重力壩滲漏量監測分析模型及工程應用

郭浩

【摘 要】滲漏量是重力壩滲流安全評價的重要指標之一，也是重力壩安全監測的主要項目之一。本文在分析重力壩滲漏量關鍵影響因素的基礎上，構建了重力壩滲漏量監測值的數學分析模型，并結合某重力壩的滲漏量監測資料，對該重力壩滲漏量的變化規律進行了分析。監測資料分析表明，該重力壩滲漏問題不突出，大壩總滲漏量最大值不超過20L/min，多年平均滲漏量為5.8L/min。壩體歷經蓄水初期的滲漏量降低后，后期已趨于收斂，滲漏量無明顯的增大趨勢。僅在0+000m～0+041m和0+160m～0+218m兩段，即壩的兩端還有一定的滲漏量，量值較小，不致影響大壩安全。

【關鍵詞】重力壩；滲漏量；監測模型

中圖分類號： TV698.1 文獻標識碼： A 文章編號： 2095-2457（2018）05-0141-002

【Abstract】Leakage is one of the important indicators for the evaluation of seepage safety of gravity dams，and it is also one of the major safety monitoring projects for gravity dams.Based on the analysis of the key influencing factors of the seepage of gravity dams，this paper constructs a mathematical analysis model of the monitoring value of the seepage of gravity dams.Combined with the monitoring data of the leakage of a gravity dam，the change of the leakage of gravity dams is analyzed.The law was analyzed.Monitoring data analysis shows that the gravity dam seepage problem is not prominent， the maximum total dam leakage does not exceed 20L/min，and the average annual leakage is 5.8L/min. After the dam has experienced a reduction in the amount of leakage at the initial stage of impoundment，it has converged in the later period and there is no obvious increase in the leakage.Only in 0+000m～0+041m and 0+160m～0+218m two sections，that is，there is a certain amount of leakage at both ends of the dam，and the magnitude is small， which will not affect the safety of the dam.

【Key words】Gravity dam；Leakage；Monitoring model

0 引言

滲漏量是重力壩滲流安全評價的重要指標之一，也是重力壩安全監測的主要項目之一。影響重力壩滲漏量的主要因素包括上下游水位、壩體裂縫、止水破損、壩基節理裂隙、防滲帷幕、壩體排水、壩基排水、岸坡地下水位等[1-2]。本文在分析重力壩滲漏量關鍵影響因素的基礎上，構建了重力壩滲漏量監測值的數學分析模型，并應用于某重力壩的滲漏量監測資料分析，得出了該重力壩滲漏量的變化規律。

1 重力壩滲漏量監測分析模型

重力壩滲漏量的大小主要受庫水入滲及時效因素的影響，故構建考慮水位、時效因子的重力壩滲漏量分析數學模型如下：

式中，L（t）為滲漏量監測值在時間t的統計估計值；L1[H（t）]為不同時段庫水位引起的滲漏量變化分量；L2[？茲（t）]為滲漏量變化時效分量；C為待定常數項。

（1）水位分量

庫水位變化對重力壩滲漏量的影響除了考慮計算時刻庫水位外，尚應計及壩體、壩基滲流滯后于庫水位變化的情況，即考慮超前水位的影響，故將水位分量模型構造為如下函數形式：

式中，ai為待定回歸系數，i為超前的月份；Hi（t）為觀測日及前續若干日的平均水位；H（t0）為基準水位，通常選第一次觀測時的水位，亦可選壩底高程或其它特征水位，本文基準水位取268.10m。

本文模型采用觀測當日庫水位和超前6個月的庫水位，共7個水位影響因子。

（2）時效分量

考慮重力壩滲漏量隨時間非線性變化，即運行初期較大，后期逐漸減小并收斂至一個穩定值，故構造滲漏量的時效分量模型如下：

式中：ti為觀測時刻距初始時刻的天數；c1和c2為待定回歸系數。

綜上所述，重力壩滲漏量監測分析數學模型采用如下形式：

根據大壩滲漏量實際測值數據序列進行回歸分析，即可獲得其相應的模型參數。

2 工程應用分析

某重力壩最大壩高為30m，壩底寬度為40m。壩基巖體為微風化～新鮮的砂巖，巖性堅硬完整。水庫正常蓄水位為413m，死水位為385m，設計洪水位為413.55m，校核洪水位為415.03m，水庫總庫容983萬m3。

該重力壩在廊道內的兩個集水井旁設了四個漏水觀測點，編號為RQl、RQ2、LQ1、LQ2，其中RQl監測0+160m～0+218m壩段的漏水情況，RQ2監測0+99m～0+160m壩段的漏水情況，LQ1監測0+041m～0+99m壩段的漏水情況，LQ2監測0+000m～0+041m壩段的漏水情況。采用容積法測量，觀測頻次為每月一次。

RQ1、RQ2、LQ1、和LQ2測點的測值序列分析和采用重力壩滲漏量監測分析模型進行定量分析的結果如下：

（1）LQ1長期無水，說明0+041m～0+99m段防滲效果很好。

（2）LQ2的測值自1970年以后多在0～3L/min范圍內波動，但有若干突變，如1991年曾達到12.54L/min，2003年曾達15.8L/min，突變多出現在庫水位超過377.00m高程時，2004年至今測值多在0～2L/min范圍內變動，未見大的改變。

經對LQ2測值進行回歸分析，復相關系數為0.86，表明回歸模型的擬合效果良好。從入選因子來看，滲漏量受水位因子影響主要表現為觀測當日的水位對滲漏量的影響最大，而觀測日前一段時間的水位值對也滲漏量有一定影響。時效分量的系數為正值，表明滲漏量會隨時間增加，但增幅呈現逐年減小的趨勢，且目前已基本趨于穩定，但后期仍需要加強監測。

（3）RQ1的測值自1970年以后基本上在0～3.5L/min范圍內波動，2003年以后，連續3年內無水。其間測值出現過幾次突變，1975和1980年曾出現過13L/min左右的滲漏量，1989年曾達15.68L/min，滲漏量突變多出現在水庫水位超過377.00m高程時，推測可能是在該段壩體高處有滲流通道存在，也可能有其它水源匯入，雖然滲漏量不大，仍需要加強監測并分析原因。

對RQ1的測值系列進行回歸分析，復相關系數為0.830，回歸模型的擬合效果良好。從入選因子來看，滲漏量的變化滯后于庫水位的變化，時效分量的系數為負值，說明滲漏量呈隨時間逐漸減小的趨勢。

（4）RQ2的測值基本上在0～1L/min范圍內變化。從1988年以后，測值基本為零，說明已經沒有滲漏水通過，故不再對其進行回歸分析。

綜上所述可以看出，該重力壩滲漏問題不突出，僅在0+000m～0+041m和0+160m～0+218m兩段，即壩的兩端還有一定的滲漏量，但量值較小，不致影響大壩安全。

3 結論

在分析重力壩滲漏量關鍵影響因素的基礎上，構建了重力壩滲漏量監測值的數學分析模型，并應用于某重力壩的滲漏量監測資料分析，得出了該重力壩滲漏量的變化規律。分析表明該重力壩滲漏問題不突出，大壩總滲漏量最大值不超過20L/min，多年平均滲漏量為5.8L/min。壩體歷經蓄水初期的滲漏量降低后，后期已趨于收斂，滲漏量無明顯的增大趨勢。僅在0+000m～0+041m和0+160m～0+218m兩段，即壩的兩端還有一定的滲漏量，量值較小，不致影響大壩安全。LQ2和RQ1的滲漏量測值在水庫水位超過377.00m高程時都曾出現過突變，推測可能是在該段壩體高處有滲流通道存在，也可能有其它水源匯入，雖然滲漏量突變的量值不大，但建議仍需要加強監測并分析原因。

【參考文獻】

[1]吳中如，陳繼禹.大壩原型觀測資料分析方法和模型[J].河海大學科技情報，1989，9（2）：48-64.

[2]任慧麗.某水庫大壩滲流觀測資料對比分析及成果[J].內蒙古水利，2009，5：12-13.