希尼尔水库大坝渗流监测安全评价

申 莲

（新疆塔里木河流域希尼尔水库管理局 新疆库尔勒 841000）

1 工程概况

希尼尔水库位于新疆巴州孔雀河流域中部的库尔勒市境内，是一座注入式反调节的平原式水库。大坝为复合土工膜（防渗）砂砾石坝，坝顶长7650m，最大坝高 20m，坝顶宽 6m，设计洪水位 913.6m。枢纽工程由主坝、西副坝、东副坝、引水建筑物、放水建筑物、分水建筑物组成，等别为Ⅲ等，大坝及引水、放水、分水等输水建筑物为3级。已建一期总库容0.98×108m3，集水面积16.74km2。

希尼尔水库自下闸蓄水运行至今已9年，运行中存在大坝渗漏等问题。根据《水库大坝安全鉴定办法》要求，大坝运行期每6至10年应进行一次安全鉴定，通过进行渗流监测安全评价，了解工程目前的安全性态，为水库的运行管理和今后的除险加固设计提供科学依据。

2 大坝渗流安全现状

大坝分放水闸、付坝、主坝三个坝段进行分析，放水闸断面坝基土透水性较强，西副坝及主坝2+600断面存在一定的渗漏问题，但西副坝至主坝桩号 2+600坝段坝基总体尚能满足渗透稳定性要求。主坝3+125断面及6+975断面基本满足坝基渗透稳定条件，但主坝3+125断面坝基渗漏量较大，渗压水位与库水位相关性较大，存在明显的渗漏问题，处于主坝的主要渗漏坝段。主坝4+075、4+575、5+175、5+675断面渗压水位与库水位相关性较好，坝基渗漏量较大；这些断面处于主坝的主要渗漏坝段，坝基渗漏明显。

3 大坝渗流监测资料分析

3.1 放水闸断面

该断面埋设了四支测压管，分别位于坝轴线上游37.50m、17.30m处的UP51、UP52和位于坝轴线下游 5.70m、63.10m处的 UP53、UP54；埋设高程分别为 902.77m、902.78m、904.28m、899.47m。UP54在低温的冬季管内易结冰，仪器无法测量；冰解冻后一直采用人工观测。放水闸断面测压管水位过程线见图1，放水闸断面测压管水位与库水位相关线见图2。

该断面采用PE复合膜防渗；坝基位于第三系台地，强风化层厚约 8.0m，强风化层以下为砂岩和泥岩交互层，坝基无连续分布的相对不透水层。由测压管水位过程线及相关线可知，当库水位在 910.00m左右变化时，UP51、UP52、UP53、UP54坝基测压管水位也随之变化，其中 UP51、UP52、UP53测压管水位与库水位相关性较高，反映该断面的坝基土透水性较强，存在一定的渗漏隐患；但UP54测压管水位与库水位相关性较低，说明随着坝轴距的增加，其管水位受库水位影响逐渐减弱。

3.2 西副坝2+350断面

该断面埋设四支测压管，分别位于坝轴线上游 1.92m处的 UP1、UP2和位于坝轴线下游30.02m、47.94m处的UP3、UP4；埋设高程分别为899.75m、908.75m、899.82m、897.19m。

2+350断面测压管水位过程线见图3与图4。

2+350断面测压管水位与库水位相关线见图5与图6。

图1 放水闸断面测压管水位过程线

图2 放水闸断面测压管水位与库水位相关线

图3 2+350 断面测压管水位过程线图（坝基）

图4 2+350 断面测压管水位过程线图（坝体）

图5 2+350断面测压管水位与库水位相关线图（坝基）

图6 2+350断面测压管水位与库水位相关线图（坝体）

该断面坝基为第三系台地，强风化层厚约8.0m；其下部还为砂岩和砂砾岩，透水率10.0Lu～30.0Lu；坝基无连续分布的相对不透水层；采用坐落在砂岩、砂砾岩土上的PE复合膜防渗，防渗深度 2.5m～10.0m，建基面高程895.00m～910.00m。由测压管水位过程线及相关线可知，坝基UP3测压管和坝体UP2测压管其水位维持恒定值，无任何变化，数据可靠性较低。坝基UP1和UP4测压管水位与库水位相关性较低，且管水位也不高。综合认为，该断面坝基渗透稳定性能满足要求。

3.3 主坝断面（2+436～7+100.9）

以4+575断面为代表，该断面埋设了五支测压管，分别位于坝轴线上游 1.88m处的 UP30、UP31和位于坝轴线下游 15.95m处的 UP32、UP33，以及 38.02m处的 UP34；埋设高程分别为895.419m、900.083m、900.083m、901.083m、895.782m。UP32测压管中埋设的仪器于 2004年3月18日开始出现异常，后一直采用人工观测。

4+575断面测压管水位过程线见图7、图8。

4+575断面测压管水位与库水位相关线见图 9、图 10。

图7 4+575 断面测压管水位过程线图（坝基）

图8 4+575 断面测压管水位过程线图（坝体）

图9 4+575断面测压管水位与库水位相关线图（坝基）

图10 4+575断面测压管水位与库水位相关线图（坝体）

该断面位于东洼地库水位最高段，坝基岩性为砂岩、泥岩夹砂砾岩，强风化层厚约 8m；采用水泥土防渗墙防渗，防渗深度一般 10.0m～12.0m，最浅8.0m，最深15.5m。由测压管水位过程线及相关线可知，坝基测压管UP30、UP32、UP34 水位持续处于较高状态，且与库水位相关性显著，反映坝基渗透压力很高，坝基地下水具有承压性。坝体测压管 UP31和 UP33，相距11.44m，但其水位很接近，未有明显的降低。在库水位910.88m时，该段坝后排水沟内出现管涌冒砂现象，另在坝后坡脚处有水流出进入坝后排水沟内，造成排水沟干砌石护坡多处塌陷现象，反映出坝体透水性较强。据建坝期提供的地质资料，洼地中部存在近700.0m宽的16.0m深度内无泥岩分布，主要为砂岩、砂砾岩，16.0m深度以下泥岩也很少。综合认为，该断面防渗墙深度偏浅，防渗效果欠佳，渗漏量较大，处于主坝的主要渗漏坝段。

4 大坝渗流有限元计算分析

4.1 计算断面及参数的选取

4.1.1 计算断面选取

结合大坝防渗形式和地勘情况，选取主坝3+600断面（PE复合膜防渗墙）、5+200断面（水泥土防渗墙）和5+700（塑性混凝土防渗墙）断面作为渗流有限元计算分析的典型断面。

4.1.2 初始渗透系数选取

以 5+700断面为代表计算断面各区渗透系数初始值根据工程地质条件确定，详见表1。

表1 5+700断面各区渗透系数初始值

4.1.3 反演计算的参照标准

对于主坝5+700断面，以其邻近断面坝后测压管水位进行反演计算。反演计算库水位取2011年2月16日～2011年3月4日期间的均值912.16m，测压管水位同取该时段的均值。

4.2 反演计算分析

有限元计算采用 UNSST2二维渗流计算程序。将表2中的初始渗透系数和库水位912.16m时测压管实测水位作为参照标准，做逐步调整渗透系数的反演计算，直至计算值与实测值比较接近为止。

经反演计算调整后的渗透系数见表2。

表2 5+700断面各区渗透系数反演调整值

经调整各区域渗透系数后反演计算得到的坝后水位与实测值基本吻合。

4.3 特征水位下渗流计算分析

主坝5+700断面在正常蓄水位913.60m条件下关键部位渗流要素见表3。

表3 主坝5+700断面正常蓄水位913.60m条件下关键部位渗流要素表

根据有限元计算结果，水库坝长7650m，故大坝年渗流量约为1062万m3。大坝总库容9800万 m3，可见，年渗流量约为总库容的 10%，渗流量较大。

5 结论

（1）坝基建在强透水的砂、泥岩交互层地基上，清基不彻底，且坝基防渗系统未深入到基础相对不透水层上，未隔断透水层，存在渗漏隐患。加之，下游坝脚排水沟目前排水不畅，影响大坝渗流性状。

（2）主坝桩号4+350～6+100坝基采用的搅拌桩防渗墙、塑性混凝土防渗墙局部（特别是两种防渗方式的搭接部位）也可能存在局部防渗薄弱部位，且在具有中等腐蚀性的含浸蚀性硫酸盐地下水作用下，有可能引起防渗墙防渗性能化学性质微变，影响大坝渗漏量。

（3）坝基防渗墙与土工膜结合部位及土工膜在上游坝脚至防渗墙结合部位之间的膜体（局部）可能存在局部防渗薄弱环节，且在复合土工膜与坝体砂砾石之间未铺设过渡层料，不利于复合土工膜在水库蓄水后的安全运行，影响大坝渗漏量。

（4）放水闸断面坝基土透水性较强，西副坝及主坝 2+600、3+125、6+975断面存在一定的渗漏问题；特别是主坝 3+125 断面坝基渗漏量较大，其渗压水位与库水位相关性较大，存在明显的渗漏问题，处于主坝的主要渗漏坝段。总体上来说，西副坝至主坝桩号3+125坝段、东副坝段总体尚能满足渗透稳定性要求。

（5）主坝 4+075、4+575、5+175、5+675 断面渗压水位与库水位相关性较好，坝基渗漏量较大；这些断面处于主坝的主要渗漏坝段，坝基渗漏明显。有限元计算分析结果表明，在正常蓄水位工况下主坝5+175、5+675断面下游坝坡将会出现渗流出逸现象，渗透稳定性不满足规范要求。

根据《水库大坝安全评价导则》（SL258-2000），希尼尔水库大坝渗流安全性综合评定为“C”级。建议加强坝体、坝基、坝后地下水位监测工作，加强水库进出水量、坝后排水沟量历时变化观测工作；完善坝基防渗体系，做好坝后排水畅通，确保水库大坝安全；下一步工作可根据需要在渗漏严重桩号取样，分析防渗墙系统受硫酸盐侵蚀的影响程度。