基于漳澤水庫(kù)滲流觀測(cè)資料的大壩運(yùn)行狀況評(píng)價(jià)

宋 倩

(山西漳澤水庫(kù)管理有限公司，山西 長(zhǎng)治 046021)

1 工程概況

漳澤水庫(kù)位于山西省長(zhǎng)治市，屬海河流域上游漳衛(wèi)南運(yùn)河水系，工程于1959年11月動(dòng)工興建，1960年4月竣工投入運(yùn)用。1989—1995年，水庫(kù)進(jìn)行了最全面、最徹底，規(guī)模和投資最大的一次改建。改建后大壩加高5.0m，壩頂高程達(dá)910.00m，正常蓄水位902.40m，設(shè)計(jì)洪水位903.61m，校核洪水位908.45m，洪水設(shè)計(jì)100年一遇、洪水校核2000年一遇，防洪標(biāo)準(zhǔn)達(dá)到部頒及國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。建庫(kù)60多年以來，大壩滲流觀測(cè)系統(tǒng)多次更新，積累了大量監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)。2017年漳澤水庫(kù)滲流監(jiān)測(cè)系統(tǒng)采用“測(cè)壓管+滲壓計(jì)及傳輸終端”模式，提升了數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性，2019年作為全國(guó)67座試點(diǎn)水庫(kù)(山西省第一座)接入“全國(guó)大型水庫(kù)安全監(jiān)測(cè)監(jiān)督平臺(tái)”。

2 大壩滲流觀測(cè)測(cè)點(diǎn)布置及工作方法

考慮到歷次滲流系統(tǒng)更新改造測(cè)點(diǎn)位置不同，本文以2017年改造完成后的滲流監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)作為基礎(chǔ)來分析漳澤水庫(kù)大壩滲流性態(tài)。

2017年水庫(kù)大壩滲流監(jiān)測(cè)斷面增加至9個(gè)(測(cè)點(diǎn)分布見表1和圖1～圖3)。由于壩面較長(zhǎng)、測(cè)點(diǎn)較多，在0+800和1+900斷面設(shè)置兩臺(tái)網(wǎng)關(guān)，網(wǎng)關(guān)收集滲流監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)傳輸至平臺(tái)。2018年1月1日以來，通過工作人員的管理及維修，大壩滲流監(jiān)測(cè)設(shè)備基本工作正常，每日0時(shí)、8時(shí)、16時(shí)采集數(shù)據(jù)，觀測(cè)時(shí)剔除錯(cuò)誤值后，取剩余數(shù)據(jù)平均值作為整編分析數(shù)據(jù)。

表1 水庫(kù)大壩滲流監(jiān)測(cè)測(cè)點(diǎn)統(tǒng)計(jì)

圖1 壩體測(cè)點(diǎn)布置

圖2 主壩壩基測(cè)點(diǎn)布置

圖3 副壩壩基測(cè)點(diǎn)布置

3 水雨情資料整編

3.1 降雨量和上游水位過程分析

水庫(kù)每年年初編制汛期調(diào)度運(yùn)用計(jì)劃經(jīng)批復(fù)后實(shí)施，按照上級(jí)要求上汛，汛限水位901.50m；7月15日進(jìn)入主汛期，汛限水位901.00m。2018年1月1日—2021年12月31日降雨量和上游水位過程線見圖4。

圖4 降雨量和上游水位過程線

由圖4可以看出:當(dāng)?shù)亟涤曛饕性?—8月，漳澤水庫(kù)每年約5月開始開閘放水至汛限水位，汛期過后蓄水至次年5月，中間時(shí)段會(huì)根據(jù)上下游要求進(jìn)行興利調(diào)度。特別是2021年10月，由于秋汛連續(xù)降雨導(dǎo)致庫(kù)水位超過歷史最大值(903.30m)至903.33m，后經(jīng)過上下游錯(cuò)峰調(diào)度，平安度過。

3.2 滲流監(jiān)測(cè)資料分析

通過繪制漳澤水庫(kù)滲流測(cè)點(diǎn)與庫(kù)水位和降雨量過程線，得知漳澤水庫(kù)滲流測(cè)點(diǎn)中有11個(gè)測(cè)點(diǎn)孔口封閉不嚴(yán)，降雨量較大時(shí)，會(huì)出現(xiàn)雨水灌入情況(見圖5)。排除降雨影響后，各斷面壩體(壩基)測(cè)壓管水位從上游到下游逐漸減小，符合土壩滲流規(guī)律。用最小二乘法計(jì)算分析各測(cè)點(diǎn)測(cè)值與庫(kù)水位相關(guān)關(guān)系(見表2)，除去降雨影響較大的測(cè)點(diǎn)外，只有500-4和1600-1測(cè)點(diǎn)(數(shù)據(jù)缺失嚴(yán)重)與庫(kù)水位相關(guān)系數(shù)小于0.3，相關(guān)性不強(qiáng)，其他測(cè)點(diǎn)均與庫(kù)水位相關(guān)性良好。

圖5 受降雨影響測(cè)點(diǎn)(300-2)數(shù)據(jù)過程線

表2 各測(cè)點(diǎn)測(cè)值與庫(kù)水位相關(guān)關(guān)系

通過計(jì)算各個(gè)斷面測(cè)點(diǎn)的滲流位勢(shì)百分?jǐn)?shù)，繪制位勢(shì)過程線，由于排除了降雨影響的時(shí)段，測(cè)點(diǎn)位勢(shì)變化不大，此處采取排除降雨影響的時(shí)段數(shù)據(jù)的位勢(shì)平均值表征各點(diǎn)位勢(shì)，計(jì)算位勢(shì)平均值(見表3)。

表3 各測(cè)點(diǎn)位勢(shì)平均值

從表3可以看出：壩體測(cè)點(diǎn)位勢(shì)斷面1>斷面2>斷面3，從上游至下游逐漸減小，符合一般滲流規(guī)律；副壩壩基測(cè)點(diǎn)位勢(shì)斷面4大于斷面5,越往下游位勢(shì)越小，符合土石壩滲流規(guī)律；主壩壩基測(cè)點(diǎn)位勢(shì)斷面4約等于斷面5,斷面6約等于斷面7，前者大于后者，越往下游位勢(shì)越小，符合土石壩滲流規(guī)律；副壩由于壩基較淺，壩腳與主壩壩腳在同一水平線上，相當(dāng)于下游均分布有滲水出口，其位勢(shì)規(guī)律與0+500斷面相同。

主壩由于壩基較深，除0+500斷面下游壩腳處有滲水出口導(dǎo)致上游壩基位勢(shì)(斷面4和斷面5)小于壩頂壩體位勢(shì)(斷面2)外，其余斷面上游壩基位勢(shì)均大于下游壩體位勢(shì)；0+500斷面下游壩腳處有滲水出口，導(dǎo)致0+500斷面上游壩基相比不同斷面相同位置的位勢(shì)最低，不超過30%，下游壩基相比不同斷面相同位置的位勢(shì)最低，不超過15%，500-4與庫(kù)水位相關(guān)性不強(qiáng)也是由此導(dǎo)致的。

通過繪制壩體滲流測(cè)點(diǎn)位勢(shì)過程線的趨勢(shì)線，計(jì)算趨勢(shì)線的斜率(見表4)。多項(xiàng)研究資料表明：位勢(shì)如果隨時(shí)間進(jìn)展呈上升趨勢(shì)，一般表示該處滲流向不利安全方向發(fā)展。從表4可以看出除去受降雨影響的測(cè)點(diǎn)不考慮外，只有300-3和760-3測(cè)點(diǎn)位勢(shì)斜率大于0，漳澤水庫(kù)滲流整體上是安全的。

表4 壩體滲流測(cè)點(diǎn)位勢(shì)過程線的趨勢(shì)線斜率

經(jīng)過汛期實(shí)地查看發(fā)現(xiàn)，由于在0+500斷面壩腳處布置了滲流匯水出口，出口直接連接下游河道，主壩下游壩腳壩體滲流測(cè)點(diǎn)(300-3、500-3、700-3和760-3)受下游水位波動(dòng)影響嚴(yán)重。具體表現(xiàn)為汛期泄水量較大時(shí)，河道水位抬高，會(huì)直接導(dǎo)致主壩壩腳處排水不暢，位勢(shì)增大。

4 大壩運(yùn)行狀況評(píng)價(jià)

根據(jù)滲流數(shù)據(jù)分析，各斷面壩體(壩基)測(cè)壓管水位從上游到下游逐漸減小，多數(shù)測(cè)點(diǎn)測(cè)壓管水位值均與庫(kù)水位相關(guān)性良好，多數(shù)測(cè)點(diǎn)位勢(shì)隨時(shí)間進(jìn)展呈下降趨勢(shì)。漳澤水庫(kù)大壩總體滲流性態(tài)是穩(wěn)定的。

具體分析特殊情況發(fā)現(xiàn)：2021年秋季庫(kù)水位上升下降速度較快時(shí)，斷面1測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù)均超過4年以來最大值，但是從過程線(見圖6)來看，只有長(zhǎng)時(shí)間持續(xù)的庫(kù)水位會(huì)對(duì)測(cè)點(diǎn)滲壓值產(chǎn)生實(shí)質(zhì)性影響，庫(kù)水位903.33m持續(xù)不到3天，便隨著合理調(diào)度迅速降低，測(cè)壓管測(cè)值并未突變，由此進(jìn)一步證明漳澤水庫(kù)大壩滲流是穩(wěn)定的。

圖6 斷面1測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù)過程線

汛期調(diào)度過程中發(fā)現(xiàn)主壩壩腳處匯水口水位上漲，水流幾乎停止(見圖7)，無向下游流動(dòng)的趨勢(shì)。經(jīng)巡查河道對(duì)比河道水位發(fā)現(xiàn)，下游河道水位較高，導(dǎo)致汛期泄水超過200m3/s時(shí)，壩腳處積水嚴(yán)重，滲透壓力較大。具體表現(xiàn)為300-3測(cè)點(diǎn)在2021年10月由于下游水位增大導(dǎo)致測(cè)值增加1m有余(見圖8)，調(diào)度完成后，測(cè)壓管水位下降緩慢，與其他斷面相同位置測(cè)點(diǎn)規(guī)律不同。故需進(jìn)一步評(píng)估壩腳處排水能力和河道泄流能力，提高大壩調(diào)度的安全系數(shù)。漳澤水庫(kù)多個(gè)滲流測(cè)點(diǎn)受降雨影響嚴(yán)重(見圖5)，主要原因?yàn)闇y(cè)點(diǎn)所在處為低洼狀態(tài)，且未設(shè)置相應(yīng)排水或防水措施，需進(jìn)一步維修，提高數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性。

圖7 秋汛調(diào)度時(shí)主壩壩腳處匯水口情況

圖8 300-3測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù)過程線

5 結(jié) 語

本文利用漳澤水庫(kù)四年來滲流觀測(cè)數(shù)據(jù)，繪制滲流過程線、位勢(shì)過程線和相關(guān)線，并采用最小二乘法，計(jì)算了滲流壓力與庫(kù)水位的相關(guān)系數(shù)以及位勢(shì)趨勢(shì)線的關(guān)系。結(jié)果表明：多數(shù)滲流測(cè)點(diǎn)與庫(kù)水位相關(guān)性明顯；滲流壓力從上游到下游逐漸減小；測(cè)點(diǎn)位勢(shì)隨時(shí)間進(jìn)展呈下降趨勢(shì)。通過數(shù)據(jù)分析和巡視檢查，漳澤水庫(kù)大壩滲流性態(tài)基本穩(wěn)定。該項(xiàng)分析過程和結(jié)果對(duì)監(jiān)控大壩安全運(yùn)行有重要作用。

特別需要指出的是，在2021年秋汛調(diào)度過程中，雖存在測(cè)壓管受降雨影響較大、壩腳排水不暢的問題，但上游第一個(gè)斷面的壩體測(cè)壓管水位并未隨著庫(kù)水位急劇變化，進(jìn)一步表明漳澤水庫(kù)滲流性態(tài)是穩(wěn)定的。通過滲流數(shù)據(jù)分析和實(shí)地巡視檢查可及時(shí)發(fā)現(xiàn)問題，為工程調(diào)度、維修養(yǎng)護(hù)提供數(shù)據(jù)支持，保障了大壩的安全運(yùn)行。