管水位限值表在陡河水庫(kù)滲流觀測(cè)中的應(yīng)用

□張靜宇

通過(guò)日常觀測(cè)數(shù)據(jù)，分析滲漏形成原因和解決辦法，結(jié)合文獻(xiàn)數(shù)據(jù)，得出管水位限值法是較為經(jīng)濟(jì)和實(shí)用的方法，可以及時(shí)準(zhǔn)確的掌握滲流情況，采取相應(yīng)堵漏措施，避免水量損失，使水庫(kù)降低運(yùn)行成本。

1.工程概況

陡河水庫(kù)位于唐山市開(kāi)平區(qū)雙橋鄉(xiāng)，距市區(qū)河北橋11km。陡河水庫(kù)是一座集防洪、發(fā)電與供水并重的大型水庫(kù)，不僅擔(dān)負(fù)著唐山市、豐南市、京山鐵路、京唐高速公路以及沿河兩岸防洪任務(wù)，同時(shí)還擔(dān)負(fù)著向唐山市區(qū)、南堡開(kāi)發(fā)區(qū)、曹妃甸工業(yè)園區(qū)供水和為豐南灌區(qū)輸水任務(wù)。陡河水庫(kù)于2003 年—2004 年通過(guò)一系列勘探后在東壩頭左岸山腳埋設(shè)測(cè)壓管22 個(gè)，作為浸潤(rùn)線觀測(cè)斷面，對(duì)繞壩滲漏進(jìn)行安全監(jiān)測(cè)。自2005 年，東壩頭左岸山坡腳水面線附近形成塌坑5 次，表明繞壩滲漏現(xiàn)象存在。在存在滲漏可能性壩體周邊選擇具有代表性橫斷面埋設(shè)測(cè)壓管，通過(guò)測(cè)量測(cè)壓管中水位獲得浸潤(rùn)線位置。目前正與上級(jí)相關(guān)部門進(jìn)行積極溝通解決問(wèn)題。

2.測(cè)壓管水位分析

2.1 定性分析

對(duì)2005 年山區(qū)測(cè)壓管觀測(cè)資料進(jìn)行分析，選擇有代表性的5 根測(cè)壓管，通過(guò)對(duì)庫(kù)水位、下游水位、測(cè)壓管水位、降雨量變化，可見(jiàn)東壩頭測(cè)壓管水位有以下特征。與測(cè)壓管關(guān)系最顯著的是庫(kù)水位，管水位隨庫(kù)水位變化而變化，由于滲透性較強(qiáng)，其入滲與排滲大致相等，滯后時(shí)間不明顯，在相關(guān)分析中可以認(rèn)為是同步；測(cè)壓管水位受下游水位和降雨量影響很小，在相關(guān)分析中可以忽略；3 個(gè)庫(kù)水位高點(diǎn)分別是4 月2 日、9 月15 日、12 月3 日，庫(kù) 水 位 分 別 是32.24m、32.55m、32.81m，9 月15 日庫(kù)水位高點(diǎn)較其他2 個(gè)高點(diǎn)對(duì)應(yīng)管水位高很多，表明豐水期由于山體地下徑流影響，山腳地下水位普遍抬高，庫(kù)水位抬高后堵塞部分地下水流出通路，繞過(guò)帷幕流向下游，滲徑延長(zhǎng)，故管水位升高較多，當(dāng)庫(kù)水位下降后，測(cè)壓管水位又較枯水期下降快。

2.2 回歸分析

去除受其它因素影響較大的點(diǎn)，選取測(cè)壓管水位與庫(kù)水位相關(guān)性較好的點(diǎn)，對(duì)2005 年測(cè)壓管水位與庫(kù)水位做統(tǒng)計(jì)分析，將管水位作為因變量y，庫(kù)水位作為自變量x 建立一元線性方程，以便對(duì)測(cè)壓管水位進(jìn)行變化趨勢(shì)預(yù)測(cè)。利用普通最小二乘法原理求出各測(cè)壓管回歸系數(shù)R 值均大于0.9，經(jīng)相關(guān)檢驗(yàn)分析得知，變量x 和y 之間線性關(guān)系成立，回歸方程能較好地反映東壩頭左岸在安全狀態(tài)下變化規(guī)律。對(duì)于實(shí)測(cè)水位值，代入該方程，即可求得相應(yīng)預(yù)測(cè)值，此值可以作為此處實(shí)測(cè)值的一個(gè)對(duì)比標(biāo)準(zhǔn)，測(cè)值越接近預(yù)測(cè)值越說(shuō)明正常。

3.測(cè)壓管水位限值表編制

在測(cè)壓管預(yù)測(cè)值分析中，由于滲流條件變化和各種環(huán)境因素影響，實(shí)測(cè)值總會(huì)與預(yù)測(cè)值產(chǎn)生或大或小偏移，在測(cè)壓管實(shí)測(cè)值和預(yù)測(cè)值之間有一個(gè)離差值，使用置信區(qū)間估計(jì)法確定離差控制范圍，繪制出測(cè)壓管水位限值表。離差選取根據(jù)概率論中3α 原則，采取簡(jiǎn)便預(yù)測(cè)區(qū)間近似解法，當(dāng)樣本n（n 大于30時(shí)）較大時(shí)，在一組大量同精度觀測(cè)中，離差R分布規(guī)律是正態(tài)分布，其標(biāo)準(zhǔn)差為σ，測(cè)壓管水位落在區(qū)間（-3σ，3σ）概率為99.7%。根據(jù)小概率事件原理，以3 倍標(biāo)準(zhǔn)差作為離差R 限值，作為測(cè)壓管水位正常值控制范圍，對(duì)正常變化范圍內(nèi)各水位值，計(jì)算出相應(yīng)測(cè)壓管水位變化區(qū)間，制成山區(qū)測(cè)壓管水位限值表，以方便對(duì)測(cè)壓管實(shí)測(cè)值進(jìn)行分析。2006 年為平水年，取高庫(kù)水位2 月24 日32.53m 和 低 庫(kù) 水 位12 月11 日30.84m，對(duì)測(cè)壓管限值表進(jìn)行檢驗(yàn)，各測(cè)壓管實(shí)測(cè)值與對(duì)應(yīng)庫(kù)水位預(yù)測(cè)區(qū)間進(jìn)行對(duì)比，均落在預(yù)測(cè)區(qū)間之內(nèi)，表明管水位限值表在平水年應(yīng)用是可行的。在豐水年由于地下徑流影響，可能出現(xiàn)個(gè)別管水位高于限值表中庫(kù)水位預(yù)測(cè)區(qū)間，庫(kù)水位回落至低點(diǎn)時(shí)，可能出現(xiàn)個(gè)別管水位低于限值表中庫(kù)水位預(yù)測(cè)區(qū)間。多數(shù)情況下，管水位實(shí)測(cè)值均在限值表預(yù)測(cè)區(qū)間之內(nèi)。

4.結(jié)語(yǔ)

采用一元線性回歸方程預(yù)測(cè)陡河水庫(kù)繞壩測(cè)壓管水位變化區(qū)間，有較高可信度，將實(shí)測(cè)管水位與預(yù)測(cè)區(qū)間上限進(jìn)行對(duì)比分析，在排除豐水年地下徑流影響后，能夠盡早發(fā)現(xiàn)東壩頭滲漏異常，并且根據(jù)實(shí)測(cè)管水位超出限值表上限值大小，快速找到滲漏異常位置，在最快時(shí)間內(nèi)采取措施，減少陡河水庫(kù)水量滲漏損失。