湯河水庫壩坡測(cè)壓管水位滯后時(shí)間分析

劉 丹

（遼寧省湯河水庫管理局，遼寧 遼陽111000）

1 目的與意義

在土石壩的壩體、壩基以及繞壩的適當(dāng)部位，布設(shè)測(cè)壓管，并進(jìn)行測(cè)壓管內(nèi)滲流水位的觀測(cè)，可以及時(shí)了解壩體在運(yùn)行過程中各部位的滲流情況,從而判斷壩體的安全運(yùn)行狀況。測(cè)壓管水位數(shù)據(jù)的分析，是壩體安全監(jiān)測(cè)資料分析的重要組成部分，是監(jiān)控壩體安全運(yùn)行的有效手段。

根據(jù)湯河水庫多年的測(cè)壓管水位數(shù)據(jù)觀測(cè)發(fā)現(xiàn)，繞壩測(cè)壓管水位變化幅度較大，受降雨等外界因素影響較大，與庫水位的相關(guān)性較差；壩體浸潤(rùn)線測(cè)壓管水位變化幅度比較小，受降雨等外界因素影響相對(duì)較小，管水位的變化隨著庫水位的升高而升高，減少而減少，且與庫水位的變化不同步，測(cè)壓管水位達(dá)到峰（谷）值比庫水位達(dá)到峰（谷）值較晚，存在時(shí)間差，即存在“滯后時(shí)間”。在大壩測(cè)壓管水位資料分析時(shí)，若將實(shí)際測(cè)得的浸潤(rùn)線與設(shè)計(jì)浸潤(rùn)線相比較，會(huì)出現(xiàn)在高水位時(shí)實(shí)際測(cè)得的浸潤(rùn)線比設(shè)計(jì)浸潤(rùn)線低，在低水位時(shí)反而會(huì)出現(xiàn)實(shí)際測(cè)得的浸潤(rùn)線高于設(shè)計(jì)浸潤(rùn)線的情況，從而影響壩體滲透數(shù)據(jù)分析的正確性。這是由于在實(shí)際的測(cè)壓管水位觀測(cè)過程中，測(cè)得的數(shù)據(jù)是滲流的瞬時(shí)結(jié)果，而非壩體斜墻內(nèi)部達(dá)到穩(wěn)定滲流后的結(jié)果。因此，在分析大壩監(jiān)測(cè)資料時(shí)，明確測(cè)壓管水位相對(duì)于庫水位的“滯后時(shí)間”，是保證大壩監(jiān)測(cè)資料分析準(zhǔn)確的前提，是監(jiān)控大壩滲透安全，確保壩體安全運(yùn)行的重要措施。

2 概 況

湯河水庫大壩為粘土斜墻砂殼壩，分別在壩坡、壩基、壩端共計(jì)布設(shè)20 根測(cè)壓管觀測(cè)點(diǎn)，用以監(jiān)測(cè)壩體滲流情況。其中，在壩體下游坡面分別于樁號(hào)0+100，0+220，0+340 壩段布置3 個(gè)觀測(cè)斷面，共計(jì)9 根測(cè)壓管，用于掌握壩體浸潤(rùn)情況；在濾水壩趾處布置3 根測(cè)壓管，用于了解下游壩基水位；在東西壩端各布設(shè)4 根測(cè)壓管，用于掌握壩端繞壩滲流情況，布置情況見圖1。

通過觀察測(cè)壓管水位數(shù)據(jù)資料可以發(fā)現(xiàn)，壩體下游坡面測(cè)壓管水位值變化幅度較小，受降雨等其他因素影響較小，僅與庫水位關(guān)系密切，管水位隨著庫水位的升高而升高，但不同步，管水位隨著庫水位發(fā)生變化時(shí)會(huì)有一個(gè)延遲時(shí)間，即“滯后時(shí)間”。明確各測(cè)壓管的滯后時(shí)間，是測(cè)壓管水位資料分析的重要因素。下面結(jié)合壩坡測(cè)壓管管水位觀測(cè)資料，以樁號(hào)0+220 斷面為例，對(duì)管水位滯后時(shí)間進(jìn)行計(jì)算，進(jìn)而對(duì)影響滯后時(shí)間的因素進(jìn)行分析。

圖1 湯河水庫大壩觀測(cè)網(wǎng)布置圖

3 壩坡測(cè)壓管A4，A5，A6 管水位滯后時(shí)間計(jì)算

測(cè)壓管A4，A5，A6 位于樁號(hào)0+220 斷面，自上向下埋設(shè)在壩體背水坡粘土斜墻內(nèi)，由于壩體粘土斜墻的防滲作用，A4，A5，A6 管水位不但低于庫水位，而且滯后于庫水位而變化。通過各測(cè)壓管水位和庫水位的變化過程線可以看出，測(cè)壓管水位過程線的峰、谷一般比庫水位過程線的峰、谷要略推遲一段時(shí)間。將各次觀測(cè)的庫水位和測(cè)壓管水位數(shù)據(jù)點(diǎn)繪在坐標(biāo)紙上，如圖2。

圖2 庫水位與測(cè)壓管A4，A5，A6 水位相關(guān)圖

根據(jù)觀測(cè)資料，通過多次水位變化的波峰、波谷數(shù)據(jù)計(jì)算出測(cè)壓管水位的滯后時(shí)間，測(cè)壓管A4管水位滯后時(shí)間為3 d；A5 管水位滯后時(shí)間為1 d，A6 管水位滯后時(shí)間為1 d。

4 測(cè)壓管管水位滯后因素分析

根據(jù)上述計(jì)算可知，測(cè)壓管A4，A5，A6 各管水位變化對(duì)比庫水位均有滯后時(shí)間，但滯后時(shí)間不同。造成測(cè)壓管水位滯后的原因有很多，主要是受不穩(wěn)定滲流的影響。由于各管埋設(shè)位置不同，所處地址條件不同，施工質(zhì)量不一，庫水位高度不同導(dǎo)致水壓力不同等因素。

1）測(cè)壓管A4，A5，A6 由上至下處于同一斷面，由于湯河水庫壩體為粘土斜墻壩，是用滲透系數(shù)較低的粘性土體作為防滲體的土石壩，經(jīng)過多年運(yùn)行，土體密室程度逐漸增大，已趨于穩(wěn)定，防滲效果良好，因此水從上游滲透到下游必定需要一定的時(shí)間，導(dǎo)致了測(cè)壓管水位的變化滯后于庫水位的變化，同時(shí)也造成了同一斷面不同高程測(cè)壓管水位滯后時(shí)間不同。

2）水庫中的水位是不斷變化的，因此壩內(nèi)的無壓滲流是一個(gè)不穩(wěn)定的過程，要形成穩(wěn)定滲流必然需要一定時(shí)間，在無壓滲流中，自由水面處于隨時(shí)間變化的狀態(tài)，充水或放水都需要時(shí)間，因此不穩(wěn)定滲流導(dǎo)致了測(cè)壓管水位滯后變化，同時(shí)不穩(wěn)定滲流也是影響測(cè)壓管水位滯后時(shí)間的主要因素。

3）土是具有連續(xù)空隙的介質(zhì)，當(dāng)水通過土體時(shí)首先是填滿空隙使之達(dá)到飽和后再釋放出來，充水和放水都需要一定的時(shí)間，因此管水位變化必定滯后于上游來水庫水位的變化。另外湯河水庫土石壩的土體是人工土體，因施工選料、填筑方法和質(zhì)量的不同，導(dǎo)致各部位滲透系數(shù)有所不同，造成了各測(cè)壓管水位滯后時(shí)間也略有不同。

4）當(dāng)測(cè)壓管水位發(fā)生變化時(shí)，首先是在管內(nèi)外水位差的作用力下，使內(nèi)外水位逐漸趨于平衡，補(bǔ)充或排出水的過程必定需要一定的時(shí)間，因此導(dǎo)致了測(cè)壓管水位的升降滯后于土體中水位的升降，即測(cè)壓管水位的變化滯后于庫水位的變化。另受測(cè)壓管所埋設(shè)的土質(zhì)條件不同以及測(cè)壓管管壁等施工質(zhì)量的影響，各測(cè)壓管水位滯后時(shí)間也會(huì)有所不同。