鐵崗水庫大壩滲流監(jiān)測(cè)資料分析

(深圳市鐵崗·石巖水庫管理處，廣東 深圳　518102)

1　概　況

鐵崗水庫樞紐工程始建于1956年11月，1957年10月竣工投入運(yùn)行，后經(jīng)1960年、1975年、1986年、2006年四次加固擴(kuò)建，鐵崗水庫正常蓄水位28.70m，相應(yīng)庫容9400萬m3；設(shè)計(jì)洪水位28.80m，相應(yīng)庫容9500萬m3；校核洪水位29.29m，相應(yīng)庫容為9950萬m3；死水位10.79m，死庫容60萬m3。鐵崗水庫是一座混凝土防滲心墻壩，工程級(jí)別為Ⅱ等，主要建筑物為2級(jí)，次要建筑物為3級(jí)，是一座具有供水調(diào)節(jié)及防洪功能的中型水庫。

對(duì)滲流壓力和滲流量的綜合分析，能夠揭示原體滲流性態(tài)，監(jiān)視工程運(yùn)行安全狀態(tài)，提高工程建設(shè)質(zhì)量和管理水平。鐵崗水庫壩體滲流壓力監(jiān)測(cè)采用測(cè)壓管法，共設(shè)20根測(cè)壓管，數(shù)據(jù)采集有人工監(jiān)測(cè)和滲壓計(jì)自動(dòng)監(jiān)測(cè)滲流壓力兩種方式；壩基滲流壓力采用鉆孔埋設(shè)法，共埋設(shè)20個(gè)壩基滲壓計(jì),壩后下游設(shè)置直角三角堰來觀測(cè)滲流量大小。測(cè)壓管及滲漏量都實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。

2　主壩滲流壓力分析

鐵崗水庫主壩滲流壓力監(jiān)測(cè)系統(tǒng)主要由壩體測(cè)壓管、壩基測(cè)壓管組成。主壩壩體、壩基監(jiān)測(cè)橫斷面5個(gè)，分別為0+040、0+095、0+150、0+205、0+260，選取樁號(hào)0+260為例，該斷面編號(hào)為M5斷面，設(shè)4根測(cè)壓管，防滲心墻前1根，防滲墻后3根。主壩壩體、壩基和滲流量數(shù)據(jù)都實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)采集，壩體還配合有人工觀測(cè)數(shù)據(jù)，來驗(yàn)證自動(dòng)化監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性，經(jīng)驗(yàn)證，自動(dòng)化數(shù)據(jù)可靠。

2.1　測(cè)壓管水位與庫水位過程線圖

以近三年壩體、壩基監(jiān)測(cè)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，剔除不合理粗差值，選取樁號(hào)0+260為例，繪制鐵崗水庫主壩壩體、壩基的管水位與庫水位過程線圖，如圖1和圖2所示。根據(jù)過程線圖可知管水位與庫水位相關(guān)性好，壩后測(cè)壓管水位隨著庫水位變化做相應(yīng)變動(dòng)，但是變化幅度逐漸減少，即滲流壓力越往下游變化越小，說明壩體防滲效果好，測(cè)壓管水位反映大壩滲流運(yùn)行安全。

圖1　鐵崗水庫滲流壓力過程線圖(壩體0+260斷面)

圖2　鐵崗水庫滲流壓力過程線圖(壩基0+260斷面)

2.2　測(cè)壓管水位與庫水位相關(guān)性分析

相關(guān)分析可確定影響滲流壓力的主要因子，通過計(jì)算測(cè)壓管水位與上游水位、下游水位、降雨量和氣溫的相關(guān)系數(shù)，進(jìn)而判定測(cè)壓管水位變化是否正常，以此衡量大壩滲流安全狀況，如圖3所示。鐵崗水庫滲流壓力與庫水位相關(guān)分析見表1。

圖3　壩體0+260斷面滲流壓力與庫水位相關(guān)性

表1　鐵崗水庫滲流壓力與庫水位相關(guān)分析

根據(jù)測(cè)壓管與庫水位回歸分析表可知，鐵崗水庫主壩壩體各測(cè)壓管水位與庫水位相關(guān)性較好。

2.3　測(cè)壓管預(yù)測(cè)水位分析

利用擬合方程作為回歸分析模型，分別檢驗(yàn)合理性和顯著性，推算當(dāng)庫水位達(dá)到設(shè)計(jì)水位28.70m時(shí)，壩體測(cè)壓管管內(nèi)水頭情況，見表2。

表2　推算設(shè)計(jì)水位時(shí)各測(cè)壓管水頭　單位:m

2.4　滲流位勢(shì)分析

滲流位勢(shì)過程線是將測(cè)壓管中的水位測(cè)值換算成流場的滲流位勢(shì)百分?jǐn)?shù)，再用此值點(diǎn)繪過程線。換算公式如下：

φi=(hi-H2)/(H1-H2)×100%

式中φi——某測(cè)點(diǎn)在滲流場中所占的位勢(shì)百分?jǐn)?shù)；

hi——該測(cè)點(diǎn)的實(shí)測(cè)水位；

H1、H2——相應(yīng)的上游、下游水位。

因φi值與上游、下游水位的絕對(duì)值無關(guān)，所以使用方便。如該過程線隨時(shí)間進(jìn)展呈上升趨勢(shì)，一般表示該處滲流向不利安全方向發(fā)展。

根據(jù)鐵崗水庫主壩壩體下游水位情況，下游排水溝有滲流水，排水溝底高程為壩體滲流場位勢(shì)的下游水位，利用位勢(shì)變化，可以判斷該水庫大壩滲流狀況的變化。由于庫水位較高滲流較明顯，穩(wěn)定時(shí)間較長，水庫變化時(shí)滲流水位有一定變化，能夠較準(zhǔn)確反映大壩穩(wěn)定滲流時(shí)的位勢(shì)，所以選取從高水位開始降落時(shí)的觀測(cè)值進(jìn)行位勢(shì)計(jì)算，以更接近實(shí)際。以壩體斷面0+260為例進(jìn)行分析，如圖4所示。根據(jù)過程線圖可知，鐵崗水庫測(cè)壓管位勢(shì)穩(wěn)定，波動(dòng)較小。

圖4　鐵崗水庫壩體0+260斷面位勢(shì)過程線

3　滲流量觀測(cè)

主壩設(shè)有1號(hào)、2號(hào)量水堰，1號(hào)量水堰位于主壩排水棱體左端排水溝末端，為總量水堰，主要觀測(cè)整座大壩的滲流量，在無雨天氣下，堰上水頭約為25mm，滲流量為0.14L/s；2號(hào)量水堰位于大壩排水棱體排水溝右端，為局部量水堰，主要對(duì)主壩右壩端排水棱體集中滲水點(diǎn)滲漏水進(jìn)行監(jiān)測(cè)。在無雨天氣下，堰上水頭約在35mm，滲流量約為0.32L/s，理論上總量水堰滲流量應(yīng)大于局部量水堰滲流量，但由于主壩排水棱體地基為砂質(zhì)透水層，混凝土防滲墻后壩基測(cè)壓管浸潤線高程在6.00～7.90m，而排水棱體排水溝底高程為8.40m，部分壩體及壩基滲漏水通過排水棱體地基滲走，造成局部滲流量大于總滲流量。1號(hào)、2號(hào)副壩下游設(shè)置有量水堰，由于多年來水庫運(yùn)行水位低于量水堰堰口高程，兩座副壩量水堰堰口無水流。

根據(jù)主壩量水堰觀測(cè)資料，繪制庫水位與滲流量過程線圖，如圖5所示，從水位與滲流量過程線圖可知，水位與滲流量穩(wěn)定，與庫水位相關(guān)性較弱，降雨對(duì)滲流量的變化有一定影響。對(duì)現(xiàn)場檢查時(shí)，鐵崗水庫主壩防滲和反濾設(shè)施良好，工程運(yùn)行過程中沒有發(fā)現(xiàn)滲漏異常現(xiàn)象。

4　結(jié)　語

從測(cè)壓管水位過程線可以看出：鐵崗水庫大壩防滲墻上游的測(cè)壓管與庫水位相關(guān)性強(qiáng)，防滲墻下游的測(cè)壓管變化平穩(wěn)，滲流壓力越往下游變化越平緩，說明壩體防滲效果好。從滲流量監(jiān)測(cè)情況可以看出：鐵崗水庫大壩滲流穩(wěn)定，沒有超過限值的異常現(xiàn)象，防滲心墻防滲效果良好；結(jié)合現(xiàn)場安全檢查情況，壩面無明顯滲流溢出點(diǎn)，壩址滲漏水質(zhì)清澈，滲流量穩(wěn)定，無明顯滲流破壞現(xiàn)象。

從滲流量過程線可以看出，部分滲流量數(shù)據(jù)有波動(dòng)現(xiàn)象，主要是受降雨等外界因素影響，雨水經(jīng)壩面匯流到量水堰，無明顯趨勢(shì)性變化，不影響大壩運(yùn)行安全。根據(jù)鐵崗水庫大壩測(cè)壓管和滲流量的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)分析，結(jié)合現(xiàn)場安全檢查，證明水庫大壩運(yùn)行安全，可為管理處領(lǐng)導(dǎo)決策提供數(shù)據(jù)支持。

鐘漢華.水工監(jiān)測(cè)工[M].鄭州:黃河水利出版社,1996.