尔王庄水库测压管观测数据分析

王 超 ，周 国 ，戴克义 ，陈卫清

（1．天津市引滦工程尔王庄管理处，天津 301802；2．天津市农工商宏达总公司，天津 300381）

尔王庄水库测压管观测数据分析

王 超1，周 国1，戴克义2，陈卫清1

（1．天津市引滦工程尔王庄管理处，天津 301802；2．天津市农工商宏达总公司，天津 300381）

测压管是观测堤坝运行情况的重要设施，由于观测数据量大，甄别分析选用工作强度高等，所以选用合理的分析模型进行及时分析显得尤为重要。以天津市尔王庄水库多年观测数据为例，通过测压管观测数据资料整理与选用、位势分析及等水位线圆分析法，分别建立分析模型，得出尔王庄水库堤坝渗流严重的坝段，并通过实际现场观察校验。

测压管；观测数据；分析研究

1 工程概况

尔王庄水库位于天津市宝坻区南部，是引滦工程的重要组成部分，水库为中型平原水库，其主要作用是调蓄。水库库底平均标高1．4m（黄海高程），设计水位5．5m，死水位2．0m，相应总库容4530万m3，有效库容3868万m3，死库容662万m3。 水库围堤为碾压式均质土坝，坝体全长14297m，坝顶高程7．04m，坝顶宽7m，坝顶设浆砌石防浪墙，墙高1．2m，坝体上游迎水坡为浆砌石护坡，坡比为1∶3，下游坡为草皮护坡，坡比为1∶3。

尔王庄水库大坝在除险加固工程实施前大坝坝体为3类坝，坝顶高程不满足规范要求；坝体沉降不稳定，变形裂缝严重，部分坝段坝体、坝基渗流严重，并存在地震液化的可能；大坝上游坡砌石护坡及防浪墙破损严重。为做好大坝除险加固工程设计工作，需对渗流稳定作进一步分析论证，对水库大坝多年测压管观测数据进行筛选和分析。

2 现场实测资料统计分析

尔王庄水库测压管现场观测资料（1991～2000年）进行统计分析，对其加以系统整理和鉴别，进而以渗流理论为基础，对大坝渗流状况及稳定性进行分析评价。文中以1991年部分观测数据作为示例阐述分析过程和分析方法。

2．1 测压管水位相关分析

在正常情况下，测压管水位过程线的形状，靠上游的测压管大体上与水库水位过程线相似；靠下游的测压管则大体上与下游水位过程线相似。如果该过程线是一条不随时间变化的水平线，则表示该管已失效或该测压管所测位置土体的渗透性过小。如果某测压管水位在库水位较低时超过库水位，可能是以下原因所致：①土体透水性小，管内水体不易消散；②超静孔隙压力的作用；③不稳定渗流影响；④测管淤塞失灵。前3者属正常现象；后者需作检查修复。如果管水位忽高忽低，其过程线与库水位过程线毫无规律地相互交叉，这样的数据属反常现象。若过程线中出现个别峰谷值，说明该管的某些测次受到其他因素干扰（如降雨等），在分析时应剔除。

1991年测压管现场观测资料的量测间隔为2d，数据较齐全，除个别测点外，测压管水位与库水位具有较好的相关性，说明该年份的资料基本可用于渗流分析；图1为1991年断面0＋927的测压管水位过程线。测压管1Ⅰ的水位过程线与库水位过程线相关性很差，其变化几乎与库水位的变化没有任何关系。造成这种现象的原因很多，如地面降水的影响；测压管底部的地基不易透水；下游受淤泥堵塞，测管淤泥沉降密实；该测压管所监测位置坝体筑坝质量很好等。测压管1Ⅱ和1Ⅲ水位与水库水位相关性良好，几乎没有迟后时间。1Ⅲ测压管9月14号的管水位突然上升至2．27m，可能是受到降雨等影响，在进一步的水库水位与测压管水位的相关分析中，该测值应被剔除。图2是1Ⅰ，1Ⅱ，1Ⅲ测点的测压管水位相关线。图2a显示1Ⅰ测点凌乱，无法进行统计分析，即该测压管水位与库水位相关性很差。图2b显示测压管1Ⅱ测值的分布大体趋于一条直线，其回归方程为Y=0.79695+0.3434X，相关系数r=0.93304。图2c显示测压管1Ⅲ测值的分布也大体趋于一条直线，其回归方程为Y=0.70651+0.27491X，相关系数r=0.94226。因此，该断面的测压管1Ⅱ和1Ⅲ的数据可靠，可用于渗流分析。

图1 测压管水位过程线（0＋927，1991年）

图2 测压管水位相关图（0＋927，1991年）

经过对1991年8个断面 （0＋927、2＋926、4＋917、6＋921、8＋500，9＋920、11＋916、13＋402断面）的测压管水位与库水位相关分析结果列于表1。若相关系数r大于0．6，则认为测压管水位与库水位相关性良好，测压管数据可用于渗流分析。

表1 测压管水位与水库水位相关分析结果

2．2 测压管位势分析

测压管位势指测压管水头在渗流场中占总渗流水头的百分数。流场中某一固定位置的测压管位势，将与上下游水位的绝对值无关。同时，在上下游水位变化时，只要边界几何形状，即测管在渗径长度上的相对位置不变，测压管位势也是不随时间改变的常数。一旦位势随时间发生了变化，则意味着流场介质（土体）发生了变化。任一测压管位势：

式中 hi为第i根测压管的水位；H1和H2分别为相应的上下游水位。

为方便鉴别，可以绘出以（hi－H2）为纵坐标，（H1－H2）为横坐标的散点图帮助鉴别，当测点密集于一条直线上时，说明该管位势可视为常数，其直线的斜率即其平均位势值；否则，表明位势随水头而变，不能视为常数。当下游水位近似于常数，测压管水位与库水位的相关性良好时，可免做位势统计。

图3为1991年13＋402断面测压管13＋402Ⅰ、13＋402Ⅱ和13＋402Ⅲ的位势图。图中显示各测压管测值基本密集在一条直线上，说明渗流趋于稳定。图中直线的斜率即为个测压管的平均位势，其值分别为0．580、0．491、0．394。

图3 测压管位势图（13＋402断面，1991年）

根据1991年测压管资料，各典型断面测测压管位势分析结果列于表2。

表2 1991年测压管位势分析结果

2．3 测压管等水位线

将各断面测压管水位相同的点连线，形成等水位线图。可以反映坝基地下水位的流态和主要渗流通道。图4，5中，最外侧的圆表示水库圆周坝段，其上的编号为桩号；最内侧的圆表示库水位；3个实线圆表示测压管的位置；虚线为等水位线。图形中向外凸出的地方，坝基水位高，抗渗能力差；图形中向内凹进的地方，坝基水位较低，抗渗能力好。

图4和图5给出了库水位为5．79m和5．47m时的测压管等水位线图，从图中等水位线的分布趋势可以看出尔王庄水库堤坝的渗漏问题主要发生：①桩号为9＋500～11＋500坝段范围内，②桩号为13＋000～0＋000～1＋500坝段范围内。

图4 库水位为5．79m时的测压管等水位线图（1991年资料）

图5 库水位为5．47m时的测压管等水位线图（1991年资料）

通过对1991年测压管观测数据进行整理筛选和分析后，发现桩号8＋700～13＋200之间坝段、 桩号1＋000～2＋000之间坝段、桩号3＋600～5＋000之间坝段渗漏问题严重，且在日常的巡视检查中发现明渠护砌挡土墙大面积坍塌、明流、围堤马道有积水等问题恰恰都集中在这几个坝段之间，验证了利用测压管数据分析得出渗流坝段的结果。

3 结语

天津市尔王庄水库除险加固工程已经完工，防渗加固效果十分明显，对测压管多年的观测数据的选用和分析为工程设计提供了重要的理论依据。

［1］SL60—94，土石坝安全监测技术规范［S］

［2］华北水利水电学院．水库工程检查观测［M］．北京：水利水电出版社，1979．

［3］SL60—94，土石坝安全监测技术规范［S］．

［4］李均纯．土坝裂缝及其观测分析［M］．北京：水利电力出版社，1979．

［5］刘玉峰，王消川．对土石坝渗流安全监测仪器的几点认识［J］．大坝观测与土工测试，2000，24（5）：11－13．

［6］吴中如，沈长松，阮焕祥．水工建筑物安全监控理论及其应用［M］．南京：河海大学出版社，1990．

［7］刘洵，方朝阳．土石坝测压管水位观测资料分析［J］．中国农村水利水电，2001（7）．

［8］陈伟锋，肖焕雄．截流戗堤的渗漏分析及其计算［J］．武汉大学学报（工学版），2001（5）．

Analysis of piezometric obserwtions in Erwangzhuang reservoir dam

WANG Chao1，ZHOU Guo1，DAI Ke－yi2，CHEN Wei－qing1
（1．Luan River to Tianjin Project Management Dffice Erwangzhuang，Tianjin301802，China；2．Hong－Da Agriculture Industry Commerce General Company，Tianjin300381，China）

The piezometer is the important facilities to observe the dam operating condition，due to large amount of observational data， the intensity of screening of selected work is high， therefor， a reasonable analysis model selection and timely analysis is very important．To the years of observation data of Erwangzhuang reservoir case， By the sorting and selection of piezometric observational data， potential analysis and water level circle analysis， analytical models were established to arrive serious seepage dam in Erwangzhuang reservoir dam， and through the actual on－site observations of the calibration．

piezometer； observation data； analysis

TV697．2

A

1672-9900（2010）05-0078-03

2010－08－13

王超（1979－），男（汉族），天津武清人，主要从事水库大坝安全监测管理及工程技术管理工作，（Tel）15922206299。