大溪水庫(kù)滲流觀測(cè)設(shè)施失靈原因分析及對(duì)策和后期監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)比分析

戴春祥 段科萍 黃春華

摘 要：大溪水庫(kù)大溪水庫(kù)位于江蘇省溧陽(yáng)市西南部，壩址距溧陽(yáng)市13km，1958年動(dòng)工興建，1960年初步建成，后經(jīng)1965年、1971年、1978年三次較大規(guī)模續(xù)建，2009年至2011年實(shí)施了除險(xiǎn)加固，2011年4月通過(guò)竣工驗(yàn)收。2017年通過(guò)國(guó)家級(jí)水管單位驗(yàn)收。水庫(kù)集水面積90m2，總庫(kù)容1.128億m3。水庫(kù)樞紐由主、副壩、溢洪閘各一座、三座涵洞組成，是一座具有防洪、供水、灌溉、涵養(yǎng)水源、結(jié)合生態(tài)保護(hù)和水產(chǎn)養(yǎng)殖等綜合利用的國(guó)家大（Ⅱ）型水庫(kù)。水庫(kù)與溧陽(yáng)市沙河水庫(kù)、宜興橫山水庫(kù)一起成為太湖湖西宜河西山區(qū)的三座大型庫(kù)，屬湖西南河水系上游的骨干防洪工程。本文就大溪水庫(kù)安全監(jiān)測(cè)設(shè)施失靈的原因分析及其對(duì)策和后期滲流觀測(cè)資料的分析，闡述測(cè)壓管觀測(cè)數(shù)據(jù)失真的對(duì)策和采用的兩種滲流觀測(cè)方法，同時(shí)從觀測(cè)數(shù)據(jù)層面對(duì)比兩種觀測(cè)方法的差異進(jìn)行分析，為同類土石壩滲流觀測(cè)提供參考。

關(guān)鍵詞：大溪水庫(kù) 測(cè)壓管失靈 原因分析及對(duì)策 觀測(cè)分析

大溪水庫(kù)主壩為均質(zhì)土壩，壩頂長(zhǎng)度475.00m，壩頂寬度8.00m，壩頂高程21.50m（青島基面，下同），最大壩高17.50m，上游壩坡采用灌砌塊石護(hù)坡，下游為草皮護(hù)坡。主壩滲流觀測(cè)設(shè)施于除險(xiǎn)加固時(shí)施工、安裝，設(shè)3個(gè)滲流壓力觀測(cè)斷面，每個(gè)斷面設(shè)置4條鉛直測(cè)線，分布在上游護(hù)坡馬道17.00m高程、壩頂公路下游側(cè)、下游護(hù)坡12.00m高程、壩后平臺(tái)8.00m高程。其中上游側(cè)的測(cè)點(diǎn)均安裝2根測(cè)壓管。每條測(cè)線均鉆孔至壩基與壩體接觸面位置。主壩共安裝15根測(cè)壓管。每根測(cè)壓管中安裝1支滲壓計(jì)。

大溪水庫(kù)監(jiān)測(cè)設(shè)施及儀器包括滲壓計(jì)、自動(dòng)化監(jiān)測(cè)設(shè)施及安全監(jiān)測(cè)資料整編應(yīng)用軟件等。水庫(kù)的自動(dòng)化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)由1臺(tái)監(jiān)控主機(jī)、3臺(tái)MUC和現(xiàn)場(chǎng)傳感器組成。監(jiān)控主機(jī)與主壩、溢洪道MCU之間采用485通訊方式通訊。監(jiān)控主機(jī)控制MCU采集的數(shù)據(jù)，并接收MCU采集的數(shù)據(jù)存入數(shù)據(jù)庫(kù)，按各類傳感器考考證數(shù)據(jù)和計(jì)算公式進(jìn)行計(jì)算，獲得工程監(jiān)測(cè)所需的應(yīng)變、土壓力監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，通過(guò)資料整編軟件對(duì)一系列監(jiān)測(cè)資料按規(guī)范要求進(jìn)行整編和分析。

1.問(wèn)題提出

2014年水庫(kù)管理處在主壩滲流觀測(cè)中發(fā)現(xiàn)，測(cè)壓管測(cè)量數(shù)據(jù)與水庫(kù)水位相比嚴(yán)重失真，部分?jǐn)?shù)據(jù)甚至超過(guò)水庫(kù)水位，主壩浸潤(rùn)線失真，已不能反映實(shí)際運(yùn)行狀況。管理處在加強(qiáng)觀測(cè)的同時(shí)立即向溧陽(yáng)市水利局進(jìn)行了匯報(bào)。

2.檢測(cè)結(jié)果及原因分析

溧陽(yáng)市水利局高度重視，于2015年月2月組織相關(guān)專家和南京水利科學(xué)研究院對(duì)大溪水庫(kù)大壩安全監(jiān)測(cè)設(shè)施進(jìn)行鑒定及運(yùn)行評(píng)價(jià)，筆者參與其中。

監(jiān)測(cè)設(shè)施現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)包括：

（1）測(cè)壓管靈敏性檢測(cè)，主壩測(cè)壓管檢測(cè)結(jié)果有7根測(cè)壓管靈敏度試驗(yàn)不合格，如表1。

（2）滲壓計(jì)穩(wěn)定性檢測(cè)：包括頻率測(cè)值穩(wěn)定性檢測(cè)和溫度測(cè)值穩(wěn)定性檢測(cè)，檢查結(jié)果為主壩有3支傳感器頻率或溫度不合格，分別為P2-2、P2-4、P3-3。

（3）測(cè)控單元檢測(cè)：包括測(cè)控單元外觀檢查、功能測(cè)試、穩(wěn)定度測(cè)試、測(cè)值準(zhǔn)確度測(cè)試等，檢測(cè)結(jié)果合格。

（4）資料整編軟件檢測(cè)：根據(jù)軟件結(jié)構(gòu)、軟件提供的工程管理、數(shù)據(jù)處理，圖形分析，報(bào)表打印，系統(tǒng)設(shè)置等功能進(jìn)行測(cè)試，檢測(cè)結(jié)果：軟件功能簡(jiǎn)單；數(shù)據(jù)采集功能正常；圖形不能根據(jù)水庫(kù)實(shí)際情況繪制相應(yīng)的特征過(guò)程線、分布圖。

原因分析：

（1）測(cè)壓管內(nèi)淤積嚴(yán)重。

（2）測(cè)壓管孔口高程、花管長(zhǎng)度、花管位置、管底高程未知。測(cè)壓管管徑32mm，偏小；15根測(cè)壓管有8根靈敏性合格，合格率53.3%。

（3）有3支傳感器頻率或溫度不合格。

（4）測(cè)控單元測(cè)量基本正常，整編資料軟件功能尚缺。

結(jié)論：

對(duì)大壩安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行改造。

3.大壩安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)改造方案

滲流監(jiān)測(cè)是土壩安全監(jiān)測(cè)的重點(diǎn)，按《土石壩安全監(jiān)測(cè)技術(shù)規(guī)范》SL551-2012的要求，根據(jù)大溪水庫(kù)的大壩結(jié)構(gòu)、填筑情況及壩基地質(zhì)條件，滲流監(jiān)測(cè)包括主壩壩體浸潤(rùn)線、主壩壩基滲流壓力、主壩滲流量等。

主壩設(shè)5個(gè)監(jiān)測(cè)斷面：增加2個(gè)繞滲斷面，每個(gè)斷面4條監(jiān)測(cè)線，左岸的繞滲兼監(jiān)測(cè)西灌溉涵，右岸的繞滲監(jiān)測(cè)老溢洪道部位；其它3個(gè)斷面，每個(gè)斷面4條監(jiān)測(cè)線，監(jiān)測(cè)壩體、壩基滲流壓力。采用鉆孔安裝測(cè)壓管，在測(cè)壓管中吊裝滲壓計(jì)方式，滲壓計(jì)通過(guò)電纜接入自動(dòng)化系統(tǒng)。主壩滲流監(jiān)測(cè)平面布置見圖1，典型橫斷面布置見圖2。

壩基利用（P 01 A、P 0 2 A、P 03A、P 0 4A、P 0 5A、P 0 6A、P07A、P08A、P09A、P10A、P11A、P12A）共12支測(cè)壓管監(jiān)測(cè)，壩體利用（P01B、P02B、P05B、P06B、P09B、P10B）共6支測(cè)壓管監(jiān)測(cè)。

大壩安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)：大壩的滲流監(jiān)測(cè)進(jìn)行自動(dòng)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)與分析。自動(dòng)化系統(tǒng)包括各種類型的傳感器、測(cè)量控制單元和中央控制室。（1）傳感器包括壩體、壩基滲流壓力計(jì)。（2）測(cè)量控制單元（MCU）是系統(tǒng)中的主要部分，用于對(duì)各種傳感器數(shù)據(jù)進(jìn)行采集和存儲(chǔ)，通過(guò)中央控制室監(jiān)控主機(jī)發(fā)送指令及數(shù)據(jù)傳輸，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)控。MCU設(shè)在主壩下游坡。（3）中控室位于水庫(kù)管理處，通過(guò)監(jiān)控主機(jī)里的采集系統(tǒng)軟件及資料分析系統(tǒng)，對(duì)MCU進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)整編以及數(shù)據(jù)分析等功能。（4）大壩安全自動(dòng)化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)采用光纖通信方式，配置光端機(jī)，實(shí)現(xiàn)MCU與中央控制室的雙向通信。

4.施工要點(diǎn)

大壩滲流監(jiān)測(cè)施工主要包括鉆孔、造孔、測(cè)壓管制作及埋設(shè)安裝、測(cè)壓管內(nèi)滲壓計(jì)安裝、傳感器接入、MCU安裝及調(diào)試、MCU房設(shè)備安裝與調(diào)試、中央控制室設(shè)備的安裝及調(diào)試、系統(tǒng)調(diào)試等，本文因篇幅所限，不做詳細(xì)闡述。

5.觀測(cè)方法的選擇

測(cè)壓管因其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、取材方便、價(jià)格便宜、技術(shù)性要求低、便于制造和安裝、可持久耐用，廣泛用于監(jiān)測(cè)壩體浸潤(rùn)線、壩基滲透壓力等。為校核自動(dòng)檢測(cè)的可靠性，大溪水庫(kù)滲流觀測(cè)同時(shí)采用以下兩種觀測(cè)方法。

5.1人工觀測(cè)

測(cè)壓管觀測(cè)現(xiàn)一般采用人工觀測(cè)和孔隙水壓力計(jì)自動(dòng)觀測(cè)。人工觀測(cè)具有觀測(cè)方便、測(cè)值可靠，其美中不足的是：長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)（人工觀測(cè)）費(fèi)時(shí)費(fèi)力，數(shù)據(jù)需要人工記錄后進(jìn)行整理，數(shù)據(jù)滯后時(shí)間較長(zhǎng)。人工一般采用測(cè)深鐘和電測(cè)水位計(jì)兩種方法觀測(cè)，其計(jì)算公式為：

d—測(cè)壓管水位至管口距離

5.2孔隙水壓力計(jì)觀測(cè)

孔隙水壓力計(jì)則具有自身滯后時(shí)間短，并易于實(shí)現(xiàn)集中遙測(cè)和測(cè)值概念明確等優(yōu)點(diǎn)，但觀測(cè)成果影響因素較多，技術(shù)性要求高。孔隙水壓力計(jì)的品種多樣，目前在國(guó)內(nèi)使用較多的是差動(dòng)電阻式和振弦式等。

差動(dòng)電阻式孔隙水壓力計(jì)根據(jù)傳感器內(nèi)的兩電阻之間的比值變化，計(jì)算測(cè)點(diǎn)處的滲流壓力，其計(jì)算公式為：

式中：△A---觀測(cè)之鋼弦頻率相對(duì)于基準(zhǔn)值的變化量，其余符號(hào)意義見式（2）。

根據(jù)觀測(cè)值求得各測(cè)點(diǎn)處滲流壓力后，可求得各測(cè)點(diǎn)處的滲壓水頭。

測(cè)壓管由壓力表、測(cè)繩、水位計(jì)等測(cè)得管內(nèi)滲流水位。

壩體和壩基滲流量監(jiān)測(cè)，對(duì)于單孔滲流量仍然普遍采用量杯和秒表，集中后的滲流量使用量水堰法和測(cè)速法。

6.觀測(cè)數(shù)據(jù)

筆者收集了2017年全年的人工和孔隙水壓力計(jì)觀測(cè)數(shù)據(jù)，由于數(shù)據(jù)量較大，只截取部分?jǐn)?shù)據(jù)。

7.滲流壓力過(guò)程線對(duì)比

筆者對(duì)測(cè)壓管的滲流壓力進(jìn)行了過(guò)程線對(duì)比，對(duì)比圖顯示兩種觀測(cè)方法的過(guò)程線基本一致。這里選了L-1和P10-b進(jìn)行比對(duì)（如圖3）。

8.結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，滲流監(jiān)測(cè)是土壩安全監(jiān)測(cè)的重點(diǎn)，本文通過(guò)對(duì)大溪水庫(kù)主壩測(cè)壓管失靈的原因分析及其對(duì)策以及對(duì)采用不同觀測(cè)方法觀測(cè)數(shù)據(jù)的對(duì)比分析，較好的解決了測(cè)壓管失靈問(wèn)題，同時(shí)大溪水庫(kù)采用的人工觀測(cè)和水壓力計(jì)自動(dòng)化觀測(cè)兩種觀測(cè)方法得出的數(shù)據(jù)基本一致，校核了自動(dòng)監(jiān)測(cè)的可靠性，這為同類型的水庫(kù)大壩的滲流觀測(cè)提供了經(jīng)驗(yàn)，值得借鑒。

參考文獻(xiàn)：

[1]何興梅.水庫(kù)大壩滲流監(jiān)測(cè)與分析.

[2]袁坤，傅蜀燕，歐正峰等.水庫(kù)大壩安全技術(shù)現(xiàn)狀與發(fā)展.