铁岗水库大坝渗流监测资料分析

(深圳市铁岗·石岩水库管理处，广东 深圳　518102)

1　概　况

铁岗水库枢纽工程始建于1956年11月，1957年10月竣工投入运行，后经1960年、1975年、1986年、2006年四次加固扩建，铁岗水库正常蓄水位28.70m，相应库容9400万m3；设计洪水位28.80m，相应库容9500万m3；校核洪水位29.29m，相应库容为9950万m3；死水位10.79m，死库容60万m3。铁岗水库是一座混凝土防渗心墙坝，工程级别为Ⅱ等，主要建筑物为2级，次要建筑物为3级，是一座具有供水调节及防洪功能的中型水库。

对渗流压力和渗流量的综合分析，能够揭示原体渗流性态，监视工程运行安全状态，提高工程建设质量和管理水平。铁岗水库坝体渗流压力监测采用测压管法，共设20根测压管，数据采集有人工监测和渗压计自动监测渗流压力两种方式；坝基渗流压力采用钻孔埋设法，共埋设20个坝基渗压计,坝后下游设置直角三角堰来观测渗流量大小。测压管及渗漏量都实现了自动化实时监测。

2　主坝渗流压力分析

铁岗水库主坝渗流压力监测系统主要由坝体测压管、坝基测压管组成。主坝坝体、坝基监测横断面5个，分别为0+040、0+095、0+150、0+205、0+260，选取桩号0+260为例，该断面编号为M5断面，设4根测压管，防渗心墙前1根，防渗墙后3根。主坝坝体、坝基和渗流量数据都实现了自动采集，坝体还配合有人工观测数据，来验证自动化监测数据准确性，经验证，自动化数据可靠。

2.1　测压管水位与库水位过程线图

以近三年坝体、坝基监测实测数据，剔除不合理粗差值，选取桩号0+260为例，绘制铁岗水库主坝坝体、坝基的管水位与库水位过程线图，如图1和图2所示。根据过程线图可知管水位与库水位相关性好，坝后测压管水位随着库水位变化做相应变动，但是变化幅度逐渐减少，即渗流压力越往下游变化越小，说明坝体防渗效果好，测压管水位反映大坝渗流运行安全。

图1　铁岗水库渗流压力过程线图(坝体0+260断面)

图2　铁岗水库渗流压力过程线图(坝基0+260断面)

2.2　测压管水位与库水位相关性分析

相关分析可确定影响渗流压力的主要因子，通过计算测压管水位与上游水位、下游水位、降雨量和气温的相关系数，进而判定测压管水位变化是否正常，以此衡量大坝渗流安全状况，如图3所示。铁岗水库渗流压力与库水位相关分析见表1。

图3　坝体0+260断面渗流压力与库水位相关性

表1　铁岗水库渗流压力与库水位相关分析

根据测压管与库水位回归分析表可知，铁岗水库主坝坝体各测压管水位与库水位相关性较好。

2.3　测压管预测水位分析

利用拟合方程作为回归分析模型，分别检验合理性和显著性，推算当库水位达到设计水位28.70m时，坝体测压管管内水头情况，见表2。

表2　推算设计水位时各测压管水头　单位:m

2.4　渗流位势分析

渗流位势过程线是将测压管中的水位测值换算成流场的渗流位势百分数，再用此值点绘过程线。换算公式如下：

φi=(hi-H2)/(H1-H2)×100%

式中φi——某测点在渗流场中所占的位势百分数；

hi——该测点的实测水位；

H1、H2——相应的上游、下游水位。

因φi值与上游、下游水位的绝对值无关，所以使用方便。如该过程线随时间进展呈上升趋势，一般表示该处渗流向不利安全方向发展。

根据铁岗水库主坝坝体下游水位情况，下游排水沟有渗流水，排水沟底高程为坝体渗流场位势的下游水位，利用位势变化，可以判断该水库大坝渗流状况的变化。由于库水位较高渗流较明显，稳定时间较长，水库变化时渗流水位有一定变化，能够较准确反映大坝稳定渗流时的位势，所以选取从高水位开始降落时的观测值进行位势计算，以更接近实际。以坝体断面0+260为例进行分析，如图4所示。根据过程线图可知，铁岗水库测压管位势稳定，波动较小。

图4　铁岗水库坝体0+260断面位势过程线

3　渗流量观测

主坝设有1号、2号量水堰，1号量水堰位于主坝排水棱体左端排水沟末端，为总量水堰，主要观测整座大坝的渗流量，在无雨天气下，堰上水头约为25mm，渗流量为0.14L/s；2号量水堰位于大坝排水棱体排水沟右端，为局部量水堰，主要对主坝右坝端排水棱体集中渗水点渗漏水进行监测。在无雨天气下，堰上水头约在35mm，渗流量约为0.32L/s，理论上总量水堰渗流量应大于局部量水堰渗流量，但由于主坝排水棱体地基为砂质透水层，混凝土防渗墙后坝基测压管浸润线高程在6.00～7.90m，而排水棱体排水沟底高程为8.40m，部分坝体及坝基渗漏水通过排水棱体地基渗走，造成局部渗流量大于总渗流量。1号、2号副坝下游设置有量水堰，由于多年来水库运行水位低于量水堰堰口高程，两座副坝量水堰堰口无水流。

根据主坝量水堰观测资料，绘制库水位与渗流量过程线图，如图5所示，从水位与渗流量过程线图可知，水位与渗流量稳定，与库水位相关性较弱，降雨对渗流量的变化有一定影响。对现场检查时，铁岗水库主坝防渗和反滤设施良好，工程运行过程中没有发现渗漏异常现象。

4　结　语

从测压管水位过程线可以看出：铁岗水库大坝防渗墙上游的测压管与库水位相关性强，防渗墙下游的测压管变化平稳，渗流压力越往下游变化越平缓，说明坝体防渗效果好。从渗流量监测情况可以看出：铁岗水库大坝渗流稳定，没有超过限值的异常现象，防渗心墙防渗效果良好；结合现场安全检查情况，坝面无明显渗流溢出点，坝址渗漏水质清澈，渗流量稳定，无明显渗流破坏现象。

从渗流量过程线可以看出，部分渗流量数据有波动现象，主要是受降雨等外界因素影响，雨水经坝面汇流到量水堰，无明显趋势性变化，不影响大坝运行安全。根据铁岗水库大坝测压管和渗流量的实测数据分析，结合现场安全检查，证明水库大坝运行安全，可为管理处领导决策提供数据支持。

钟汉华.水工监测工[M].郑州:黄河水利出版社,1996.