昭平臺水庫大壩測壓管水位觀測數(shù)據(jù)分析

楊 軍，唐亞彬

(平頂山市昭平臺水庫管理局，河南 平頂山 467000)

1 工程概況

昭平臺水庫位于淮河流域沙潁河水系沙河上游，屬大(Ⅱ)型水庫。1958年5月興建，1969年6月基本建成，1970年正式投入運用，是一座以防洪、灌溉為主，結合發(fā)電、供水、養(yǎng)殖、旅游等綜合利用的水庫。校核洪水位180.94 m，設計洪水位177.89 m，正常蓄水位169.0 m，死水位159.0 m?？値烊?.85×108m3，興利庫容2.58×108m3，死庫容0.36×108m3。

水庫樞紐工程由主壩、副壩、溢洪道、非常溢洪道、輸水道等組成。主壩為黏土斜墻砂殼壩，壩頂長2 315 m，寬7 m，壩頂高程181.8 m。目前，主壩共有11個斷面30根測壓管，其中3個斷面9根測壓管為壩基測壓管，8個斷面21根測壓管為壩體浸潤線測壓管。

2 大壩測壓管相關數(shù)據(jù)收集與整理

測壓管水位采用電測水位法人工測量，每7天測量一次；滲流量觀測采用量水堰法，每7天測量一次；庫水位為逐日8點水位，庫水位和降水量采用昭平臺水文站測量值。本文主要分析主壩測壓管觀測數(shù)據(jù)，選取壩體浸潤線測壓管0+804-1、0+804-2、0+804-3和壩基測壓管1+690-1、1+690-2、1+690-3為研究對象，對所收集的近3年數(shù)據(jù)(2018-2020年)進行整理分析。由于存在不可避免的測量誤差、受降雨影響外水進入測壓管等造成數(shù)據(jù)異?，F(xiàn)象以及較多數(shù)據(jù)不便于圖表顯示，因此在統(tǒng)計分析前將每月第1周測量數(shù)據(jù)作為該月分析數(shù)據(jù)，另外3周的測量數(shù)據(jù)作為替補數(shù)據(jù)；對于異常數(shù)據(jù)，使用相鄰替補數(shù)據(jù)進行替換，形成完整的長序列觀測數(shù)據(jù)，排除干擾，提高分析的準確性。

3 大壩測壓管觀測數(shù)據(jù)分析

大壩測壓管水位觀測數(shù)據(jù)主要用來分析大壩滲流情況，根據(jù)昭平臺水庫工程地質和測壓管布置現(xiàn)狀，對主壩樁號0+804和1+690處的測壓管水位進行分析，采用的分析方法有過程線分析、相關性分析、位勢分析和比降分析。

3.1 過程線分析

過程線分析法是測壓管水位分析的常用方法，通過繪制庫水位、管水位、壩后水位、降雨量沿時間變化過程線，進行一致性判斷，初步分析大壩滲流情況。通常管水位的升降在短時段內滯后于庫水位，當以月為時間單位時，管水位的變化趨勢應當與庫水位一致。若管水位隨庫水位升降而升降，或變幅較小，可以初步認為大壩滲流正常。若管水位變化趨勢與庫水位相異，或庫水位變化較小，而管水位發(fā)生突變，不能直接認為大壩滲流異常，需要分析觀測數(shù)據(jù)的準確性和降雨影響。在排除上述原因后，還需要結合其他測壓管水位變化情況，以及其他分析方法進一步研究。選取主壩0+804斷面和1+690斷面測壓管水位在2018-2020年的統(tǒng)計資料，繪制過程線圖進行滲流分析，見圖1、圖2。

圖1 0+804斷面測壓管水位過程線圖

圖2 1+690斷面測壓管水位過程線圖

通過測壓管水位過程線可以看出，0+804斷面的3根壩體浸潤線測壓管水位與庫水位變化趨勢一致，且測壓管水位常年集中在146～149 m之間，低于庫水位，高于壩下水位，上游測壓管水位及水位變化幅度大于下游測壓管水位。初步分析，樁號0+804處壩體滲流正常。1+690斷面的3根壩基測壓管水位與庫水位變化趨勢一致性相對較差，測壓管水位出現(xiàn)波動，常年集中在148～152 m之間，低于庫水位，高于壩下水位，上游1+690-1測壓管水位明顯高于下游1+690-2和1+690-3測壓管水位。初步分析，樁號1+690處壩基測壓管可能易受降雨影響，滲流情況需進一步分析。

此外，1+690斷面為壩基測壓管，0+804斷面為壩體浸潤線測壓管，前者水位明顯高于后者。查閱大壩地形構造發(fā)現(xiàn)，壩底呈一定的傾斜坡度，樁號1+690處壩底高于樁號0+804處，故1+690斷面測壓管水位不能與0+804斷面測壓管水位直接比較，兩者不具有關聯(lián)性。

3.2 相關性分析

大壩測壓管水位與庫水位的相關性可建立一元線性回歸方程，根據(jù)斜率和相關性進行滲流分析。測壓管水位與庫水位的一元線性回歸方程，斜率用k表示，斜率越小表明壩體滲透系數(shù)越小，相反斜率越大則表明滲透系數(shù)越大。擬合直線用r表示相關系數(shù)，研究認為當r>0.8時，相關性較好；當0.8>r>0.4時，弱相關；0.4>r時，不相關[1]。選取主壩0+804斷面和1+690斷面測壓管水位在2018-2020年的統(tǒng)計資料，建立一元線性回歸方程，見表1。

表1 測壓管水位與庫水位相關性分析

通過測壓管水位與庫水位回歸方程可以看出，0+804斷面的3根壩體浸潤線測壓管水位與庫水位相關方程斜率k較小，相關系數(shù)r均大于0.8。分析認為，樁號0+804處黏土斜墻壩體滲透系數(shù)較低，防滲效果好，滲流穩(wěn)定；測壓管水位與庫水位相關性較好，壩體滲流主要來源于庫內水，外水不易進入，且壩體無裂縫。1+690斷面的1+690-1管斜率相對較大，1+690-2和1+690-3管斜率k較小；1+690-1管相關系數(shù)r在0.4～0.8之間，1+690-2和1+690-3管相關系數(shù)r小于0.4。分析認為，樁號1+690處壩基測壓管中，1+690-1管水位受庫水位影響較大，1+690-2和1+690-3管水位與庫水位相關性較??；該斷面防滲相對較為薄弱，總體尚好，無較大異常。

3.3 位勢分析

大壩測壓管滲流分析也可以采用位勢分析法，將測壓管水位轉換成相應的位勢。測壓管位勢是指測壓管水頭在滲流中占總滲流水頭的比值[2]，計算公式為Fi=(hi-H2)/(H1-H2)*100%，其中Fi為測壓管位勢，hi為測壓管水位，H1庫水位，H2為壩下水位。根據(jù)滲流原理，如果位勢發(fā)生變化，通常表明滲流發(fā)生了變化。當位勢增加時，壩體和壩基可能出現(xiàn)裂縫或其它損壞；當位勢不變或減小時，壩體和壩基滲流穩(wěn)定，工程安全[3]。根據(jù)前文分析可知，在0+804斷面壩體和1+690斷面壩基滲透系數(shù)小，需要整理觀測數(shù)據(jù)減小管水位滯后于庫水位的影響，使用高水位分析位勢。在2018-2020年，選取庫水位大于169 m的觀測數(shù)據(jù)進行計算，見表2。

表2 測壓管位勢統(tǒng)計表

根據(jù)測壓管位勢統(tǒng)計可以看出，0+804斷面和1+690斷面測壓管位勢基本保持不變，其中變幅最大的是1+690-1測壓管，最大位勢22.63，最小位勢21.75，變化幅度為0.88。分析認為，樁號0+804處壩體防滲體完好，無裂縫，滲流正常；樁號1+690處壩基無裂縫，滲流正常。

3.4 比降分析

大壩測壓管滲流分析還可以采用比降分析法。測壓管水位比降即上游測壓管與下游測壓管瞬時水位高度差與其相應水平距離之比，表示大壩斷面的水面坡度，也稱為水力坡度或水力坡降。比降分析就是計算出某一斷面測壓管之間的水力坡降，計算公式為i=H/L，其中i表示水力坡降，H表示同一斷面相鄰兩根測壓管水位差，L表示同一斷面相鄰兩根測壓管水平間距。如果i小于臨界水力坡降ier，則斷面滲流處于穩(wěn)定狀態(tài)；如果大于臨界水力坡降ier，不能直接認為斷面滲流出現(xiàn)問題，需進一步分析論證[4]。研究高水位滲流更具有意義，選擇2018年1月和2020年10月瞬時水位，見表3、表4。

表3 測壓管位水力坡降統(tǒng)計表(時間：2018年1月 庫水位：171.09 m)

表4 測壓管位水力坡降統(tǒng)計表(時間：2020年10月 庫水位：171.06 m)

根據(jù)資料記載，大壩樁號0+804處為河槽段，臨界水力坡降值0.1；樁號1+690處為臺地段，臨界水力坡降值0.2。表3和表4水力坡降計算結果顯示，0+804斷面和1+690斷面測壓管水力坡降均小于臨界水力坡降，且在庫水位相近的情況下，水力坡降不受時間變化影響，基本保持不變。分析認為，樁號0+804處壩體和樁號1+690處壩基滲流穩(wěn)定。

4 結 語

大壩滲流分析方式多種多樣，各有優(yōu)缺點。當某一項分析出現(xiàn)異常時，不能簡單地認為該處出現(xiàn)滲流問題，應當結合多種分析方式，相互比較驗證，才能得出更加科學、準確的結論。通過過程線分析、相關性分析、位勢分析和比降分析4種方式，對昭平臺水庫測壓管水位觀測資料進行分析。結果表明，樁號0+804處壩體和樁號1+690壩基無裂縫和破損，滲流正常穩(wěn)定，不存在滲漏隱患。