爾王莊水庫(kù)測(cè)壓管觀測(cè)數(shù)據(jù)分析

王 超 ，周 國(guó) ，戴克義 ，陳衛(wèi)清

（1．天津市引灤工程爾王莊管理處，天津 301802；2．天津市農(nóng)工商宏達(dá)總公司，天津 300381）

爾王莊水庫(kù)測(cè)壓管觀測(cè)數(shù)據(jù)分析

王 超1，周 國(guó)1，戴克義2，陳衛(wèi)清1

（1．天津市引灤工程爾王莊管理處，天津 301802；2．天津市農(nóng)工商宏達(dá)總公司，天津 300381）

測(cè)壓管是觀測(cè)堤壩運(yùn)行情況的重要設(shè)施，由于觀測(cè)數(shù)據(jù)量大，甄別分析選用工作強(qiáng)度高等，所以選用合理的分析模型進(jìn)行及時(shí)分析顯得尤為重要。以天津市爾王莊水庫(kù)多年觀測(cè)數(shù)據(jù)為例，通過(guò)測(cè)壓管觀測(cè)數(shù)據(jù)資料整理與選用、位勢(shì)分析及等水位線圓分析法，分別建立分析模型，得出爾王莊水庫(kù)堤壩滲流嚴(yán)重的壩段，并通過(guò)實(shí)際現(xiàn)場(chǎng)觀察校驗(yàn)。

測(cè)壓管；觀測(cè)數(shù)據(jù)；分析研究

1 工程概況

爾王莊水庫(kù)位于天津市寶坻區(qū)南部，是引灤工程的重要組成部分，水庫(kù)為中型平原水庫(kù)，其主要作用是調(diào)蓄。水庫(kù)庫(kù)底平均標(biāo)高1．4m（黃海高程），設(shè)計(jì)水位5．5m，死水位2．0m，相應(yīng)總庫(kù)容4530萬(wàn)m3，有效庫(kù)容3868萬(wàn)m3，死庫(kù)容662萬(wàn)m3。 水庫(kù)圍堤為碾壓式均質(zhì)土壩，壩體全長(zhǎng)14297m，壩頂高程7．04m，壩頂寬7m，壩頂設(shè)漿砌石防浪墻，墻高1．2m，壩體上游迎水坡為漿砌石護(hù)坡，坡比為1∶3，下游坡為草皮護(hù)坡，坡比為1∶3。

爾王莊水庫(kù)大壩在除險(xiǎn)加固工程實(shí)施前大壩壩體為3類壩，壩頂高程不滿足規(guī)范要求；壩體沉降不穩(wěn)定，變形裂縫嚴(yán)重，部分壩段壩體、壩基滲流嚴(yán)重，并存在地震液化的可能；大壩上游坡砌石護(hù)坡及防浪墻破損嚴(yán)重。為做好大壩除險(xiǎn)加固工程設(shè)計(jì)工作，需對(duì)滲流穩(wěn)定作進(jìn)一步分析論證，對(duì)水庫(kù)大壩多年測(cè)壓管觀測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行篩選和分析。

2 現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)資料統(tǒng)計(jì)分析

爾王莊水庫(kù)測(cè)壓管現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)資料（1991～2000年）進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，對(duì)其加以系統(tǒng)整理和鑒別，進(jìn)而以滲流理論為基礎(chǔ)，對(duì)大壩滲流狀況及穩(wěn)定性進(jìn)行分析評(píng)價(jià)。文中以1991年部分觀測(cè)數(shù)據(jù)作為示例闡述分析過(guò)程和分析方法。

2．1 測(cè)壓管水位相關(guān)分析

在正常情況下，測(cè)壓管水位過(guò)程線的形狀，靠上游的測(cè)壓管大體上與水庫(kù)水位過(guò)程線相似；靠下游的測(cè)壓管則大體上與下游水位過(guò)程線相似。如果該過(guò)程線是一條不隨時(shí)間變化的水平線，則表示該管已失效或該測(cè)壓管所測(cè)位置土體的滲透性過(guò)小。如果某測(cè)壓管水位在庫(kù)水位較低時(shí)超過(guò)庫(kù)水位，可能是以下原因所致：①土體透水性小，管內(nèi)水體不易消散；②超靜孔隙壓力的作用；③不穩(wěn)定滲流影響；④測(cè)管淤塞失靈。前3者屬正常現(xiàn)象；后者需作檢查修復(fù)。如果管水位忽高忽低，其過(guò)程線與庫(kù)水位過(guò)程線毫無(wú)規(guī)律地相互交叉，這樣的數(shù)據(jù)屬反?，F(xiàn)象。若過(guò)程線中出現(xiàn)個(gè)別峰谷值，說(shuō)明該管的某些測(cè)次受到其他因素干擾（如降雨等），在分析時(shí)應(yīng)剔除。

1991年測(cè)壓管現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)資料的量測(cè)間隔為2d，數(shù)據(jù)較齊全，除個(gè)別測(cè)點(diǎn)外，測(cè)壓管水位與庫(kù)水位具有較好的相關(guān)性，說(shuō)明該年份的資料基本可用于滲流分析；圖1為1991年斷面0＋927的測(cè)壓管水位過(guò)程線。測(cè)壓管1Ⅰ的水位過(guò)程線與庫(kù)水位過(guò)程線相關(guān)性很差，其變化幾乎與庫(kù)水位的變化沒(méi)有任何關(guān)系。造成這種現(xiàn)象的原因很多，如地面降水的影響；測(cè)壓管底部的地基不易透水；下游受淤泥堵塞，測(cè)管淤泥沉降密實(shí)；該測(cè)壓管所監(jiān)測(cè)位置壩體筑壩質(zhì)量很好等。測(cè)壓管1Ⅱ和1Ⅲ水位與水庫(kù)水位相關(guān)性良好，幾乎沒(méi)有遲后時(shí)間。1Ⅲ測(cè)壓管9月14號(hào)的管水位突然上升至2．27m，可能是受到降雨等影響，在進(jìn)一步的水庫(kù)水位與測(cè)壓管水位的相關(guān)分析中，該測(cè)值應(yīng)被剔除。圖2是1Ⅰ，1Ⅱ，1Ⅲ測(cè)點(diǎn)的測(cè)壓管水位相關(guān)線。圖2a顯示1Ⅰ測(cè)點(diǎn)凌亂，無(wú)法進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，即該測(cè)壓管水位與庫(kù)水位相關(guān)性很差。圖2b顯示測(cè)壓管1Ⅱ測(cè)值的分布大體趨于一條直線，其回歸方程為Y=0.79695+0.3434X，相關(guān)系數(shù)r=0.93304。圖2c顯示測(cè)壓管1Ⅲ測(cè)值的分布也大體趨于一條直線，其回歸方程為Y=0.70651+0.27491X，相關(guān)系數(shù)r=0.94226。因此，該斷面的測(cè)壓管1Ⅱ和1Ⅲ的數(shù)據(jù)可靠，可用于滲流分析。

圖1 測(cè)壓管水位過(guò)程線（0＋927，1991年）

圖2 測(cè)壓管水位相關(guān)圖（0＋927，1991年）

經(jīng)過(guò)對(duì)1991年8個(gè)斷面 （0＋927、2＋926、4＋917、6＋921、8＋500，9＋920、11＋916、13＋402斷面）的測(cè)壓管水位與庫(kù)水位相關(guān)分析結(jié)果列于表1。若相關(guān)系數(shù)r大于0．6，則認(rèn)為測(cè)壓管水位與庫(kù)水位相關(guān)性良好，測(cè)壓管數(shù)據(jù)可用于滲流分析。

表1 測(cè)壓管水位與水庫(kù)水位相關(guān)分析結(jié)果

2．2 測(cè)壓管位勢(shì)分析

測(cè)壓管位勢(shì)指測(cè)壓管水頭在滲流場(chǎng)中占總滲流水頭的百分?jǐn)?shù)。流場(chǎng)中某一固定位置的測(cè)壓管位勢(shì)，將與上下游水位的絕對(duì)值無(wú)關(guān)。同時(shí)，在上下游水位變化時(shí)，只要邊界幾何形狀，即測(cè)管在滲徑長(zhǎng)度上的相對(duì)位置不變，測(cè)壓管位勢(shì)也是不隨時(shí)間改變的常數(shù)。一旦位勢(shì)隨時(shí)間發(fā)生了變化，則意味著流場(chǎng)介質(zhì)（土體）發(fā)生了變化。任一測(cè)壓管位勢(shì)：

式中 hi為第i根測(cè)壓管的水位；H1和H2分別為相應(yīng)的上下游水位。

為方便鑒別，可以繪出以（hi－H2）為縱坐標(biāo)，（H1－H2）為橫坐標(biāo)的散點(diǎn)圖幫助鑒別，當(dāng)測(cè)點(diǎn)密集于一條直線上時(shí)，說(shuō)明該管位勢(shì)可視為常數(shù)，其直線的斜率即其平均位勢(shì)值；否則，表明位勢(shì)隨水頭而變，不能視為常數(shù)。當(dāng)下游水位近似于常數(shù)，測(cè)壓管水位與庫(kù)水位的相關(guān)性良好時(shí)，可免做位勢(shì)統(tǒng)計(jì)。

圖3為1991年13＋402斷面測(cè)壓管13＋402Ⅰ、13＋402Ⅱ和13＋402Ⅲ的位勢(shì)圖。圖中顯示各測(cè)壓管測(cè)值基本密集在一條直線上，說(shuō)明滲流趨于穩(wěn)定。圖中直線的斜率即為個(gè)測(cè)壓管的平均位勢(shì)，其值分別為0．580、0．491、0．394。

圖3 測(cè)壓管位勢(shì)圖（13＋402斷面，1991年）

根據(jù)1991年測(cè)壓管資料，各典型斷面測(cè)測(cè)壓管位勢(shì)分析結(jié)果列于表2。

表2 1991年測(cè)壓管位勢(shì)分析結(jié)果

2．3 測(cè)壓管等水位線

將各斷面測(cè)壓管水位相同的點(diǎn)連線，形成等水位線圖。可以反映壩基地下水位的流態(tài)和主要滲流通道。圖4，5中，最外側(cè)的圓表示水庫(kù)圓周壩段，其上的編號(hào)為樁號(hào)；最內(nèi)側(cè)的圓表示庫(kù)水位；3個(gè)實(shí)線圓表示測(cè)壓管的位置；虛線為等水位線。圖形中向外凸出的地方，壩基水位高，抗?jié)B能力差；圖形中向內(nèi)凹進(jìn)的地方，壩基水位較低，抗?jié)B能力好。

圖4和圖5給出了庫(kù)水位為5．79m和5．47m時(shí)的測(cè)壓管等水位線圖，從圖中等水位線的分布趨勢(shì)可以看出爾王莊水庫(kù)堤壩的滲漏問(wèn)題主要發(fā)生：①樁號(hào)為9＋500～11＋500壩段范圍內(nèi)，②樁號(hào)為13＋000～0＋000～1＋500壩段范圍內(nèi)。

圖4 庫(kù)水位為5．79m時(shí)的測(cè)壓管等水位線圖（1991年資料）

圖5 庫(kù)水位為5．47m時(shí)的測(cè)壓管等水位線圖（1991年資料）

通過(guò)對(duì)1991年測(cè)壓管觀測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行整理篩選和分析后，發(fā)現(xiàn)樁號(hào)8＋700～13＋200之間壩段、 樁號(hào)1＋000～2＋000之間壩段、樁號(hào)3＋600～5＋000之間壩段滲漏問(wèn)題嚴(yán)重，且在日常的巡視檢查中發(fā)現(xiàn)明渠護(hù)砌擋土墻大面積坍塌、明流、圍堤馬道有積水等問(wèn)題恰恰都集中在這幾個(gè)壩段之間，驗(yàn)證了利用測(cè)壓管數(shù)據(jù)分析得出滲流壩段的結(jié)果。

3 結(jié)語(yǔ)

天津市爾王莊水庫(kù)除險(xiǎn)加固工程已經(jīng)完工，防滲加固效果十分明顯，對(duì)測(cè)壓管多年的觀測(cè)數(shù)據(jù)的選用和分析為工程設(shè)計(jì)提供了重要的理論依據(jù)。

［1］SL60—94，土石壩安全監(jiān)測(cè)技術(shù)規(guī)范［S］

［2］華北水利水電學(xué)院．水庫(kù)工程檢查觀測(cè)［M］．北京：水利水電出版社，1979．

［3］SL60—94，土石壩安全監(jiān)測(cè)技術(shù)規(guī)范［S］．

［4］李均純．土壩裂縫及其觀測(cè)分析［M］．北京：水利電力出版社，1979．

［5］劉玉峰，王消川．對(duì)土石壩滲流安全監(jiān)測(cè)儀器的幾點(diǎn)認(rèn)識(shí)［J］．大壩觀測(cè)與土工測(cè)試，2000，24（5）：11－13．

［6］吳中如，沈長(zhǎng)松，阮煥祥．水工建筑物安全監(jiān)控理論及其應(yīng)用［M］．南京：河海大學(xué)出版社，1990．

［7］劉洵，方朝陽(yáng)．土石壩測(cè)壓管水位觀測(cè)資料分析［J］．中國(guó)農(nóng)村水利水電，2001（7）．

［8］陳偉鋒，肖煥雄．截流戧堤的滲漏分析及其計(jì)算［J］．武漢大學(xué)學(xué)報(bào)（工學(xué)版），2001（5）．

Analysis of piezometric obserwtions in Erwangzhuang reservoir dam

WANG Chao1，ZHOU Guo1，DAI Ke－yi2，CHEN Wei－qing1
（1．Luan River to Tianjin Project Management Dffice Erwangzhuang，Tianjin301802，China；2．Hong－Da Agriculture Industry Commerce General Company，Tianjin300381，China）

The piezometer is the important facilities to observe the dam operating condition，due to large amount of observational data， the intensity of screening of selected work is high， therefor， a reasonable analysis model selection and timely analysis is very important．To the years of observation data of Erwangzhuang reservoir case， By the sorting and selection of piezometric observational data， potential analysis and water level circle analysis， analytical models were established to arrive serious seepage dam in Erwangzhuang reservoir dam， and through the actual on－site observations of the calibration．

piezometer； observation data； analysis

TV697．2

A

1672-9900（2010）05-0078-03

2010－08－13

王超（1979－），男（漢族），天津武清人，主要從事水庫(kù)大壩安全監(jiān)測(cè)管理及工程技術(shù)管理工作，（Tel）15922206299。