大寧調(diào)蓄水庫蓄水安全監(jiān)測分析

孫昊蘇，鮑維猛，丁 濤，商 奎，高 琦

（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)蓄水庫概況

北京市是南水北調(diào)中線工程的主要受水區(qū)之一，南水北調(diào)中線總干渠在北京市房山區(qū)北拒馬河中支南進入北京境內(nèi)為北京供水，主要供給北京的城市生活用水和工業(yè)用水，供水保證要求高，而南水北調(diào)輸水線路長，沿線用戶多，年際年內(nèi)分配不均勻等問題均影響到北京的供水保證率。如何安全穩(wěn)定地為北京生產(chǎn)、生活供水，調(diào)蓄問題就尤為重要。

大寧水庫位于北京市房山區(qū)大寧村北，與其下游的稻田水庫及馬廠水庫組成永定河滯洪水庫，共同滯蓄永定河超過2 500 m3/s的洪水[1]。大寧水庫庫容、水位等工程條件具備調(diào)蓄南水北調(diào)來水，提高北京城市供水保證率的條件。因此，大寧調(diào)蓄水庫工程在大寧水庫承擔(dān)原設(shè)計防洪任務(wù)的基礎(chǔ)上，增加了水庫作為南水北調(diào)調(diào)蓄水庫的功能，以充分發(fā)揮水庫防洪、供水效益。工程內(nèi)容主要包括庫區(qū)防滲、新建泵站及庫尾橡膠壩、改造及維護庫區(qū)現(xiàn)狀建筑物等。南水北調(diào)中線工程總干渠從大寧調(diào)蓄水庫庫區(qū)穿過。

大寧調(diào)蓄水庫通過暗涵與總干渠大寧調(diào)壓池相接，綜合分析大寧調(diào)壓池特征水位及水庫現(xiàn)狀工程條件等因素，確定大寧調(diào)蓄水庫正常蓄水位與調(diào)壓池設(shè)計流量對應(yīng)水位一致，為56.40 m，相應(yīng)調(diào)蓄庫容3 116萬m3；調(diào)蓄水庫最高蓄水位為58.50 m，相應(yīng)調(diào)蓄庫容為3 753 萬m3。從不影響大寧水庫承擔(dān)防洪任務(wù)出發(fā)，汛限水位即為水庫原設(shè)計庫底高程48.00 m。水庫設(shè)計洪水位維持原設(shè)計洪水位61.01 m，水庫校核洪水位維持原校核洪水位61.21 m[2]。

大寧調(diào)蓄水庫工程為Ⅱ等，主要建筑物按2 級建筑物設(shè)計，洪水標準為100 a一遇洪水設(shè)計。大寧調(diào)蓄水庫作為南水北調(diào)調(diào)蓄水庫的功能，解決南水北調(diào)來水與本地用水流量不匹配時的調(diào)蓄問題，調(diào)節(jié)容量為3 753萬m3，水面面積270萬m2。大寧調(diào)蓄水庫采用塑性混凝土防滲墻垂直防滲，沿水庫中堤、西堤、副壩及庫尾橡膠壩底部新建塑性混凝土防滲墻，防滲墻軸線總長約7.84 km，副壩區(qū)域采用帷幕灌漿方式防滲。

2 大寧調(diào)蓄水庫本次蓄水情況

為迎接2020 年南水北調(diào)中線工程全線竣工驗收，2019 年11 月—2020 年6 月期間，南水北調(diào)中線干線北京段工程，即惠南莊泵站至團城湖調(diào)節(jié)池段工程將進行全線檢修。檢修前將進行城市供水水源切換，并排空干線余水，干線富余水量將退入大寧調(diào)蓄水庫進行調(diào)蓄。

2019年10月15日—11月2日，大寧調(diào)蓄水庫累計接收干線余水1 985.98 萬m3，水庫水位由45.95 m提升至55.76 m。

3 蓄水期安全監(jiān)測情況

水庫水位短期內(nèi)迅速上漲，可能對水庫的工程結(jié)構(gòu)安全有一定的影響。為此，適時加密監(jiān)測頻次，及時分析監(jiān)測數(shù)據(jù)，掌握工程情況，對確保水庫蓄水期間工程安全運行有著重要作用。

大寧調(diào)蓄水庫安全監(jiān)測項目主要包括：水工建筑物（防滲墻，主、副壩）沉降監(jiān)測、地下水位監(jiān)測、防滲墻應(yīng)力應(yīng)變監(jiān)測等。

3.1 測點分布

防滲墻及主副壩沉降監(jiān)測點共21 個，其中中堤5 個、西堤3 個、主壩壩頂4 個、副壩壩頂9 個。主壩壩坡沉降監(jiān)測點10個。

防滲墻應(yīng)變計和無應(yīng)力計總計48 支，埋設(shè)于防滲墻內(nèi)部。采用基康儀器（北京）有限公司的BGK-4200 型儀器，測量范圍3 000 μξ，分辨率1.0 μξ，精度2.0%FSR，線性度2.0%FSR。

地下水位監(jiān)測分為2 類，分別為地下水位井監(jiān)測和測壓管監(jiān)測，水庫周邊設(shè)置地下水位井8眼，主壩埋設(shè)測壓管8支。

3.2 數(shù)據(jù)采集頻次

根據(jù)2019 年大寧調(diào)蓄水庫安全監(jiān)測項目工作計劃，并參照相關(guān)規(guī)范以及大寧調(diào)蓄水庫的運行工況，確定防滲墻應(yīng)變和庫水位監(jiān)測頻次為1 次/6 d，水位井和測壓管水位監(jiān)測1次/10 d，防滲墻、主副壩垂直位移監(jiān)測1次/10 d，其他外觀變形監(jiān)測1次/月，氣象環(huán)境量采用小型自動化氣象站每小時進行一次記錄。2019 年10 月為配合北京市南水北調(diào)干線工程停水檢修，自10月15日開始大寧調(diào)蓄水庫蓄水量快速增加，因此對庫區(qū)水位、地下水位和主壩區(qū)測壓管水位進行加密觀測。蓄水期庫區(qū)水位監(jiān)測頻次調(diào)整為1 次/d，水位井和主壩測壓管水位監(jiān)測頻次調(diào)整為1次/5 d，蓄水結(jié)束后，恢復(fù)原監(jiān)測頻次。

3.3 數(shù)據(jù)分析方法

水工建筑物的沉降值通過累計變化量反映，沉降觀測測量儀器為徠卡DNA03電子水準儀及2 m銦鋼尺，沉降變形觀測參照二等水準方法進行[3]。將原始監(jiān)測數(shù)據(jù)校核、修正后，按照儀器的安裝斷面進行整理。地下水位井觀測周邊地下水位變化情況，對主壩測壓管管口高程進行校核，按照三等水準測量標準進行測壓管管頂高程測量。數(shù)據(jù)采集通過基康BGK-408 振弦讀數(shù)儀讀取，測量精度0.05 %，時基精度0.01%，根據(jù)監(jiān)測數(shù)據(jù)分析具體斷面水位變化情況。

4 大寧調(diào)蓄水庫蓄水期間安全監(jiān)測結(jié)果分析

4.1 沉降變化分析

（1）防滲墻沉降監(jiān)測。水庫蓄水以及地質(zhì)條件變化可能引起防滲墻沉降，通過沉降觀測能夠直接了解防滲墻的穩(wěn)定性和可靠程度。大寧調(diào)蓄水庫防滲墻沉降觀測結(jié)果，詳見表1。2019年10月14日—11月8日，防滲墻各測點沉降量穩(wěn)定，未出現(xiàn)趨勢性沉降變形。

表1 大寧調(diào)蓄水庫防滲墻沉降觀測結(jié)果

（2）主副壩壩頂沉降監(jiān)測。水庫蓄水、暴雨以及地質(zhì)條件變化可能引起主副壩壩頂沉降變化[4]，通過沉降觀測能夠直接了解主副壩的穩(wěn)定性和可靠程度[5]。大寧調(diào)蓄水庫主副壩壩頂沉降觀測結(jié)果，詳見表2。2019年10月14日—2019年11月8日，主副壩壩頂各測點沉降量穩(wěn)定，未出現(xiàn)趨勢性沉降變形。

表2 大寧調(diào)蓄水庫主副壩壩頂沉降觀測結(jié)果

（3）主壩壩坡沉降監(jiān)測。水庫蓄水、暴雨以及地質(zhì)條件變化可能引起主壩壩坡沉降變化，通過沉降觀測能夠直接了解主壩壩坡的穩(wěn)定性和可靠程度。大寧調(diào)蓄水庫主壩壩坡沉降觀測結(jié)果，詳見表3。2019年10月14日—11月8日，主壩壩坡各測點沉降量穩(wěn)定，未出現(xiàn)趨勢性沉降變形。

表3 大寧調(diào)蓄水庫主壩壩坡沉降觀測結(jié)果

4.2 地下水位變化分析

（1）地下水位井觀測數(shù)據(jù)分析。環(huán)大寧調(diào)蓄水庫一周設(shè)置地下水位井8 眼（G2 井因河西支線工程施工封閉未監(jiān)測）。2019 年10 月14 日—11月26 日間，地下水位變化總體穩(wěn)定，但G11 地下水位發(fā)生突變，較前次監(jiān)測上漲近1.4 m，如圖1 所示。初步分析是因為副壩采用帷幕灌漿方式進行防滲，相對于塑性混凝土防滲墻，防滲效果稍差，至11 月末該區(qū)域地下水位約為43 m，仍明顯低于庫區(qū)水位。

（2）測壓管觀測數(shù)據(jù)分析。大寧調(diào)蓄水庫主壩共設(shè)置測壓管8 支，位于主壩背水面，上下兩層各布置4 支。主壩測壓管水位變化總體穩(wěn)定，但上4、下4 測壓管數(shù)值變化明顯，如圖2 所示。初步分析是4 點位置靠近副壩，受副壩附近地下水位上升影響所致。

圖1 地下水位井水位監(jiān)測結(jié)果

圖2 主壩測壓管水位監(jiān)測結(jié)果

4.3 應(yīng)力應(yīng)變分析

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

監(jiān)測結(jié)果表明，2019 年10 月14 日—11 月12 日間，各監(jiān)測斷面防滲墻塑性混凝土應(yīng)變測值穩(wěn)定。各測點應(yīng)變值均小于塑性混凝土的允許應(yīng)變值（±2 000 μξ）。

綜上所述，大寧調(diào)蓄水庫在本次蓄水工作期間，水工建筑物沉降、地下水位波動、防滲墻應(yīng)力應(yīng)變表現(xiàn)總體正常。因副壩采用帷幕灌漿方式進行防滲，相對于塑性混凝土防滲墻，防滲效果稍差?，F(xiàn)狀水庫水工建筑物狀態(tài)穩(wěn)定，水庫運行安全。

5 結(jié)論和建議

大寧調(diào)蓄水庫蓄水期間安全監(jiān)測數(shù)據(jù)表明，大寧調(diào)蓄水庫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；水庫周邊地下水位受水庫水位變化影響較小，副壩區(qū)域因防滲措施不同，防滲效果稍差；未來應(yīng)當繼續(xù)開展安全監(jiān)測工作，及時掌握水庫水工建筑物運行情況，加大巡查力度，增大巡檢頻次，重點關(guān)注副壩區(qū)域地下水位變化情況和水工建筑物運行情況，確保水庫調(diào)度平穩(wěn)、運行安全。