某水库除险加固后大坝渗流量观测分析

赵德亮

（新疆水利水电勘测设计研究院，新疆 乌鲁木齐 830000）

0 引言

该水库是一座以灌溉为主、兼顾防洪、发电和养殖等综合效益的山区拦河中型水利枢纽。水库正常蓄水位1258 m，相应库容2672.2×104m3，设计洪水位1258.60 m，相应库容2730×104m3，校核洪水位1260 m，相应库容2990×104m3，死水位1239.50 m，相应库容 700×104m3。

水库由拦河坝、溢洪道、引水泄洪洞等工程组成。工程等别为Ⅲ等，永久建筑物为3 级。水库大坝为粘土心墙砂砾石堆石坝，上游边坡1∶1.9，下游边坡1∶1.5，坝顶高程1261.5 m，坝顶宽5 m。引水泄洪洞全长303 m，洞径2.5 m，最大下泄流量69.24 m3/s。溢洪道布置在左岸，进口段70 m 长，开口宽42.9 m，堰顶高程为1258.0 m，底宽27 m，槽身段长102.20 m，底宽18 m，底坡 1∶5，最大泄量 80.64 m3/s。

坝体典型横断面见图1。

图1 坝体典型横断面图

水库工程于1988 年5 月开工兴建，1996 年9 月全部竣工。由于1998 年7 月坝后出现异常渗漏现象，严重影响水库的正常运行并危及到大坝的安全，2000 年6 月博州水利水电勘测设计院鉴定为“三类坝”，并于2002 年6 月开始防渗加固处理，2003 年加固完成。

1 大坝渗流监测仪器布置

大坝表面变形监测（30 个表面变形测点）即水平、垂直位移监测；实施渗流监测（7 个监测断面，37 只渗压计，大坝下游左岸及中部设2 个量水堰，左中右岸沿渗流方向各设3 个测沙孔），即对坝体渗流压力、绕坝渗流、渗流量及水质监测。

2 观测资料分析与计算

本次依据近年来坝后量水堰观测数据进行整理分析。

2.1 渗流量资料分析

根据水库的运行方式，水库运行分高水位、低水位两种方式运行[1]，本次采用1247 m 和1256 m 两种库水位进行分析研究，但因1256 m 水位为水库多年蓄到的最高水位，同时此水位有些年份没有蓄到，因此增加一个数据较全的1255 m 水位作为高水位的一个分析水位。

表1 2007 年～2018 年蓄水过程渗流量对比表

2.1.1 渗流量对比表

从表1 可知，水库低水位运行时（库水位取1247 m），坝后渗流量较小，保持在12.5 L/s～15.5 L/s 之间；高水位运行时坝后渗流量保持在21.5 L/s～23 L/s 之间；最高蓄水位1256.0 m，2012 年～2013 年坝后渗流量明显较往年增加明显，自2012 年～2013 年后又明显下降并趋于平稳，就近两年坝后渗流量来看比较接近，在29 L/s～31 L/s 之间，趋于稳定方向发展。

2.1.2 渗流量过程线

图 2 2006 年 ～2018 年水库时间 - 库水位 - 坝基渗流量过程线

从渗流量与库水位变化过程线见图2 可知，渗流量与水库上游水位的相关性较好，渗流量随库水位的升高而增大，并随着库水位的降低而减小[2]，变化趋势基本一致，在时间上略有滞后，未出现异常变化，表明大坝渗流状态正常，大坝的防渗体系工作性态基本正常。

2.1.3 实际蓄水位运行时渗流量过程线

图3 2004 年～2018 年实际蓄水水位与坝基渗流量过程线

从实际蓄水水位与坝基渗流量过程线变化分析，从水库实际渗流量及运行情况，随库水位的增加而增加，降低而减小，水库渗漏趋于稳定方向发展，这可能与水库夏季洪水带来的淤泥有关，经自治区测绘院测量结果显示，水库自建库至今，考虑水库淤积，坝前淤泥形成覆盖层较厚，经过多年的沉积日趋稳定，对水库大坝稳定有利，也反映大坝渗流性态近期向有利的方向发展，说明水库上游的淤积对大坝渗流量及渗透稳定的影响是有利的。

2.2 大坝渗流量计算

水库渗流主要表现为坝体漏水、坝基和坝肩渗水、库底向较低的透水层的渗流等几方面[3]，本水库经现场检查发现存在坝基和坝肩渗水现象。

2.2.1 坝体渗流计算

计算采用《水利水电工程PC1500 程序》中k-1 土石坝渗流稳定分析程序，参数取值：k0为心墙渗透系数为1.22×10-6cm/s；k1为坝体渗流系数为0.028；δ0为心墙平均厚度为 24 m；M1为上游坝坡为1.9；M2为下游坝坡为1.5；HN为上游水深为22 m、40 m、40.5 m、40.5 m、48.5 m；H1为下游水深为 0.2 m；B 为坝顶宽度为5.0 m；DL为计算曲线时用的整数步长为2 m。

计算结果见表2。

表2 坝体渗流计算表

2.2.2 坝基渗流量计算

公式采用土坝设计上册P197 式（4-65）由于坝体的防渗土体的渗透系数比坝基土的渗透系数小40～50 倍，可忽略坝体的渗流量。

式中：q2为坝基的单宽渗流量，m3/（日·m）；k2为坝基的渗透系数，m/日；H 为坝前水深，m；T 为透水地基厚度，m；n 为系数，根据土坝设计上册P197 表1-10 确定。L 为坝前趾与坝后趾之间的距离，m。

根据水库地质报告，按基岩压水实验成果，基岩渗透性划分为中等～较严重透水带和微透水带。隐伏断层f2，上盘中等～较严重透水带厚约40 m，下盘中等较严重透水带厚约40 m 左右。一般属中等～较严重透水 ε=0.05 L/(min·m2)～0.1L/(min·m2)。

计算结果见表3。

表3 坝基渗流量计算表

由计算可得坝基总渗漏量为335.19 m3/d。

2.2.3 绕坝渗流计算

绕坝渗流公式采用土坝设计上册P233 式（4-159 a）和式（4-159）：

式中：q 为绕坝的单宽渗流量m3/（d·m），计算得：q左＝34.56m3/（d·m）；q右＝51.84 m3/（d·m）；K 为岸坡的渗透系数，m/d,k＝5 Lu，即k=7.2 m/d；H 为坝前水深 m，H=1258-1210=48 m；h 为坝后水深m，h=0.20 m；L 为透水地基厚度 m，L左＝240 m；L右＝80 m；Q为渗流总量 m3/d，Q左＝100×q＝3455.94 m3/d；Q右＝45×q＝2332.76 m3/d；Q总＝Q左+Q右＝5788.70 m3/d。

2.2.4 渗流总量

水库渗流总量为坝基渗流、坝体渗流和左右两坝肩绕坝渗流之和：

Q总＝Q坝基+Q坝体+Q绕坝＝16.46+335.19+5788.70 ＝6140.00 m3/d；Q坝基与坝体＝Q坝基+Q坝体＝16.46+335.19＝351.65 m3/d；Q坝基与坝体＝4.1L/s；Q总＝71.1L/s。

由以上计算可知，水库渗流量主要为两坝肩绕渗形成。左右两坝肩绕渗量的计算，按目前已进行帷幕灌浆后的情况考虑，渗流系数按5 Lu 计算。目前坝后渗流观测值在除险加固后最高蓄水位1255.83 m 时为36.7 L/s，主要为坝基和坝体渗流与左右两坝肩部分绕坝渗流量。从坝后渗流量观测值资料运行高水位1255.83 m 时为36.7 L/s，计算复核所得的渗流量正常蓄水位1258.00 m 时为71.1 L/s，实际观测坝后渗流量小于理论计算值。

2.2.5 水库渗流量变化分析

本次坝后渗流量分析考虑采用1247 m、1255 m、1256 m 三个断面进行分析，采用1247 m 是考虑到1998 年在此水位时坝后发生集中渗漏，运行单位对此水位加强了观测，数据比较全面；1256 m 水位为水库多年蓄到的最高水位，同时此水位有些年份没有蓄到，因此增加一个数据较全的1255 m 水位作为高水位的一个分析水位。

图4 水库时间- 渗流量变化曲线图

1）在库水位1247 m 时，水库建成运行至除险加固前（1998 年 ～2001 年）渗流量为 50.4 L/s，除险加固后至 2005 年渗流量为30.357 L/s，较除险加固前减少20.043 L/s，呈下降趋势；2006 年至今渗流量为29.314 L/s，较除险加固后减少1.043 L/s，渗流量随时间总体呈下降趋势。

2）在水库库水位蓄至高水位 1256.00 m（2006 年 ～2018 年），渗流量在39.12 L/s～21.957 L/s，变化幅度17.163 L/s；库水位在1255 m 时，渗流量在 36.398 L/s～23.508 L/s，变化幅度 12.89 L/s；在这两种水位情况下，渗流量上下浮动，但总体呈下降趋势。考虑到每年蓄水期大河来水量不同，且库水位稳定时间差别较大因素，致使渗流量变化幅度较大。

3）在同库水位（1247 m、1255 m、1256 m）条件下，坝后渗流量随历时延长变化总体呈下降趋势，反映大坝渗流性态向有利的方向发展。

3 结论

水库在除险加固后，在同库水位（1247 m、1255 m、1256 m）条件下，坝后渗流量虽然有上下波动情况，但随历时延长变化总体是呈下降趋势的，这就反映了大坝渗流性态是向有利方向发展的。根据运行情况和渗流监测资料，水库除险加固后坝后渗漏明显下降并趋于稳定，现场检查没有发现坝体防渗体破坏的情况，大坝运行中也无渗流异常现象，渗流总体上趋于稳定状态。