龙河口水库东大坝坝下渗流监测水位的重新确定

(安徽省龙河口水库管理处，安徽 舒城 231360)

1 工程概况

龙河口水库位于杭埠河上游安徽省舒城县境内，于1958年兴建，1970年基本建成，是一座以防洪、灌溉为主，结合发电、养殖、旅游、供水等综合利用年调节大(2)型水库。水库下游防洪保护舒城县城、万佛湖镇、三河镇等城镇和合九铁路、G3高速公路、206国道等重要基础设施，保护人口约100万、耕地约3.53万hm2； 设计灌溉面积约10.3万hm2。水库主坝由东大坝、西大坝组成，主河床位于东大坝中部，东大坝为黏土心墙砂壳坝，坝顶长320.0m，最大坝高33.8m，坝基为3～8m厚的砂砾石覆盖层。东大坝坝基渗水的主要部位为心墙底部河床砂砾石覆盖层，采用黏土心墙、混凝土防渗墙、黏土铺盖联合防渗。龙河口水库东大坝安全监测项目主要有变形监测和渗流监测。渗流监测包括渗流压力和渗流量观测。

2 坝下水位在渗流监测中的作用

坝下水位是渗流监测计算过程中的重要数据，直接影响安全监测分析结果的准确性，龙河口水库渗流安全监测防渗效果分析、位势分析、过程线分析、相关线分析，都直接采用坝下水位数据。

其中防渗效果分析：Eh=(上游水位-管水位)/(上游水位-下游水位)； 位势=(管水位-下游水位)/(上游水位-下游水位)； 过程线分析包括上游水位线、下游水位线、管水位过程线对比分析； 相关线分析包括上游水位线、下游水位线、相关线对比分析。

3 坝下水位历史沿用

在水库除险加固前，通过排水棱体后截渗沟内的渗流测定龙河口东坝坝下水位，排水棱体以平均每秒80L水量流入截渗沟，通过矩形量水堰用测针测出水位和流量。截渗沟沿东大坝坝脚排水棱体通长布置，渠内明流能够较全面真实地反映坝下水位，且测量简单准确，是确定坝下水位的最佳办法。然而，龙河口水库在除险加固中设置的混凝土防渗墙有效阻断了上游渗流，渗流量大幅减小，在2006年5月5日混凝土防渗墙合龙后，截渗沟内明流渗流消失，导致无法直接测量坝下水位数据。

4 利用坝下潜流管的水位确定坝下水位

坝下明流消失后准确确定坝下水位，是保障水库大坝渗流监测资料完整性、长期延续性、客观反映大坝安全状况必须要解决的问题。如仍使用截渗沟，对其挖深至坝下地下水水面再测量，不仅工程投资较大需改建量水堰，而且不利于大坝坝趾稳定。

经综合考虑，可利用坝下潜流管确定坝下水位，龙河口水库坝下潜流管是为了了解坝下潜流量及潜流分布，于1968年在坝后设置了5排，每排与坝轴线垂直，每排2根，共10根。5排代表坝下5个断面地下潜流情况，其位置是沿坝轴线方向纵向布置，每根潜流管的水位因布置在河床段和两侧位置不同而测值差异较大，通过对除险加固前水库观测资料的分析，量水堰所测的坝下水位与10根潜流管水位直接平均值差异亦较大，并且差异规律不定，所以不能直接通过平均潜流管水位方法确定坝下水位，只有通过分析找出两者联系逐步推算相关性。

第一步根据坝下潜流管在坝下分布距离确定其测定的水位权重，根据权重求出综合平均水位，统计出明流断流前5年综合平均水位； 第二步统计出明流断流前5年所有经量水堰实际测量的在安全监测资料中使用的坝下水位； 第三步通过电子表格，图解法求出明流断流前综合平均水位与坝下水位的相关关系，导出相关方程，作为经验公式； 第四步，将现在每次测定的坝下潜流管管水位算出综合平均值后，代入经验公式，求得所需坝下水位。详细步骤如下：

a.龙河口水库坝下潜流管每排1号管距坝轴线距离100m，2号管距坝轴线距离140m，管长5.4～6m不等，其中透水管均长5m。1排与2排之间距离(0+032-0+084)52m，2排与3排之间(0+084～0+114)30m，3排与4排之间(0+114～0+158)44m，4排与5排之间(0+158～0+214)56m，总跨度182m。根据排间跨度，求出1～2排权重52/182，2～3排权重30/182，3～4排权重44/182，4～5排权重56/182。

将每排1号、2号管水位平均，再根据权重计算出综合平均水位，即综合平均水位H=[(Ⅰ1号+Ⅰ2号)/2+(Ⅱ1号+Ⅱ2号)/2]/2×52/182+[(Ⅱ1号+Ⅱ2号)/2+(Ⅲ1号+Ⅲ2号)/2]/2×30/182+[(Ⅲ1号+Ⅲ2号)/2+(Ⅳ1号+Ⅳ2号)/2]/2×44/182+[(Ⅳ1号+Ⅳ2号)/2+(Ⅴ1号+Ⅴ2号)/2]/2×56/182。计算结果见下页“坝下潜流管综合水位计算表”。

b.统计除险加固前2001年1月～2005年12月实测坝下水位与潜流管综合平均水位值，同表相对比，实测坝下水位始终高于综合水位高，5年坝下水位与综合水位差值在0.143～0.341m之间，变化幅度为0.198m； 将10根潜流管的算术平均水位与坝下水位相比较，坝下水位与平均水位差值在0.141～0.352m之间，变化幅度为0.211m； 由此可见，加权综合平均水位与坝下水位之间的关系更为相关。

c.图解法求相关关系和相关方程，剔除一小部分受暴雨影响综合平均水位滞后与坝下水位测量时不同步的数据，求得相关方程为y=0.349x+28.55(见下页图)，x为潜流管综合平均水位，y为坝下水位。求得相关系数为0.859，可见潜流管综合平均水位与坝下水位的相关程度较高。

将除险加固前5年中的潜流管综合水位代入该方程，求出理论的坝下水位值，与实测坝下水位值相验证，两者之差正负比例相当，最大差值为0.025m，最小差值-0.022m，基本围绕0值为中心，所有差值平均值为0.0000288m，从而可以证明采用本方法可以有效推出坝下水位值，误差较小。

坝下潜流管综合水位计算表

坝下水位与潜流管水位相关分析图单位：m

d.以量水堰断流2006年5月5日为界线，选择2006年5月15日坝下潜流管实测值为例，根据经验公式，求出坝下水位值。

2006年5月15日，各坝下潜流管实测值Ⅰ1号：43.32、Ⅰ2号：43.20、Ⅱ1号：43.44、Ⅱ2号：43.27、Ⅲ1号：43.44、Ⅲ2号：43.30、Ⅳ1号：43.37、Ⅳ2号：43.28、Ⅴ1号：43.32、Ⅴ2号：43.30，代入公式，求得综合平均水位:

H=[(43.32+43.20)/2+(43.44+43.27)/2]/2×52/182+[(43.44+43.27)/2+(43.44+43.30)/2]/2×30/182+[(43.44+43.30)/2+(43.37+43.28)/2]/2×44/182+[(43.37+43.28)/2+(43.32+43.30)/2]/2×56/182=43.329；

将综合平均水位43.329代入经验公式求得坝下水位y=0.349x+28.55=0.349×43.329+28.55=43.672。

5 结 语

在水库除险加固中，因采取各种截渗方式进行防渗处理影响水库坝下水位监测的可能性较大，必须因地制宜，寻求最佳处理和解决办法。坝下测压管、围井甚至坝下水塘都与坝下水位联系较为密切且有相关规律，利用加固前的各类观测资料找出其规律应用到加固后的观测中去是保持工程资料完整、延续、系统化的最佳方法。龙河口水库应用经验公式，在除险加固后近7年的安全监测中，确保了安全监测资料的正常整理分析。从2010年所做的多年系列资料分析中可以看出，加固后的资料能够延续加固前的系列，较为成功进行了对接。

SL 551—2012 土石坝安全监测技术规范[S].