大寧調蓄水庫蓄水安全監測分析

孫昊蘇，鮑維猛，丁 濤，商 奎，高 琦

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

1 大寧調蓄水庫概況

北京市是南水北調中線工程的主要受水區之一，南水北調中線總干渠在北京市房山區北拒馬河中支南進入北京境內為北京供水，主要供給北京的城市生活用水和工業用水，供水保證要求高，而南水北調輸水線路長，沿線用戶多，年際年內分配不均勻等問題均影響到北京的供水保證率。如何安全穩定地為北京生產、生活供水，調蓄問題就尤為重要。

大寧水庫位于北京市房山區大寧村北，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2 500 m3/s的洪水[1]。大寧水庫庫容、水位等工程條件具備調蓄南水北調來水，提高北京城市供水保證率的條件。因此，大寧調蓄水庫工程在大寧水庫承擔原設計防洪任務的基礎上，增加了水庫作為南水北調調蓄水庫的功能，以充分發揮水庫防洪、供水效益。工程內容主要包括庫區防滲、新建泵站及庫尾橡膠壩、改造及維護庫區現狀建筑物等。南水北調中線工程總干渠從大寧調蓄水庫庫區穿過。

大寧調蓄水庫通過暗涵與總干渠大寧調壓池相接，綜合分析大寧調壓池特征水位及水庫現狀工程條件等因素，確定大寧調蓄水庫正常蓄水位與調壓池設計流量對應水位一致，為56.40 m，相應調蓄庫容3 116萬m3；調蓄水庫最高蓄水位為58.50 m，相應調蓄庫容為3 753 萬m3。從不影響大寧水庫承擔防洪任務出發，汛限水位即為水庫原設計庫底高程48.00 m。水庫設計洪水位維持原設計洪水位61.01 m，水庫校核洪水位維持原校核洪水位61.21 m[2]。

大寧調蓄水庫工程為Ⅱ等，主要建筑物按2 級建筑物設計，洪水標準為100 a一遇洪水設計。大寧調蓄水庫作為南水北調調蓄水庫的功能，解決南水北調來水與本地用水流量不匹配時的調蓄問題，調節容量為3 753萬m3，水面面積270萬m2。大寧調蓄水庫采用塑性混凝土防滲墻垂直防滲，沿水庫中堤、西堤、副壩及庫尾橡膠壩底部新建塑性混凝土防滲墻，防滲墻軸線總長約7.84 km，副壩區域采用帷幕灌漿方式防滲。

2 大寧調蓄水庫本次蓄水情況

為迎接2020 年南水北調中線工程全線竣工驗收，2019 年11 月—2020 年6 月期間，南水北調中線干線北京段工程，即惠南莊泵站至團城湖調節池段工程將進行全線檢修。檢修前將進行城市供水水源切換，并排空干線余水，干線富余水量將退入大寧調蓄水庫進行調蓄。

2019年10月15日—11月2日，大寧調蓄水庫累計接收干線余水1 985.98 萬m3，水庫水位由45.95 m提升至55.76 m。

3 蓄水期安全監測情況

水庫水位短期內迅速上漲，可能對水庫的工程結構安全有一定的影響。為此，適時加密監測頻次，及時分析監測數據，掌握工程情況，對確保水庫蓄水期間工程安全運行有著重要作用。

大寧調蓄水庫安全監測項目主要包括：水工建筑物（防滲墻，主、副壩）沉降監測、地下水位監測、防滲墻應力應變監測等。

3.1 測點分布

防滲墻及主副壩沉降監測點共21 個，其中中堤5 個、西堤3 個、主壩壩頂4 個、副壩壩頂9 個。主壩壩坡沉降監測點10個。

防滲墻應變計和無應力計總計48 支，埋設于防滲墻內部。采用基康儀器（北京）有限公司的BGK-4200 型儀器，測量范圍3 000 μξ，分辨率1.0 μξ，精度2.0%FSR，線性度2.0%FSR。

地下水位監測分為2 類，分別為地下水位井監測和測壓管監測，水庫周邊設置地下水位井8眼，主壩埋設測壓管8支。

3.2 數據采集頻次

根據2019 年大寧調蓄水庫安全監測項目工作計劃，并參照相關規范以及大寧調蓄水庫的運行工況，確定防滲墻應變和庫水位監測頻次為1 次/6 d，水位井和測壓管水位監測1次/10 d，防滲墻、主副壩垂直位移監測1次/10 d，其他外觀變形監測1次/月，氣象環境量采用小型自動化氣象站每小時進行一次記錄。2019 年10 月為配合北京市南水北調干線工程停水檢修，自10月15日開始大寧調蓄水庫蓄水量快速增加，因此對庫區水位、地下水位和主壩區測壓管水位進行加密觀測。蓄水期庫區水位監測頻次調整為1 次/d，水位井和主壩測壓管水位監測頻次調整為1次/5 d，蓄水結束后，恢復原監測頻次。

3.3 數據分析方法

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徠卡DNA03電子水準儀及2 m銦鋼尺，沉降變形觀測參照二等水準方法進行[3]。將原始監測數據校核、修正后，按照儀器的安裝斷面進行整理。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行校核，按照三等水準測量標準進行測壓管管頂高程測量。數據采集通過基康BGK-408 振弦讀數儀讀取，測量精度0.05 %，時基精度0.01%，根據監測數據分析具體斷面水位變化情況。

4 大寧調蓄水庫蓄水期間安全監測結果分析

4.1 沉降變化分析

（1）防滲墻沉降監測。水庫蓄水以及地質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定性和可靠程度。大寧調蓄水庫防滲墻沉降觀測結果，詳見表1。2019年10月14日—11月8日，防滲墻各測點沉降量穩定，未出現趨勢性沉降變形。

表1 大寧調蓄水庫防滲墻沉降觀測結果

（2）主副壩壩頂沉降監測。水庫蓄水、暴雨以及地質條件變化可能引起主副壩壩頂沉降變化[4]，通過沉降觀測能夠直接了解主副壩的穩定性和可靠程度[5]。大寧調蓄水庫主副壩壩頂沉降觀測結果，詳見表2。2019年10月14日—2019年11月8日，主副壩壩頂各測點沉降量穩定，未出現趨勢性沉降變形。

表2 大寧調蓄水庫主副壩壩頂沉降觀測結果

（3）主壩壩坡沉降監測。水庫蓄水、暴雨以及地質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定性和可靠程度。大寧調蓄水庫主壩壩坡沉降觀測結果，詳見表3。2019年10月14日—11月8日，主壩壩坡各測點沉降量穩定，未出現趨勢性沉降變形。

表3 大寧調蓄水庫主壩壩坡沉降觀測結果

4.2 地下水位變化分析

（1）地下水位井觀測數據分析。環大寧調蓄水庫一周設置地下水位井8 眼（G2 井因河西支線工程施工封閉未監測）。2019 年10 月14 日—11月26 日間，地下水位變化總體穩定，但G11 地下水位發生突變，較前次監測上漲近1.4 m，如圖1 所示。初步分析是因為副壩采用帷幕灌漿方式進行防滲，相對于塑性混凝土防滲墻，防滲效果稍差，至11 月末該區域地下水位約為43 m，仍明顯低于庫區水位。

（2）測壓管觀測數據分析。大寧調蓄水庫主壩共設置測壓管8 支，位于主壩背水面，上下兩層各布置4 支。主壩測壓管水位變化總體穩定，但上4、下4 測壓管數值變化明顯，如圖2 所示。初步分析是4 點位置靠近副壩，受副壩附近地下水位上升影響所致。

圖1 地下水位井水位監測結果

圖2 主壩測壓管水位監測結果

4.3 應力應變分析

應力應變監測主要利用埋設在防滲墻內部的應變計和無應力計，總計48支。

監測結果表明，2019 年10 月14 日—11 月12 日間，各監測斷面防滲墻塑性混凝土應變測值穩定。各測點應變值均小于塑性混凝土的允許應變值（±2 000 μξ）。

綜上所述，大寧調蓄水庫在本次蓄水工作期間，水工建筑物沉降、地下水位波動、防滲墻應力應變表現總體正常。因副壩采用帷幕灌漿方式進行防滲，相對于塑性混凝土防滲墻，防滲效果稍差。現狀水庫水工建筑物狀態穩定，水庫運行安全。

5 結論和建議

大寧調蓄水庫蓄水期間安全監測數據表明，大寧調蓄水庫水工建筑物在蓄水期間沉降穩定，符合水工建筑物變形規律；防滲墻內部應力應變穩定，未發生結構性破壞；水庫周邊地下水位受水庫水位變化影響較小，副壩區域因防滲措施不同，防滲效果稍差；未來應當繼續開展安全監測工作，及時掌握水庫水工建筑物運行情況，加大巡查力度，增大巡檢頻次，重點關注副壩區域地下水位變化情況和水工建筑物運行情況，確保水庫調度平穩、運行安全。