崖底水库渗流安全评价研究

庞学忠

(陕西省延安市宜川县河道和水库管护中心，陕西 延安 716200)

1 流域概况

崖底水库位于宜川县西南猴儿川河上游，属稍林土石山区，海拔高程在 11 561 206 m 之间，流域内植被较好。气候干旱，雨量少，本流域地处暖温带半湿润大陆性季风气候区，冬春寒冷少雨，夏季多暴雨天气，秋季常有连阴雨。降雨时空分布严重不均，多集中在6、7、8、9 月份，降雨具有历时短、强度大、总量多、汇流集中等特点。多年平均气温12℃，平均输沙量2.1万 t，多年平均降雨量599.2 mm，多年平均水面蒸发量为1 000 mm，最大冻土深度0.8 m，无霜期 170～180 d右右，最大风速 19 m/s(图1)。

图1 流域水系图

2 崖底水库概况

崖底水库枢纽工程属四等工程，小(1)型水库，于1975 年 9 月动工修建，1976 年 11 月建成运行至今，为年调节水库。枢纽工程由大坝、溢洪道、输水建筑物三部分组成。距集义镇政府16 km，距宜川县城约 80 km。坝址以上控制流域面积 100 km2，主沟道长度 25 km，平均比降 20‰。水库所在地属于土石山林区，植被良好，多年平均径流量1 200万 m3。崖底水库主要包括大坝、溢洪道和输水洞，是一座以灌溉为主兼有供水、防洪等综合功能的水库，是宜川县集义镇上川1万亩农田灌溉的主要水源。

2.1 大坝

大坝为砂壤土均质土坝，坝顶高程 1 066.8 m，坝高 24 m，坝顶长 250 m，顶宽4 m，坝底宽125 m。沿坝轴设4 m深的截水槽一道，坝后设高5 m堆石棱柱体反滤坝，迎水坡砂砾石上采用干砌石护坡，背水坡采用草皮护坡。

2.2 溢洪道

2.3 输水洞

3 水库渗流安全评价方法

结合水库工程实际，大坝渗流安全评价采用现场检查法和软件计算分析法。

3.1 现场检査法

通过现场检查大坝渗流表象，宏观判断大坝渗流安全状况。通过现场检查，未发现上游坝坡塌陷、库内出现漩涡漏水现象；坝体与两坝端岸坡结合部无漏水现象，附近坝面无塌陷；坝体与输水洞结合处无漏水现象，但是坝面风化严重，需进行坝面修复。

3.2 软件计算分析法

通过软件方法计算大坝的渗流量、水头、渗流压力、渗透坡降等水力要素及其分布，绘制流网图，评判防渗体的防渗效果，以及关键部位渗透坡降是否小于允许渗透坡降，浸润线(面)是否低于设计值，渗流出逸点高程是否在贴坡反滤保护范围内。

3.2.1 计算方法

渗流计算采用河海大学工程力学研究所编制的《水工结构分析系统》(Autobank7.7)程序，计算选用二维有限元法，按各向同性介质建立分析模型。

3.2.2 计算断面

计算断面坝顶长250 m，顶宽4 m，坝底宽125 m，渗流稳定验算典型断面选取大坝最危险断面，为方便计算，对该断面进行了适当简化。上游正常蓄水位1 062.70 m，设计洪水位1 064.77 m；校核洪水位1 066.05 m，死水位1 048.50 m，河底高程1 042.7 m。

3.2.3 计算内容

通过坝体、坝基的渗透水流，一方面能使位于浸润线以下的土体密度减小，土体的抗剪强度指标降低，从而降低了边坡的稳定性；另外，当渗透压力达到足够大时，能引起土体发生管浦、流士等渗透变形问题。因此，必须对土坝渗流进行计算和分析，渗流安全计算与分析包括渗流量、等势线和渗透坡降计算三部分内容。

3.2.4 计算工况

根据《碾压式土石坝设计规范》(SL274-2001)第 7.1.2 条规定并结合本次安全鉴定要求以及实际断面情况：渗流计算应考虑水库运行出现的各种不利组合，各工况计算水位如下：

1)稳定渗流工况

(1)上游正常蓄水位工况：上游水位1 062.70 m，下游无水，坝基高程1 042.70 m。

(2)上游设计水位工况：上游水位1 064.77 m，下游无水，坝基高程1 042.70 m；

(3)上游校核洪水位工况：上游水位1 066.05 m，下游无水，坝基高程1 042.70m；

2)非稳定渗流工况

上游水位由校核洪水位1 066.05 m 降落到正常蓄水位高程1 062.70。

3.2.5 计算参数

水库坝高为24.1 m 时，坝基中渗透比降I=0.11，其值小于坝基土的允许水力比降，即坝基砂卵石层基本上不会发生渗透变形(见表1)。

表1 坝体渗透计算参数选用

3.2.6 计算成果

大坝横断面坝体浸润线、等势线计算成果如图1～图4。具体计算结果见表2。

表2 大坝渗流计算成果表

1)上游正常蓄水位1 062.7 m 处与下游相应的水位(下游地面高程)工况下的渗流计算结果见图2。

图2 正常蓄水位1 062.7 m 处渗透坡降及水头等值线图

2)上游设计洪水位1 064.77 m 处与下游相应的水位(下游地面高程)工况下的渗流计算结果见图3。

图3 设计洪水位1 064.77 m 处渗透坡降及水头等值线图

3)上游校核洪水位1 066.05 m 处与下游相应的水位(下游地面高程)工况下的渗流计算结果见图4。

图4 校核洪水位1 066.05 m 处渗透坡降及水头等值线图

4)上游水位由校核洪水位1 066.05 m 降落到正常蓄水位1 062.70 的渗流计算结果见图5。

图5 上游正常蓄水位下落至正常蓄水位工况下的渗透坡降及渗流力图

3.2.7 结果分析

1)渗漏量

全坝段平均渗透量：Q=qi×li=0.17×250=42.5 m3/d

全年最大渗漏量：W年=Q×T=42.5×365=1.55万 m3

全年渗漏量为1.55万 m3，占坝址兴利库容108万 m3的1.43%，根据《水利水电工程水文地质勘察规范》(SL373-2007)的规定，崖底水库大坝属于轻微渗漏。

2)渗透坡降

通过坡降计算结果知，下游坝坡为砂壤土，渗透变形类型为流土型，孔隙比平均值为 0.7，Gs=2.61，则无保护条件下的坝体土料临界比降 Jcr=(Gs-1)(1+e)=1.06，校核洪水位下出逸比降为 0.736 小于允许要求，不会发生渗透破坏现象。

3)逸出点

从渗流计算结果看：校核洪水位工况下出逸点高出下游地面0 m，坝体浸润线位置均较低。

综上，水库渗漏量较少，渗透坡降符合规范要求，水库大坝长时期内不会产生渗透破坏。

4 结语

(1)通过对大坝渗流进行安全评价，并结合评价结论进行复核后可见，坝体坝面排水设施完善，有合适的排水设施，坝基也设置了截渗槽。通过计算分析，大坝渗流压力与渗流量变化规律正常。在校核工况下下游渗透比降小于其允许的渗透比降，满足渗透稳定要求，运行中无异常渗流现象存在。

(2)在重点对大坝进行评价的基础上，同步采用不间断的现场巡查，对溢洪道和输水洞渗流也进行安全评价。溢洪道引水段较长，坐落于大面积台地上，增加渗径，渗流问题不大。通过水库管理人员日常巡查发现，坝体与输水洞结合部未发现有漏水及塌陷现象，不存在渗透稳定破坏。再加之经过除险加固，溢洪道和输水洞均得到改造和加固，不存在渗透破坏的情况。

(3)综上所述，经过全面科学的安全评价，最终可知，崖底水库大坝渗流性态基本安全，评为 B 级。