陡河水庫土壩滲流量觀測初探

王桂青

（唐山市陡河水庫管理處，河北唐山063021）

陡河水庫土壩滲流量觀測初探

王桂青

（唐山市陡河水庫管理處，河北唐山063021）

精確的滲流量觀測數(shù)據(jù)，能夠正確反映土壩的滲流狀態(tài)。陡河水庫土壩根據(jù)自身特點(diǎn)，在河床段和一級臺地段分別安設(shè)三角形堰和梯形堰觀測壩體和壩基的滲流量。通過觀測方案的設(shè)計(jì)和觀測方法的選擇及對各種影響因素的分析，提出如何提高陡河水庫土壩滲流量的觀測精度。

土壩防滲；滲流量；自由出流；鋼尺量距

1 基本情況

陡河水庫大壩為均質(zhì)土壩，全長7 364m，壩體碾壓密實(shí)，滲流量較小。大壩壩基包括河床段、一級臺地和二級臺地，為黏土和砂互層，位于表層的黏土厚5～7m，河床段砂層較厚、在上游壩趾作截水槽，一級臺地段上游采用黏土鋪蓋防滲，二級臺地副壩段壩基高程高于正常蓄水位，滲流量較小，采用天然黏土鋪蓋防滲。壩體排水形式為：河床段采用褥墊和堆石棱體相結(jié)合的排水形式，一級臺地段壩體采用管式排水。在正常蓄水位下，一級臺地段下游壩趾處有地下水出逸現(xiàn)象，因此在一級臺地段壩后設(shè)排水溝，收集壩基和壩體的滲水。由于不同防滲和排水形式的滲流量不同，將河床段和一級臺地段的滲流量分開，引向不同的排水口，分別觀測滲流量。

2 滲流觀測方案設(shè)計(jì)

2.1 堰型的選擇

河床段包括樁號0+000-0+200，一級臺地段包括樁號0+200-1+700。經(jīng)計(jì)算，在正常蓄水位下，河床段滲流量為0.3～0.6 L/s，一級臺地段為3～7 L/s。在滿足《土石壩安全監(jiān)測技術(shù)規(guī)范》的要求下，根據(jù)成本低、安裝工作量小的原則，在河床段距下游壩趾30m處安設(shè)直角三角形量水堰，在一級臺地段排水溝末端安設(shè)梯形堰。三角形堰和梯形堰橫斷面，分別如圖1-2所示。

2.2 堰板的設(shè)計(jì)和安設(shè)

為了延長堰板的使用壽命，堰板選用不銹鋼材質(zhì)。為了保證堰口處具有穩(wěn)定的壓強(qiáng)和流速分布，并使堰上水頭和所測流量關(guān)系保持穩(wěn)定，將堰口靠下游邊緣加工成銳緣。根據(jù)最大下泄流量計(jì)算過堰最大水頭，保證過堰水流為自由出流的條件下選擇合適的堰高。堰高選擇條件是：

圖1 三角形堰橫斷面

圖2 梯形堰橫斷面

式中：H為堰頂水頭（m）；P為上游堰高（m）。

量水堰的安裝嚴(yán)格按照《土石壩安全監(jiān)測技術(shù)規(guī)范》要求進(jìn)行。為了保證堰上游段的水流為漸變流，堰槽段全長應(yīng)大于7倍堰上水頭，堰板上游段全長應(yīng)大于5倍堰上水頭，且不得小于1.5m。為了防止堰上水流產(chǎn)生回流，堰槽寬度應(yīng)不小于堰口最大水面寬度的3倍，堰板和側(cè)墻保持鉛直。為了防止過堰水流和堰板下游渠道的水混摻，下游段堰槽長度應(yīng)大于2倍堰上水頭，且不小于0.5m。

2.3 水尺的安設(shè)

堰口通水后，水尺插入水中很難量準(zhǔn)水位。一是因?yàn)樗橇鲃拥?，尺邊水面上下波動，看不?zhǔn)刻度；二是因?yàn)榱克叩乃粶y量點(diǎn)與堰槽的水位零點(diǎn)不在同一位置，也不能準(zhǔn)確測量。在堰槽頂預(yù)先設(shè)定水位基點(diǎn)和水位高程，從水位基點(diǎn)起，向下量至水面的距離，再用水位高程減去量出的距離數(shù)，就可計(jì)算出堰上水位。精確的測量方法是不安設(shè)水尺，在距堰口3～5倍的堰上水頭處確定水位基準(zhǔn)點(diǎn)，用鋼尺量距。量水堰堰口高程每年至少校測1次。

3 滲流觀測方法選擇

由于正常蓄水位下三角堰滲流量較小，水頭也小，所以采用水尺測量水頭，然后代入三角堰滲流量計(jì)算公式中算得的滲流量誤差較大。而采用容積法可以直接觀測滲流量，且數(shù)值精確。在流量較大時，采用公式法計(jì)算滲流量較為方便，而且誤差較小，因此河床段滲流量觀測采用公式計(jì)算法和容積法兩種觀測方法分別進(jìn)行。一級臺地段在1986—2006年長達(dá)20年的時間里采用浮標(biāo)法觀測。在實(shí)際測量中發(fā)現(xiàn)浮標(biāo)法缺點(diǎn)如下：①由于水的回流總是把所有浮標(biāo)沖向一側(cè)，各浮標(biāo)測得的表面流速代表性差；②由于排水溝的流速很小，風(fēng)力、風(fēng)向?qū)Ω?biāo)的影響很大；③夏天，排水溝內(nèi)長出水草，影響浮標(biāo)的通行，將水草清理后觀測，影響水流的穩(wěn)定；④排水溝內(nèi)水的流速小于流速儀的測速范圍，不能放置流速儀測速，無法對浮標(biāo)系數(shù)進(jìn)行校正，只能參考資料取得，主觀性較大。由此可見，采用浮標(biāo)法觀測一級臺地段的滲流量，誤差很大。2007年，開始采用梯形量水堰公式計(jì)算一級臺地段的滲流量。

4 滲流觀測精度分析

梯形堰堰上水頭在正常庫水位下僅3～4 cm，滲流量較小，采用公式法觀測誤差較大。建議將梯形堰堰口尺寸減小或改用三角堰觀測排水溝滲流量，以提高其觀測精度。三角堰堰上水頭7～8 cm，觀測精度高于梯形堰，但三角堰堰口較小，容易被落葉、樹枝堵塞，觀測時將其清理，在很長時間內(nèi)水位也不能穩(wěn)定，無論采用容積法還是公式法測滲流量，精度都不會很高，這是影響三角堰滲流量觀測精度的主要因素，所以對堰口進(jìn)行經(jīng)常性的清理，以確保過堰水流穩(wěn)定。汛期降雨會有壩面的雨水流入渠道內(nèi)，對滲流量的觀測精度影響很大，所以觀測時盡量避開強(qiáng)降雨過后的兩天。夏季集水渠道中長草會增大水頭損失，降低過水能力，秋季草枯萎后過水能力又恢復(fù)正常，這對滲流量的影響較小，觀測時將水草清除，水流在短時間內(nèi)不會穩(wěn)定，影響觀測精度，所以渠道內(nèi)的水草在不堵塞水流的情況下，不必清除。

5 結(jié)語

隨著我國經(jīng)濟(jì)社會的發(fā)展，人們越來越關(guān)注大壩安全，通過滲流量的觀測能直接判斷大壩的滲流性態(tài)。選擇合適的滲流量觀測方案，并對觀測設(shè)施進(jìn)行正確安裝，針對不同水頭采用與其相應(yīng)的觀測方法，認(rèn)真分析各種因素對觀測結(jié)果的影響，使所測滲流量能夠反映工程的實(shí)際滲漏狀況，及時發(fā)現(xiàn)大壩的滲漏異?，F(xiàn)象，為工程管理工作提供指導(dǎo)。

TV697.2+1

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1004-7328（2014）06-0048-02

10.3969/j.issn.1004-7328.2014.06.017

2014-09-18

王桂青（1972-），女，高級工程師，主要從事水利工程管理工作。