繞壩滲流監測成果分析方法探討

王 鋒，季 昀

(1.國家能源局大壩安全監察中心，浙江 杭州 311122；2.中國電建集團華東勘測設計研究院有限公司，浙江 杭州 311122)

1 繞壩滲流分析方法論述

繞壩滲流情況是分析水電站大壩兩岸防滲體系是否可靠的重要指標。工程實踐中一般通過在大壩兩岸帷幕后沿流線方向布置若干地下水位孔，分析地下水位孔內水位測值與上游水位的相關性來判斷是否存在繞壩滲流[1-2]。分析方法一般包括特征值統計分析、過程線趨勢性判斷等，但上述方法容易受到主觀定性判斷的影響，有時候僅通過分析特征值和過程線難以判斷繞壩滲流是否顯著。部分研究采用回歸分析方法[3-5]，建立孔內水位與時效、溫度、上游水位、降雨等因素的數學關系，進而分析孔內水位變化與各因素的關系，但由于壩區兩岸山體滲流場較為復雜，很難用一個數學模型來反映各變量之間的相互關系，導致有些測點模型中上游水位因子未能入選，而對孔內水位直接影響小的溫度和時效因子入選，導致模型不合理，且各分量占比情況也很難反映實際的繞滲情況。

2022年頒布實施的DL/T 2340—2021大壩安全監測資料分析規程中繞壩滲流監測數據分析時建議分析兩岸地下水位與上游水位的相關性來評價是否存在顯著繞壩滲流現象，兩岸壩肩運行性態分析時應結合兩岸地質條件、繞壩滲流分析成果和壩體防滲分析成果，綜合分析滲透穩定性[6]。根據規程要求，評判大壩兩岸防滲運行狀態時，可以通過監測水位孔與帷幕前水位的相關性來判斷。

經過多年工程經驗的積累，繞壩滲流分析時常用的分析方法一是計算孔內水位與上游水位的簡單相關系數[7]，二是選取庫水位上升的典型時段，分析孔內水位變幅與上游水位變幅之間的比值。簡單相關系數可以反映兩組數據之間的變化規律，但其本身不具備物理意義，不能排除汛期降雨導致庫水位和孔內水位同時升高的情況，筆者認為不能因簡單相關系數大于0.8就判斷存在繞壩滲流，或者小于0.5就不存在繞壩滲流情況，而是通過選取受降雨影響較小的庫水位上升時段，分析繞壩滲流孔內水位變幅與上游水位變幅的比值來初步判斷繞滲典型性，本文將該比值定義為水位折減系數，具體計算公式如下：

(1)

其中，α為水位折減系數；[h1∶hn]為典型時段繞壩滲流孔內水位序列；[H1∶Hn]為典型時段水庫水位序列。

當計算折減系數大于0.5時，考慮存在繞壩滲流的可能，當折減系數小于0.5時，認為基本不存在繞壩滲流情況；但部分水庫庫容較小，降雨量增大與庫水位上升存在較好的相關性，導致壩后繞壩滲流孔孔內水位與庫水位存在間接相關性，此時需要分析在不受降雨影響后相同庫水位時，孔內水位是否存在下降，來進一步確認繞壩滲流的典型性。在分析水位折減系數的同時，還需要結合地質條件、工程防滲體系布置情況、現場巡視檢查情況進行是否存在繞壩滲流的綜合判斷。本文基于某工程繞壩滲流的實測數據，采用水位變幅比值法來驗證繞壩滲流分析過程。

2 典型工程繞壩滲流分析

某工程擋水建筑物為均質土壩，壩體主要由砂質黏土或礫質黏土組成，最大壩高38 m，工程為三等工程，老壩體采用壩體防滲墻防滲，墻底嵌入弱風化基巖3 m以上，壩體加高擴建時新壩體采用混凝土面板與防滲墻連接，但防滲墻未延伸至兩岸壩肩山體內。兩岸壩肩出露殘坡積礫質黏土及強風化花崗巖，巖土體透水性好，強風化風花崗巖呈中等～強透水狀。繞壩滲流監測在左岸沿水流方向布置5支測壓管，編號L1～L5，在右岸沿水流方向布置5支測壓管，編號R1～R5，采用電測水位計人工觀測，觀測頻次為每周2次。各繞壩滲流孔特征值成果見表1，測值與水位和降雨量關系過程線見圖1，圖2。

表1 繞壩滲流孔特征值統計成果表

1)水位測值變化規律分析。

左岸繞壩滲流孔水位最大值在80.3 m～102.3 m之間，均發生于2018年9月3日，對應上游水位101.6 m；右岸繞壩滲流孔水位最大值在80.9 m～97.6 m之間，除R3測點外均發生于2018年9月3日，對應上游水位101.6 m。而歷年最高水位為101.90 m發生在2018年9月2日，自2018年8月26日至9月1日，壩址附近持續降雨，最大日降雨量達214 mm，累計降雨量為584.4 mm，持續降雨導致庫水位快速升高，而繞壩滲流孔內水位受降雨量影響明顯，持續降雨致使邊坡地下水位明顯升高。

2)水位上升時段繞滲水頭折減分析。

位于左岸的L1測孔水位長期高于庫水位，主要是由于該孔的管口高程為111.4 m，高于壩頂高程108 m，孔內水位主要受降雨山體地下水的影響。其余各測點水位均有一定折減，距離帷幕較遠的測點，水位較低。

選取2018年6月1日～2018年9月3日典型水位上升時段，統計繞壩滲流孔孔內水位變幅占該時段庫水位變幅的比值，左岸除L1受山體水位影響明顯外，其余測點水位變幅占庫水變幅比值在0.35～1.08之間，有3個測點折減系數超過0.5；右岸測點水位變幅占庫水變幅比值在0.32～0.58之間，有3個測點折減系數超過0.5；但因為本工程庫容比較小，庫水位隨降雨上升明顯，所以在強降雨后繞壩滲流孔內水位上升是受上游水位繞滲影響，還是受山體水位升高影響需要進一步分析。

3)繞滲典型性分析。

通過對過程線進一步分析，庫水位從2018年6月1日的91.2 m上升至9月3日的101.65 m期間，左岸繞壩滲流孔L2，L3，L4在8月23日(對應上游水位為98.08 m)前孔內水位基本平穩，比上游水位低9 m～12 m，在9月3日(對應上游水位為101.65 m)觀測時均存在突增，之后逐漸下降，至12月時孔內水位恢復到突增前水平。2018年9月～12月期間，庫水位基本保持在100 m附近運行，期間降雨量較小，在上游水位持續保持高水位時，左岸繞滲孔內水位逐步恢復至原來的水平，因此說明左岸繞滲孔水位升高主要受降雨影響，更多地表現為大氣降水補給與地下水位的關系，且與強降雨關系較為敏感，左岸繞壩滲流不明顯。

右岸繞壩滲流孔R1，R2，R3在自2018年6月起隨水位上升明顯，比上游水位低2 m～3 m，折減較小，在2018年9月～12月期間，庫水位基本保持在100 m附近運行，期間降雨量較小，在持續保持高水位時，右岸繞滲孔內水位沒有恢復至原來的水平，均高于上游水位上升期的孔內水位，說明孔內水位升高主要受上游水位升高和降雨共同影響，由此推測右岸存在一定的繞壩滲流現象。

4)兩岸防滲性能綜合評價。

地質資料顯示，壩肩巖體透水性好，其中左岸壩肩全風化花崗巖、強風化花崗巖呈強透水性，右岸壩肩強風化花崗巖屬于中等～強透水性；防滲墻未延伸至兩岸壩肩山體內，防滲系統未封閉；現場檢查發現庫水位較低時未發現庫岸繞壩滲流情況，在歷史水位較高的情況下右岸壩肩存在出水點，這與采用本文提出的方法對繞壩滲流孔監測數據進行分析得出的結論是一致的。綜上所述，本工程左岸壩肩繞壩滲流不明顯，右岸壩肩存在一定的繞滲情況，應對右岸防滲系統進行補強或重構。

3 結語

對大壩兩岸防滲體系有效性進行評價時，采用合適的方法分析兩岸繞壩滲流水位孔監測數據是十分重要的。本文提出通過分析庫水位上升典型時段內，繞壩滲流孔內水位變幅占庫水位變幅的比值進行繞滲初步判斷，然后在排除降雨影響后，對相同庫水位情況下孔內水位變化進一步分析，再結合地質條件、防滲結構布置、現場檢查情況等，可以更好地評價大壩兩岸防滲系統的實際運行情況，經過工程實例驗證，采用本方法評價大壩繞壩滲流特性是可行的。