鐵崗水庫大壩滲流監測資料分析

(深圳市鐵崗·石巖水庫管理處，廣東 深圳　518102)

1　概　況

鐵崗水庫樞紐工程始建于1956年11月，1957年10月竣工投入運行，后經1960年、1975年、1986年、2006年四次加固擴建，鐵崗水庫正常蓄水位28.70m，相應庫容9400萬m3；設計洪水位28.80m，相應庫容9500萬m3；校核洪水位29.29m，相應庫容為9950萬m3；死水位10.79m，死庫容60萬m3。鐵崗水庫是一座混凝土防滲心墻壩，工程級別為Ⅱ等，主要建筑物為2級，次要建筑物為3級，是一座具有供水調節及防洪功能的中型水庫。

對滲流壓力和滲流量的綜合分析，能夠揭示原體滲流性態，監視工程運行安全狀態，提高工程建設質量和管理水平。鐵崗水庫壩體滲流壓力監測采用測壓管法，共設20根測壓管，數據采集有人工監測和滲壓計自動監測滲流壓力兩種方式；壩基滲流壓力采用鉆孔埋設法，共埋設20個壩基滲壓計,壩后下游設置直角三角堰來觀測滲流量大小。測壓管及滲漏量都實現了自動化實時監測。

2　主壩滲流壓力分析

鐵崗水庫主壩滲流壓力監測系統主要由壩體測壓管、壩基測壓管組成。主壩壩體、壩基監測橫斷面5個，分別為0+040、0+095、0+150、0+205、0+260，選取樁號0+260為例，該斷面編號為M5斷面，設4根測壓管，防滲心墻前1根，防滲墻后3根。主壩壩體、壩基和滲流量數據都實現了自動采集，壩體還配合有人工觀測數據，來驗證自動化監測數據準確性，經驗證，自動化數據可靠。

2.1　測壓管水位與庫水位過程線圖

以近三年壩體、壩基監測實測數據，剔除不合理粗差值，選取樁號0+260為例，繪制鐵崗水庫主壩壩體、壩基的管水位與庫水位過程線圖，如圖1和圖2所示。根據過程線圖可知管水位與庫水位相關性好，壩后測壓管水位隨著庫水位變化做相應變動，但是變化幅度逐漸減少，即滲流壓力越往下游變化越小，說明壩體防滲效果好，測壓管水位反映大壩滲流運行安全。

圖1　鐵崗水庫滲流壓力過程線圖(壩體0+260斷面)

圖2　鐵崗水庫滲流壓力過程線圖(壩基0+260斷面)

2.2　測壓管水位與庫水位相關性分析

相關分析可確定影響滲流壓力的主要因子，通過計算測壓管水位與上游水位、下游水位、降雨量和氣溫的相關系數，進而判定測壓管水位變化是否正常，以此衡量大壩滲流安全狀況，如圖3所示。鐵崗水庫滲流壓力與庫水位相關分析見表1。

圖3　壩體0+260斷面滲流壓力與庫水位相關性

表1　鐵崗水庫滲流壓力與庫水位相關分析

根據測壓管與庫水位回歸分析表可知，鐵崗水庫主壩壩體各測壓管水位與庫水位相關性較好。

2.3　測壓管預測水位分析

利用擬合方程作為回歸分析模型，分別檢驗合理性和顯著性，推算當庫水位達到設計水位28.70m時，壩體測壓管管內水頭情況，見表2。

表2　推算設計水位時各測壓管水頭　單位:m

2.4　滲流位勢分析

滲流位勢過程線是將測壓管中的水位測值換算成流場的滲流位勢百分數，再用此值點繪過程線。換算公式如下：

φi=(hi-H2)/(H1-H2)×100%

式中φi——某測點在滲流場中所占的位勢百分數；

hi——該測點的實測水位；

H1、H2——相應的上游、下游水位。

因φi值與上游、下游水位的絕對值無關，所以使用方便。如該過程線隨時間進展呈上升趨勢，一般表示該處滲流向不利安全方向發展。

根據鐵崗水庫主壩壩體下游水位情況，下游排水溝有滲流水，排水溝底高程為壩體滲流場位勢的下游水位，利用位勢變化，可以判斷該水庫大壩滲流狀況的變化。由于庫水位較高滲流較明顯，穩定時間較長，水庫變化時滲流水位有一定變化，能夠較準確反映大壩穩定滲流時的位勢，所以選取從高水位開始降落時的觀測值進行位勢計算，以更接近實際。以壩體斷面0+260為例進行分析，如圖4所示。根據過程線圖可知，鐵崗水庫測壓管位勢穩定，波動較小。

圖4　鐵崗水庫壩體0+260斷面位勢過程線

3　滲流量觀測

主壩設有1號、2號量水堰，1號量水堰位于主壩排水棱體左端排水溝末端，為總量水堰，主要觀測整座大壩的滲流量，在無雨天氣下，堰上水頭約為25mm，滲流量為0.14L/s；2號量水堰位于大壩排水棱體排水溝右端，為局部量水堰，主要對主壩右壩端排水棱體集中滲水點滲漏水進行監測。在無雨天氣下，堰上水頭約在35mm，滲流量約為0.32L/s，理論上總量水堰滲流量應大于局部量水堰滲流量，但由于主壩排水棱體地基為砂質透水層，混凝土防滲墻后壩基測壓管浸潤線高程在6.00～7.90m，而排水棱體排水溝底高程為8.40m，部分壩體及壩基滲漏水通過排水棱體地基滲走，造成局部滲流量大于總滲流量。1號、2號副壩下游設置有量水堰，由于多年來水庫運行水位低于量水堰堰口高程，兩座副壩量水堰堰口無水流。

根據主壩量水堰觀測資料，繪制庫水位與滲流量過程線圖，如圖5所示，從水位與滲流量過程線圖可知，水位與滲流量穩定，與庫水位相關性較弱，降雨對滲流量的變化有一定影響。對現場檢查時，鐵崗水庫主壩防滲和反濾設施良好，工程運行過程中沒有發現滲漏異常現象。

4　結　語

從測壓管水位過程線可以看出：鐵崗水庫大壩防滲墻上游的測壓管與庫水位相關性強，防滲墻下游的測壓管變化平穩，滲流壓力越往下游變化越平緩，說明壩體防滲效果好。從滲流量監測情況可以看出：鐵崗水庫大壩滲流穩定，沒有超過限值的異常現象，防滲心墻防滲效果良好；結合現場安全檢查情況，壩面無明顯滲流溢出點，壩址滲漏水質清澈，滲流量穩定，無明顯滲流破壞現象。

從滲流量過程線可以看出，部分滲流量數據有波動現象，主要是受降雨等外界因素影響，雨水經壩面匯流到量水堰，無明顯趨勢性變化，不影響大壩運行安全。根據鐵崗水庫大壩測壓管和滲流量的實測數據分析，結合現場安全檢查，證明水庫大壩運行安全，可為管理處領導決策提供數據支持。

鐘漢華.水工監測工[M].鄭州:黃河水利出版社,1996.