大寧調(diào)蓄水庫(kù)安全監(jiān)測(cè)成果分析

孫昊蘇 鮑維猛

(1.北京市南水北調(diào)大寧管理處，北京 102442；2.北京市水科學(xué)技術(shù)研究院，北京 100048)

1 大寧調(diào)蓄水庫(kù)概況

北京是南水北調(diào)中線(xiàn)工程的主要受水區(qū)之一，南水進(jìn)京改變了北京的供水格局，已成為北京城市用水主力水源，是北京供水安全的生命線(xiàn)。由于北京供水要求保證度高，南水北調(diào)輸水線(xiàn)路長(zhǎng)，沿線(xiàn)用戶(hù)又較多，水量年際年內(nèi)分配不均的問(wèn)題會(huì)制約北京的供水保證率，為安全穩(wěn)定地為北京供水，調(diào)蓄問(wèn)題尤為重要。

大寧調(diào)蓄水庫(kù)位于北京市房山區(qū)大寧村北，與其下游的稻田水庫(kù)及馬廠(chǎng)水庫(kù)組成永定河滯洪水庫(kù)，共同滯蓄永定河超過(guò)2500m3/s的洪水。為提高北京城市供水保證率，大寧調(diào)蓄水庫(kù)在承擔(dān)原設(shè)計(jì)防洪任務(wù)的基礎(chǔ)上，增加作為南水北調(diào)調(diào)蓄水庫(kù)的功能，2011年底完成水庫(kù)的改造?，F(xiàn)狀水庫(kù)主要水工建筑物包括7.84km防滲墻、主副壩、泄洪閘、稻田水庫(kù)進(jìn)水閘、西堤扶壁擋墻等。大寧調(diào)蓄水庫(kù)作為南水北調(diào)調(diào)蓄水庫(kù)，一定程度上解決了南水北調(diào)來(lái)水與本地用水流量不匹配時(shí)的調(diào)蓄問(wèn)題。水庫(kù)庫(kù)底平均高程43.00m，調(diào)蓄水位58.50～43.00m，設(shè)計(jì)洪水位61.01m，校核洪水位61.21m，最大可調(diào)蓄庫(kù)容汛期1006萬(wàn)m3，非汛期3753萬(wàn)m3，現(xiàn)水面面積約200萬(wàn)m2。

2 大寧調(diào)蓄水庫(kù)安全監(jiān)測(cè)項(xiàng)目及布置情況

大寧調(diào)蓄水庫(kù)安全監(jiān)測(cè)項(xiàng)目主要包括水工建筑物(防滲墻、主副壩、泄洪閘、稻田水庫(kù)進(jìn)水閘)沉降監(jiān)測(cè)、地下水位監(jiān)測(cè)、防滲墻應(yīng)力應(yīng)變監(jiān)測(cè)等。

2.1 測(cè)點(diǎn)分布

防滲墻及主副壩沉降監(jiān)測(cè)點(diǎn)共21個(gè)，其中中堤5個(gè)、西堤3個(gè)、主壩壩頂4個(gè)、副壩壩頂9個(gè)。主壩壩坡沉降監(jiān)測(cè)點(diǎn)10個(gè)，泄洪閘沉降監(jiān)測(cè)點(diǎn)11個(gè)，稻田水庫(kù)進(jìn)水閘沉降監(jiān)測(cè)點(diǎn)10個(gè)(見(jiàn)圖1)。

圖1 大寧調(diào)蓄水庫(kù)安全監(jiān)測(cè)測(cè)點(diǎn)布置示意

防滲墻應(yīng)變計(jì)和無(wú)應(yīng)力計(jì)總計(jì)48支，埋設(shè)于防滲墻內(nèi)部。采用BGK-4200型儀器，測(cè)量范圍3000μξ，分辨率1.0μξ，精度2.0%FSR，線(xiàn)性度2.0%FSR。

地下水位監(jiān)測(cè)分為地下水位井監(jiān)測(cè)和測(cè)壓管監(jiān)測(cè)2類(lèi)，水庫(kù)周邊設(shè)置地下水位井8眼，主壩埋設(shè)測(cè)壓管8支。

2.2 數(shù)據(jù)采集頻次

大寧調(diào)蓄水庫(kù)沉降觀(guān)測(cè)點(diǎn)于2015年9月底重設(shè)完畢，于10月啟用，保持?jǐn)?shù)據(jù)連續(xù)銜接。防滲墻、主副壩、泄洪閘、稻田水庫(kù)進(jìn)水閘沉降監(jiān)測(cè)頻次為1次/旬；防滲墻應(yīng)力應(yīng)變監(jiān)測(cè)頻次為1次/6天；主壩測(cè)壓管、地下水位井水位監(jiān)測(cè)頻次為1次/旬。

2.3 數(shù)據(jù)分析方法

水工建筑物的沉降值通過(guò)累計(jì)變化量反映，沉降觀(guān)測(cè)測(cè)量?jī)x器為電子水準(zhǔn)儀及2m銦鋼尺，沉降變形觀(guān)測(cè)參照二等水準(zhǔn)方法進(jìn)行。將原始監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)校核、修正后，按照儀器的安裝斷面進(jìn)行整理。地下水位井觀(guān)測(cè)周邊地下水位變化情況，對(duì)主壩測(cè)壓管管口高程進(jìn)行校核，按照三等水準(zhǔn)測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行測(cè)壓管管頂高程測(cè)量。數(shù)據(jù)采集通過(guò)振弦讀數(shù)儀讀取，測(cè)量精度0.05%，實(shí)際精度0.01%，根據(jù)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析具體斷面水位變化情況。

3 大寧調(diào)蓄水庫(kù)安全監(jiān)測(cè)結(jié)果分析

3.1 沉降變化分析

3.1.1 防滲墻沉降監(jiān)測(cè)

水庫(kù)蓄水以及地質(zhì)條件變化可能引起防滲墻沉降，通過(guò)沉降觀(guān)測(cè)能夠直接了解防滲墻的穩(wěn)定性和可靠程度。2012年1月—2018年12月，大寧調(diào)蓄水庫(kù)防滲墻累計(jì)沉降量變化范圍為-1.04～1.26mm，防滲墻各測(cè)點(diǎn)沉降量穩(wěn)定，未出現(xiàn)趨勢(shì)性沉降變形。

3.1.2 主副壩壩頂沉降監(jiān)測(cè)

水庫(kù)蓄水、暴雨以及地質(zhì)條件變化可能引起主副壩壩頂沉降變化，通過(guò)沉降觀(guān)測(cè)能夠直接了解主副壩的穩(wěn)定性和可靠程度。2012年7月—2018年12月，大寧調(diào)蓄水庫(kù)主副壩壩頂沉降量變化范圍為-0.65～2.17mm，主副壩壩頂各測(cè)點(diǎn)沉降量穩(wěn)定，未出現(xiàn)趨勢(shì)性沉降變形。

3.1.3 主壩壩坡沉降監(jiān)測(cè)

水庫(kù)蓄水、暴雨以及地質(zhì)條件變化可能引起主壩壩坡沉降變化，通過(guò)沉降觀(guān)測(cè)能夠直接了解主壩壩坡的穩(wěn)定性和可靠程度。2012年7月—2018年12月，大寧調(diào)蓄水庫(kù)主壩壩坡沉降量變化范圍為-2.23～0.35mm，主壩壩坡各測(cè)點(diǎn)沉降量穩(wěn)定，未出現(xiàn)趨勢(shì)性沉降變形。

3.1.4 泄洪閘沉降監(jiān)測(cè)

水庫(kù)泄洪以及地質(zhì)條件變化可能引起泄洪閘沉降變化，通過(guò)沉降觀(guān)測(cè)能夠直接了解泄洪閘的穩(wěn)定性和可靠程度，泄洪閘沉降點(diǎn)布置見(jiàn)圖2。

圖2 泄洪閘沉降點(diǎn)布置示意

2015年9月—2018年12月，大寧調(diào)蓄水庫(kù)泄洪閘沉降量變化范圍為-2.10～-0.23mm，泄洪閘各測(cè)點(diǎn)沉降量穩(wěn)定，未出現(xiàn)趨勢(shì)性沉降變形。

3.1.5 稻田水庫(kù)進(jìn)水閘沉降監(jiān)測(cè)

稻田水庫(kù)進(jìn)水閘退水以及地質(zhì)條件變化可能引起進(jìn)水閘沉降變化，通過(guò)沉降觀(guān)測(cè)能夠直接了解進(jìn)水閘的穩(wěn)定性和可靠程度，稻田水庫(kù)進(jìn)水閘沉降點(diǎn)布置見(jiàn)圖3。

圖3 稻田水庫(kù)進(jìn)水閘沉降點(diǎn)布置示意

2015年10月—2018年12月，稻田水庫(kù)進(jìn)水閘沉降量變化范圍為-2.31～-0.61mm，進(jìn)水閘各測(cè)點(diǎn)沉降量穩(wěn)定，未出現(xiàn)趨勢(shì)性沉降變形。

3.2 地下水位變化分析

3.2.1 地下水位井觀(guān)測(cè)數(shù)據(jù)分析

環(huán)大寧調(diào)蓄水庫(kù)設(shè)置地下水位井8眼。截至2018年12月，地下水位變化總體穩(wěn)定，水位突變的時(shí)段都與強(qiáng)降雨時(shí)間重合，如2012年“7·21”、2016年“7·20”，詳見(jiàn)圖4。地下水位井水位監(jiān)測(cè)結(jié)果表明：水庫(kù)周邊地下水位不隨水庫(kù)水位變化而變化，受強(qiáng)降雨的影響較大。

3.2.2 測(cè)壓管觀(guān)測(cè)數(shù)據(jù)分析

大寧調(diào)蓄水庫(kù)主壩共設(shè)置測(cè)壓管8支，位于主壩背水面，上下兩層各布置4支。受2016年“7·20”暴雨影響，主壩地下水位發(fā)生了明顯上漲，暴雨過(guò)后水位逐漸回落。2017年7月中旬開(kāi)始，受汛期降雨影響，主壩地下水位又逐步抬升。2018年主壩地下水位變化也符合這個(gè)規(guī)律。監(jiān)測(cè)結(jié)果表明：主壩區(qū)地下水位變化，主要受到降雨影響，至2018年12月，各測(cè)點(diǎn)水位基本保持在46.40m。主壩各測(cè)壓管水位-時(shí)間過(guò)程曲線(xiàn)見(jiàn)圖5。

圖4 地下水位井水位-時(shí)間過(guò)程曲線(xiàn)

圖5 主壩測(cè)壓管水位-時(shí)間過(guò)程曲線(xiàn)

3.3 應(yīng)力應(yīng)變分析

應(yīng)力應(yīng)變監(jiān)測(cè)主要利用埋設(shè)在防滲墻內(nèi)部的應(yīng)變計(jì)和無(wú)應(yīng)力計(jì)，總計(jì)48支。

監(jiān)測(cè)結(jié)果表明：截至2018年11月，各監(jiān)測(cè)斷面防滲墻塑性混凝土應(yīng)變測(cè)值穩(wěn)定。各測(cè)點(diǎn)應(yīng)變值均小于塑性混凝土的允許應(yīng)變值(±2000μξ)。部分測(cè)點(diǎn)測(cè)值出現(xiàn)波動(dòng)，主要是由于儀器本身測(cè)值不穩(wěn)定引起，且波動(dòng)變化量均較小，對(duì)塑性混凝土結(jié)構(gòu)無(wú)明顯影響。

綜上所述，大寧調(diào)蓄水庫(kù)自2011年底改建完成蓄水以來(lái)，經(jīng)歷了小流量輸水、高水位蓄水和特大暴雨的考驗(yàn)，水工建筑物沉降、地下水位波動(dòng)、防滲墻應(yīng)力應(yīng)變均表現(xiàn)正常?，F(xiàn)狀水工建筑物狀態(tài)穩(wěn)定，水庫(kù)運(yùn)行安全。水庫(kù)安全監(jiān)測(cè)對(duì)大寧調(diào)蓄水庫(kù)安全運(yùn)行有著十分重要的意義。

4 結(jié) 語(yǔ)

大寧調(diào)蓄水庫(kù)安全監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)表明：?大寧調(diào)蓄水庫(kù)水工建筑物在蓄水期間沉降穩(wěn)定，符合水工建筑物變形規(guī)律；?防滲墻內(nèi)部應(yīng)力應(yīng)變穩(wěn)定，未發(fā)生結(jié)構(gòu)性破壞；?水庫(kù)周邊地下水位受水庫(kù)水位變化影響較小，水庫(kù)防滲墻防滲效果明顯；?短時(shí)強(qiáng)降雨對(duì)周邊地下水影響較大，反應(yīng)迅速。安全監(jiān)測(cè)工作達(dá)到了預(yù)期目的，為水庫(kù)安全運(yùn)行提供了有效保障。