爾王莊水庫測壓管觀測數據分析

王 超 ，周 國 ，戴克義 ，陳衛清

（1．天津市引灤工程爾王莊管理處，天津 301802；2．天津市農工商宏達總公司，天津 300381）

爾王莊水庫測壓管觀測數據分析

王 超1，周 國1，戴克義2，陳衛清1

（1．天津市引灤工程爾王莊管理處，天津 301802；2．天津市農工商宏達總公司，天津 300381）

測壓管是觀測堤壩運行情況的重要設施，由于觀測數據量大，甄別分析選用工作強度高等，所以選用合理的分析模型進行及時分析顯得尤為重要。以天津市爾王莊水庫多年觀測數據為例，通過測壓管觀測數據資料整理與選用、位勢分析及等水位線圓分析法，分別建立分析模型，得出爾王莊水庫堤壩滲流嚴重的壩段，并通過實際現場觀察校驗。

測壓管；觀測數據；分析研究

1 工程概況

爾王莊水庫位于天津市寶坻區南部，是引灤工程的重要組成部分，水庫為中型平原水庫，其主要作用是調蓄。水庫庫底平均標高1．4m（黃海高程），設計水位5．5m，死水位2．0m，相應總庫容4530萬m3，有效庫容3868萬m3，死庫容662萬m3。 水庫圍堤為碾壓式均質土壩，壩體全長14297m，壩頂高程7．04m，壩頂寬7m，壩頂設漿砌石防浪墻，墻高1．2m，壩體上游迎水坡為漿砌石護坡，坡比為1∶3，下游坡為草皮護坡，坡比為1∶3。

爾王莊水庫大壩在除險加固工程實施前大壩壩體為3類壩，壩頂高程不滿足規范要求；壩體沉降不穩定，變形裂縫嚴重，部分壩段壩體、壩基滲流嚴重，并存在地震液化的可能；大壩上游坡砌石護坡及防浪墻破損嚴重。為做好大壩除險加固工程設計工作，需對滲流穩定作進一步分析論證，對水庫大壩多年測壓管觀測數據進行篩選和分析。

2 現場實測資料統計分析

爾王莊水庫測壓管現場觀測資料（1991～2000年）進行統計分析，對其加以系統整理和鑒別，進而以滲流理論為基礎，對大壩滲流狀況及穩定性進行分析評價。文中以1991年部分觀測數據作為示例闡述分析過程和分析方法。

2．1 測壓管水位相關分析

在正常情況下，測壓管水位過程線的形狀，靠上游的測壓管大體上與水庫水位過程線相似；靠下游的測壓管則大體上與下游水位過程線相似。如果該過程線是一條不隨時間變化的水平線，則表示該管已失效或該測壓管所測位置土體的滲透性過小。如果某測壓管水位在庫水位較低時超過庫水位，可能是以下原因所致：①土體透水性小，管內水體不易消散；②超靜孔隙壓力的作用；③不穩定滲流影響；④測管淤塞失靈。前3者屬正常現象；后者需作檢查修復。如果管水位忽高忽低，其過程線與庫水位過程線毫無規律地相互交叉，這樣的數據屬反常現象。若過程線中出現個別峰谷值，說明該管的某些測次受到其他因素干擾（如降雨等），在分析時應剔除。

1991年測壓管現場觀測資料的量測間隔為2d，數據較齊全，除個別測點外，測壓管水位與庫水位具有較好的相關性，說明該年份的資料基本可用于滲流分析；圖1為1991年斷面0＋927的測壓管水位過程線。測壓管1Ⅰ的水位過程線與庫水位過程線相關性很差，其變化幾乎與庫水位的變化沒有任何關系。造成這種現象的原因很多，如地面降水的影響；測壓管底部的地基不易透水；下游受淤泥堵塞，測管淤泥沉降密實；該測壓管所監測位置壩體筑壩質量很好等。測壓管1Ⅱ和1Ⅲ水位與水庫水位相關性良好，幾乎沒有遲后時間。1Ⅲ測壓管9月14號的管水位突然上升至2．27m，可能是受到降雨等影響，在進一步的水庫水位與測壓管水位的相關分析中，該測值應被剔除。圖2是1Ⅰ，1Ⅱ，1Ⅲ測點的測壓管水位相關線。圖2a顯示1Ⅰ測點凌亂，無法進行統計分析，即該測壓管水位與庫水位相關性很差。圖2b顯示測壓管1Ⅱ測值的分布大體趨于一條直線，其回歸方程為Y=0.79695+0.3434X，相關系數r=0.93304。圖2c顯示測壓管1Ⅲ測值的分布也大體趨于一條直線，其回歸方程為Y=0.70651+0.27491X，相關系數r=0.94226。因此，該斷面的測壓管1Ⅱ和1Ⅲ的數據可靠，可用于滲流分析。

圖1 測壓管水位過程線（0＋927，1991年）

圖2 測壓管水位相關圖（0＋927，1991年）

經過對1991年8個斷面 （0＋927、2＋926、4＋917、6＋921、8＋500，9＋920、11＋916、13＋402斷面）的測壓管水位與庫水位相關分析結果列于表1。若相關系數r大于0．6，則認為測壓管水位與庫水位相關性良好，測壓管數據可用于滲流分析。

表1 測壓管水位與水庫水位相關分析結果

2．2 測壓管位勢分析

測壓管位勢指測壓管水頭在滲流場中占總滲流水頭的百分數。流場中某一固定位置的測壓管位勢，將與上下游水位的絕對值無關。同時，在上下游水位變化時，只要邊界幾何形狀，即測管在滲徑長度上的相對位置不變，測壓管位勢也是不隨時間改變的常數。一旦位勢隨時間發生了變化，則意味著流場介質（土體）發生了變化。任一測壓管位勢：

式中 hi為第i根測壓管的水位；H1和H2分別為相應的上下游水位。

為方便鑒別，可以繪出以（hi－H2）為縱坐標，（H1－H2）為橫坐標的散點圖幫助鑒別，當測點密集于一條直線上時，說明該管位勢可視為常數，其直線的斜率即其平均位勢值；否則，表明位勢隨水頭而變，不能視為常數。當下游水位近似于常數，測壓管水位與庫水位的相關性良好時，可免做位勢統計。

圖3為1991年13＋402斷面測壓管13＋402Ⅰ、13＋402Ⅱ和13＋402Ⅲ的位勢圖。圖中顯示各測壓管測值基本密集在一條直線上，說明滲流趨于穩定。圖中直線的斜率即為個測壓管的平均位勢，其值分別為0．580、0．491、0．394。

圖3 測壓管位勢圖（13＋402斷面，1991年）

根據1991年測壓管資料，各典型斷面測測壓管位勢分析結果列于表2。

表2 1991年測壓管位勢分析結果

2．3 測壓管等水位線

將各斷面測壓管水位相同的點連線，形成等水位線圖。可以反映壩基地下水位的流態和主要滲流通道。圖4，5中，最外側的圓表示水庫圓周壩段，其上的編號為樁號；最內側的圓表示庫水位；3個實線圓表示測壓管的位置；虛線為等水位線。圖形中向外凸出的地方，壩基水位高，抗滲能力差；圖形中向內凹進的地方，壩基水位較低，抗滲能力好。

圖4和圖5給出了庫水位為5．79m和5．47m時的測壓管等水位線圖，從圖中等水位線的分布趨勢可以看出爾王莊水庫堤壩的滲漏問題主要發生：①樁號為9＋500～11＋500壩段范圍內，②樁號為13＋000～0＋000～1＋500壩段范圍內。

圖4 庫水位為5．79m時的測壓管等水位線圖（1991年資料）

圖5 庫水位為5．47m時的測壓管等水位線圖（1991年資料）

通過對1991年測壓管觀測數據進行整理篩選和分析后，發現樁號8＋700～13＋200之間壩段、 樁號1＋000～2＋000之間壩段、樁號3＋600～5＋000之間壩段滲漏問題嚴重，且在日常的巡視檢查中發現明渠護砌擋土墻大面積坍塌、明流、圍堤馬道有積水等問題恰恰都集中在這幾個壩段之間，驗證了利用測壓管數據分析得出滲流壩段的結果。

3 結語

天津市爾王莊水庫除險加固工程已經完工，防滲加固效果十分明顯，對測壓管多年的觀測數據的選用和分析為工程設計提供了重要的理論依據。

［1］SL60—94，土石壩安全監測技術規范［S］

［2］華北水利水電學院．水庫工程檢查觀測［M］．北京：水利水電出版社，1979．

［3］SL60—94，土石壩安全監測技術規范［S］．

［4］李均純．土壩裂縫及其觀測分析［M］．北京：水利電力出版社，1979．

［5］劉玉峰，王消川．對土石壩滲流安全監測儀器的幾點認識［J］．大壩觀測與土工測試，2000，24（5）：11－13．

［6］吳中如，沈長松，阮煥祥．水工建筑物安全監控理論及其應用［M］．南京：河海大學出版社，1990．

［7］劉洵，方朝陽．土石壩測壓管水位觀測資料分析［J］．中國農村水利水電，2001（7）．

［8］陳偉鋒，肖煥雄．截流戧堤的滲漏分析及其計算［J］．武漢大學學報（工學版），2001（5）．

Analysis of piezometric obserwtions in Erwangzhuang reservoir dam

WANG Chao1，ZHOU Guo1，DAI Ke－yi2，CHEN Wei－qing1
（1．Luan River to Tianjin Project Management Dffice Erwangzhuang，Tianjin301802，China；2．Hong－Da Agriculture Industry Commerce General Company，Tianjin300381，China）

The piezometer is the important facilities to observe the dam operating condition，due to large amount of observational data， the intensity of screening of selected work is high， therefor， a reasonable analysis model selection and timely analysis is very important．To the years of observation data of Erwangzhuang reservoir case， By the sorting and selection of piezometric observational data， potential analysis and water level circle analysis， analytical models were established to arrive serious seepage dam in Erwangzhuang reservoir dam， and through the actual on－site observations of the calibration．

piezometer； observation data； analysis

TV697．2

A

1672-9900（2010）05-0078-03

2010－08－13

王超（1979－），男（漢族），天津武清人，主要從事水庫大壩安全監測管理及工程技術管理工作，（Tel）15922206299。