昌馬水庫大壩浸潤線觀測分析

摘要：通過多年來對昌馬水庫大壩浸潤線以及壩基、壩肩繞滲觀測分析，攔水大壩通過采用壤土心墻、砼防滲墻、帷幕灌漿等防滲措施，防滲效果良好，壩體滲流場穩(wěn)定；滲流經(jīng)心墻后迅速通過排水設(shè)施（預(yù)定通道）排入壩后河道。兩壩肩滲流場穩(wěn)定，巖體內(nèi)滲流水位偏高，需持續(xù)加強觀測分析，密切注意動向。

關(guān)鍵詞：水庫大壩；滲流 浸潤線；繞壩滲流；分析

中圖分類號： TV233.4 文獻標識碼： A 文章編號： 1674-0432（2013）-20-94-2

昌馬水庫位于甘肅省玉門市境內(nèi)疏勒河昌馬峽進口1.36公里處，地理位置為東經(jīng)96°48′48″，北緯39°57′40″，距玉門鎮(zhèn)50公里，是一座以農(nóng)業(yè)灌溉為主，兼顧工業(yè)供水、水力發(fā)電、防洪等綜合性利用的國家大（二）型水利樞紐工程。

1 工程概況

昌馬水庫樞紐建筑物由大壩（壤土心墻沙礫石壩）、左岸溢洪道、右岸排砂泄洪隧洞、左岸引水發(fā)電隧洞、壩后發(fā)電廠房五部分組成。

攔河大壩為壤土心墻砂礫石壩，最大壩高54.8米，壩頂高程2004.8米，壩頂長度365.5米，壩頂寬度9米。上游迎水坡有兩級馬道，壩坡自下而上逐級變陡，分別為1∶3.5，1∶3，1∶2.75。距壩頂4米以上為1∶2.15。下游背水坡面設(shè)有三級馬道，坡比自下而上依次為1∶2.75、1∶2.63～2.7、1∶2.5、1∶2.48，距壩頂4米以上為1∶2。壩頂設(shè)有防浪墻，高4.5米，外露部分高1.2米，深入心墻深度為1.3米。下游壩肩設(shè)有路緣石。防滲土料為黃土，分類屬粉質(zhì)壤土，少量輕壤土及粉質(zhì)粘土。根據(jù)土料性質(zhì)及抗震要求，設(shè)計采用厚心墻，心墻上游坡為1∶0.17～0.40，下游坡為1∶0.4。壩殼為河床沖積砂礫石料，反濾料則從料場中篩洗。大壩基礎(chǔ)處理包括砼防滲墻、帷幕灌漿、齒墻、粘土截水槽等，砼防滲墻全長234.2米，墻厚0.8米，最大深度29.4米。

2 浸潤線觀測設(shè)計情況

浸潤線是判斷土石壩內(nèi)部滲流與安全的重要手段，也是土石壩安全監(jiān)測的重要項目之一；在土石壩的壩體和壩基適當部位，設(shè)置測壓管（滲壓計）進行準確、及時的觀測，可了解在運行過程中建筑物內(nèi)部及地基的浸潤線（滲流場）情況，對監(jiān)控大壩的滲透安全具有重要意義。

浸潤線觀測是大壩滲流觀測的一項重要內(nèi)容，昌馬水庫浸潤線采用測壓管觀測。測壓管符號D1～D14，觀測點共14個，其中主觀測斷面0+150橫斷面布置6個測壓管D1～D6；左岸邊坡布置D11（0-068.1，0-018.8）、D12（0-066.8，0-006.2）、D13（0-082.7，0+044.3）、D14（0-009.3，0+088.3）（橫斷面，縱斷面）；右岸邊坡布置D7（0+363，0-005）、D8（0+352，0+005） 、D9（0+320.5，0+048.5）、D10（0+301.5，0+096）（橫斷面，縱斷面）。在測壓管內(nèi)采用滲壓計和繩式電測水位計觀測，每5天觀測一次；數(shù)據(jù)采用電子表格計算整理。

主觀測斷面上，D1、D3布置于粘土防滲心墻內(nèi)部；D2穿過心墻直達心墻后部基巖，與心墻密閉；D4、D5、D6穿過壩殼料深入基巖，與壩殼料相通。

3 浸潤線觀測分析

受本地氣候條件、河道來水量、灌區(qū)種植結(jié)構(gòu)、灌區(qū)總需水量、主汛期排洪等因素影響，昌馬水庫蓄水有以下特點：上年度11月中旬至當年3月上旬水庫只向四O四廠供水3.75立方米/秒，進庫大于出庫，水位持續(xù)上升，3月10日水位可達2000.00米高程；3月中旬開始向昌馬灌區(qū)和雙塔、赤金峽兩座水庫大量調(diào)水，春季氣溫低，進庫遠小于出庫，水位大幅下降；6月上旬開始，為迎接汛期洪水以及為排砂作準備，最遲在7月5日前將水庫放空；進入8月，洪水明顯減少，河水含砂量降低，8月10日左右重新下閘蓄水，9月15日左右達到秋季最高水位2000.00米高程左右；然后在11月15日前，向昌馬灌區(qū)和雙塔、赤金峽兩水庫大量調(diào)水，將庫水位調(diào)低至正常蓄水位1988.0米高程，準備冬季蓄水。昌馬水庫歷史最大蓄水量1.82億立方米，水位2000.96米，時間為2005年9月3日。

昌馬水庫大壩建成即開始浸潤線觀測，觀測點14個，從2002年開始觀測至今。

（1）大壩主斷面浸潤線觀測。由于測壓管D1～D6分布于主觀測斷面（壩中），浸潤線具有代表性，通常所說壩體浸潤線是指主觀測斷面某水位條件（或時間）下浸潤線。浸潤線分析要和蓄放水過程結(jié)合進行。通過繪制“測壓管水位——時間過程、庫水位——時間過程系列曲線”就可以判斷出浸潤過程的合理性與否，以及每個測壓管（最值）水位相對于庫（最值）水位的滯后時間。

此次分析以2007年測壓管水位統(tǒng)計表、過程線圖和分布圖看，2007年3月13日庫水位達到2000.12米高程，之后水位開始下降，7月8日水庫放空；7月28日水庫重新開始蓄水，9月14日水位達到峰值2000.88米，然后緩慢下降，11月20日降到1992.18米后緩慢上升。在蓄放水過程中D1、D3、D4、D5、D6測壓管水位隨庫水位升降變化明顯，所有測點滲壓水位隨庫水位變化呈現(xiàn)正態(tài)分布規(guī)律，無局部突變現(xiàn)象；D2測壓管（深入基巖與壩體密閉）水位變化與庫水位也呈正態(tài)分布規(guī)律，水位變化幅度較小，變幅在1.5米范圍以內(nèi)。D1、D3分別處于防滲心墻上游和下游位置，管水位隨庫水位升降的變化幅度也依次減??；D2測壓管與心墻密閉良好，說明防滲帷幕和砼防滲墻防滲效果良好；D4、D5、D6測壓管依次處于心墻后部砂礫石壩殼，水位的變化幅度越靠近下游越小，說明排水通暢；滲流逸出比降[J]在允許值范圍內(nèi)，[J]=0.1-0.162，比降最大為0.162。由于受壩體結(jié)構(gòu)、測壓管安裝位置和蓄放水情況影響，土石壩壩體浸潤線的變化與庫水位的變化不完全同步；每次繪制的浸潤線都不盡相同，始終在變化之中，浸潤線正常與否要從多方面去考慮，對測壓管水位觀測資料分析時，需要確定滯后時間。管水位（浸潤線控制點）達到峰（谷）值的時刻往往比庫水位達到峰（谷）值的時刻來得晚，存在一定的時間差即存在“滯后時間”，這是正常現(xiàn)象。滯后時間的長期穩(wěn)定性也是壩體內(nèi)部穩(wěn)定的一個指標。在分析管水位與庫水位相關(guān)性以及特征庫水位下測壓管水位變化規(guī)律等問題時，采用電子表格的圖表功能繪出庫水位過程線及測壓管水位過程線，截取峰（谷）值的時間差來推求滯后時間。管中水位滯后庫水位變化10-15天左右，符合滲流規(guī)律。

測壓管水位滯后成因分析：測壓管水位的滯后時間是指當庫水位開始發(fā)生變化到測壓管水位發(fā)生相應(yīng)變化時的延遲時間ΔT。造成測壓管水位滯后的原因比較復(fù)雜，它主要受不穩(wěn)定滲流的影響。在水庫運行過程中，水位是不斷變化的，因此壩內(nèi)的無壓滲流是一個不穩(wěn)定的過程，在無壓滲流中，自由水面處于隨時間變化的狀態(tài)，充水（放水）都需要時間。

介于壩體內(nèi)部滲流場的連續(xù)變化特性，分析壩體浸潤現(xiàn)象時，只能按時間節(jié)點（特征水位）繪制壩體內(nèi)部滲流斷面的浸潤線；確定某測壓管所在部位的滲流滯后時間，要繪制該測壓管水位時間過程性。

（2）左右岸邊坡浸潤昌馬水庫庫區(qū)兩岸山體為破碎巖石地址結(jié)構(gòu)，為保證兩岸邊坡安全，壩端右岸山體繞滲部位進行了固結(jié)灌漿和防滲帷幕灌漿處理，左岸山體繞滲部位作了固結(jié)灌漿處理。測壓管D7、D8、D9、D10用于監(jiān)測右岸山體壩肩處浸潤水位，D11、D12、D13、D14用于監(jiān)測左岸山體壩肩處浸潤水位。

從過程性看，位于兩壩肩的測壓管水位隨著庫水位的升降而升降，與庫水位呈正態(tài)分布關(guān)系。2007年3月20日庫水位1999.72米，位于右壩肩防滲帷幕區(qū)的測壓管D7、D8水位分別為1994.20米和1993.29米；設(shè)在馬道上的D9測壓管的水位為1963.21米；D10測壓管處于后壩坡中后段山坡，水位1955.07米。左岸設(shè)在帷幕前的D11滲壓水位實測值為1985.69米，設(shè)在帷幕后的D12、D13、D14的滲壓水位依次為1984.76米、1981.75米、1979.58米，滲壓水頭經(jīng)帷幕后折減不大。經(jīng)長期巡視檢查，未見壩后山體滲流逸出及巖體潮濕現(xiàn)象。

以上數(shù)據(jù)表明，兩壩肩滲壓水位偏高，右岸為1993.29米，左岸為1984.76米。兩壩肩浸潤線偏高的原因推測如下：①兩岸壩肩雖然做了防滲處理，但還是有緩慢微弱的滲流；②山體巖石的孔隙極小，毛吸作用旺盛，涵養(yǎng)了滲流；③兩岸山體與壩體結(jié)構(gòu)不同，壩體內(nèi)部有排水設(shè)施（反濾層、褥墊式排水體、排水棱體及排水暗溝）來幫助降低滲流水位，兩壩肩山體卻沒有排水設(shè)施，排水不利；因此，滲流經(jīng)兩壩肩防滲帷幕之后，水頭雖有所折減，但受山體毛吸作用和排水不利因素影響，折減幅度不大。兩壩肩滲流水位隨庫水位升降而升降，歷年來變化規(guī)律一致，說明兩壩肩滲流場穩(wěn)定。

4 操作要點

（1）定期取出傳感器（滲壓計）清潔并率定計算參數(shù)，掌握傳感器使用工況，必要時更換傳感器（VWP-3D型滲壓計）。

由于傳感器（滲壓計）長期浸泡于水中，水垢和沙子可能部分堵塞滲壓計透水孔，導(dǎo)致數(shù)據(jù)失真，應(yīng)該定期檢查和清理；傳感器自身也是有使用期限的，傳感器數(shù)據(jù)失真要及時更換，并重新率定計算參數(shù)。

參數(shù)率定內(nèi)容主要是傳感器（滲壓計）高程和高程改正數(shù)，滲壓計采用鐵絲懸吊于測壓管內(nèi)，測點高程=管口高程-鐵絲長度。高差改正數(shù)率定過程是：①使用頻率巡檢儀測量滲壓計頻率值，計算出測壓管水位；②采用電測水位計測得管口至水面高度，計算出管內(nèi)液面高程；③以頻率巡檢儀所測水位數(shù)值減去電測水位計測得的水位數(shù)值，得數(shù)的負值就是高程改正數(shù)。

（2）保持觀測房整潔，集線箱接線正確，端子接觸良好；測壓管管口要做防護設(shè)施，防止泥土異物落入，并避免人為破壞；正確使用巡檢儀，儀器設(shè)置正確，勤換電池，保持電壓正常。

（3）準時觀測。

5 結(jié)語

通過多年來對昌馬水庫大壩浸潤線以及和壩基、壩肩繞滲觀測分析，攔水大壩通過采用壤土心墻、砼防滲墻、帷幕灌漿等防滲措施，防滲效果良好，壩體滲流場穩(wěn)定；滲流經(jīng)心墻后迅速通過排水設(shè)施（預(yù)定通道）排入壩后河道。兩壩肩滲流場穩(wěn)定，巖體內(nèi)滲流水位偏高，需持續(xù)加強觀測分析，密切注意動向。

作者簡介： 劉金輝，男，碩士研究生在讀，甘肅玉門人，疏勒河流域水資源管理局助理工程師，從事水利工程建設(shè)與管理工作。