崖底水庫滲流安全評價研究

龐學忠

(陜西省延安市宜川縣河道和水庫管護中心，陜西 延安 716200)

1 流域概況

崖底水庫位于宜川縣西南猴兒川河上游，屬稍林土石山區，海拔高程在 11 561 206 m 之間，流域內植被較好。氣候干旱，雨量少，本流域地處暖溫帶半濕潤大陸性季風氣候區，冬春寒冷少雨，夏季多暴雨天氣，秋季常有連陰雨。降雨時空分布嚴重不均，多集中在6、7、8、9 月份，降雨具有歷時短、強度大、總量多、匯流集中等特點。多年平均氣溫12℃，平均輸沙量2.1萬 t，多年平均降雨量599.2 mm，多年平均水面蒸發量為1 000 mm，最大凍土深度0.8 m，無霜期 170～180 d右右，最大風速 19 m/s(圖1)。

圖1 流域水系圖

2 崖底水庫概況

崖底水庫樞紐工程屬四等工程，小(1)型水庫，于1975 年 9 月動工修建，1976 年 11 月建成運行至今，為年調節水庫。樞紐工程由大壩、溢洪道、輸水建筑物三部分組成。距集義鎮政府16 km，距宜川縣城約 80 km。壩址以上控制流域面積 100 km2，主溝道長度 25 km，平均比降 20‰。水庫所在地屬于土石山林區，植被良好，多年平均徑流量1 200萬 m3。崖底水庫主要包括大壩、溢洪道和輸水洞，是一座以灌溉為主兼有供水、防洪等綜合功能的水庫，是宜川縣集義鎮上川1萬畝農田灌溉的主要水源。

2.1 大壩

大壩為砂壤土均質土壩，壩頂高程 1 066.8 m，壩高 24 m，壩頂長 250 m，頂寬4 m，壩底寬125 m。沿壩軸設4 m深的截水槽一道，壩后設高5 m堆石棱柱體反濾壩，迎水坡砂礫石上采用干砌石護坡，背水坡采用草皮護坡。

2.2 溢洪道

2.3 輸水洞

3 水庫滲流安全評價方法

結合水庫工程實際，大壩滲流安全評價采用現場檢查法和軟件計算分析法。

3.1 現場檢査法

通過現場檢查大壩滲流表象，宏觀判斷大壩滲流安全狀況。通過現場檢查，未發現上游壩坡塌陷、庫內出現漩渦漏水現象；壩體與兩壩端岸坡結合部無漏水現象，附近壩面無塌陷；壩體與輸水洞結合處無漏水現象，但是壩面風化嚴重，需進行壩面修復。

3.2 軟件計算分析法

通過軟件方法計算大壩的滲流量、水頭、滲流壓力、滲透坡降等水力要素及其分布，繪制流網圖，評判防滲體的防滲效果，以及關鍵部位滲透坡降是否小于允許滲透坡降，浸潤線(面)是否低于設計值，滲流出逸點高程是否在貼坡反濾保護范圍內。

3.2.1 計算方法

滲流計算采用河海大學工程力學研究所編制的《水工結構分析系統》(Autobank7.7)程序，計算選用二維有限元法，按各向同性介質建立分析模型。

3.2.2 計算斷面

計算斷面壩頂長250 m，頂寬4 m，壩底寬125 m，滲流穩定驗算典型斷面選取大壩最危險斷面，為方便計算，對該斷面進行了適當簡化。上游正常蓄水位1 062.70 m，設計洪水位1 064.77 m；校核洪水位1 066.05 m，死水位1 048.50 m，河底高程1 042.7 m。

3.2.3 計算內容

通過壩體、壩基的滲透水流，一方面能使位于浸潤線以下的土體密度減小，土體的抗剪強度指標降低，從而降低了邊坡的穩定性；另外，當滲透壓力達到足夠大時，能引起土體發生管浦、流士等滲透變形問題。因此，必須對土壩滲流進行計算和分析，滲流安全計算與分析包括滲流量、等勢線和滲透坡降計算三部分內容。

3.2.4 計算工況

根據《碾壓式土石壩設計規范》(SL274-2001)第 7.1.2 條規定并結合本次安全鑒定要求以及實際斷面情況：滲流計算應考慮水庫運行出現的各種不利組合，各工況計算水位如下：

1)穩定滲流工況

(1)上游正常蓄水位工況：上游水位1 062.70 m，下游無水，壩基高程1 042.70 m。

(2)上游設計水位工況：上游水位1 064.77 m，下游無水，壩基高程1 042.70 m；

(3)上游校核洪水位工況：上游水位1 066.05 m，下游無水，壩基高程1 042.70m；

2)非穩定滲流工況

上游水位由校核洪水位1 066.05 m 降落到正常蓄水位高程1 062.70。

3.2.5 計算參數

水庫壩高為24.1 m 時，壩基中滲透比降I=0.11，其值小于壩基土的允許水力比降，即壩基砂卵石層基本上不會發生滲透變形(見表1)。

表1 壩體滲透計算參數選用

3.2.6 計算成果

大壩橫斷面壩體浸潤線、等勢線計算成果如圖1～圖4。具體計算結果見表2。

表2 大壩滲流計算成果表

1)上游正常蓄水位1 062.7 m 處與下游相應的水位(下游地面高程)工況下的滲流計算結果見圖2。

圖2 正常蓄水位1 062.7 m 處滲透坡降及水頭等值線圖

2)上游設計洪水位1 064.77 m 處與下游相應的水位(下游地面高程)工況下的滲流計算結果見圖3。

圖3 設計洪水位1 064.77 m 處滲透坡降及水頭等值線圖

3)上游校核洪水位1 066.05 m 處與下游相應的水位(下游地面高程)工況下的滲流計算結果見圖4。

圖4 校核洪水位1 066.05 m 處滲透坡降及水頭等值線圖

4)上游水位由校核洪水位1 066.05 m 降落到正常蓄水位1 062.70 的滲流計算結果見圖5。

圖5 上游正常蓄水位下落至正常蓄水位工況下的滲透坡降及滲流力圖

3.2.7 結果分析

1)滲漏量

全壩段平均滲透量：Q=qi×li=0.17×250=42.5 m3/d

全年最大滲漏量：W年=Q×T=42.5×365=1.55萬 m3

全年滲漏量為1.55萬 m3，占壩址興利庫容108萬 m3的1.43%，根據《水利水電工程水文地質勘察規范》(SL373-2007)的規定，崖底水庫大壩屬于輕微滲漏。

2)滲透坡降

通過坡降計算結果知，下游壩坡為砂壤土，滲透變形類型為流土型，孔隙比平均值為 0.7，Gs=2.61，則無保護條件下的壩體土料臨界比降 Jcr=(Gs-1)(1+e)=1.06，校核洪水位下出逸比降為 0.736 小于允許要求，不會發生滲透破壞現象。

3)逸出點

從滲流計算結果看：校核洪水位工況下出逸點高出下游地面0 m，壩體浸潤線位置均較低。

綜上，水庫滲漏量較少，滲透坡降符合規范要求，水庫大壩長時期內不會產生滲透破壞。

4 結語

(1)通過對大壩滲流進行安全評價，并結合評價結論進行復核后可見，壩體壩面排水設施完善，有合適的排水設施，壩基也設置了截滲槽。通過計算分析，大壩滲流壓力與滲流量變化規律正常。在校核工況下下游滲透比降小于其允許的滲透比降，滿足滲透穩定要求，運行中無異常滲流現象存在。

(2)在重點對大壩進行評價的基礎上，同步采用不間斷的現場巡查，對溢洪道和輸水洞滲流也進行安全評價。溢洪道引水段較長，坐落于大面積臺地上，增加滲徑，滲流問題不大。通過水庫管理人員日常巡查發現，壩體與輸水洞結合部未發現有漏水及塌陷現象，不存在滲透穩定破壞。再加之經過除險加固，溢洪道和輸水洞均得到改造和加固，不存在滲透破壞的情況。

(3)綜上所述，經過全面科學的安全評價，最終可知，崖底水庫大壩滲流性態基本安全，評為 B 級。