光華水庫安全監(jiān)測資料分析

鄧世紅

（江西省贛西土木工程勘測設(shè)計院，江西宜春，336000）

0 引言

光華水庫于1973年9月動工興建，1976年12月基本建成并開始受益，后經(jīng)多次加固達到現(xiàn)有規(guī)模。最后一次除險加固工程于2009年10月開工建設(shè)，2010年11月主體工程完工，2010年12月8日水庫除險加固工程通過了竣工驗收鑒定。光華水庫竣工驗收已近10年時間，依據(jù)大壩定期安全鑒定制度，為確保大壩安全的前提下充分發(fā)揮工程效益，需對水庫運行情況進行安全評價。安全評價包括：大壩現(xiàn)場安全檢查及檢測、安全監(jiān)測資料分析、工程質(zhì)量評價、運行管理評價、防洪能力復(fù)核、滲流安全評價、結(jié)構(gòu)安全評價、金屬結(jié)構(gòu)安全評價及大壩綜合評價等[1]。本文根據(jù)測壓管的滲流觀測數(shù)據(jù)，分析測壓管水位與庫水位過程線變化規(guī)律，結(jié)合測壓管水位與庫水位相關(guān)性分析，對大壩運行過程中的滲流情況作出評價，并找出大壩運行存在的問題。

1 工程概況

光華水庫位于江西省宜豐縣石市鎮(zhèn)竹源村，距宜豐縣城約16km，屬贛江水系錦河北岸支流界溪港水。壩址以上控制流域面積15.6km2，水庫總庫容1 640萬m3，校核洪水位77.32m（P=0.1%）（黃海高程，下同），設(shè)計洪水位76.85m（P=2%），正常蓄水位 76.00m，設(shè)計灌溉面積1.8萬畝，有效灌溉面積1.2萬畝，實際灌溉面積0.7萬畝，是一座以灌溉為主，兼顧防洪、養(yǎng)殖等綜合利用的中型水庫樞紐工程?，F(xiàn)狀樞紐工程主要建筑物有主壩，東一、二、三、四、五副壩，西一、二、三副壩，溢洪道，主壩壩下涵管及西二副壩壩下涵管[2]。

2 監(jiān)測系統(tǒng)完備性評價

中型水庫監(jiān)測項目必須有：水庫水位、雨量、大壩位移、沉降、浸潤線[3]及滲流量[4]等。目前光華水庫主壩上下游設(shè)置了測壓管，壩腳設(shè)置了量水堰，人工觀測水位尺等設(shè)施；水庫安裝了水、雨情等監(jiān)測系統(tǒng)[5]。2010年加固后，主壩在樁號0+132、0+194.5兩個斷面各布置一排測壓管，共布置7根測壓管。經(jīng)現(xiàn)場檢查，水庫水雨情觀測設(shè)施完善；主壩量水堰完好；主壩7根壩體測壓管有1根存在堵塞（P12），其余全部完好。

根據(jù)水庫管理單位提供資料，自2009年加固后，光華水庫庫水位、降雨量記錄時間從2015年1月1日開始，自動觀測，頻率為每天記錄一次；測壓管、滲流量觀測記錄時間從2013年2月5日開始，人工觀測，頻率為每月觀測3～9次，滿足規(guī)范要求。所有監(jiān)測資料能夠每年及時進行整編。

光華水庫監(jiān)測項目基本齊全，監(jiān)測設(shè)施埋設(shè)布置合理，2個斷面上測點數(shù)均不小于3個，滿足規(guī)范要求，監(jiān)測設(shè)施完備性評價結(jié)論為基本完備。

3 監(jiān)測資料可靠性評價

經(jīng)檢查，所有監(jiān)測儀器選型合適，埋設(shè)安裝均滿足規(guī)范要求；本次收集測壓管觀測數(shù)據(jù)從2013年2月5日至2019年3月29日，數(shù)據(jù)連續(xù)。共收集5 004個數(shù)據(jù)，少量數(shù)據(jù)存在人工讀數(shù)誤差，排除人工誤差數(shù)據(jù)78個，觀測數(shù)據(jù)合格率98.44%，觀測數(shù)據(jù)準(zhǔn)確，監(jiān)測資料可靠性評價結(jié)論為可靠。

4 滲流觀測資料分析

4.1 觀測資料整理

根據(jù)已收集的觀測資料，本次整理的壩體測壓管觀測資料為主壩7個測點，自2013年2月5日至2019年3月9日的觀測資料。為保證分析工作建立在可靠的資料上，對觀測資料認(rèn)為測錯、讀錯或?qū)戝e等人為造成的數(shù)據(jù)進行剔除，并繪制了庫水位～測壓管水位過程線圖。詳見圖1、圖2。

由圖1、圖2看出，位于心墻前測壓管P11實測滲壓水位與上游庫水位接近，變化過程與上游水位一致，符合心墻前滲流規(guī)律[6，7]。由于大壩上游側(cè)現(xiàn)有砼護坡，透水性差，庫水位下降后管內(nèi)水體不易消散，故從圖1看出在庫水位下降時上游側(cè)P11測壓管水位高于庫水位。心墻后的第一根測壓管（P12、P22）各測壓管實測滲壓水位明顯低于庫水位，滲壓水位變化趨勢平穩(wěn)，表現(xiàn)出明顯的年周期性，未見異常發(fā)展趨勢，且越往下游，測壓管實測滲壓水位逐漸降低[8]。滲壓水位升降起伏較庫水位的變化存在一定的滯后效應(yīng)[9]。上述規(guī)律符合心墻土壩橫斷面滲流壓力基本分布規(guī)律。

圖1 主壩P11～P14庫水位～測壓管水位過程線圖

4.2 相關(guān)性分析

測壓管的滲壓水頭的大小與上下游水位變化幅度、降雨量以及筑壩材料的滲透性能等因素有關(guān)。在滲流過程中，滲流水克服土體的阻力，從上游滲到測點位置需要一定的時間，因此滲壓水頭與前期庫水位有關(guān)。由于隨著時間的推移，土體孔隙的變化以及壩上游淤積等都可能影響滲壓水頭，因此，影響監(jiān)測效應(yīng)量的主要因素最終歸結(jié)為水頭、溫度、時效和降水等。一般用函數(shù)形式表示為：

Y=f1（H）+f2（T）+f3（θ）+f4（J）

式中：Y為滲流監(jiān)測效應(yīng)量；f1（H）為水頭分量；f2（T）為溫度分量；f3（θ）為時效分量；f4（J）為降水分量。

溫度變化對土石壩測壓管管水位升降影響因素極小，可不予考慮；降雨量自身沒有明顯規(guī)律性，其影響也復(fù)雜，分析中不作為因子分析。

根據(jù)運行管理單位提供的觀測資料，繪制了庫水位～測壓管水位過程線，詳見圖1、圖2，從圖中可以看出，測壓管水位時程曲線與庫水位時程曲線有相似性，并且管水位的升降起伏一般較庫水位的變化滯后一段時間，這表明管水位與庫水位是直接相關(guān)的。

圖2 主壩P22～P24庫水位～測壓管水位過程線圖

測壓管水位與庫水位之間的相關(guān)性分析按下式進行回歸分析擬合：

y=a+bx

式中：y為測壓管水位，m；x為庫水位，m；a、b 為擬合常數(shù)與系數(shù)。

對主壩P11、P12、P13、P14四根測壓管管水位與庫水位進行相關(guān)性分析，成果見表1及圖3、圖4。

圖3 P11測壓管水位與庫水位相關(guān)分析成果圖

圖4 P12測壓管水位與庫水位相關(guān)分析成果圖

由表1數(shù)據(jù)可知，位于心墻前測壓管P11實測滲壓水位與上游庫水位之間的相關(guān)系數(shù)較大，超過0.9，說明心墻前的滲壓水位受上游水位影響十分明顯，與過程線分析結(jié)論基本一致。位于心墻后的測壓管實測滲壓水位與上游庫水位之間的相關(guān)系數(shù)均不大。P22～P24測壓管越往下游實測滲壓水位與上游庫水位之間的相關(guān)系數(shù)越小，符合心墻土壩橫斷面滲流壓力基本分布規(guī)律，但P11～P14測壓管中P12測壓管實測滲壓水位與上游庫水位之間的相關(guān)系數(shù)出現(xiàn)了突然減小的情況，說明該測壓管存在異常，根據(jù)現(xiàn)場調(diào)查P12存在透水孔堵塞，這與相關(guān)性分析結(jié)論相吻合。

表1 測壓管水位與庫水位相關(guān)分析結(jié)果表

5 結(jié)論

光華水庫監(jiān)測項目基本齊全，監(jiān)測設(shè)施埋設(shè)布置合理，數(shù)量滿足規(guī)范要求，監(jiān)測設(shè)施基本完備。觀測數(shù)據(jù)準(zhǔn)確，監(jiān)測資料可靠。各斷面的測壓管數(shù)值大小較合理，從上游到下游呈逐漸遞減的趨勢，符合土石壩滲流的一般規(guī)律。測壓管水位時程曲線與庫水位時程曲線有相似性，并且管水位的升降起伏一般較庫水位的變化滯后一段時間，這表明管水位與庫水位是直接相關(guān)的。根據(jù)主壩測壓管實測資料進行相關(guān)及反演分析，壩體實際浸潤線與壩體理論計算浸潤線基本相符，各種工況下主壩砼防滲墻、下游壩坡出逸坡降均小于允許滲透坡降，理論計算不會產(chǎn)生滲透破壞。由于維護不當(dāng)，主壩 P12壩體測壓管堵塞，測值精度一般，建議對測壓管進行靈敏度測試，必要時進行沖洗，同時加強對大壩的巡視檢查，發(fā)現(xiàn)問題及時處理。