大溪水库渗流观测设施失灵原因分析及对策和后期监测数据对比分析

戴春祥 段科萍 黄春华

摘 要：大溪水库大溪水库位于江苏省溧阳市西南部，坝址距溧阳市13km，1958年动工兴建，1960年初步建成，后经1965年、1971年、1978年三次较大规模续建，2009年至2011年实施了除险加固，2011年4月通过竣工验收。2017年通过国家级水管单位验收。水库集水面积90m2，总库容1.128亿m3。水库枢纽由主、副坝、溢洪闸各一座、三座涵洞组成，是一座具有防洪、供水、灌溉、涵养水源、结合生态保护和水产养殖等综合利用的国家大（Ⅱ）型水库。水库与溧阳市沙河水库、宜兴横山水库一起成为太湖湖西宜河西山区的三座大型库，属湖西南河水系上游的骨干防洪工程。本文就大溪水库安全监测设施失灵的原因分析及其对策和后期渗流观测资料的分析，阐述测压管观测数据失真的对策和采用的两种渗流观测方法，同时从观测数据层面对比两种观测方法的差异进行分析，为同类土石坝渗流观测提供参考。

关键词：大溪水库 测压管失灵 原因分析及对策 观测分析

大溪水库主坝为均质土坝，坝顶长度475.00m，坝顶宽度8.00m，坝顶高程21.50m（青岛基面，下同），最大坝高17.50m，上游坝坡采用灌砌块石护坡，下游为草皮护坡。主坝渗流观测设施于除险加固时施工、安装，设3个渗流压力观测断面，每个断面设置4条铅直测线，分布在上游护坡马道17.00m高程、坝顶公路下游侧、下游护坡12.00m高程、坝后平台8.00m高程。其中上游侧的测点均安装2根测压管。每条测线均钻孔至坝基与坝体接触面位置。主坝共安装15根测压管。每根测压管中安装1支渗压计。

大溪水库监测设施及仪器包括渗压计、自动化监测設施及安全监测资料整编应用软件等。水库的自动化监测系统由1台监控主机、3台MUC和现场传感器组成。监控主机与主坝、溢洪道MCU之间采用485通讯方式通讯。监控主机控制MCU采集的数据，并接收MCU采集的数据存入数据库，按各类传感器考考证数据和计算公式进行计算，获得工程监测所需的应变、土压力监测数据，通过资料整编软件对一系列监测资料按规范要求进行整编和分析。

1.问题提出

2014年水库管理处在主坝渗流观测中发现，测压管测量数据与水库水位相比严重失真，部分数据甚至超过水库水位，主坝浸润线失真，已不能反映实际运行状况。管理处在加强观测的同时立即向溧阳市水利局进行了汇报。

2.检测结果及原因分析

溧阳市水利局高度重视，于2015年月2月组织相关专家和南京水利科学研究院对大溪水库大坝安全监测设施进行鉴定及运行评价，笔者参与其中。

监测设施现场检测包括：

（1）测压管灵敏性检测，主坝测压管检测结果有7根测压管灵敏度试验不合格，如表1。

（2）渗压计稳定性检测：包括频率测值稳定性检测和温度测值稳定性检测，检查结果为主坝有3支传感器频率或温度不合格，分别为P2-2、P2-4、P3-3。

（3）测控单元检测：包括测控单元外观检查、功能测试、稳定度测试、测值准确度测试等，检测结果合格。

（4）资料整编软件检测：根据软件结构、软件提供的工程管理、数据处理，图形分析，报表打印，系统设置等功能进行测试，检测结果：软件功能简单；数据采集功能正常；图形不能根据水库实际情况绘制相应的特征过程线、分布图。

原因分析：

（1）测压管内淤积严重。

（2）测压管孔口高程、花管长度、花管位置、管底高程未知。测压管管径32mm，偏小；15根测压管有8根灵敏性合格，合格率53.3%。

（3）有3支传感器频率或温度不合格。

（4）测控单元测量基本正常，整编资料软件功能尚缺。

结论：

对大坝安全监测系统进行改造。

3.大坝安全监测系统改造方案

渗流监测是土坝安全监测的重点，按《土石坝安全监测技术规范》SL551-2012的要求，根据大溪水库的大坝结构、填筑情况及坝基地质条件，渗流监测包括主坝坝体浸润线、主坝坝基渗流压力、主坝渗流量等。

主坝设5个监测断面：增加2个绕渗断面，每个断面4条监测线，左岸的绕渗兼监测西灌溉涵，右岸的绕渗监测老溢洪道部位；其它3个断面，每个断面4条监测线，监测坝体、坝基渗流压力。采用钻孔安装测压管，在测压管中吊装渗压计方式，渗压计通过电缆接入自动化系统。主坝渗流监测平面布置见图1，典型横断面布置见图2。

坝基利用（P 01 A、P 0 2 A、P 03A、P 0 4A、P 0 5A、P 0 6A、P07A、P08A、P09A、P10A、P11A、P12A）共12支测压管监测，坝体利用（P01B、P02B、P05B、P06B、P09B、P10B）共6支测压管监测。

大坝安全监测系统结构：大坝的渗流监测进行自动实时监测与分析。自动化系统包括各种类型的传感器、测量控制单元和中央控制室。（1）传感器包括坝体、坝基渗流压力计。（2）测量控制单元（MCU）是系统中的主要部分，用于对各种传感器数据进行采集和存储，通过中央控制室监控主机发送指令及数据传输，实现实时监控。MCU设在主坝下游坡。（3）中控室位于水库管理处，通过监控主机里的采集系统软件及资料分析系统，对MCU进行实时监控，实现数据采集、数据整编以及数据分析等功能。（4）大坝安全自动化监测系统采用光纤通信方式，配置光端机，实现MCU与中央控制室的双向通信。

4.施工要点

大坝渗流监测施工主要包括钻孔、造孔、测压管制作及埋设安装、测压管内渗压计安装、传感器接入、MCU安装及调试、MCU房设备安装与调试、中央控制室设备的安装及调试、系统调试等，本文因篇幅所限，不做详细阐述。

5.观测方法的选择

测压管因其结构简单、取材方便、价格便宜、技术性要求低、便于制造和安装、可持久耐用，广泛用于监测坝体浸润线、坝基渗透压力等。为校核自动检测的可靠性，大溪水库渗流观测同时采用以下两种观测方法。

5.1人工观测

测压管观测现一般采用人工观测和孔隙水压力计自动观测。人工观测具有观测方便、测值可靠，其美中不足的是：长期监测（人工观测）费时费力，数据需要人工记录后进行整理，数据滞后时间较长。人工一般采用测深钟和电测水位计两种方法观测，其计算公式为：

d—测压管水位至管口距離

5.2孔隙水压力计观测

孔隙水压力计则具有自身滞后时间短，并易于实现集中遥测和测值概念明确等优点，但观测成果影响因素较多，技术性要求高。孔隙水压力计的品种多样，目前在国内使用较多的是差动电阻式和振弦式等。

差动电阻式孔隙水压力计根据传感器内的两电阻之间的比值变化，计算测点处的渗流压力，其计算公式为：

式中：△A---观测之钢弦频率相对于基准值的变化量，其余符号意义见式（2）。

根据观测值求得各测点处渗流压力后，可求得各测点处的渗压水头。

测压管由压力表、测绳、水位计等测得管内渗流水位。

坝体和坝基渗流量监测，对于单孔渗流量仍然普遍采用量杯和秒表，集中后的渗流量使用量水堰法和测速法。

6.观测数据

笔者收集了2017年全年的人工和孔隙水压力计观测数据，由于数据量较大，只截取部分数据。

7.渗流压力过程线对比

笔者对测压管的渗流压力进行了过程线对比，对比图显示两种观测方法的过程线基本一致。这里选了L-1和P10-b进行比对（如图3）。

8.结束语

综上所述，渗流监测是土坝安全监测的重点，本文通过对大溪水库主坝测压管失灵的原因分析及其对策以及对采用不同观测方法观测数据的对比分析，较好的解决了测压管失灵问题，同时大溪水库采用的人工观测和水压力计自动化观测两种观测方法得出的数据基本一致，校核了自动监测的可靠性，这为同类型的水库大坝的渗流观测提供了经验，值得借鉴。

参考文献：

[1]何兴梅.水库大坝渗流监测与分析.

[2]袁坤，傅蜀燕，欧正峰等.水库大坝安全技术现状与发展.