龍河口水庫東大壩壩下滲流監(jiān)測水位的重新確定

(安徽省龍河口水庫管理處，安徽 舒城 231360)

1 工程概況

龍河口水庫位于杭埠河上游安徽省舒城縣境內(nèi)，于1958年興建，1970年基本建成，是一座以防洪、灌溉為主，結(jié)合發(fā)電、養(yǎng)殖、旅游、供水等綜合利用年調(diào)節(jié)大(2)型水庫。水庫下游防洪保護(hù)舒城縣城、萬佛湖鎮(zhèn)、三河鎮(zhèn)等城鎮(zhèn)和合九鐵路、G3高速公路、206國道等重要基礎(chǔ)設(shè)施，保護(hù)人口約100萬、耕地約3.53萬hm2； 設(shè)計灌溉面積約10.3萬hm2。水庫主壩由東大壩、西大壩組成，主河床位于東大壩中部，東大壩為黏土心墻砂殼壩，壩頂長320.0m，最大壩高33.8m，壩基為3～8m厚的砂礫石覆蓋層。東大壩壩基滲水的主要部位為心墻底部河床砂礫石覆蓋層，采用黏土心墻、混凝土防滲墻、黏土鋪蓋聯(lián)合防滲。龍河口水庫東大壩安全監(jiān)測項目主要有變形監(jiān)測和滲流監(jiān)測。滲流監(jiān)測包括滲流壓力和滲流量觀測。

2 壩下水位在滲流監(jiān)測中的作用

壩下水位是滲流監(jiān)測計算過程中的重要數(shù)據(jù)，直接影響安全監(jiān)測分析結(jié)果的準(zhǔn)確性，龍河口水庫滲流安全監(jiān)測防滲效果分析、位勢分析、過程線分析、相關(guān)線分析，都直接采用壩下水位數(shù)據(jù)。

其中防滲效果分析：Eh=(上游水位-管水位)/(上游水位-下游水位)； 位勢=(管水位-下游水位)/(上游水位-下游水位)； 過程線分析包括上游水位線、下游水位線、管水位過程線對比分析； 相關(guān)線分析包括上游水位線、下游水位線、相關(guān)線對比分析。

3 壩下水位歷史沿用

在水庫除險加固前，通過排水棱體后截滲溝內(nèi)的滲流測定龍河口東壩壩下水位，排水棱體以平均每秒80L水量流入截滲溝，通過矩形量水堰用測針測出水位和流量。截滲溝沿東大壩壩腳排水棱體通長布置，渠內(nèi)明流能夠較全面真實地反映壩下水位，且測量簡單準(zhǔn)確，是確定壩下水位的最佳辦法。然而，龍河口水庫在除險加固中設(shè)置的混凝土防滲墻有效阻斷了上游滲流，滲流量大幅減小，在2006年5月5日混凝土防滲墻合龍后，截滲溝內(nèi)明流滲流消失，導(dǎo)致無法直接測量壩下水位數(shù)據(jù)。

4 利用壩下潛流管的水位確定壩下水位

壩下明流消失后準(zhǔn)確確定壩下水位，是保障水庫大壩滲流監(jiān)測資料完整性、長期延續(xù)性、客觀反映大壩安全狀況必須要解決的問題。如仍使用截滲溝，對其挖深至壩下地下水水面再測量，不僅工程投資較大需改建量水堰，而且不利于大壩壩趾穩(wěn)定。

經(jīng)綜合考慮，可利用壩下潛流管確定壩下水位，龍河口水庫壩下潛流管是為了了解壩下潛流量及潛流分布，于1968年在壩后設(shè)置了5排，每排與壩軸線垂直，每排2根，共10根。5排代表壩下5個斷面地下潛流情況，其位置是沿壩軸線方向縱向布置，每根潛流管的水位因布置在河床段和兩側(cè)位置不同而測值差異較大，通過對除險加固前水庫觀測資料的分析，量水堰所測的壩下水位與10根潛流管水位直接平均值差異亦較大，并且差異規(guī)律不定，所以不能直接通過平均潛流管水位方法確定壩下水位，只有通過分析找出兩者聯(lián)系逐步推算相關(guān)性。

第一步根據(jù)壩下潛流管在壩下分布距離確定其測定的水位權(quán)重，根據(jù)權(quán)重求出綜合平均水位，統(tǒng)計出明流斷流前5年綜合平均水位； 第二步統(tǒng)計出明流斷流前5年所有經(jīng)量水堰實際測量的在安全監(jiān)測資料中使用的壩下水位； 第三步通過電子表格，圖解法求出明流斷流前綜合平均水位與壩下水位的相關(guān)關(guān)系，導(dǎo)出相關(guān)方程，作為經(jīng)驗公式； 第四步，將現(xiàn)在每次測定的壩下潛流管管水位算出綜合平均值后，代入經(jīng)驗公式，求得所需壩下水位。詳細(xì)步驟如下：

a.龍河口水庫壩下潛流管每排1號管距壩軸線距離100m，2號管距壩軸線距離140m，管長5.4～6m不等，其中透水管均長5m。1排與2排之間距離(0+032-0+084)52m，2排與3排之間(0+084～0+114)30m，3排與4排之間(0+114～0+158)44m，4排與5排之間(0+158～0+214)56m，總跨度182m。根據(jù)排間跨度，求出1～2排權(quán)重52/182，2～3排權(quán)重30/182，3～4排權(quán)重44/182，4～5排權(quán)重56/182。

將每排1號、2號管水位平均，再根據(jù)權(quán)重計算出綜合平均水位，即綜合平均水位H=[(Ⅰ1號+Ⅰ2號)/2+(Ⅱ1號+Ⅱ2號)/2]/2×52/182+[(Ⅱ1號+Ⅱ2號)/2+(Ⅲ1號+Ⅲ2號)/2]/2×30/182+[(Ⅲ1號+Ⅲ2號)/2+(Ⅳ1號+Ⅳ2號)/2]/2×44/182+[(Ⅳ1號+Ⅳ2號)/2+(Ⅴ1號+Ⅴ2號)/2]/2×56/182。計算結(jié)果見下頁“壩下潛流管綜合水位計算表”。

b.統(tǒng)計除險加固前2001年1月～2005年12月實測壩下水位與潛流管綜合平均水位值，同表相對比，實測壩下水位始終高于綜合水位高，5年壩下水位與綜合水位差值在0.143～0.341m之間，變化幅度為0.198m； 將10根潛流管的算術(shù)平均水位與壩下水位相比較，壩下水位與平均水位差值在0.141～0.352m之間，變化幅度為0.211m； 由此可見，加權(quán)綜合平均水位與壩下水位之間的關(guān)系更為相關(guān)。

c.圖解法求相關(guān)關(guān)系和相關(guān)方程，剔除一小部分受暴雨影響綜合平均水位滯后與壩下水位測量時不同步的數(shù)據(jù)，求得相關(guān)方程為y=0.349x+28.55(見下頁圖)，x為潛流管綜合平均水位，y為壩下水位。求得相關(guān)系數(shù)為0.859，可見潛流管綜合平均水位與壩下水位的相關(guān)程度較高。

將除險加固前5年中的潛流管綜合水位代入該方程，求出理論的壩下水位值，與實測壩下水位值相驗證，兩者之差正負(fù)比例相當(dāng)，最大差值為0.025m，最小差值-0.022m，基本圍繞0值為中心，所有差值平均值為0.0000288m，從而可以證明采用本方法可以有效推出壩下水位值，誤差較小。

壩下潛流管綜合水位計算表

壩下水位與潛流管水位相關(guān)分析圖單位：m

d.以量水堰斷流2006年5月5日為界線，選擇2006年5月15日壩下潛流管實測值為例，根據(jù)經(jīng)驗公式，求出壩下水位值。

2006年5月15日，各壩下潛流管實測值Ⅰ1號：43.32、Ⅰ2號：43.20、Ⅱ1號：43.44、Ⅱ2號：43.27、Ⅲ1號：43.44、Ⅲ2號：43.30、Ⅳ1號：43.37、Ⅳ2號：43.28、Ⅴ1號：43.32、Ⅴ2號：43.30，代入公式，求得綜合平均水位:

H=[(43.32+43.20)/2+(43.44+43.27)/2]/2×52/182+[(43.44+43.27)/2+(43.44+43.30)/2]/2×30/182+[(43.44+43.30)/2+(43.37+43.28)/2]/2×44/182+[(43.37+43.28)/2+(43.32+43.30)/2]/2×56/182=43.329；

將綜合平均水位43.329代入經(jīng)驗公式求得壩下水位y=0.349x+28.55=0.349×43.329+28.55=43.672。

5 結(jié) 語

在水庫除險加固中，因采取各種截滲方式進(jìn)行防滲處理影響水庫壩下水位監(jiān)測的可能性較大，必須因地制宜，尋求最佳處理和解決辦法。壩下測壓管、圍井甚至壩下水塘都與壩下水位聯(lián)系較為密切且有相關(guān)規(guī)律，利用加固前的各類觀測資料找出其規(guī)律應(yīng)用到加固后的觀測中去是保持工程資料完整、延續(xù)、系統(tǒng)化的最佳方法。龍河口水庫應(yīng)用經(jīng)驗公式，在除險加固后近7年的安全監(jiān)測中，確保了安全監(jiān)測資料的正常整理分析。從2010年所做的多年系列資料分析中可以看出，加固后的資料能夠延續(xù)加固前的系列，較為成功進(jìn)行了對接。

SL 551—2012 土石壩安全監(jiān)測技術(shù)規(guī)范[S].