鴨河口水庫測(cè)壓管觀測(cè)數(shù)據(jù)分析

□康 寧 □李 冰（鴨河口水庫工程管理局）

1 工程概況

河南省鴨河口水庫是漢江支流白河上的主要防洪控制性工程。水庫控制流域面積3030km2,總庫容13.39億m3。是一座以防洪、灌溉為主，兼顧工業(yè)及城市供水，結(jié)合發(fā)電等綜合利用的大（I）型水利樞紐工程。鴨河口水庫于2009-2011年進(jìn)行了除險(xiǎn)加固，測(cè)壓管和滲流量的觀測(cè)設(shè)備有較大的變化，以下選用2012-2014年的觀測(cè)資料進(jìn)行數(shù)據(jù)分析。

2 觀測(cè)設(shè)施布置

鴨河口水庫為了加強(qiáng)水庫的科學(xué)管理，掌握工程的運(yùn)行動(dòng)態(tài)，根據(jù)水庫大壩地質(zhì)特征和筑壩施工特點(diǎn)，在1+250、1+300、1+350、1+400、1+500、1+710、1+945、2+470斷面處設(shè)置壩基測(cè)壓管。為觀測(cè)壩體和壩基滲流量，分別設(shè)置了黑山頭流量堰和電廠流量堰。

3 鴨河口水庫測(cè)壓管數(shù)據(jù)分析

3.1 測(cè)壓管水位成因分析

在水庫長期運(yùn)行過程中，由于蓄水而形成壩體及壩基滲流場(chǎng)，隨著上下游水位變化，導(dǎo)致反應(yīng)滲流場(chǎng)的測(cè)壓管水位發(fā)生變化，而測(cè)壓管水位高低與上下游水位變化幅度和筑壩材料滲透性有關(guān)。同時(shí)，由于測(cè)壓管管口防護(hù)不到為等原因，有時(shí)降雨會(huì)直接滲透到測(cè)壓管中進(jìn)而影響測(cè)壓管水位。此外，在滲透過程中，滲透水克服土顆粒之間的阻力，從上游滲透到測(cè)壓管需要一定時(shí)間，故測(cè)壓管水位與前期庫水位有關(guān)。因此綜合以上因素，影響測(cè)壓管水位的主要因素為：上下游水位、降雨和時(shí)效。

3.2 測(cè)壓管水位定性分析

測(cè)壓管水位定性分析的方法較多，可以通過繪制測(cè)壓管、水庫水位過程線和雨量直分圖分析，繪制測(cè)壓管水位與庫水位的相關(guān)線，根據(jù)測(cè)壓管布置觀測(cè)斷面繪制浸潤線，也可以計(jì)算測(cè)壓管的位勢(shì)并繪制歷時(shí)過程線，或按時(shí)間順序，繪制庫水位與測(cè)壓管水位時(shí)序曲線等。為了合理地分析測(cè)壓管水位和庫水位的關(guān)系及壩體壩基滲流情況，根據(jù)鴨河口水庫實(shí)際情況和觀測(cè)資料序列，通過對(duì)壩基測(cè)壓管在2012-2014年期間的觀測(cè)資料進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，繪制大壩測(cè)壓管水位過程線，觀察發(fā)現(xiàn)大壩各斷面測(cè)壓管水位與庫水位的變化相關(guān)性很好，且管水位明顯低于庫水位10～15m，符合滲流規(guī)律。通過對(duì)壩基測(cè)壓管在2012-2014年期間的管水位進(jìn)行位勢(shì)計(jì)算，繪制大壩測(cè)壓管位勢(shì)過程線圖,觀察發(fā)現(xiàn)大壩各斷面測(cè)壓管水位位勢(shì)變化甚微，基本上水平，說明水庫除險(xiǎn)加固后滲流基本趨于穩(wěn)定。

3.3 測(cè)壓管水位相關(guān)分析與回歸分析

由于土石壩工程的特點(diǎn)，統(tǒng)計(jì)模型是一種簡(jiǎn)單有效的分析方法。通過對(duì)測(cè)壓管觀測(cè)數(shù)據(jù)建立數(shù)學(xué)模型，可以定量地分析庫水位、壩體固結(jié)和壩前淤積等對(duì)測(cè)壓管水位的影響。本文考慮到降雨等地表水對(duì)深埋的壩基測(cè)壓管水位影響不大，大壩各點(diǎn)滲流場(chǎng)的變化主要受庫水位影響，忽略降雨和時(shí)間效應(yīng)等其它影響因子。選取較為完整的2012年1月至2014年12月的庫水位和相應(yīng)的各壩基測(cè)壓管水位，根據(jù)選定的回歸模型，建立一元線性回歸的數(shù)學(xué)模型，計(jì)算相關(guān)系數(shù)、判定系數(shù)。并通過統(tǒng)計(jì)分析，對(duì)壩基測(cè)壓管水位進(jìn)行分析和變化趨勢(shì)預(yù)測(cè)。表1列出了典型斷面1+500壩基測(cè)壓管的回歸分析統(tǒng)計(jì)表。

表1 1+500斷面壩基測(cè)壓管回歸分析統(tǒng)計(jì)表

通常情況下，相關(guān)系數(shù)在0.80～1.00取值范圍內(nèi)判斷變量的相關(guān)強(qiáng)度為極強(qiáng)相關(guān)。從表1中可知，典型斷面1+500上的壩基測(cè)壓管相關(guān)系數(shù)均在極強(qiáng)相關(guān)范圍內(nèi)，是一個(gè)線性特征非常明顯的實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ停哂泻芎玫囊话阈裕梢宰鳛闃?biāo)準(zhǔn)工作曲線預(yù)測(cè)高水位時(shí)各斷面測(cè)壓管的管水位。

3.4 測(cè)壓管水位預(yù)測(cè)

采用一元線性回歸分析法，根據(jù)庫水位、壩基測(cè)壓管水位最佳回歸方程，預(yù)測(cè)正常蓄水位、設(shè)計(jì)洪水位及校核洪水位時(shí)壩基測(cè)壓管水位，結(jié)果見表2。

表2 1+500斷面壩基測(cè)壓管水位預(yù)測(cè)表

由表2可知，在各設(shè)計(jì)水位時(shí)，壩基測(cè)壓管水位均不超過地面高程。

4 滲流量資料分析

滲流量的變化對(duì)大壩安全評(píng)價(jià)最敏感，滲流量觀測(cè)不僅能了解水庫的滲漏損失，更重要的是利用觀測(cè)資料分析大壩滲流量的變化規(guī)律能有效地監(jiān)視土石壩的安全狀況。在滲流處于穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)，其流量與水頭保持穩(wěn)定的相應(yīng)變化。若滲流量顯著增加．有可能發(fā)生管涌或集中滲流通道，反之可能是排水體堵塞的反映。在正常情況下，隨著壩前淤積，滲流量會(huì)逐年減小。如果滲流量隨時(shí)間發(fā)生了較大變化，則意味著滲流場(chǎng)內(nèi)可能已發(fā)生局部的滲透破壞現(xiàn)象，就應(yīng)及時(shí)找出變化原因并采取必要的補(bǔ)救措施。大壩滲流量主要包括兩部分，一部分為經(jīng)壩體滲流到下游的水量，另一部分是從壩基滲流到下游的水量。量水堰僅能量出滲出到地面的水量，它既含有壩體滲水，也含有壩基滲水，還有部分未經(jīng)量水堰滲透走的，稱這部分為潛流。鴨河口水庫運(yùn)行多年來在資料整編分析中，一直把量水堰觀測(cè)的滲流量進(jìn)行分析計(jì)算，未考慮是否有潛流量影響。為了估算量水堰控制范圍內(nèi)潛流的大小，確保鴨河口水庫滲流穩(wěn)定分析成果的準(zhǔn)確性，現(xiàn)根據(jù)2012-2014年的滲流量實(shí)測(cè)資料，繪制滲流量水頭過程線和滲流量與水頭相關(guān)線。

圖1 滲流量水頭過程線圖

從圖1、2可以看出，滲流量與水頭相關(guān)性較好，壩基滲流量處于穩(wěn)定，水頭是滲流量大小的主要影響因素。

5 結(jié)語

圖2 滲流量與水頭相關(guān)線圖

通過對(duì)鴨河口水庫大壩主壩壩基測(cè)壓管觀測(cè)資料定性分析和回歸分析，認(rèn)為除險(xiǎn)加固后整體測(cè)壓管與水位相關(guān)性較好，滲流量穩(wěn)定，滲流狀態(tài)正常，壩基防滲性能有效，大壩趨于安全狀態(tài)。今后，將進(jìn)一步加強(qiáng)觀測(cè)和資料分析，以確保大壩滲流及穩(wěn)定安全。

[1]吳中如.水工建筑物安全監(jiān)控理論及其應(yīng)用[M].北京:高等教育出版社,2003.

[2]梁波.土石壩測(cè)壓管水位觀測(cè)資料分析方法[J].大壩與全,2005(4):36-38.