大寧調(diào)蓄水庫安全監(jiān)測成果分析

孫昊蘇 鮑維猛

(1.北京市南水北調(diào)大寧管理處，北京 102442；2.北京市水科學(xué)技術(shù)研究院，北京 100048)

1 大寧調(diào)蓄水庫概況

北京是南水北調(diào)中線工程的主要受水區(qū)之一，南水進(jìn)京改變了北京的供水格局，已成為北京城市用水主力水源，是北京供水安全的生命線。由于北京供水要求保證度高，南水北調(diào)輸水線路長，沿線用戶又較多，水量年際年內(nèi)分配不均的問題會制約北京的供水保證率，為安全穩(wěn)定地為北京供水，調(diào)蓄問題尤為重要。

大寧調(diào)蓄水庫位于北京市房山區(qū)大寧村北，與其下游的稻田水庫及馬廠水庫組成永定河滯洪水庫，共同滯蓄永定河超過2500m3/s的洪水。為提高北京城市供水保證率，大寧調(diào)蓄水庫在承擔(dān)原設(shè)計防洪任務(wù)的基礎(chǔ)上，增加作為南水北調(diào)調(diào)蓄水庫的功能，2011年底完成水庫的改造。現(xiàn)狀水庫主要水工建筑物包括7.84km防滲墻、主副壩、泄洪閘、稻田水庫進(jìn)水閘、西堤扶壁擋墻等。大寧調(diào)蓄水庫作為南水北調(diào)調(diào)蓄水庫，一定程度上解決了南水北調(diào)來水與本地用水流量不匹配時的調(diào)蓄問題。水庫庫底平均高程43.00m，調(diào)蓄水位58.50～43.00m，設(shè)計洪水位61.01m，校核洪水位61.21m，最大可調(diào)蓄庫容汛期1006萬m3，非汛期3753萬m3，現(xiàn)水面面積約200萬m2。

2 大寧調(diào)蓄水庫安全監(jiān)測項目及布置情況

大寧調(diào)蓄水庫安全監(jiān)測項目主要包括水工建筑物(防滲墻、主副壩、泄洪閘、稻田水庫進(jìn)水閘)沉降監(jiān)測、地下水位監(jiān)測、防滲墻應(yīng)力應(yīng)變監(jiān)測等。

2.1 測點分布

防滲墻及主副壩沉降監(jiān)測點共21個，其中中堤5個、西堤3個、主壩壩頂4個、副壩壩頂9個。主壩壩坡沉降監(jiān)測點10個，泄洪閘沉降監(jiān)測點11個，稻田水庫進(jìn)水閘沉降監(jiān)測點10個(見圖1)。

圖1 大寧調(diào)蓄水庫安全監(jiān)測測點布置示意

防滲墻應(yīng)變計和無應(yīng)力計總計48支，埋設(shè)于防滲墻內(nèi)部。采用BGK-4200型儀器，測量范圍3000μξ，分辨率1.0μξ，精度2.0%FSR，線性度2.0%FSR。

地下水位監(jiān)測分為地下水位井監(jiān)測和測壓管監(jiān)測2類，水庫周邊設(shè)置地下水位井8眼，主壩埋設(shè)測壓管8支。

2.2 數(shù)據(jù)采集頻次

大寧調(diào)蓄水庫沉降觀測點于2015年9月底重設(shè)完畢，于10月啟用，保持?jǐn)?shù)據(jù)連續(xù)銜接。防滲墻、主副壩、泄洪閘、稻田水庫進(jìn)水閘沉降監(jiān)測頻次為1次/旬；防滲墻應(yīng)力應(yīng)變監(jiān)測頻次為1次/6天；主壩測壓管、地下水位井水位監(jiān)測頻次為1次/旬。

2.3 數(shù)據(jù)分析方法

水工建筑物的沉降值通過累計變化量反映，沉降觀測測量儀器為電子水準(zhǔn)儀及2m銦鋼尺，沉降變形觀測參照二等水準(zhǔn)方法進(jìn)行。將原始監(jiān)測數(shù)據(jù)校核、修正后，按照儀器的安裝斷面進(jìn)行整理。地下水位井觀測周邊地下水位變化情況，對主壩測壓管管口高程進(jìn)行校核，按照三等水準(zhǔn)測量標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行測壓管管頂高程測量。數(shù)據(jù)采集通過振弦讀數(shù)儀讀取，測量精度0.05%，實際精度0.01%，根據(jù)監(jiān)測數(shù)據(jù)分析具體斷面水位變化情況。

3 大寧調(diào)蓄水庫安全監(jiān)測結(jié)果分析

3.1 沉降變化分析

3.1.1 防滲墻沉降監(jiān)測

水庫蓄水以及地質(zhì)條件變化可能引起防滲墻沉降，通過沉降觀測能夠直接了解防滲墻的穩(wěn)定性和可靠程度。2012年1月—2018年12月，大寧調(diào)蓄水庫防滲墻累計沉降量變化范圍為-1.04～1.26mm，防滲墻各測點沉降量穩(wěn)定，未出現(xiàn)趨勢性沉降變形。

3.1.2 主副壩壩頂沉降監(jiān)測

水庫蓄水、暴雨以及地質(zhì)條件變化可能引起主副壩壩頂沉降變化，通過沉降觀測能夠直接了解主副壩的穩(wěn)定性和可靠程度。2012年7月—2018年12月，大寧調(diào)蓄水庫主副壩壩頂沉降量變化范圍為-0.65～2.17mm，主副壩壩頂各測點沉降量穩(wěn)定，未出現(xiàn)趨勢性沉降變形。

3.1.3 主壩壩坡沉降監(jiān)測

水庫蓄水、暴雨以及地質(zhì)條件變化可能引起主壩壩坡沉降變化，通過沉降觀測能夠直接了解主壩壩坡的穩(wěn)定性和可靠程度。2012年7月—2018年12月，大寧調(diào)蓄水庫主壩壩坡沉降量變化范圍為-2.23～0.35mm，主壩壩坡各測點沉降量穩(wěn)定，未出現(xiàn)趨勢性沉降變形。

3.1.4 泄洪閘沉降監(jiān)測

水庫泄洪以及地質(zhì)條件變化可能引起泄洪閘沉降變化，通過沉降觀測能夠直接了解泄洪閘的穩(wěn)定性和可靠程度，泄洪閘沉降點布置見圖2。

圖2 泄洪閘沉降點布置示意

2015年9月—2018年12月，大寧調(diào)蓄水庫泄洪閘沉降量變化范圍為-2.10～-0.23mm，泄洪閘各測點沉降量穩(wěn)定，未出現(xiàn)趨勢性沉降變形。

3.1.5 稻田水庫進(jìn)水閘沉降監(jiān)測

稻田水庫進(jìn)水閘退水以及地質(zhì)條件變化可能引起進(jìn)水閘沉降變化，通過沉降觀測能夠直接了解進(jìn)水閘的穩(wěn)定性和可靠程度，稻田水庫進(jìn)水閘沉降點布置見圖3。

圖3 稻田水庫進(jìn)水閘沉降點布置示意

2015年10月—2018年12月，稻田水庫進(jìn)水閘沉降量變化范圍為-2.31～-0.61mm，進(jìn)水閘各測點沉降量穩(wěn)定，未出現(xiàn)趨勢性沉降變形。

3.2 地下水位變化分析

3.2.1 地下水位井觀測數(shù)據(jù)分析

環(huán)大寧調(diào)蓄水庫設(shè)置地下水位井8眼。截至2018年12月，地下水位變化總體穩(wěn)定，水位突變的時段都與強降雨時間重合，如2012年“7·21”、2016年“7·20”，詳見圖4。地下水位井水位監(jiān)測結(jié)果表明：水庫周邊地下水位不隨水庫水位變化而變化，受強降雨的影響較大。

3.2.2 測壓管觀測數(shù)據(jù)分析

大寧調(diào)蓄水庫主壩共設(shè)置測壓管8支，位于主壩背水面，上下兩層各布置4支。受2016年“7·20”暴雨影響，主壩地下水位發(fā)生了明顯上漲，暴雨過后水位逐漸回落。2017年7月中旬開始，受汛期降雨影響，主壩地下水位又逐步抬升。2018年主壩地下水位變化也符合這個規(guī)律。監(jiān)測結(jié)果表明：主壩區(qū)地下水位變化，主要受到降雨影響，至2018年12月，各測點水位基本保持在46.40m。主壩各測壓管水位-時間過程曲線見圖5。

圖4 地下水位井水位-時間過程曲線

圖5 主壩測壓管水位-時間過程曲線

3.3 應(yīng)力應(yīng)變分析

應(yīng)力應(yīng)變監(jiān)測主要利用埋設(shè)在防滲墻內(nèi)部的應(yīng)變計和無應(yīng)力計，總計48支。

監(jiān)測結(jié)果表明：截至2018年11月，各監(jiān)測斷面防滲墻塑性混凝土應(yīng)變測值穩(wěn)定。各測點應(yīng)變值均小于塑性混凝土的允許應(yīng)變值(±2000μξ)。部分測點測值出現(xiàn)波動，主要是由于儀器本身測值不穩(wěn)定引起，且波動變化量均較小，對塑性混凝土結(jié)構(gòu)無明顯影響。

綜上所述，大寧調(diào)蓄水庫自2011年底改建完成蓄水以來，經(jīng)歷了小流量輸水、高水位蓄水和特大暴雨的考驗，水工建筑物沉降、地下水位波動、防滲墻應(yīng)力應(yīng)變均表現(xiàn)正常。現(xiàn)狀水工建筑物狀態(tài)穩(wěn)定，水庫運行安全。水庫安全監(jiān)測對大寧調(diào)蓄水庫安全運行有著十分重要的意義。

4 結(jié) 語

大寧調(diào)蓄水庫安全監(jiān)測數(shù)據(jù)表明：?大寧調(diào)蓄水庫水工建筑物在蓄水期間沉降穩(wěn)定，符合水工建筑物變形規(guī)律；?防滲墻內(nèi)部應(yīng)力應(yīng)變穩(wěn)定，未發(fā)生結(jié)構(gòu)性破壞；?水庫周邊地下水位受水庫水位變化影響較小，水庫防滲墻防滲效果明顯；?短時強降雨對周邊地下水影響較大，反應(yīng)迅速。安全監(jiān)測工作達(dá)到了預(yù)期目的，為水庫安全運行提供了有效保障。