汤河水库坝坡测压管水位滞后时间分析

刘 丹

（辽宁省汤河水库管理局，辽宁 辽阳111000）

1 目的与意义

在土石坝的坝体、坝基以及绕坝的适当部位，布设测压管，并进行测压管内渗流水位的观测，可以及时了解坝体在运行过程中各部位的渗流情况,从而判断坝体的安全运行状况。测压管水位数据的分析，是坝体安全监测资料分析的重要组成部分，是监控坝体安全运行的有效手段。

根据汤河水库多年的测压管水位数据观测发现，绕坝测压管水位变化幅度较大，受降雨等外界因素影响较大，与库水位的相关性较差；坝体浸润线测压管水位变化幅度比较小，受降雨等外界因素影响相对较小，管水位的变化随着库水位的升高而升高，减少而减少，且与库水位的变化不同步，测压管水位达到峰（谷）值比库水位达到峰（谷）值较晚，存在时间差，即存在“滞后时间”。在大坝测压管水位资料分析时，若将实际测得的浸润线与设计浸润线相比较，会出现在高水位时实际测得的浸润线比设计浸润线低，在低水位时反而会出现实际测得的浸润线高于设计浸润线的情况，从而影响坝体渗透数据分析的正确性。这是由于在实际的测压管水位观测过程中，测得的数据是渗流的瞬时结果，而非坝体斜墙内部达到稳定渗流后的结果。因此，在分析大坝监测资料时，明确测压管水位相对于库水位的“滞后时间”，是保证大坝监测资料分析准确的前提，是监控大坝渗透安全，确保坝体安全运行的重要措施。

2 概 况

汤河水库大坝为粘土斜墙砂壳坝，分别在坝坡、坝基、坝端共计布设20 根测压管观测点，用以监测坝体渗流情况。其中，在坝体下游坡面分别于桩号0+100，0+220，0+340 坝段布置3 个观测断面，共计9 根测压管，用于掌握坝体浸润情况；在滤水坝趾处布置3 根测压管，用于了解下游坝基水位；在东西坝端各布设4 根测压管，用于掌握坝端绕坝渗流情况，布置情况见图1。

通过观察测压管水位数据资料可以发现，坝体下游坡面测压管水位值变化幅度较小，受降雨等其他因素影响较小，仅与库水位关系密切，管水位随着库水位的升高而升高，但不同步，管水位随着库水位发生变化时会有一个延迟时间，即“滞后时间”。明确各测压管的滞后时间，是测压管水位资料分析的重要因素。下面结合坝坡测压管管水位观测资料，以桩号0+220 断面为例，对管水位滞后时间进行计算，进而对影响滞后时间的因素进行分析。

图1 汤河水库大坝观测网布置图

3 坝坡测压管A4，A5，A6 管水位滞后时间计算

测压管A4，A5，A6 位于桩号0+220 断面，自上向下埋设在坝体背水坡粘土斜墙内，由于坝体粘土斜墙的防渗作用，A4，A5，A6 管水位不但低于库水位，而且滞后于库水位而变化。通过各测压管水位和库水位的变化过程线可以看出，测压管水位过程线的峰、谷一般比库水位过程线的峰、谷要略推迟一段时间。将各次观测的库水位和测压管水位数据点绘在坐标纸上，如图2。

图2 库水位与测压管A4，A5，A6 水位相关图

根据观测资料，通过多次水位变化的波峰、波谷数据计算出测压管水位的滞后时间，测压管A4管水位滞后时间为3 d；A5 管水位滞后时间为1 d，A6 管水位滞后时间为1 d。

4 测压管管水位滞后因素分析

根据上述计算可知，测压管A4，A5，A6 各管水位变化对比库水位均有滞后时间，但滞后时间不同。造成测压管水位滞后的原因有很多，主要是受不稳定渗流的影响。由于各管埋设位置不同，所处地址条件不同，施工质量不一，库水位高度不同导致水压力不同等因素。

1）测压管A4，A5，A6 由上至下处于同一断面，由于汤河水库坝体为粘土斜墙坝，是用渗透系数较低的粘性土体作为防渗体的土石坝，经过多年运行，土体密室程度逐渐增大，已趋于稳定，防渗效果良好，因此水从上游渗透到下游必定需要一定的时间，导致了测压管水位的变化滞后于库水位的变化，同时也造成了同一断面不同高程测压管水位滞后时间不同。

2）水库中的水位是不断变化的，因此坝内的无压渗流是一个不稳定的过程，要形成稳定渗流必然需要一定时间，在无压渗流中，自由水面处于随时间变化的状态，充水或放水都需要时间，因此不稳定渗流导致了测压管水位滞后变化，同时不稳定渗流也是影响测压管水位滞后时间的主要因素。

3）土是具有连续空隙的介质，当水通过土体时首先是填满空隙使之达到饱和后再释放出来，充水和放水都需要一定的时间，因此管水位变化必定滞后于上游来水库水位的变化。另外汤河水库土石坝的土体是人工土体，因施工选料、填筑方法和质量的不同，导致各部位渗透系数有所不同，造成了各测压管水位滞后时间也略有不同。

4）当测压管水位发生变化时，首先是在管内外水位差的作用力下，使内外水位逐渐趋于平衡，补充或排出水的过程必定需要一定的时间，因此导致了测压管水位的升降滞后于土体中水位的升降，即测压管水位的变化滞后于库水位的变化。另受测压管所埋设的土质条件不同以及测压管管壁等施工质量的影响，各测压管水位滞后时间也会有所不同。