水庫大壩浸潤線觀測管觀測資料分析

摘要：為進一步做好水庫大壩管理，不斷提升水庫大壩的運行質(zhì)量，減少水庫大壩發(fā)生病害的機率。文章以大壩浸潤線觀測管作為切入點，以白沙水庫為例，系統(tǒng)分析相關(guān)觀測方法，形成一個完備的觀測方案，并在此基礎(chǔ)上，做好相應(yīng)的觀測資料分析工作。通過對水庫大壩埋設(shè)的新老觀測管水位的分析對比結(jié)果，提出建議和意見。

關(guān)鍵詞：水庫大壩;浸潤線;觀測管;資料分析

中圖分類號：TV233 ??文獻標識碼：A??文章編號：1671-2064（2019）17-0000-00

0引言

水庫大壩在日常使用過程中，由于長期受到水體的浸泡、侵蝕，極易引發(fā)結(jié)構(gòu)性病害，影響水庫大壩的正常使用，增加了安全事故的發(fā)生機率。為有效應(yīng)對這一情況，水庫管理人員需根據(jù)水庫的實際情況，進行防滲處理，通過必要的防滲手段不斷提升壩體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。為達到這一目的，在防滲、攔水過程中，需要采取相應(yīng)的觀測方案，獲取、分析、評估相應(yīng)的數(shù)據(jù)，以保證整個水庫大壩相關(guān)管理工作的順利進行。文章以白沙水庫作為研究對象，從多個維度出發(fā)，系統(tǒng)梳理水庫大壩浸潤線觀測數(shù)據(jù)的分析方法，形成系統(tǒng)化的觀測方案，進而為后續(xù)相關(guān)管理工作的開展奠定堅實基礎(chǔ)。

1工程概況

為進一步提升水庫大壩浸潤線觀測數(shù)據(jù)分析的實用性，確保各項觀測措施與實際水庫管理需求相符合，在研究環(huán)節(jié)，選取白沙水庫作為案例，進行系統(tǒng)化的梳理，明確現(xiàn)階段我國在水庫大壩浸潤線觀測數(shù)據(jù)分析方面存在的問題以及積累的經(jīng)驗，為后續(xù)水庫大壩浸潤線觀測數(shù)據(jù)分析的調(diào)整優(yōu)化提供了方向性引導(dǎo)。白沙水庫位于淮河流域沙穎河上游，壩址位于河南省禹州市與登封市交界的白沙村以北300m處。是我國50年代初治準早期河南省興建的大型水庫之一，水庫控制流域面積為985平方公里，1951年3月開工建設(shè)，1953年8月建成，由于當(dāng)時各方面條件的限制，存在諸多問題，1956年2月-1957年12月進行了擴建。2003年2005年進行了除險加固。

白沙水庫屬于大Ⅱ型水庫，水庫最大庫容2.78億立方米，工程等級為二等，主要建筑物為2級建筑物，水庫正常蓄水位225.0米，設(shè)計洪水標準為100年一遇相應(yīng)水位為231.85米，校核洪水標準為2000年一遇，相應(yīng)水位為235.56米。其剖面圖如圖1所示。

該水庫是以防洪灌溉為主，兼顧工業(yè)供水、水產(chǎn)養(yǎng)殖、旅游等綜合利用的大型樞紐工程白沙水庫主壩為均質(zhì)土壩，壩長1330米，壩頂寬65米，最大壩高484米，壩頂高程236.30米，防浪墻頂高程237.50米。壩基采用粘土截水槽防滲，槽底位于二疊系石英砂巖上。由于地處淮河流域，受到地區(qū)性小氣候的影響，水庫出水量變化較大，加之壩基地質(zhì)相對較軟，使得其在使用過程中，極易受到水體的侵蝕，引發(fā)各種病害，縮短水庫使用壽命的同時，增加了安全事故的發(fā)生機率。為了防范安全風(fēng)險，實現(xiàn)水庫的有效管理，工作人員需在水庫日常管理過程之中，積極調(diào)整工作思路，創(chuàng)新工作方法，采取更為現(xiàn)代化的觀測以及分析手段，實時掌握水庫狀態(tài)，以此來確保各類管理方案的針對性。

2本次分析目的和任務(wù)

浸潤線作為現(xiàn)階段水庫安全監(jiān)測的方式，是判定水庫土石壩體內(nèi)部滲流情況的重要手段之一。從過往經(jīng)驗來看，通過在水庫壩體以及壩基的相關(guān)位置設(shè)置相應(yīng)數(shù)量的測壓管，就能夠?qū)崿F(xiàn)對水庫壩體的實時監(jiān)測，幫助相關(guān)管理人員有效掌握相關(guān)數(shù)據(jù)，對后續(xù)各項突發(fā)事故的處理以及應(yīng)對提供了必要的數(shù)據(jù)參考。基于浸潤線的這種優(yōu)勢，我國多數(shù)水庫在施工以及管理的過程中，埋設(shè)了相關(guān)測壓管道。由于白沙水庫的運行年限較長，最初的設(shè)計思路以及結(jié)構(gòu)難以全面適應(yīng)現(xiàn)階段區(qū)域水資源管理需求，基于這種認知，白沙水庫進行了針對性的加固工作，消除安全隱患。例如2003年在大壩除險加固的過程中，工作人員發(fā)現(xiàn)前期安裝的25個老觀測管，由于服役時間較長，多數(shù)觀測管已處于故障、無水、堵塞狀態(tài)，在這種情況下，浸潤線觀測管已無法利用所采集的數(shù)據(jù)對壩體滲流進行正確的分析。同時，由于白沙水庫水文環(huán)境較為復(fù)雜，在除險加固期間，相關(guān)工作人員發(fā)現(xiàn)，觀測管出現(xiàn)位置偏移的情況，造成數(shù)據(jù)觀測以及分析誤差，無法實現(xiàn)水庫壩體內(nèi)部滲流情況的準確分析。為了有效應(yīng)對這一情況，工作人員采取了相應(yīng)的處理方案，在老的觀測管沿壩軸線偏移1m的位置安裝了新的觀測管，通過對老觀測管的更換以及新觀測管的重新安裝，構(gòu)建起完整的觀測機制，進一步發(fā)揮出浸潤線觀測管數(shù)據(jù)分析在水庫大壩管理中的作用。為確保浸潤線觀測管作用的發(fā)揮，提升觀測管更換以及安裝的水平，本次分析工作的目的和任務(wù)為：通過對老觀測管和新觀測管的數(shù)據(jù)進行分析和比較，評價老觀測管的有效性及與同一位置新觀測管的相關(guān)性，以確定老觀測管是否報廢，及利用新觀測管代替老觀測管的可行性。

本次分析依據(jù)為水庫2008-2012年觀測資料。

3壩體浸潤線觀測資料分析

3.1壩體觀測管布設(shè)及觀測情況

從相關(guān)資料中，可以明確白沙水庫壩體浸潤線觀測管安裝一共有兩次，第一次安裝在2003年水庫除險加固前，共埋設(shè)了25支觀測管，為老觀測管，第二次安裝在2003年水庫除險加固期間，新增加29 支觀測管，為新觀測管。老觀測管多為浸潤線管，其中0+280斷面布設(shè)了5 個，0 + 500斷面布設(shè)了5個，0 + 500斷面上布設(shè)了5個，0+946.1斷面上布設(shè)了6個，0+1000 斷面上布設(shè)了4個。新觀測管多布設(shè)在老觀測管斷面處，為避開老觀測設(shè)備，沿壩軸線方向偏移l米，O+279斷面布設(shè)了5個壩體浸潤線管，0+947斷面布設(shè)了5個壩體浸潤線管，其它斷面為壩基測壓管，其中0+l00斷面布設(shè)了2個壩基測壓管，0+281 斷面布設(shè)了5個壩基測壓管，0+574斷面布設(shè)了5個壩基測壓管，0+945斷面布設(shè)了5個壩墓測壓管，1+100斷面布設(shè)了2個壩基測壓管，本次分析僅對壩體浸潤線觀測管進行。除了進行上述操作之外，為了保證整個觀測管數(shù)據(jù)分析的有效性，在完成觀測管布局工作之后，還應(yīng)當(dāng)結(jié)合現(xiàn)有的技術(shù)手段，構(gòu)建起水庫在線監(jiān)測系統(tǒng)，如圖2所示。

在整個在線監(jiān)測系統(tǒng)構(gòu)建過程中，技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)著眼于實際，從無線傳輸、信號線傳等幾個角度出發(fā)，形成完整的在線監(jiān)測系統(tǒng)，實現(xiàn)對各類數(shù)據(jù)的有效梳理，對水庫大壩浸潤線數(shù)據(jù)的科學(xué)高效分析，為后續(xù)相關(guān)管理工作的開展奠定了堅實基礎(chǔ)。

3.2相同部位新老觀測管水位相關(guān)性分析

由于大壩測壓管線有著一定的使用壽命，因此數(shù)據(jù)分析環(huán)節(jié)，勢必需要做好相同位置新舊觀測管水位調(diào)查以及分析工作，在數(shù)據(jù)分析環(huán)節(jié)，構(gòu)建起相關(guān)系統(tǒng)分析，以此增強水庫大壩貫測壓管數(shù)據(jù)分析的有效性，將數(shù)據(jù)偏差控制在合理范圍內(nèi)。以白沙水庫為例，由于經(jīng)歷了兩次的觀測管更換工作，因而在觀測管數(shù)據(jù)分析過程中，需要做好相應(yīng)的分析工作。白沙水庫在浸潤線觀測管數(shù)據(jù)分析過程中，考慮到自身觀測管更換的實際情況，因此采取了相應(yīng)的處理方案。近幾年正常觀測的老觀測管有0+280斷面上的?、?、??管、0+946.1?西管。0+ 800⑤管，其它管無水。新埋設(shè)的壩體浸潤線觀測管只有0+279斷面和0+947斷面，總之，老觀測管經(jīng)過幾十年的運行，大都無水失效，近期能正常使用、有效的觀測管只有0+280?、?管兩個，0+280?管、0+946.1?西管雖正常觀測，但觀測數(shù)據(jù)受其它因素影響與庫水位不相關(guān)，已基本失效。通過這種處理方案，將老觀測管與新觀測管進行了必要的數(shù)據(jù)聯(lián)系，形成穩(wěn)定的相關(guān)性分析機制，進而增強了水庫大壩浸潤線觀測管數(shù)據(jù)分析的有效性以及合理性。

4結(jié)論與建議

基于水庫大壩浸潤線管測數(shù)據(jù)分析的有效性以及合理性，有必要從過往經(jīng)驗出發(fā)，做好相應(yīng)的數(shù)據(jù)分析調(diào)整與優(yōu)化工作，以保證浸潤線管測數(shù)據(jù)分析的有效性以及合理性，為水庫日常管理運營提供必要的數(shù)據(jù)支持。

（1）老觀測管共布呈5條斷面，分別為O+280斷面、0+500 斷面、0+800斷面、0+946.1斷面、1+1000斷面，均為壩體浸潤線觀測管，采用人工觀測、記錄。近幾年仍在觀測的老觀測管有0+280斷面上的?、?、?管和0+946.1斷而上的?西管及0+800斷面上⑤管，其它管堵塞損壞或無水。

經(jīng)比較，老觀測管0+280?、?管與相同部位埋設(shè)的新觀測管0+279?、?管水位及變化趨勢相差不，基本同步，0+280?管、0 + 946.1?西管與相同部位的新觀測管0+279?管水位及變化趨勢相差較大，不同步。經(jīng)綜合分析，老觀測管僅0+280?管可以繼續(xù)使用其余均已失效。

老觀測管5條斷面中，0+500斷面、0+800斷面、0+946.1 斷面和0+1000斷面上的觀測管均已失效，0+280斷面上僅0+280?、?管可以繼續(xù)使用，其余也失效。基于老觀測管的實際狀態(tài)，在處理環(huán)節(jié)，工作人員應(yīng)當(dāng)采取必要的處理方式，例如建議廢棄O+280斷面、O+946.1斷面，利用鄰近的0+279 斷面和0+ 947斷面替代。0+500斷面、O+800斷面和0+1000 三條斷面沒有相部的新觀測斷面，可視需要補做觀測斷面，并采用自動化觀測。在自動化觀測環(huán)節(jié)，采取在線觀測系統(tǒng)，在計算機技術(shù)、大數(shù)據(jù)技術(shù)等技術(shù)手段的支持下，完成觀測管數(shù)據(jù)的匯總以及梳理，形成完整的數(shù)據(jù)處理方案。

（2）在對新浸潤線觀測管數(shù)據(jù)進行分析的過程中，工作人員應(yīng)當(dāng)在科學(xué)性原則、實用性原則的引導(dǎo)下，采取必要的分析方式，做好應(yīng)對工作。例如將新浸潤線觀測管設(shè)定為自動化觀測，并在觀測過程中均可以采集到數(shù)據(jù)，在相關(guān)技術(shù)的支持下，強化數(shù)據(jù)獲取的速度，且數(shù)據(jù)記錄較完整。經(jīng)分析，壩軸線上游管水位隨庫水位變化較明顯，相關(guān)性好，軸線下游觀測管多數(shù)管水位變化幅度小，個別如0+279?管、0+947?管管水位略有起伏，近似呈一條直線，且0+947?管管水位低于下游0+947?、0+947④管水位，觀測數(shù)據(jù)出現(xiàn)異常，0+947④管管水位呈周期性波狀變化，可能受季節(jié)降雨影響，建議對新浸潤線管要進一步檢查，對存在問題觀測管分析產(chǎn)生問題的原因，據(jù)此采取相應(yīng)的處理措施。

參考文獻

[1]江超，劉巖松.轉(zhuǎn)角樓水庫大壩滲流監(jiān)測資料分析[J].大壩與安全，2018（10）：17-19.

收稿日期：2019-07-26

作者簡介：趙麗朋（1981—） ，男，河南禹州人，本科，工程師，研究方向：水庫工程管理。