大溪水庫滲流觀測設施失靈原因分析及對策和后期監(jiān)測數(shù)據(jù)對比分析

戴春祥 段科萍 黃春華

摘 要：大溪水庫大溪水庫位于江蘇省溧陽市西南部，壩址距溧陽市13km，1958年動工興建，1960年初步建成，后經(jīng)1965年、1971年、1978年三次較大規(guī)模續(xù)建，2009年至2011年實施了除險加固，2011年4月通過竣工驗收。2017年通過國家級水管單位驗收。水庫集水面積90m2，總庫容1.128億m3。水庫樞紐由主、副壩、溢洪閘各一座、三座涵洞組成，是一座具有防洪、供水、灌溉、涵養(yǎng)水源、結合生態(tài)保護和水產(chǎn)養(yǎng)殖等綜合利用的國家大（Ⅱ）型水庫。水庫與溧陽市沙河水庫、宜興橫山水庫一起成為太湖湖西宜河西山區(qū)的三座大型庫，屬湖西南河水系上游的骨干防洪工程。本文就大溪水庫安全監(jiān)測設施失靈的原因分析及其對策和后期滲流觀測資料的分析，闡述測壓管觀測數(shù)據(jù)失真的對策和采用的兩種滲流觀測方法，同時從觀測數(shù)據(jù)層面對比兩種觀測方法的差異進行分析，為同類土石壩滲流觀測提供參考。

關鍵詞：大溪水庫 測壓管失靈 原因分析及對策 觀測分析

大溪水庫主壩為均質(zhì)土壩，壩頂長度475.00m，壩頂寬度8.00m，壩頂高程21.50m（青島基面，下同），最大壩高17.50m，上游壩坡采用灌砌塊石護坡，下游為草皮護坡。主壩滲流觀測設施于除險加固時施工、安裝，設3個滲流壓力觀測斷面，每個斷面設置4條鉛直測線，分布在上游護坡馬道17.00m高程、壩頂公路下游側、下游護坡12.00m高程、壩后平臺8.00m高程。其中上游側的測點均安裝2根測壓管。每條測線均鉆孔至壩基與壩體接觸面位置。主壩共安裝15根測壓管。每根測壓管中安裝1支滲壓計。

大溪水庫監(jiān)測設施及儀器包括滲壓計、自動化監(jiān)測設施及安全監(jiān)測資料整編應用軟件等。水庫的自動化監(jiān)測系統(tǒng)由1臺監(jiān)控主機、3臺MUC和現(xiàn)場傳感器組成。監(jiān)控主機與主壩、溢洪道MCU之間采用485通訊方式通訊。監(jiān)控主機控制MCU采集的數(shù)據(jù)，并接收MCU采集的數(shù)據(jù)存入數(shù)據(jù)庫，按各類傳感器考考證數(shù)據(jù)和計算公式進行計算，獲得工程監(jiān)測所需的應變、土壓力監(jiān)測數(shù)據(jù)，通過資料整編軟件對一系列監(jiān)測資料按規(guī)范要求進行整編和分析。

1.問題提出

2014年水庫管理處在主壩滲流觀測中發(fā)現(xiàn)，測壓管測量數(shù)據(jù)與水庫水位相比嚴重失真，部分數(shù)據(jù)甚至超過水庫水位，主壩浸潤線失真，已不能反映實際運行狀況。管理處在加強觀測的同時立即向溧陽市水利局進行了匯報。

2.檢測結果及原因分析

溧陽市水利局高度重視，于2015年月2月組織相關專家和南京水利科學研究院對大溪水庫大壩安全監(jiān)測設施進行鑒定及運行評價，筆者參與其中。

監(jiān)測設施現(xiàn)場檢測包括：

（1）測壓管靈敏性檢測，主壩測壓管檢測結果有7根測壓管靈敏度試驗不合格，如表1。

（2）滲壓計穩(wěn)定性檢測：包括頻率測值穩(wěn)定性檢測和溫度測值穩(wěn)定性檢測，檢查結果為主壩有3支傳感器頻率或溫度不合格，分別為P2-2、P2-4、P3-3。

（3）測控單元檢測：包括測控單元外觀檢查、功能測試、穩(wěn)定度測試、測值準確度測試等，檢測結果合格。

（4）資料整編軟件檢測：根據(jù)軟件結構、軟件提供的工程管理、數(shù)據(jù)處理，圖形分析，報表打印，系統(tǒng)設置等功能進行測試，檢測結果：軟件功能簡單；數(shù)據(jù)采集功能正常；圖形不能根據(jù)水庫實際情況繪制相應的特征過程線、分布圖。

原因分析：

（1）測壓管內(nèi)淤積嚴重。

（2）測壓管孔口高程、花管長度、花管位置、管底高程未知。測壓管管徑32mm，偏?。?5根測壓管有8根靈敏性合格，合格率53.3%。

（3）有3支傳感器頻率或溫度不合格。

（4）測控單元測量基本正常，整編資料軟件功能尚缺。

結論：

對大壩安全監(jiān)測系統(tǒng)進行改造。

3.大壩安全監(jiān)測系統(tǒng)改造方案

滲流監(jiān)測是土壩安全監(jiān)測的重點，按《土石壩安全監(jiān)測技術規(guī)范》SL551-2012的要求，根據(jù)大溪水庫的大壩結構、填筑情況及壩基地質(zhì)條件，滲流監(jiān)測包括主壩壩體浸潤線、主壩壩基滲流壓力、主壩滲流量等。

主壩設5個監(jiān)測斷面：增加2個繞滲斷面，每個斷面4條監(jiān)測線，左岸的繞滲兼監(jiān)測西灌溉涵，右岸的繞滲監(jiān)測老溢洪道部位；其它3個斷面，每個斷面4條監(jiān)測線，監(jiān)測壩體、壩基滲流壓力。采用鉆孔安裝測壓管，在測壓管中吊裝滲壓計方式，滲壓計通過電纜接入自動化系統(tǒng)。主壩滲流監(jiān)測平面布置見圖1，典型橫斷面布置見圖2。

壩基利用（P 01 A、P 0 2 A、P 03A、P 0 4A、P 0 5A、P 0 6A、P07A、P08A、P09A、P10A、P11A、P12A）共12支測壓管監(jiān)測，壩體利用（P01B、P02B、P05B、P06B、P09B、P10B）共6支測壓管監(jiān)測。

大壩安全監(jiān)測系統(tǒng)結構：大壩的滲流監(jiān)測進行自動實時監(jiān)測與分析。自動化系統(tǒng)包括各種類型的傳感器、測量控制單元和中央控制室。（1）傳感器包括壩體、壩基滲流壓力計。（2）測量控制單元（MCU）是系統(tǒng)中的主要部分，用于對各種傳感器數(shù)據(jù)進行采集和存儲，通過中央控制室監(jiān)控主機發(fā)送指令及數(shù)據(jù)傳輸，實現(xiàn)實時監(jiān)控。MCU設在主壩下游坡。（3）中控室位于水庫管理處，通過監(jiān)控主機里的采集系統(tǒng)軟件及資料分析系統(tǒng)，對MCU進行實時監(jiān)控，實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)整編以及數(shù)據(jù)分析等功能。（4）大壩安全自動化監(jiān)測系統(tǒng)采用光纖通信方式，配置光端機，實現(xiàn)MCU與中央控制室的雙向通信。

4.施工要點

大壩滲流監(jiān)測施工主要包括鉆孔、造孔、測壓管制作及埋設安裝、測壓管內(nèi)滲壓計安裝、傳感器接入、MCU安裝及調(diào)試、MCU房設備安裝與調(diào)試、中央控制室設備的安裝及調(diào)試、系統(tǒng)調(diào)試等，本文因篇幅所限，不做詳細闡述。

5.觀測方法的選擇

測壓管因其結構簡單、取材方便、價格便宜、技術性要求低、便于制造和安裝、可持久耐用，廣泛用于監(jiān)測壩體浸潤線、壩基滲透壓力等。為校核自動檢測的可靠性，大溪水庫滲流觀測同時采用以下兩種觀測方法。

5.1人工觀測

測壓管觀測現(xiàn)一般采用人工觀測和孔隙水壓力計自動觀測。人工觀測具有觀測方便、測值可靠，其美中不足的是：長期監(jiān)測（人工觀測）費時費力，數(shù)據(jù)需要人工記錄后進行整理，數(shù)據(jù)滯后時間較長。人工一般采用測深鐘和電測水位計兩種方法觀測，其計算公式為：

d—測壓管水位至管口距離

5.2孔隙水壓力計觀測

孔隙水壓力計則具有自身滯后時間短，并易于實現(xiàn)集中遙測和測值概念明確等優(yōu)點，但觀測成果影響因素較多，技術性要求高。孔隙水壓力計的品種多樣，目前在國內(nèi)使用較多的是差動電阻式和振弦式等。

差動電阻式孔隙水壓力計根據(jù)傳感器內(nèi)的兩電阻之間的比值變化，計算測點處的滲流壓力，其計算公式為：

式中：△A---觀測之鋼弦頻率相對于基準值的變化量，其余符號意義見式（2）。

根據(jù)觀測值求得各測點處滲流壓力后，可求得各測點處的滲壓水頭。

測壓管由壓力表、測繩、水位計等測得管內(nèi)滲流水位。

壩體和壩基滲流量監(jiān)測，對于單孔滲流量仍然普遍采用量杯和秒表，集中后的滲流量使用量水堰法和測速法。

6.觀測數(shù)據(jù)

筆者收集了2017年全年的人工和孔隙水壓力計觀測數(shù)據(jù)，由于數(shù)據(jù)量較大，只截取部分數(shù)據(jù)。

7.滲流壓力過程線對比

筆者對測壓管的滲流壓力進行了過程線對比，對比圖顯示兩種觀測方法的過程線基本一致。這里選了L-1和P10-b進行比對（如圖3）。

8.結束語

綜上所述，滲流監(jiān)測是土壩安全監(jiān)測的重點，本文通過對大溪水庫主壩測壓管失靈的原因分析及其對策以及對采用不同觀測方法觀測數(shù)據(jù)的對比分析，較好的解決了測壓管失靈問題，同時大溪水庫采用的人工觀測和水壓力計自動化觀測兩種觀測方法得出的數(shù)據(jù)基本一致，校核了自動監(jiān)測的可靠性，這為同類型的水庫大壩的滲流觀測提供了經(jīng)驗，值得借鑒。

參考文獻：

[1]何興梅.水庫大壩滲流監(jiān)測與分析.

[2]袁坤，傅蜀燕，歐正峰等.水庫大壩安全技術現(xiàn)狀與發(fā)展.