅱ等、泄洪閘、主壩等永久性水工建筑物級別為2級。水庫閘壩全長42.6km，其中主壩長12.4km，副壩長29.9km；水庫泄洪閘16孔，總寬248.5m。壩址以上控制流域面積16.48萬km2，其中控制省內的流域面積1.62萬km2，淹沒影響耕地5.58萬畝，淹沒影響人口2142人。

1.1 地質概況

水庫壩基為多層結構，按巖性來劃分有三層，最下層為透水性較小的砂壤土層，厚度在3m～4m；中間層為具有強透水性的砂礫石層，此層為壩基主要的透水層；最上一層為砂泥層，厚度在1m～2m之間，透水性較砂礫石層小很多。由壩基地質條件可以看出，壩基具有滲流發生的條件，并且石佛寺大壩為均質土壩，壩體也存在滲流問題。自水庫大壩建成之后，部分壩段存在壩基滲流嚴重和壩體浸潤線高的問題。

2 滲流監測系統

2.1 滲流監測系統功能需求分析

滲流監測系統的建立首先要明確系統的功能需求，針對需求來設計監測系統。為達到石佛寺水庫運行安全和水庫日常信息化管理的目的，需建立水庫大壩的滲流監測系統，滲流監測系統主要包括主壩滲流監測系統和泄洪閘滲流觀測，確定功能主要為以下幾個方面：

（1）實時地對水庫大壩的壩體、壩基、泄洪閘的滲流情況進行監測，并自動采集和儲存滲流浸潤線數據。

（2）將采集來的數據進行處理，并能夠實時定性定量地分析出滲流作用狀況，顯示各監測點的滲流浸潤線、數據報表等內容。

2.2 主壩滲流監測系統的建立

滲流監測傳感器選用振弦式滲壓計，各監測斷面的測點接入相應的DAU數據采集儀，通過光纜與設在中控室內的采集計算機組成主壩滲流監測系統。主壩滲流監測數據采集系統主要有兩個方面的內容：①將MicroZ-iCGRS連續測量參考站接收機作為兩個端點的接收機，兩個端點的接收機一是需要連續觀測，二是需要與IGS跟蹤站聯測。MicroZ-iCGRS系統設計滿足高品質雙頻GPS無人值守連續數據采集作業的苛刻要求，數據文件可以在接收機連續跟蹤和記錄數據的同時，經由MicroZ-iCGRS下載，并且也可實時輸出數據。②將AshtechproMark2單頻接收機作為滲流段面監測用接收機，在段面監測中，由于基線非常短，基線長度都在5m～25m之間，利用Ashtech的單頻接收機采集數據，并用隨接收機一起購買的數據處理軟件Ashtechsolutions解算基線并進行平差，其精度達到了設計要求，成果滿足了土石壩變形與滲流監測的精度要求。

圖1 各斷面的測點布置

圖2 BA0+125斷面測點滲流壓力水位

圖3 BA0+125斷面測點滲流浸潤線示意圖

圖4 BB0+010斷面測點滲流壓力水位

圖5 BB0+010斷面測點滲流浸潤線示意圖

圖6 BB0+010斷面壩基滲流壓力分布線

表1 各測點位勢統計表%

表2 各測點位勢統計表%

2.3 主壩滲流監測方案

為了監測壩體在上、下游水位差作用下浸潤線的變化和壩基滲流壓力的大小，設計建立了滲流監測網。依據壩區及周圍地質環境條件，在大壩的兩端分別選定朱爾山和調度中心樓樓頂為相對穩定點，設立基巖墩兩個，作為全網的基準點。監測點沿大壩方向布設，與基準點聯測，其中壩面GPS監測點18個，高程擬合點2個，基準點至各監測點的平均邊長為7.4km，最長為11km，最短為5km。在 BA0+125、BA0+665、BA1+145、BA2+595、BA3+695 樁號斷面上各設5個浸潤線觀測點、5個壩基滲流監測點；BB0+010、BB1+489、BB3+289 樁號斷面上各設5個浸潤線監測點、4個壩基滲流監測點。

2.4 泄洪閘滲流觀測方案

水庫蓄水時，泄洪閘、上游鋪蓋、斜坡段、消力池段底板在上、下游水位差作用下產生揚壓力，在尾水作用下會產生浮托力。為了監測對泄洪閘、上游鋪蓋、斜坡段及消力池段底板滲透壓力的大小，在泄洪閘每個閘段的閘墩中間的底板上埋設一個測點。對BA0+245.00、BA0+339.50樁號兩個斷面的閘底板進行了重點觀測，每個斷面埋設4個測點。在上游鋪蓋、斜坡段及消力池段底板的橫剖面方向BA0+245.00、BA0+339.50樁號的縱剖面各布置3個測點。這些測點與設置在閘室內的兩臺DAU數據采集儀連接，與設置在中控室的采集計算機組成泄洪閘滲流觀測系統。

3 主壩滲流性狀分析

石佛寺水庫于2005年7月汛前基本建成并發揮防洪效益，滲流監測階段選取在2005年7月到2006年4月，采用滲流監測系統對各監測點的滲壓水位和浸潤線進行分析。

3.1 防滲墻滲流性狀分析

（1）圖2、3為監測系統在監測階段得到的BA0+125斷面測點滲流壓力水位和斷面測點滲流浸潤線，分析測點滲流壓力水位過程線可知，防滲墻前后測點的水頭差值比較大。

（2）根據2005年9月1日采集數據計算得出測點位勢，見表1。

綜上分析可得，石佛寺水庫大壩防滲墻各段的防滲效果存在差異，但整體的防滲效果達到了預期的要求。

3.2 BB0+010和BB1+489斷面滲流分析

（1）圖4、5為監測系統在監測階段得到的BB0+010斷面測點滲流壓力水位和斷面測點滲流浸潤線，分析測點滲流壓力水位過程線可知，防滲墻前后壩基、壩體測點的水頭差值仍然較大。

（2）BB0+010和BB1+489斷面測點位勢統計見表2。

綜上所述，BB1+489防滲墻墻后壩體位勢較高，分析其原因，可能是由于壩體左側的發電尾水位頂托，致使壩體位勢處于一較高的水平。BB0+010和BB1+489兩斷面的滲流狀態相近，墻后壩體浸潤線較為平緩，并處于較低的水平；防滲墻前后的浸潤線有很大的波動，并且不是連續發展，這一特征正好符合復合防滲結構的滲流規律；壩基測點的滲流壓力逐漸降低，上游滲流壓力較高，下游滲流壓力小，壩基滲流壓力分布線平緩，滲流壓力坡降均在0.01范圍以內，綜合分析結果為石佛寺水庫大壩滲流狀態良好。

4 結語

石佛寺水庫大壩滲流監測系統能夠實時地采集水庫大壩的滲流數據，實現了自動化監測的目標。通過滲流的自動化采集及處理，工作人員就可以評估大壩的滲流安全，為今后的水庫安全運行及管理提供了科學的依據，確保了水庫大壩的長久安全運行。陜西水利

[1]謝法權,張國棟,袁月明,葛從兵.青山水庫大壩滲流監測系統建設和滲流性狀初步分析[J].浙江水利科技,2005,05：33-35+46.

[2]陳金花.某水庫大壩滲流安全監測系統的建立及成果分析[J].中國水利,2009,06：51-52.

[3]孔淑芹,單長河,劉風華,蘇永軍.大壩滲流安全實時監測系統在楊埕水庫大壩滲流監測中的應用[J].廣西水利水電,2012,04：67-71.