光华水库安全监测资料分析

邓世红

（江西省赣西土木工程勘测设计院，江西宜春，336000）

0 引言

光华水库于1973年9月动工兴建，1976年12月基本建成并开始受益，后经多次加固达到现有规模。最后一次除险加固工程于2009年10月开工建设，2010年11月主体工程完工，2010年12月8日水库除险加固工程通过了竣工验收鉴定。光华水库竣工验收已近10年时间，依据大坝定期安全鉴定制度，为确保大坝安全的前提下充分发挥工程效益，需对水库运行情况进行安全评价。安全评价包括：大坝现场安全检查及检测、安全监测资料分析、工程质量评价、运行管理评价、防洪能力复核、渗流安全评价、结构安全评价、金属结构安全评价及大坝综合评价等[1]。本文根据测压管的渗流观测数据，分析测压管水位与库水位过程线变化规律，结合测压管水位与库水位相关性分析，对大坝运行过程中的渗流情况作出评价，并找出大坝运行存在的问题。

1 工程概况

光华水库位于江西省宜丰县石市镇竹源村，距宜丰县城约16km，属赣江水系锦河北岸支流界溪港水。坝址以上控制流域面积15.6km2，水库总库容1 640万m3，校核洪水位77.32m（P=0.1%）（黄海高程，下同），设计洪水位76.85m（P=2%），正常蓄水位 76.00m，设计灌溉面积1.8万亩，有效灌溉面积1.2万亩，实际灌溉面积0.7万亩，是一座以灌溉为主，兼顾防洪、养殖等综合利用的中型水库枢纽工程。现状枢纽工程主要建筑物有主坝，东一、二、三、四、五副坝，西一、二、三副坝，溢洪道，主坝坝下涵管及西二副坝坝下涵管[2]。

2 监测系统完备性评价

中型水库监测项目必须有：水库水位、雨量、大坝位移、沉降、浸润线[3]及渗流量[4]等。目前光华水库主坝上下游设置了测压管，坝脚设置了量水堰，人工观测水位尺等设施；水库安装了水、雨情等监测系统[5]。2010年加固后，主坝在桩号0+132、0+194.5两个断面各布置一排测压管，共布置7根测压管。经现场检查，水库水雨情观测设施完善；主坝量水堰完好；主坝7根坝体测压管有1根存在堵塞（P12），其余全部完好。

根据水库管理单位提供资料，自2009年加固后，光华水库库水位、降雨量记录时间从2015年1月1日开始，自动观测，频率为每天记录一次；测压管、渗流量观测记录时间从2013年2月5日开始，人工观测，频率为每月观测3～9次，满足规范要求。所有监测资料能够每年及时进行整编。

光华水库监测项目基本齐全，监测设施埋设布置合理，2个断面上测点数均不小于3个，满足规范要求，监测设施完备性评价结论为基本完备。

3 监测资料可靠性评价

经检查，所有监测仪器选型合适，埋设安装均满足规范要求；本次收集测压管观测数据从2013年2月5日至2019年3月29日，数据连续。共收集5 004个数据，少量数据存在人工读数误差，排除人工误差数据78个，观测数据合格率98.44%，观测数据准确，监测资料可靠性评价结论为可靠。

4 渗流观测资料分析

4.1 观测资料整理

根据已收集的观测资料，本次整理的坝体测压管观测资料为主坝7个测点，自2013年2月5日至2019年3月9日的观测资料。为保证分析工作建立在可靠的资料上，对观测资料认为测错、读错或写错等人为造成的数据进行剔除，并绘制了库水位～测压管水位过程线图。详见图1、图2。

由图1、图2看出，位于心墙前测压管P11实测渗压水位与上游库水位接近，变化过程与上游水位一致，符合心墙前渗流规律[6，7]。由于大坝上游侧现有砼护坡，透水性差，库水位下降后管内水体不易消散，故从图1看出在库水位下降时上游侧P11测压管水位高于库水位。心墙后的第一根测压管（P12、P22）各测压管实测渗压水位明显低于库水位，渗压水位变化趋势平稳，表现出明显的年周期性，未见异常发展趋势，且越往下游，测压管实测渗压水位逐渐降低[8]。渗压水位升降起伏较库水位的变化存在一定的滞后效应[9]。上述规律符合心墙土坝横断面渗流压力基本分布规律。

图1 主坝P11～P14库水位～测压管水位过程线图

4.2 相关性分析

测压管的渗压水头的大小与上下游水位变化幅度、降雨量以及筑坝材料的渗透性能等因素有关。在渗流过程中，渗流水克服土体的阻力，从上游渗到测点位置需要一定的时间，因此渗压水头与前期库水位有关。由于随着时间的推移，土体孔隙的变化以及坝上游淤积等都可能影响渗压水头，因此，影响监测效应量的主要因素最终归结为水头、温度、时效和降水等。一般用函数形式表示为：

Y=f1（H）+f2（T）+f3（θ）+f4（J）

式中：Y为渗流监测效应量；f1（H）为水头分量；f2（T）为温度分量；f3（θ）为时效分量；f4（J）为降水分量。

温度变化对土石坝测压管管水位升降影响因素极小，可不予考虑；降雨量自身没有明显规律性，其影响也复杂，分析中不作为因子分析。

根据运行管理单位提供的观测资料，绘制了库水位～测压管水位过程线，详见图1、图2，从图中可以看出，测压管水位时程曲线与库水位时程曲线有相似性，并且管水位的升降起伏一般较库水位的变化滞后一段时间，这表明管水位与库水位是直接相关的。

图2 主坝P22～P24库水位～测压管水位过程线图

测压管水位与库水位之间的相关性分析按下式进行回归分析拟合：

y=a+bx

式中：y为测压管水位，m；x为库水位，m；a、b 为拟合常数与系数。

对主坝P11、P12、P13、P14四根测压管管水位与库水位进行相关性分析，成果见表1及图3、图4。

图3 P11测压管水位与库水位相关分析成果图

图4 P12测压管水位与库水位相关分析成果图

由表1数据可知，位于心墙前测压管P11实测渗压水位与上游库水位之间的相关系数较大，超过0.9，说明心墙前的渗压水位受上游水位影响十分明显，与过程线分析结论基本一致。位于心墙后的测压管实测渗压水位与上游库水位之间的相关系数均不大。P22～P24测压管越往下游实测渗压水位与上游库水位之间的相关系数越小，符合心墙土坝横断面渗流压力基本分布规律，但P11～P14测压管中P12测压管实测渗压水位与上游库水位之间的相关系数出现了突然减小的情况，说明该测压管存在异常，根据现场调查P12存在透水孔堵塞，这与相关性分析结论相吻合。

表1 测压管水位与库水位相关分析结果表

5 结论

光华水库监测项目基本齐全，监测设施埋设布置合理，数量满足规范要求，监测设施基本完备。观测数据准确，监测资料可靠。各断面的测压管数值大小较合理，从上游到下游呈逐渐递减的趋势，符合土石坝渗流的一般规律。测压管水位时程曲线与库水位时程曲线有相似性，并且管水位的升降起伏一般较库水位的变化滞后一段时间，这表明管水位与库水位是直接相关的。根据主坝测压管实测资料进行相关及反演分析，坝体实际浸润线与坝体理论计算浸润线基本相符，各种工况下主坝砼防渗墙、下游坝坡出逸坡降均小于允许渗透坡降，理论计算不会产生渗透破坏。由于维护不当，主坝 P12坝体测压管堵塞，测值精度一般，建议对测压管进行灵敏度测试，必要时进行冲洗，同时加强对大坝的巡视检查，发现问题及时处理。