宣威市明德水庫大壩安全監測數據分析

楊光志YANG Guang-zhi；袁鋒YUAN Feng；何龔超HE Gong-chao

（①宣威市水利水電勘察設計研究所，宣威655499；②宣威市防汛抗旱指揮部辦公室，宣威 655499）

0 引言

水庫大壩工程是國民經濟的重要基礎設施，可有效調蓄利用水資源，為人類帶來巨大的利益，在防洪、灌溉、供水、發電等方面發揮著巨大的工程效益[1-4]，但水庫一旦發生重大險情將會給國家及人民帶來難以預料的災難[5-6]。因此，水庫大壩的安全運行歷來是我國各級水管單位的重點工作[7-8]。大壩安全監測是大壩安全管理的重要內容，是控制大壩風險的重要措施[9-10]。本文分析了明德水庫大壩的監測數據，總結了目前監測的結果，提出了下一步監測建議，為水庫的安全運行提供了保障。

1 工程概況

明德水庫位于宣威市寶山鎮樂紅村委會土紅自然村東側，壩址位于文興河源頭門前河的支流上，屬珠江流域西江水系可渡河支流。

明德水庫大壩為堆石混凝土重力壩，最大壩高53.8m，水庫總庫容124.9 萬m3，設計灌溉面積0.38 萬畝，供水人口6366 人，根據《水利水電工程等級劃分及洪水標準》（SL252-2000）的規定：工程規模為小（一）型，工程等別為Ⅳ等。主要建筑物大壩、輸水兼導流（放空）孔為4 級建筑物，輸水管道設計流量為0.1574m3/s，小于5.0m3/s，按5級建筑物設計，臨時建筑物為5 級。

在試蓄水階段，大壩下游接近墊層處岸坡出現漏水現象，之后于2018 年10 月和2020 年8 月進行了兩次補強灌漿處理。

2 監測布置

根據《混凝土壩安全監測技術規范》（SL601-2013）規定，設計主要對上下游水位、壩體溫度、水平位移、垂直位移、揚壓力和滲流等項目進行監測并作詳細記錄。主要監測項目包括：①壩體水平位移監測；②壩體垂直位移監測；③壩基揚壓力監測；④壩體滲透壓力監測；⑤滲流量監測；⑥繞壩滲流監測；⑦庫水位監測。監測內容為以下四個方面：

1）外部變形監測：包括①和②。分別在壩頂各壩段均布設1 個位移標點，共設6 個位移標點；在兩岸設置工作基點2 個、校核基點2 個。

2）滲流監測：包括③、④、⑤和⑥。在兩壩肩布設繞壩滲漏監測點共2 個。灌漿廊道內布設6 個壓力表。

3）滲流量監測：包括⑤。在廊道下游設集水坑匯集滲水，并設三角堰測量滲流量。

4）庫水位監測：包括⑦在上游壩腳踏步一側設水位監測標尺。

3 監測資料分析

3.1 外部變形監測

在2017 至2021 年間通過J-1#～J-6#六個監測點記錄了大壩在X、Y 和Z 三個方向的變形數據如圖1、圖2 和圖3 所示。

圖1 大壩X 位移監測圖（X 為向右岸為正，向左為負）

圖2 大壩Y 位移監測圖（Y 為向上游為正，向下游為負）

圖3 大壩Z 位移監測圖（Z 為向下為正，向上為負）

根據位移監測資料分析，壩段水平位移小于1cm，沉降位移為0.3～1.4cm，位移量很小，不會影響大壩安全運行。

3.2 滲流監測

3.2.1 揚壓力

在上游水位分別為2185.7m、2201.03m、2193.3m 三個位置時讀取壓力表數據，具體數據見表1。

表1 揚壓力監測數據表

通過監測數據表明，除3#孔外其他孔讀數幾乎為零，對壓力表沒有度數的孔拆除壓力表進行水位實測，除6#孔水位較低外，其他孔均為滿孔未溢出。

根據已有揚壓力監測值及水位情況（表2），河床段實際的折減系數高于設計值，岸坡段實際折減系數低于設計折減值，通過穩定復核，各壩段在各種工況下穩定安全系數滿足規范要求。

表2 揚壓力對比分析表

3.2.2 繞壩滲漏

繞壩滲漏主要在左右岸各布置2 孔測壓管，具體監測數據見表3。

表3 水庫繞壩滲漏監測記錄表

通過監測數據表明，測壓管水位高程維持在地下水位附近，庫水位的變化對讀數幾乎沒有影響，表明庫水位與其沒有關聯關系，不存在大的繞壩滲漏問題。

3.3 滲流量監測

3.3.1 廊道內三角堰監測

明德水庫廊道內排水為自流排水，滲漏水流入匯水渠后排入積水坑，再通過預埋排水管字溢流堰面排除，排水孔高于下游校核水位，在匯水區內安裝三角量水堰測量壩體和壩基滲漏量。各時間節點匯水區總滲漏量見表4。

表4 各時間節點匯水區總滲漏量

從監測數據表明，補強灌漿完成前廊道內滲水量較小，隨庫水位的變化沒有規律性。通過廊道內檢查，發現廊道內壩基排水孔堵塞較多，監測數據沒有代表性。需及時將廊道內排水孔疏通。

2021 年5 月底完成第二次補強灌漿后，及時對排水孔進行了清理，根據記錄的三組數據，與灌漿前相同水位的滲漏量相比，減少了37.2%。

3.3.2 壩左岸坡三角堰監測

2017 年開始試蓄水后，水庫蓄水位最高至2193.94m時，左岸壩基下游約2180m 高程壩基接觸面及開挖邊坡噴混凝土預留排水孔內出現大量滲水（圖4），滲漏水量10.26L/s。初步判斷左岸2#壩段2183.9～2196.9m 高程間墊層混凝土底部與巖基接觸部位存在滲漏問題。

圖4 一次補強灌漿前左岸滲流情況

2018 年10 月1 日到2018 年12 月27 日，施工單位依據“補充通知書”開展了補強灌漿。但灌漿效果不明顯便停止了施工。設計單位建議對壩基排水孔進行疏通，并進一步監測庫水位及滲漏量變化情況。

2020 年，庫水位再次達到2207.16m，右岸壩基接觸帶2198.00m 高程附近出現了明顯漏水點，右岸下游50m 山體有明顯出水點（圖5），右岸滲漏量為11.5L/s。

圖5 一次補強灌漿后右岸滲流情況

2020 年8 月20 日，第二次補強灌漿進場施工，于2021 年5 月底完工。2021 年8 月17 日至12 月2 日滲漏量監測資料，期間蓄水位2201.03~2207.12m，左岸大壩下游滲流量為1.75~2.23L/s，左岸山體滲漏量為1.95L/s，右岸未見明顯滲漏現象，同比補強灌漿前后大壩下游滲漏量減少了86%~90%，左岸山體滲漏量較少了78%，右岸山體滲漏量減少100%，根據滲漏量公式計算Q=BKH/b 計算，左岸帷幕區面積B=2509m2，上下游水位差H=51m，滲透系數K 按5Lu（0.075m/d）計，滲徑46m，則理論滲漏量為200m3/d（2.32L/s）。補強灌漿后滲漏量小于理論滲漏量，壩基防滲效果良好，左岸滲漏方式可考慮為輕微繞壩滲漏，對大壩蓄水和安全運行基本無影響，建議工程運行中進一步加強檢測。

圖6 二次補強灌漿后左岸滲流情況

圖7 二次補強灌漿后右岸滲流情況

明德水庫設計多年平均徑流量為220.3 萬m3，二次補強灌漿后水庫正常水位時的滲漏量為2.17L/s，按全年處于正常水位計算滲漏量6.84 萬m3/年，占多年平均凈流量3.1%，按照《水利水電工程水文地質勘察規范》（SL 373-2007）規定為輕微滲漏。根據水庫興利調節計算結果，水庫僅10 月底處于滿庫，其他時段均低于正常蓄水位，實際滲漏量遠遠小于理論計算值。大壩水庫正常運行時屬輕微滲漏范圍，不影響水庫蓄水，滿足設計要求。

3.4 一般外表監測

水庫初期運行，還進行了一般外表監測，主要是對壩面是否受到人為或生物破壞，壩面是否出現裂縫、坍陷、隆起、滲水等異常現象進行監測，通過監測，并未發現任何異常現象，水庫運行正常。

4 結論

通過以上資料分析，明德水庫工程通過位移監測，壩段沉降位移為0.3～1.4cm，沉降位移量很小，不會引起大壩變形；通過滲流監測，水庫正常水位時的滲漏量為2.17L/s，滲漏量6.84 萬m3/年，占多年平均凈流量3%，但根據水庫興利調節計算結果，水庫僅10 月底處于滿庫，其他時段均低于正常蓄水位，實際滲漏量遠遠小于理論計算值，大壩水庫正常運行時屬輕微滲漏范圍，不影響水庫蓄水，滿足設計要求。通過對揚壓力監測數據分析，采用監測數據折算的折減系數進行大壩穩定復核，各壩段安全系數均滿足設計要求。

經分析，大壩達到設計要求的使用功能，無影響正常使用的缺陷，能正常運行，且各主要監測量的變化處于正常運行狀態。

5 建議

大壩下一步監測工作建議：

①水庫在運行過程中，宜按規范和設計要求加強監測工作，并做好監測設施的檢查、維護、校正、更新、補充和完善；②由于蓄水期間降雨量偏少，觀察期間水庫蓄水最高水位為2201.17m，與正常水位一致，監測分析數據具有一定的代表性；水庫正常蓄水后，除對大壩進行定期監測外，還應加強不利情況下的大壩變形監測工作，分析并及時處理相關問題；③定期對監測資料整編和分析，編寫監測報告，評價大壩的運行狀態，提出工程安全監測資料分析報告，及時歸檔；④發現異常情況應及時分析、判斷，如分析或發現工程存在隱患，立即上報主管部門；⑤在運行期，每年汛前應將上一年的監測資料整編完畢；⑥安全監測項目及測次可按照表5 執行，當發生地震、大暴雨、庫水位驟變、高水位且低氣溫、水庫放空以及大壩工作狀態異常時，應加強現場檢查、增加測次，必要時增加監測項目。

表5 安全監測項目測次表