新疆克孜爾水庫主壩滲流監測資料分析

摘要：為研究新疆克孜爾水庫除險加固后主壩的滲流情況，運用數理統計方法對主壩滲流監測資料進行了過程線分析、水平滲透坡降分析、相關性分析、位勢及測壓管水位滯后時間分析。研究結果表明：①主壩滲流量較小，心墻防滲效果較好;②下游無滲透明流，無積水，無異常變形，滲流狀況基本穩定，大壩運行工況基本正常;③0+252監測斷面下游位勢略微偏高，判斷該斷面心墻與壩基的帷幕灌漿局部風化或排水花管排水不暢，應引起重視。

關鍵詞：大壩滲流;測壓管;過程線分析;相關性分析;克孜爾水庫;新疆維吾爾自治區

中圖法分類號：TV698.12

文獻標志碼：A

DOI： 10.15974/j.cnki.slsdkb.2020.08.006

1 工程概況

新疆克孜爾水庫位于阿克蘇地區拜城縣境內，木扎提河與黑孜河的交匯處，是以防洪、灌溉為主，兼有水力發電、水產養殖與旅游開發等綜合利用的大（1）型水利樞紐工程。水庫控制流域面積16637 km2，總庫容6.40億m3，樞紐工程由主壩、副壩、泄洪排沙涵洞、開敞式溢洪道、發電引水涵洞及壩后電站等組成。大壩主體工程于1985年10月正式開工，1990年9月實現裁流，1991年8月下閘蓄水投入運行，同年10月第一臺發電機組投入運行，1995年全面竣工，1998年10月通過工程竣工驗收。

在2007年大壩安全鑒定中，該大壩因防洪能力不足被評定為“三類壩，并于2009～ 2011年完成除險加固施工任務，2014年5月通過竣工驗收。除險加固按重現期500 a-遇洪水（7 214 m3/s）設計，5 000 a-遇洪水標準（11 156 m3/S）校核，水庫承擔下游河道防洪仍按100 a一遇洪水標準（4 627 m3/s）設計，除險加固后庫容增至7.25億m3。

2 主壩滲流觀測設施布置

克孜爾水庫除險加固后，主壩主要有測壓管、孔隙水壓力計和水表法計算滲流量3種監測手段，測壓管埋設典型斷面見圖1。為了解主壩心墻、壩殼及壩后等部位的滲流情況，在主壩0+000、0+252、0+352、0+552、0+842和0+910等斷面共埋設了42根測壓管。為了解主壩心墻和基巖滲流、心墻與底部混凝土面上瀝青馬碲脂兩種介質間的滲流狀況和壩基處理效果，共埋設孔隙水壓力計39支，因儀器埋設多年，目前大部分孔隙水壓力計無法正常工作。此外，在0+180斷面下游的集水井內通過水泵排除主壩心墻下游反濾料后部的滲水，主要采用水表法計算滲流量。

3 滲流觀測資料分析

3.1 測壓管水位變化過程分析

選取主壩0+252斷面和0+552斷面布置在心墻、壩殼料和壩后的測壓管觀測資料進行分析。

（1）0+252斷面。該斷面埋設了8支測壓管，分別為：①位于壩軸線上游3m處的P39和P40雙管，管底高程分別為l 129.51 m（心墻）和1 117.62 m（心墻）;②位于壩軸線下游12 m處的P41和P42雙管，管底高程分別為1 110.45 m（壩殼）和1 106.23 m（基巖）;③位于壩軸線下游5lm處的P43和P43-1雙管，管底高程分別為1 111.32 m（壩殼）和1 104.36 m（基巖）;④位于壩軸線下游140m處的P167，管底高程為1104.07 m（基巖）;⑤位于壩軸線下游200 m處的P168，管底高程1 103.67 m（基巖）。各測壓管管水位與庫水位變化過程線見圖2。從圖2可以看出：心墻上的測壓管P39和P40水位基本都穩定在1 129～1 135 m之間，而位于壩殼料和壩后的測壓管水位基本都在1 113～1125 m之間。說明壩體水位經心墻后迅速降低，心墻防滲效果較好。

（2）0+552斷面。該斷面埋設了6支測壓管，分別為：①位于壩軸線上游3m處的P57和P58雙管，管底高程分別為1 129.85 m（心墻）和1 117.18 m（心墻）;②位于壩軸線下游llm處的P59和P60雙管，管底高程分別為1 114.00 m（壩殼）和1 112.03 m（基巖）;③位于壩軸線下游5lm處的P61，管底高程為1 111.37 m（基巖）;④位于壩軸線下游200 m處的1 104.64 m（基巖）。各測壓管管水位與庫水位變化過程線見圖3。從圖3可以看出：心墻內的測壓管P57和P58管水位與庫水位相關性較好，而壩殼料和壩后基巖內的測壓管水位與庫水位變化的關系不大，一般穩定在1 116 m左右，基本不隨庫水位的變化而發生變化，滲透壓力越往下游變化越小，說明壩體防滲效果好，測壓管水位反映大壩滲流安全。

3.2 測壓管水位變化滯后于庫水位變化分析

根據測壓管水位與庫水位變化過程線可知，測壓管水位變化明顯滯后于庫水位變化。在水庫蓄水過程中，在庫水位過程線和測壓管水位過程線圖上，取庫水位過程線峰頂與測壓管水位過程線峰頂之間的時間間隔，即可得出庫水位變化過程中測壓管水位的滯后時間，見表1。

從表1可看出：①主壩測壓管水位滯后時間整體上呈現出上游滯后時間短、下游滯后時間長，壩后第三排、第四排測壓管水位變化與庫水位變化無關的特點，壩體滲透時間整體趨勢正常，平均滯后時間為42 d，說明心墻防滲效果較好。②因0+252斷面的P39、P40和0+552斷面的P57、P58均位于壩軸線上游3m處，從兩個斷面測壓管水位與庫水位的滯后時間看，0+252斷面心墻的防滲效果明顯優于0+552斷面。

3.3 滲流量觀測分析

主壩滲流量觀測點設置在主壩0+180集水井處，目前采用水位控制水泵自動抽水，流量計計量滲流量，每天觀測一次，計量單位為Us，主壩0+180集水井的滲流量過程線見圖4。由圖4可知：主壩滲流量與庫水位相關性較差，歷年最大滲流量約為0.648 Us，最小滲流量約0.30 L/s，多年平均滲流量為0.419 L/s，遠遠小于設計計算滲流量1.16 L/s（庫水位1149.6m）。

3.4 位勢變化過程分析

測壓管位勢按下式計算：式中，h1為測壓管水位;H1為庫水位;H2為下游水位。以0+252和0+552斷面為例進行測壓管位勢變化分析。

（1） 0+252斷面。由圖5可知：①P41、P42測壓管埋設在心墻下游坡過渡層，位勢為34%，略微偏高，這可能是心墻與壩基的帷幕灌漿局部風化造成的;②斷面存在防滲薄弱環節，可能是由于排水花管不暢，導致測壓管水位偏高;③其他測壓管水位與庫水位相關性不明顯，埋設在心墻內的P39、P40管位勢分別為78%，56%，與附近斷面心墻內的測壓管位勢相近。

（2）0+552斷面。由圖6可知：①各測壓管水位與庫水位相關性均不好，P57、P58、P59、P60、P61、P170管位勢分另0為87%，65%，10%，11%，4%，6%;②位于下游的P59、P60管位勢均較低，表明心墻和壩基帷幕聯合防滲效果較好，花管排水較為暢通。

通過繪制兩個斷面的測壓管位勢變化過程線可知：主壩心墻測壓管位勢相對較高，但心墻下游測壓管位勢迅速降低，且多年來基本穩定，波動較小，壩體防滲效果較好。

3.5 水平滲透坡降分析

根據監測資料，選取0+252和0+552兩個斷面進行水平滲透比降計算，計算結果見表2。

滲透比降計算公式為

J=△H/L

（2）

式中，J為滲透比降;△H為上下兩排測壓管水位差;L為上下兩排測壓管水平距離。計算滲透比降在0.019～ 0.052之間，遠小于設計滲透比降，表明壩基滲流基本穩定。

4 測壓管水位與庫水位相關性分析

4.1 相關性計算

選取0+252和0+552斷面測壓管監測資料，建立相關性函數，相關系數及F檢驗結果見表3。

4.2 結果分析

以主壩0+252斷面為例，繪制該斷面測壓管水位與庫水位的相關圖，并根據相關方程繪制測壓管水位擬合曲線（見圖7）及實測測壓管水位變化過程線（見圖8）。根據以上相關性分析可知：測壓管水位與庫水位的相關性系數很小，基本不相關，說明壩體心墻防滲質量較好。

4.3 滲流量回歸分析

根據滲流量與庫水位的關系（見圖9），推算出主壩滲流量與庫水位相關方程，見表4，并根據方程推算出特征水位時主壩滲流量。計算結果表明，大壩滲流量較小，總體防滲效果較好。

5 結論

根據壩體各項觀測實時數據資料及分析成果，結合壩體外部巡視檢查情況可得出以下結論：

（1）目前克孜爾水庫主壩滲流量較小，心墻防滲效果較好;

（2）人工巡視檢查反映主壩下游無滲透明流，無積水，無異常變形，滲流狀況基本穩定，大壩運行工況基本正常;

（3）0+252斷面下游位勢略微偏高，可能是該斷面心墻與壩基的帷幕灌漿局部風化或排水花管不暢導致的，應引起足夠重視。

參考文獻：

[1] 新疆水利水電勘測設計研究院.新疆渭干河克孜爾水庫除險加固初步設計報告[R].烏魯木齊：新疆水利水電勘測設計研究院，2007.

（編輯：李曉瀠）

作者簡介：楊順剛，男，高級工程師，主要從事水庫運行調度管理方面的工作。E-mail： 382821647@qq.com