繞壩滲流監(jiān)測(cè)成果分析方法探討

王 鋒，季 昀

(1.國(guó)家能源局大壩安全監(jiān)察中心，浙江 杭州 311122；2.中國(guó)電建集團(tuán)華東勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限公司，浙江 杭州 311122)

1 繞壩滲流分析方法論述

繞壩滲流情況是分析水電站大壩兩岸防滲體系是否可靠的重要指標(biāo)。工程實(shí)踐中一般通過在大壩兩岸帷幕后沿流線方向布置若干地下水位孔，分析地下水位孔內(nèi)水位測(cè)值與上游水位的相關(guān)性來判斷是否存在繞壩滲流[1-2]。分析方法一般包括特征值統(tǒng)計(jì)分析、過程線趨勢(shì)性判斷等，但上述方法容易受到主觀定性判斷的影響，有時(shí)候僅通過分析特征值和過程線難以判斷繞壩滲流是否顯著。部分研究采用回歸分析方法[3-5]，建立孔內(nèi)水位與時(shí)效、溫度、上游水位、降雨等因素的數(shù)學(xué)關(guān)系，進(jìn)而分析孔內(nèi)水位變化與各因素的關(guān)系，但由于壩區(qū)兩岸山體滲流場(chǎng)較為復(fù)雜，很難用一個(gè)數(shù)學(xué)模型來反映各變量之間的相互關(guān)系，導(dǎo)致有些測(cè)點(diǎn)模型中上游水位因子未能入選，而對(duì)孔內(nèi)水位直接影響小的溫度和時(shí)效因子入選，導(dǎo)致模型不合理，且各分量占比情況也很難反映實(shí)際的繞滲情況。

2022年頒布實(shí)施的DL/T 2340—2021大壩安全監(jiān)測(cè)資料分析規(guī)程中繞壩滲流監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析時(shí)建議分析兩岸地下水位與上游水位的相關(guān)性來評(píng)價(jià)是否存在顯著繞壩滲流現(xiàn)象，兩岸壩肩運(yùn)行性態(tài)分析時(shí)應(yīng)結(jié)合兩岸地質(zhì)條件、繞壩滲流分析成果和壩體防滲分析成果，綜合分析滲透穩(wěn)定性[6]。根據(jù)規(guī)程要求，評(píng)判大壩兩岸防滲運(yùn)行狀態(tài)時(shí)，可以通過監(jiān)測(cè)水位孔與帷幕前水位的相關(guān)性來判斷。

經(jīng)過多年工程經(jīng)驗(yàn)的積累，繞壩滲流分析時(shí)常用的分析方法一是計(jì)算孔內(nèi)水位與上游水位的簡(jiǎn)單相關(guān)系數(shù)[7]，二是選取庫水位上升的典型時(shí)段，分析孔內(nèi)水位變幅與上游水位變幅之間的比值。簡(jiǎn)單相關(guān)系數(shù)可以反映兩組數(shù)據(jù)之間的變化規(guī)律，但其本身不具備物理意義，不能排除汛期降雨導(dǎo)致庫水位和孔內(nèi)水位同時(shí)升高的情況，筆者認(rèn)為不能因簡(jiǎn)單相關(guān)系數(shù)大于0.8就判斷存在繞壩滲流，或者小于0.5就不存在繞壩滲流情況，而是通過選取受降雨影響較小的庫水位上升時(shí)段，分析繞壩滲流孔內(nèi)水位變幅與上游水位變幅的比值來初步判斷繞滲典型性，本文將該比值定義為水位折減系數(shù)，具體計(jì)算公式如下：

(1)

其中，α為水位折減系數(shù)；[h1∶hn]為典型時(shí)段繞壩滲流孔內(nèi)水位序列；[H1∶Hn]為典型時(shí)段水庫水位序列。

當(dāng)計(jì)算折減系數(shù)大于0.5時(shí)，考慮存在繞壩滲流的可能，當(dāng)折減系數(shù)小于0.5時(shí)，認(rèn)為基本不存在繞壩滲流情況；但部分水庫庫容較小，降雨量增大與庫水位上升存在較好的相關(guān)性，導(dǎo)致壩后繞壩滲流孔孔內(nèi)水位與庫水位存在間接相關(guān)性，此時(shí)需要分析在不受降雨影響后相同庫水位時(shí)，孔內(nèi)水位是否存在下降，來進(jìn)一步確認(rèn)繞壩滲流的典型性。在分析水位折減系數(shù)的同時(shí)，還需要結(jié)合地質(zhì)條件、工程防滲體系布置情況、現(xiàn)場(chǎng)巡視檢查情況進(jìn)行是否存在繞壩滲流的綜合判斷。本文基于某工程繞壩滲流的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，采用水位變幅比值法來驗(yàn)證繞壩滲流分析過程。

2 典型工程繞壩滲流分析

某工程擋水建筑物為均質(zhì)土壩，壩體主要由砂質(zhì)黏土或礫質(zhì)黏土組成，最大壩高38 m，工程為三等工程，老壩體采用壩體防滲墻防滲，墻底嵌入弱風(fēng)化基巖3 m以上，壩體加高擴(kuò)建時(shí)新壩體采用混凝土面板與防滲墻連接，但防滲墻未延伸至兩岸壩肩山體內(nèi)。兩岸壩肩出露殘坡積礫質(zhì)黏土及強(qiáng)風(fēng)化花崗巖，巖土體透水性好，強(qiáng)風(fēng)化風(fēng)花崗巖呈中等～強(qiáng)透水狀。繞壩滲流監(jiān)測(cè)在左岸沿水流方向布置5支測(cè)壓管，編號(hào)L1～L5，在右岸沿水流方向布置5支測(cè)壓管，編號(hào)R1～R5，采用電測(cè)水位計(jì)人工觀測(cè)，觀測(cè)頻次為每周2次。各繞壩滲流孔特征值成果見表1，測(cè)值與水位和降雨量關(guān)系過程線見圖1，圖2。

表1 繞壩滲流孔特征值統(tǒng)計(jì)成果表

1)水位測(cè)值變化規(guī)律分析。

左岸繞壩滲流孔水位最大值在80.3 m～102.3 m之間，均發(fā)生于2018年9月3日，對(duì)應(yīng)上游水位101.6 m；右岸繞壩滲流孔水位最大值在80.9 m～97.6 m之間，除R3測(cè)點(diǎn)外均發(fā)生于2018年9月3日，對(duì)應(yīng)上游水位101.6 m。而歷年最高水位為101.90 m發(fā)生在2018年9月2日，自2018年8月26日至9月1日，壩址附近持續(xù)降雨，最大日降雨量達(dá)214 mm，累計(jì)降雨量為584.4 mm，持續(xù)降雨導(dǎo)致庫水位快速升高，而繞壩滲流孔內(nèi)水位受降雨量影響明顯，持續(xù)降雨致使邊坡地下水位明顯升高。

2)水位上升時(shí)段繞滲水頭折減分析。

位于左岸的L1測(cè)孔水位長(zhǎng)期高于庫水位，主要是由于該孔的管口高程為111.4 m，高于壩頂高程108 m，孔內(nèi)水位主要受降雨山體地下水的影響。其余各測(cè)點(diǎn)水位均有一定折減，距離帷幕較遠(yuǎn)的測(cè)點(diǎn)，水位較低。

選取2018年6月1日～2018年9月3日典型水位上升時(shí)段，統(tǒng)計(jì)繞壩滲流孔孔內(nèi)水位變幅占該時(shí)段庫水位變幅的比值，左岸除L1受山體水位影響明顯外，其余測(cè)點(diǎn)水位變幅占庫水變幅比值在0.35～1.08之間，有3個(gè)測(cè)點(diǎn)折減系數(shù)超過0.5；右岸測(cè)點(diǎn)水位變幅占庫水變幅比值在0.32～0.58之間，有3個(gè)測(cè)點(diǎn)折減系數(shù)超過0.5；但因?yàn)楸竟こ處烊荼容^小，庫水位隨降雨上升明顯，所以在強(qiáng)降雨后繞壩滲流孔內(nèi)水位上升是受上游水位繞滲影響，還是受山體水位升高影響需要進(jìn)一步分析。

3)繞滲典型性分析。

通過對(duì)過程線進(jìn)一步分析，庫水位從2018年6月1日的91.2 m上升至9月3日的101.65 m期間，左岸繞壩滲流孔L2，L3，L4在8月23日(對(duì)應(yīng)上游水位為98.08 m)前孔內(nèi)水位基本平穩(wěn)，比上游水位低9 m～12 m，在9月3日(對(duì)應(yīng)上游水位為101.65 m)觀測(cè)時(shí)均存在突增，之后逐漸下降，至12月時(shí)孔內(nèi)水位恢復(fù)到突增前水平。2018年9月～12月期間，庫水位基本保持在100 m附近運(yùn)行，期間降雨量較小，在上游水位持續(xù)保持高水位時(shí)，左岸繞滲孔內(nèi)水位逐步恢復(fù)至原來的水平，因此說明左岸繞滲孔水位升高主要受降雨影響，更多地表現(xiàn)為大氣降水補(bǔ)給與地下水位的關(guān)系，且與強(qiáng)降雨關(guān)系較為敏感，左岸繞壩滲流不明顯。

右岸繞壩滲流孔R(shí)1，R2，R3在自2018年6月起隨水位上升明顯，比上游水位低2 m～3 m，折減較小，在2018年9月～12月期間，庫水位基本保持在100 m附近運(yùn)行，期間降雨量較小，在持續(xù)保持高水位時(shí)，右岸繞滲孔內(nèi)水位沒有恢復(fù)至原來的水平，均高于上游水位上升期的孔內(nèi)水位，說明孔內(nèi)水位升高主要受上游水位升高和降雨共同影響，由此推測(cè)右岸存在一定的繞壩滲流現(xiàn)象。

4)兩岸防滲性能綜合評(píng)價(jià)。

地質(zhì)資料顯示，壩肩巖體透水性好，其中左岸壩肩全風(fēng)化花崗巖、強(qiáng)風(fēng)化花崗巖呈強(qiáng)透水性，右岸壩肩強(qiáng)風(fēng)化花崗巖屬于中等～強(qiáng)透水性；防滲墻未延伸至兩岸壩肩山體內(nèi)，防滲系統(tǒng)未封閉；現(xiàn)場(chǎng)檢查發(fā)現(xiàn)庫水位較低時(shí)未發(fā)現(xiàn)庫岸繞壩滲流情況，在歷史水位較高的情況下右岸壩肩存在出水點(diǎn)，這與采用本文提出的方法對(duì)繞壩滲流孔監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析得出的結(jié)論是一致的。綜上所述，本工程左岸壩肩繞壩滲流不明顯，右岸壩肩存在一定的繞滲情況，應(yīng)對(duì)右岸防滲系統(tǒng)進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)或重構(gòu)。

3 結(jié)語

對(duì)大壩兩岸防滲體系有效性進(jìn)行評(píng)價(jià)時(shí)，采用合適的方法分析兩岸繞壩滲流水位孔監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)是十分重要的。本文提出通過分析庫水位上升典型時(shí)段內(nèi)，繞壩滲流孔內(nèi)水位變幅占庫水位變幅的比值進(jìn)行繞滲初步判斷，然后在排除降雨影響后，對(duì)相同庫水位情況下孔內(nèi)水位變化進(jìn)一步分析，再結(jié)合地質(zhì)條件、防滲結(jié)構(gòu)布置、現(xiàn)場(chǎng)檢查情況等，可以更好地評(píng)價(jià)大壩兩岸防滲系統(tǒng)的實(shí)際運(yùn)行情況，經(jīng)過工程實(shí)例驗(yàn)證，采用本方法評(píng)價(jià)大壩繞壩滲流特性是可行的。