太湖水庫(kù)大壩滲流監(jiān)測(cè)資料分析

孫 杰 袁文喜 李小勇

（浙江省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)院 杭州 310002）

1 概況

太湖水庫(kù)位于浙江省溫嶺市大溪鎮(zhèn)西部太湖溪下游，水庫(kù)壩址距大溪鎮(zhèn)2.5km，距離104國(guó)道2.0km，距甬臺(tái)溫高速公路0.7km。太湖水庫(kù)是一座以灌溉防洪為主，結(jié)合發(fā)電、供水、養(yǎng)殖等綜合利用的中型水庫(kù)。工程所處溪流屬金清水系，壩址以上集雨面積25km2，總庫(kù)容2326萬(wàn)m3。水庫(kù)大壩壩型為黏土心墻砂殼壩，壩高24m，壩頂高程34.49m，壩頂寬度4m，壩頂長(zhǎng)633m，壩底長(zhǎng)500m，壩底寬112.5m。心墻寬度3m，邊坡1:0.5，心墻頂高程33.49m，心墻兩側(cè)采用砂壤土，邊坡1:1.5，砂壤土外側(cè)為砂壤石，分兩級(jí)坡，迎水坡在高程23.99m 以上為1:2，以下為1:2.5，采用厚30cm 干砌石護(hù)坡。排水設(shè)施采用內(nèi)坡1:1、外坡1:2 的堆石棱體。與大壩接觸部分及基礎(chǔ)接觸部分均設(shè)置過(guò)渡反濾層。壩基主要為砂礫石層，左右岸坡均為節(jié)理發(fā)育的流紋巖基礎(chǔ)，左岸坡較右岸坡風(fēng)化程度深，且?jiàn)A有斷層。0＋040～0+600 河床段為第四系沖洪積覆蓋層基礎(chǔ)，表面為強(qiáng)透水的砂礫石層，第2 層為砂礫質(zhì)壤土，2 層共厚4～6m，第3 層為透水性較小的密實(shí)泥礫層。壩基防滲采用上游水平鋪蓋結(jié)合截水槽防滲，截水槽切入壩基深5m。

水庫(kù)蓄水運(yùn)行后，壩體曾出現(xiàn)多處滲漏現(xiàn)象。1977年對(duì)全壩進(jìn)行了套井回填，1977、1979年分兩期對(duì)左壩肩基巖繞壩滲流進(jìn)行了水泥帷幕灌漿堵漏。1978年進(jìn)行了保壩設(shè)計(jì)。水庫(kù)一直處于低水位運(yùn)行，極大影響了水庫(kù)供水和灌溉效益的發(fā)揮。為確保水庫(kù)大壩安全，需對(duì)大壩設(shè)置監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。

2 滲流監(jiān)測(cè)儀器布置

根據(jù)工程設(shè)計(jì)及SL60—94《土石壩安全監(jiān)測(cè)技術(shù)規(guī)范》等相關(guān)要求，本次布置了庫(kù)水位、降雨量、測(cè)壓管水位、滲流量等監(jiān)測(cè)項(xiàng)目。大壩壩體共設(shè)置了5 個(gè)觀測(cè)斷面共計(jì)13 支測(cè)壓管，其中I、II、III 斷面各設(shè)3 支，以觀測(cè)壩體浸潤(rùn)線位置；IV、V 斷面各設(shè)2 支，以觀測(cè)套井回填黏土處理效果。1987年在5 個(gè)觀測(cè)斷面靠其下游位置另各增設(shè)測(cè)壓管1 支。由于原III-3 管已損壞，后補(bǔ)打一支代替III-3 管，共19 支測(cè)壓管（正常工作18 支）（見(jiàn)圖1）。

3 監(jiān)測(cè)資料分析

本文選取的水庫(kù)水位、壩區(qū)降雨量及大壩測(cè)壓管水位監(jiān)測(cè)資料系列為2000年1月1日至2005年12月31日，滲流量監(jiān)測(cè)資料從2003年10月6日至2005年12月31日。并篩選有代表性的0+330和0+190 斷面觀測(cè)資料，分別作為測(cè)壓管水位及滲流量觀測(cè)資料的成果。

圖1 大壩測(cè)壓管布置示意圖

3.1 降雨量、水庫(kù)水位、測(cè)壓管水位關(guān)系分析

以0+330 斷面為例，降雨量、庫(kù)水位、測(cè)壓管水位歷時(shí)過(guò)程線見(jiàn)圖2，庫(kù)水位及降雨量特征值統(tǒng)計(jì)見(jiàn)表1、表2。

圖2 降雨量、庫(kù)水位、測(cè)壓管水位歷時(shí)過(guò)程線（0+330）

表1 庫(kù)水位特征值 單位：m

表2 降雨量特征值 單位：mm

從上述圖、表中可見(jiàn)：

（1）庫(kù)水位與壩區(qū)降雨存在一定聯(lián)系，在降雨量較大時(shí)段里，庫(kù)水位往往會(huì)有一定幅度的提高，反之，降雨量偏小年份，庫(kù)水位也降低較多。

（2）降雨對(duì)測(cè)壓管水位有一定的影響，一般在降雨量較多的季節(jié)（6～9月）測(cè)壓管水位較高，反之，在降雨較少的季節(jié)（11～3月），測(cè)壓管水位較低。

（3）套井上游測(cè)壓管的測(cè)點(diǎn)水位（II-1）主要受庫(kù)水位影響，庫(kù)水位升高，管內(nèi)水位升高，反之，庫(kù)水位下降，管內(nèi)水位也相應(yīng)下降。設(shè)置在防滲體后的測(cè)壓管（II-2、II-3、II-4）其水位過(guò)程線除了在降雨季節(jié)有些波動(dòng)外，這些測(cè)壓管過(guò)程線比較平緩，無(wú)明顯趨勢(shì)性變化。

3.2 測(cè)壓管水位資料統(tǒng)計(jì)模型及成果分析

（1) 建模原理。測(cè)壓管水位高低與上下游水位變化幅度、降雨強(qiáng)度、筑壩材料的滲透性能等因素有關(guān)。在滲透過(guò)程中，滲流水克服土顆粒阻力，從上游到測(cè)壓管位置需一定時(shí)間。故影響壩體測(cè)壓管水位的因素可歸納為水位分量、降雨量分量和時(shí)效分量。據(jù)試算，在分析時(shí)采用下列統(tǒng)計(jì)模型：

式中：H為測(cè)壓管水位值；ai為待定的回歸系數(shù)，（i＝0～21）；H0為當(dāng)天庫(kù)水位；Hi-j為觀測(cè)日前第i 天到第j 天內(nèi)上游水位的均值；R0為當(dāng)天降雨量；Ri-j為觀測(cè)日前第i 天到第j 天內(nèi)降雨量的均值；θ為時(shí)效，從觀測(cè)日至正常觀測(cè)起，每天取0.01。

（2）模型分析。根據(jù)選定的統(tǒng)計(jì)模型，采用逐步回歸分析法。模型要考慮觀測(cè)時(shí)間前148天的影響。建模時(shí)段取2000年5月28日至2005年12月28日。選入因子F 檢驗(yàn)值取2.50，剔除因子F 檢驗(yàn)值取2.49。通過(guò)對(duì)0+330 斷面這4 個(gè)測(cè)壓管的觀測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行逐步回歸，各測(cè)點(diǎn)回歸模型的回歸系數(shù)、復(fù)相關(guān)系數(shù)（R）和標(biāo)準(zhǔn)差（S）等見(jiàn)表3，其對(duì)應(yīng)測(cè)點(diǎn)實(shí)測(cè)值、擬合值過(guò)程線見(jiàn)圖3。

表3 測(cè)壓管回歸系數(shù)

圖3 測(cè)壓管水位實(shí)測(cè)值及擬合值過(guò)程線

為定量分析水位、降雨量、時(shí)效分量對(duì)測(cè)壓管水位的影響，以典型年（2005年）各測(cè)壓管水位年變幅為例，用回歸模型分離各主要分量，其分離結(jié)果見(jiàn)表4。

（1）水庫(kù)水位分量。由表3 可以看出，有4個(gè)選中了當(dāng)天水位因子，有3 個(gè)選中了前1～3天的水位因子，有3 個(gè)選中了前4～8 天的水位因子，有2 個(gè)選中了前9～18 天的水位因子，有2 個(gè)選中了前19～28 天的水位因子，有1 個(gè)選中了前29～38 天的水位因子，有2 個(gè)選中了前39～48 天的水位因子，有1 個(gè)選中了前74～88天的水位因子，有1 個(gè)選中了前108～128 天的水位因子，有2 個(gè)選中了前129～148 天的水位因子。由以上分析可以看出，庫(kù)水位從當(dāng)天往前推28 天這段時(shí)間里水位平均值對(duì)測(cè)壓管水位影響較大。由表4 對(duì)年變幅分離結(jié)果看，庫(kù)水位對(duì)II-1、II-2 測(cè)壓管水位影響是最大的。

(2）降雨量分量。由表3 可以看出，選中當(dāng)天降雨的有2 個(gè)，選中前1～3 天的有4 個(gè)，選中前4～8 天的有4 個(gè)，選中前9～18 天的有4個(gè)。說(shuō)明測(cè)壓管水位滯后于降雨的變化。由表4對(duì)年變幅分離結(jié)果看，降雨對(duì)II-3、II-4 測(cè)壓管水位變化影響是最大的。

（3）時(shí)效分量。由表3 可以看出，在4 個(gè)測(cè)點(diǎn)中，除了II-3 測(cè)點(diǎn)外，其余3 個(gè)測(cè)點(diǎn)均選中了時(shí)效因子，說(shuō)明時(shí)效對(duì)測(cè)壓管水位有一定的影響。由表4 對(duì)年變幅分離結(jié)果看，其影響均較小。

綜合分析可得：對(duì)于防滲體上游的測(cè)壓管，水庫(kù)水位是測(cè)壓管水位的主要影響因素；而對(duì)于防滲體下游側(cè)的測(cè)壓管水位，降雨量是其主要影響因素；時(shí)效因子對(duì)各測(cè)壓管水位也有一定影響，但影響較小。

表4 典型年（2005）各測(cè)壓管水位年變幅模型分離結(jié)果分析

3.3 大壩外坡滲流量觀測(cè)資料分析

以0＋190 斷面為例，其滲流量與降雨量、庫(kù)水位的過(guò)程線見(jiàn)圖4，相應(yīng)的滲流特征值統(tǒng)計(jì)見(jiàn)表5。

圖4 滲流量與降雨量、庫(kù)水位過(guò)程線

表5 滲流量特征值 單位：（m3/d）

滲流量主要受降雨量影響較大，強(qiáng)度大、歷時(shí)短以及中等強(qiáng)度而歷時(shí)長(zhǎng)的降雨都可能引起滲流量的較大升高。庫(kù)水位對(duì)大壩滲流量影響關(guān)聯(lián)性不強(qiáng)。

4 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)對(duì)太湖水庫(kù)大壩近5年的滲流觀測(cè)資料的分析，得到以下結(jié)論：

(1)降雨對(duì)測(cè)壓管水位有一定的影響，一般在降雨量較多的季節(jié)測(cè)壓管水位較高，反之，在降雨較少的季節(jié)，管內(nèi)水位較低。

(2)處于防滲體上游的測(cè)壓管，庫(kù)水位是測(cè)壓管水位的主要影響因素，而對(duì)下游側(cè)的測(cè)壓管，降雨量則是主要影響因素，時(shí)效因子對(duì)測(cè)壓管水位也有一定影響，但影響較小。庫(kù)水位分量和降雨分量對(duì)測(cè)壓管水位變化有滯后性。

（3）觀測(cè)點(diǎn)滲流量與降雨強(qiáng)度及分布有關(guān)，而與庫(kù)水位關(guān)聯(lián)性不強(qiáng)。強(qiáng)度大、歷時(shí)短以及中等強(qiáng)度而歷時(shí)長(zhǎng)的降雨都可能引起滲流量的較大升高。

（4）從滲流觀測(cè)資料看，各測(cè)點(diǎn)工作基本正常，各測(cè)值變化范圍比較正常，大壩滲流比較穩(wěn)定。

（5）較全面評(píng)價(jià)大壩安全工作狀態(tài)，應(yīng)結(jié)合大壩變形觀測(cè)（包括沉降變形和水平位移觀測(cè)），定期做好對(duì)監(jiān)測(cè)儀器和監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的檢查維護(hù)，并做好觀測(cè)資料分析。若發(fā)現(xiàn)異常情況，及時(shí)上報(bào)，研究處理。

1 孫杰等.溫嶺太湖水庫(kù)大壩滲流觀測(cè)資料分析報(bào)告[R].浙江省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)院，2005.

2 吳中如等.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.