山美水庫大壩滲流分析

山美水庫大壩滲流分析

許春燕

(山美水庫管理處，福建泉州362000)

1工程概況

山美水庫位于福建省晉江支流東溪中游，是省水利廳管轄庫容最大的水庫、泉州市惟一一座具有防洪、供水、灌溉、發(fā)電等綜合利用的大型水利樞紐工程。水庫集水面積1 023 km2，總庫容6.55億m3，流域多年平均降雨量1 800 mm，按100年一遇(P=1%)洪水標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計，10 000年一遇(P=0.01%)洪水標(biāo)準(zhǔn)校核。

水庫樞紐工程由攔河壩、副壩、溢洪道、引水隧洞及地下廠房、壩后廠房等組成。攔河壩主壩按7度地震設(shè)計，為粘土心墻式土石混合壩，屬典型峽谷型主壩，壩長315 m，最大壩高75.5 m，并加設(shè)高1.2 m的防浪墻。壩頂寬8 m，壩頂高程105.48 m，粘土心墻頂寬5 m，頂部高程104.48 m,84.48 m高程以下邊坡1∶0.5，以上為1∶0.25。上游坡采用1∶1.8和1∶2.0，上游塊石與心墻設(shè)砂礫石過渡帶。下游坡比為1∶2.25、1∶2.5、1∶3.0，在87.48、72.48 m和57.48 m高程設(shè)2 m寬平臺，基礎(chǔ)至42.48 m高程鋪設(shè)砂礫石，42.48 m高程上填砂壤土，砂壤土與粘土心墻之間設(shè)置砂礫石排水層。

2滲流監(jiān)測資料

目前山美水庫大壩滲流監(jiān)測采用人工觀測和自動化監(jiān)測相結(jié)合，人工主要以測壓管觀測為主，自動化觀測則是在大壩埋設(shè)孔隙水壓力計，具有監(jiān)測資料相互校核、監(jiān)測成果同時分析、安全評價周密齊全等特點(見圖1)。

2.1測壓管滲流監(jiān)測資料

山美水庫測壓管從1975年11月7日開始進(jìn)行人工監(jiān)測后，到目前為止從未間斷，積累了豐富的大壩安全監(jiān)測資料，這些監(jiān)測資料是大壩實際運(yùn)行性態(tài)真實反映，通過對不同時期的監(jiān)測資料整理與分析，可研究大壩運(yùn)行性態(tài)和發(fā)展趨勢。

山美水庫現(xiàn)有測壓管27根，其中主壩壩頂23根，分別為0-105斷面1根，0+106斷面1根，0+120斷面3根，0+160斷面1根，0+170斷面4根，0+180斷面1根，0+220斷面3根，0+240斷面1根，0+325斷面1根；背水坡87.48 m平臺3根，72.48 m平臺4根；副壩4根。

2.2孔隙水壓力計監(jiān)測資料

結(jié)合山美水庫安全監(jiān)控系統(tǒng)的建設(shè)，水庫于2004年10月在主壩0+100、0+167、0+225這3個斷面、左右兩岸、副壩等不同高程分別布設(shè)14、12、4個測孔，安裝埋設(shè)28、12、4個孔隙水壓力傳感器。2005年4月投入運(yùn)行，用于監(jiān)測大壩滲流。

為了進(jìn)一步了解大壩滲流狀態(tài)，根據(jù)水利廳要求和專家咨詢意見，對大壩心墻和壩基以及大壩下游代替料進(jìn)行補(bǔ)充監(jiān)測，山美水庫管理處于2006年8月10日委托南京水利科學(xué)研究院進(jìn)行水庫大壩0+164斷面(5個測孔，9個傳感器)的設(shè)計與施工,并于同年11月投入運(yùn)行。

3大壩滲流分析

3.1心墻滲流監(jiān)測資料分析

通過繪制心墻主要測點 Z21、Z41、Z61 測壓管水位過程線及 B01A、 B05A、 B10A、 B15A 孔隙水壓力水位過程線，可見壩頂心墻前的測壓管與庫水位變化趨勢相同，相關(guān)性好；而通過測點Z23、Z43、Z63測壓管水位過程線及B02A、B06A、B11A孔隙水壓力水位過程線可見心墻后排測點變化幅度小，受庫水位的影響不明顯，符合心墻滲流的一般規(guī)律。資料分析結(jié)果表明大壩心墻前水位基本接近庫水位，心墻的防滲效果比較明顯。

圖1　滲流監(jiān)測平面布置

根據(jù)觀測資料，壩頂靠近上游坡的測點B01A、B05A、B10A、B15A的位勢值均穩(wěn)定在80%以上，這與它們所處的位置距上游的堆石體很近有關(guān)，靠近下游側(cè)的B02A、B06A、B11A測點滲流壓力水位位勢則穩(wěn)定在70%以上。

3.2代替料滲流監(jiān)測資料分析

在山美水庫的原設(shè)計中，壩后滲水經(jīng)砂卵石層及堆石棱體排出，代替料內(nèi)無水，但經(jīng)鉆孔勘探和埋設(shè)測壓管和孔隙水壓力計進(jìn)行觀測，都表明主壩段代替料存在飽水區(qū)，與砂礫石層滲流自由面之間存在非飽和區(qū)。代替料內(nèi)多數(shù)測壓管水位與庫水位變化趨勢相同，并且同一高程的幾個測點變化規(guī)律一致，變化幅度也相近，唯有B07A、B17A、B18A自安裝以來水位幾乎沒有變化，與庫水位關(guān)系不密切。另外，監(jiān)測系統(tǒng)運(yùn)行以來，B08A水位一直高于或接近于B07A，且并非庫水位最低時B08A水位為最低，2005年、2007年庫水位已比較低，但B08A水位仍高于B07A，受庫水位影響較??；B08A水位受降雨影響更大，以2008、2009、2015年猶為明顯，2007年、2008年、2014年下半年降雨較少，B08A水位下降明顯，直至2015年B08A水位低于B07A，可見代替料內(nèi)存在飽水區(qū)與降雨有一定關(guān)系。

3.3繞壩滲流監(jiān)測資料分析

左岸滲流壓力水位的關(guān)系是L01A>L02A、L03A>L04A、L05A>L06A，與一般繞滲規(guī)律相符。L01A、L02A、L03A的位勢均在80%以上，L04A和L05A的位勢在60%～80%之間，L06A的位勢在40%左右，靠上游測點位勢偏高。其中L02A、L03A、L06A稍滯后于庫水位且變化幅值較小，L04A、L05A與上游水位相關(guān)性不密切，受降雨影響較大，以L05A猶為明顯，L01A水位基本不變且高于庫水位。

右岸滲流壓力水位：R01A、R04A與上游水位相關(guān)性較密切，與上游水位同趨勢上升，從過程線看R04A與上游水位幾乎重合，R01A測點的位勢在80%以上，R04A測點的位勢在95%以上，R02A、R03A水位測值隨著降雨變化，R02A測點的位勢在70%～80%之間，R03A位勢在50%～60%之間。R05A、R06A由于傳感器故障于2009年停止觀測。

兩岸繞滲防滲效果較差。

3.4滲流量資料分析

為排除降雨量的影響，選取當(dāng)日和上一周無降雨條件下的滲流量資料進(jìn)行分析，滲流量均小于4 L/s，量水堰的監(jiān)測水質(zhì)清澈，能見度較高，滲流未見明顯異常，庫水位與滲流量關(guān)系不密切，反映心墻未遭破壞，防滲效果較好。

4結(jié)論

(1)主壩心墻、代替料、砂礫石、壩基及壩肩部位均布設(shè)滲流監(jiān)測設(shè)施，監(jiān)測設(shè)施布置合理，資料完整，對大壩安全運(yùn)行與管理起到重要作用。

(2)心墻內(nèi)靠近上游坡的測點水位與庫水位相關(guān)密切，相應(yīng)的位勢值均在80%以上，靠近下游側(cè)的測點水位與庫水位相關(guān)性稍差，位勢70%以上，心墻內(nèi)所有測壓管水位與庫水位相關(guān)性均較好。

(3)主壩段代替料存在飽水區(qū)，與砂礫石層滲透自由面之間存在非飽和區(qū)，代替料內(nèi)大部分測點水位與庫水位相關(guān)且稍滯后于庫水位，同時也受兩岸繞壩滲流和降雨的影響。

(4)砂礫石排水層內(nèi)各測點水位值比較穩(wěn)定，變幅小，砂卵石層排水效果良好。

(5)繞壩滲流明顯，右岸繞滲大于左岸，兩岸防滲帷幕防滲效果差。

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責(zé)任編輯吳昊

收稿日期：2016-01-27

作者簡介：許春燕(1983-)，女，工程師，主要從事水利工程管理工作。E_mail：2853910100@qq.com