昌馬水庫大壩浸潤線觀測分析

摘要：通過多年來對昌馬水庫大壩浸潤線以及壩基、壩肩繞滲觀測分析，攔水大壩通過采用壤土心墻、砼防滲墻、帷幕灌漿等防滲措施，防滲效果良好，壩體滲流場穩定；滲流經心墻后迅速通過排水設施（預定通道）排入壩后河道。兩壩肩滲流場穩定，巖體內滲流水位偏高，需持續加強觀測分析，密切注意動向。

關鍵詞：水庫大壩；滲流 浸潤線；繞壩滲流；分析

中圖分類號： TV233.4 文獻標識碼： A 文章編號： 1674-0432（2013）-20-94-2

昌馬水庫位于甘肅省玉門市境內疏勒河昌馬峽進口1.36公里處，地理位置為東經96°48′48″，北緯39°57′40″，距玉門鎮50公里，是一座以農業灌溉為主，兼顧工業供水、水力發電、防洪等綜合性利用的國家大（二）型水利樞紐工程。

1 工程概況

昌馬水庫樞紐建筑物由大壩（壤土心墻沙礫石壩）、左岸溢洪道、右岸排砂泄洪隧洞、左岸引水發電隧洞、壩后發電廠房五部分組成。

攔河大壩為壤土心墻砂礫石壩，最大壩高54.8米，壩頂高程2004.8米，壩頂長度365.5米，壩頂寬度9米。上游迎水坡有兩級馬道，壩坡自下而上逐級變陡，分別為1∶3.5，1∶3，1∶2.75。距壩頂4米以上為1∶2.15。下游背水坡面設有三級馬道，坡比自下而上依次為1∶2.75、1∶2.63～2.7、1∶2.5、1∶2.48，距壩頂4米以上為1∶2。壩頂設有防浪墻，高4.5米，外露部分高1.2米，深入心墻深度為1.3米。下游壩肩設有路緣石。防滲土料為黃土，分類屬粉質壤土，少量輕壤土及粉質粘土。根據土料性質及抗震要求，設計采用厚心墻，心墻上游坡為1∶0.17～0.40，下游坡為1∶0.4。壩殼為河床沖積砂礫石料，反濾料則從料場中篩洗。大壩基礎處理包括砼防滲墻、帷幕灌漿、齒墻、粘土截水槽等，砼防滲墻全長234.2米，墻厚0.8米，最大深度29.4米。

2 浸潤線觀測設計情況

浸潤線是判斷土石壩內部滲流與安全的重要手段，也是土石壩安全監測的重要項目之一；在土石壩的壩體和壩基適當部位，設置測壓管（滲壓計）進行準確、及時的觀測，可了解在運行過程中建筑物內部及地基的浸潤線（滲流場）情況，對監控大壩的滲透安全具有重要意義。

浸潤線觀測是大壩滲流觀測的一項重要內容，昌馬水庫浸潤線采用測壓管觀測。測壓管符號D1～D14，觀測點共14個，其中主觀測斷面0+150橫斷面布置6個測壓管D1～D6；左岸邊坡布置D11（0-068.1，0-018.8）、D12（0-066.8，0-006.2）、D13（0-082.7，0+044.3）、D14（0-009.3，0+088.3）（橫斷面，縱斷面）；右岸邊坡布置D7（0+363，0-005）、D8（0+352，0+005） 、D9（0+320.5，0+048.5）、D10（0+301.5，0+096）（橫斷面，縱斷面）。在測壓管內采用滲壓計和繩式電測水位計觀測，每5天觀測一次；數據采用電子表格計算整理。

主觀測斷面上，D1、D3布置于粘土防滲心墻內部；D2穿過心墻直達心墻后部基巖，與心墻密閉；D4、D5、D6穿過壩殼料深入基巖，與壩殼料相通。

3 浸潤線觀測分析

受本地氣候條件、河道來水量、灌區種植結構、灌區總需水量、主汛期排洪等因素影響，昌馬水庫蓄水有以下特點：上年度11月中旬至當年3月上旬水庫只向四O四廠供水3.75立方米/秒，進庫大于出庫，水位持續上升，3月10日水位可達2000.00米高程；3月中旬開始向昌馬灌區和雙塔、赤金峽兩座水庫大量調水，春季氣溫低，進庫遠小于出庫，水位大幅下降；6月上旬開始，為迎接汛期洪水以及為排砂作準備，最遲在7月5日前將水庫放空；進入8月，洪水明顯減少，河水含砂量降低，8月10日左右重新下閘蓄水，9月15日左右達到秋季最高水位2000.00米高程左右；然后在11月15日前，向昌馬灌區和雙塔、赤金峽兩水庫大量調水，將庫水位調低至正常蓄水位1988.0米高程，準備冬季蓄水。昌馬水庫歷史最大蓄水量1.82億立方米，水位2000.96米，時間為2005年9月3日。

昌馬水庫大壩建成即開始浸潤線觀測，觀測點14個，從2002年開始觀測至今。

（1）大壩主斷面浸潤線觀測。由于測壓管D1～D6分布于主觀測斷面（壩中），浸潤線具有代表性，通常所說壩體浸潤線是指主觀測斷面某水位條件（或時間）下浸潤線。浸潤線分析要和蓄放水過程結合進行。通過繪制“測壓管水位——時間過程、庫水位——時間過程系列曲線”就可以判斷出浸潤過程的合理性與否，以及每個測壓管（最值）水位相對于庫（最值）水位的滯后時間。

此次分析以2007年測壓管水位統計表、過程線圖和分布圖看，2007年3月13日庫水位達到2000.12米高程，之后水位開始下降，7月8日水庫放空；7月28日水庫重新開始蓄水，9月14日水位達到峰值2000.88米，然后緩慢下降，11月20日降到1992.18米后緩慢上升。在蓄放水過程中D1、D3、D4、D5、D6測壓管水位隨庫水位升降變化明顯，所有測點滲壓水位隨庫水位變化呈現正態分布規律，無局部突變現象；D2測壓管（深入基巖與壩體密閉）水位變化與庫水位也呈正態分布規律，水位變化幅度較小，變幅在1.5米范圍以內。D1、D3分別處于防滲心墻上游和下游位置，管水位隨庫水位升降的變化幅度也依次減小；D2測壓管與心墻密閉良好，說明防滲帷幕和砼防滲墻防滲效果良好；D4、D5、D6測壓管依次處于心墻后部砂礫石壩殼，水位的變化幅度越靠近下游越小，說明排水通暢；滲流逸出比降[J]在允許值范圍內，[J]=0.1-0.162，比降最大為0.162。由于受壩體結構、測壓管安裝位置和蓄放水情況影響，土石壩壩體浸潤線的變化與庫水位的變化不完全同步；每次繪制的浸潤線都不盡相同，始終在變化之中，浸潤線正常與否要從多方面去考慮，對測壓管水位觀測資料分析時，需要確定滯后時間。管水位（浸潤線控制點）達到峰（谷）值的時刻往往比庫水位達到峰（谷）值的時刻來得晚，存在一定的時間差即存在“滯后時間”，這是正常現象。滯后時間的長期穩定性也是壩體內部穩定的一個指標。在分析管水位與庫水位相關性以及特征庫水位下測壓管水位變化規律等問題時，采用電子表格的圖表功能繪出庫水位過程線及測壓管水位過程線，截取峰（谷）值的時間差來推求滯后時間。管中水位滯后庫水位變化10-15天左右，符合滲流規律。

測壓管水位滯后成因分析：測壓管水位的滯后時間是指當庫水位開始發生變化到測壓管水位發生相應變化時的延遲時間ΔT。造成測壓管水位滯后的原因比較復雜，它主要受不穩定滲流的影響。在水庫運行過程中，水位是不斷變化的，因此壩內的無壓滲流是一個不穩定的過程，在無壓滲流中，自由水面處于隨時間變化的狀態，充水（放水）都需要時間。

介于壩體內部滲流場的連續變化特性，分析壩體浸潤現象時，只能按時間節點（特征水位）繪制壩體內部滲流斷面的浸潤線；確定某測壓管所在部位的滲流滯后時間，要繪制該測壓管水位時間過程性。

（2）左右岸邊坡浸潤昌馬水庫庫區兩岸山體為破碎巖石地址結構，為保證兩岸邊坡安全，壩端右岸山體繞滲部位進行了固結灌漿和防滲帷幕灌漿處理，左岸山體繞滲部位作了固結灌漿處理。測壓管D7、D8、D9、D10用于監測右岸山體壩肩處浸潤水位，D11、D12、D13、D14用于監測左岸山體壩肩處浸潤水位。

從過程性看，位于兩壩肩的測壓管水位隨著庫水位的升降而升降，與庫水位呈正態分布關系。2007年3月20日庫水位1999.72米，位于右壩肩防滲帷幕區的測壓管D7、D8水位分別為1994.20米和1993.29米；設在馬道上的D9測壓管的水位為1963.21米；D10測壓管處于后壩坡中后段山坡，水位1955.07米。左岸設在帷幕前的D11滲壓水位實測值為1985.69米，設在帷幕后的D12、D13、D14的滲壓水位依次為1984.76米、1981.75米、1979.58米，滲壓水頭經帷幕后折減不大。經長期巡視檢查，未見壩后山體滲流逸出及巖體潮濕現象。

以上數據表明，兩壩肩滲壓水位偏高，右岸為1993.29米，左岸為1984.76米。兩壩肩浸潤線偏高的原因推測如下：①兩岸壩肩雖然做了防滲處理，但還是有緩慢微弱的滲流；②山體巖石的孔隙極小，毛吸作用旺盛，涵養了滲流；③兩岸山體與壩體結構不同，壩體內部有排水設施（反濾層、褥墊式排水體、排水棱體及排水暗溝）來幫助降低滲流水位，兩壩肩山體卻沒有排水設施，排水不利；因此，滲流經兩壩肩防滲帷幕之后，水頭雖有所折減，但受山體毛吸作用和排水不利因素影響，折減幅度不大。兩壩肩滲流水位隨庫水位升降而升降，歷年來變化規律一致，說明兩壩肩滲流場穩定。

4 操作要點

（1）定期取出傳感器（滲壓計）清潔并率定計算參數，掌握傳感器使用工況，必要時更換傳感器（VWP-3D型滲壓計）。

由于傳感器（滲壓計）長期浸泡于水中，水垢和沙子可能部分堵塞滲壓計透水孔，導致數據失真，應該定期檢查和清理；傳感器自身也是有使用期限的，傳感器數據失真要及時更換，并重新率定計算參數。

參數率定內容主要是傳感器（滲壓計）高程和高程改正數，滲壓計采用鐵絲懸吊于測壓管內，測點高程=管口高程-鐵絲長度。高差改正數率定過程是：①使用頻率巡檢儀測量滲壓計頻率值，計算出測壓管水位；②采用電測水位計測得管口至水面高度，計算出管內液面高程；③以頻率巡檢儀所測水位數值減去電測水位計測得的水位數值，得數的負值就是高程改正數。

（2）保持觀測房整潔，集線箱接線正確，端子接觸良好；測壓管管口要做防護設施，防止泥土異物落入，并避免人為破壞；正確使用巡檢儀，儀器設置正確，勤換電池，保持電壓正常。

（3）準時觀測。

5 結語

通過多年來對昌馬水庫大壩浸潤線以及和壩基、壩肩繞滲觀測分析，攔水大壩通過采用壤土心墻、砼防滲墻、帷幕灌漿等防滲措施，防滲效果良好，壩體滲流場穩定；滲流經心墻后迅速通過排水設施（預定通道）排入壩后河道。兩壩肩滲流場穩定，巖體內滲流水位偏高，需持續加強觀測分析，密切注意動向。

作者簡介： 劉金輝，男，碩士研究生在讀，甘肅玉門人，疏勒河流域水資源管理局助理工程師，從事水利工程建設與管理工作。