团城湖调节池安全监测成果分析

高大伟，王子寒，翟 栋，郭 欣

(1.北京市南水北调团城湖管理处，北京 100195； 2.北京京水建设工程有限公司，北京 100091)

团城湖调节池是北京市南水北调配套工程的重要组成部分之一，是京西水源调度的关键枢纽，是充分、可靠地利用南水北调来水向城市供水的关键工程，作为北京市南水北调供水系统中重要的水利枢纽，发挥着承上启下的作用。团城湖调节池可接纳密云水库和南水北调来水两大水源，经调度后分别向北京市第八水厂、第九水厂、田村水厂、燕化引水工程、东水西调工程、城市河湖水系、高水湖养水湖等处供水，发挥着重要的供水效益以及生态效益。

团城湖调节的主要功能是：在南水北调正常供水工况下，来水进入团城湖调节池，经调节池内各分水口向各用水户供水。在南水北调工程出现事故、进京水量减少甚至突然停水事故时，调节池具备一定的调蓄规模，可满足在突发情况下及各水厂在一定保证率条件下进行水源切换的要求。在南水北调停水检修工况时，密云水库来水经京密引水渠、团城湖(颐和园)、干线团城湖明渠入调节池，可满足各用水户的用水需求[1-2]。

安全监测是保障水库安全运行的重要措施,是水利工程运行管理的一项必须的工作和掌握工程安全性态的重要的手段。作为京西输水的关键工程，确保调节池工程安全平稳运行十分重要，因此需要对调节池工程开展安全监测工作，在保证调节池安全监测数据的稳定性、连续性、有效性的基础上，及时掌握工程的动态变化，发现异常情况及时预警并采取相应措施保障工程安全。

1 团城湖调节池概况

团城湖调节池位于海淀区四季青镇玉泉行政村，南邻北四环西路，北至中坞新村，东邻南水北调中线团城湖明渠，西至北坞村路。工程于2012年11月12日开工，2014年6月底主体完工后投入运行，总占地67 hm2，其中水面面积为33 hm2，水深常年保持在5 m上下，调蓄水位49.0～45.0 m，最高运行水位49.5 m，池底高程44.0 m，调蓄容积127×104m3，最大储水容量为166×104m3。

团城湖调节池工程等别属于Ⅰ等，主要建筑物为1级，分为三连通闸、调节池、分水口和管理设施4个部分。其中，进水建筑物(三连通闸包含团城湖进水方涵出口闸、明渠隔断闸以及西四环暗涵出口闸)布置于调节池的东南侧，现状为团城湖明渠首部，共有3处分水口，分别是环线、高水湖养水湖及田村水口；环线分水口和高水湖养水湖分水口布置于调节池北侧，田村分水口布置于调节池西北侧。团城湖调节池是原地面开挖形成的水池，调节池底板及挡墙均做防渗处理[3]。

2 安全监测点的分布、数据采集及分析

2.1 安全监测点的分布

团城湖调节池的安全监测工作主要包括团城湖调节池周边地下水位观测、各分水口闸门及三连通闸的基础渗压监测、水工建筑物(三连通闸、高水湖养水湖分水口、环线分水口、田村分水口)等重要部位的沉降观测。

2.1.1 地下水位

团城湖调节池通过监测调节池周边测压管及水质/水位监测井，确定调节池地下水位的变化。环调节池周边共计均匀布设9个测压管(编号SW1-SW9)，另外有4个水质/水位监测井(编号SWSZ1-SWSZ4)环池均匀分布，总计13个地下水位监测点。测压管为内径70 mm的镀锌钢管，钢管内部放置振弦试渗压计，型号为BGK4500S-70 kPa，生产厂家为北京基康。水质/水位监测井与地下水位相连通，用于人工监测地下水位。

2.1.2 渗透压力

在调节池进水闸与明渠隔断闸(进水闸与隔断闸共计8个测点，编号P1-P8)、高水湖养水湖分水口(4个测点，编号P1g-P4g)、环线分水口(6个测点，编号P1h-P6h)、田村分水口(6个测点，编号P1t-P6t)等5处，在闸室部位及上下游布置渗压计对闸室的渗透压力进行监测，总计24个测点；在三闸交汇区域布置渗压计，对三闸交汇的闸室边墙的渗透压力进行监测，总计5个测点(UP1-UP5)。监测设备均采用振弦式渗压计，型号为BGK4500S-350 kPa，生产厂家为北京基康。

2.1.3 主要水工建筑物变形

团城湖调节池通过各闸室变形观测断面、闸墩及边墙沉降变形测点、左右岸变形观测基点，开展变形观测。在三联通闸(13个测点，编号BM1-BM13)、调节池进水口(3个测点，编号BM1j-BM3j)、高水湖养水湖分水口(4个测点，编号BM1g-BM4g)、环线分水口(4个测点，编号BM1h-BM4h)、田村分水口(4个测点，编号BM1t-BM4t)等5处区域，共计28个沉降测点设置沉降变形观测点。另外，有观测基点10个。

2.2 数据采集频次及分析方法

2.2.1 采集频次

2.2.1.1 地下水位

测压管通过自动采集系统进行数据采集，每月提取其中5次监测数据进行比对分析。由于水质/水位井中未安装计量设备，采用平尺水位计进行测量，每月测量4次。另外，每年1次通过BGK-408振弦读数仪人工读取测压管数据，与自动采集数据进行比对校核。

2.2.1.2 渗透压力

渗透压力通过自动采集系统进行数据采集，每月提取其中5次监测数据进行比对分析。另外，每年1次通过BGK-408振弦读数仪人工读取测压管数据，与自动采集数据进行比对校核。

2.2.1.3 主要水工建筑物变形

使用全站仪采用二等水准法观测记录主要建筑物的沉降变化，每月测量1次沉降值进行沉降变化对比分析。每年1次利用调节池周边的国家二等水准点，对10个观测基点进行校核。

2.2.2 数据分析方法

利用安全监测自动数据采集系统收集的地下水位和渗透压力数值，通过Excel表格绘制变化过程曲线，对比分析地下水位和渗透压力变化趋势。如遇到数据变化波动较大，通过现地人工测量模数与温度后套入计算公式与自动采集的数据进行复核，沉降变形通过多次观测得到的沉降数据进行累加，得到末次累计变化值，对累计变化值进行对比分析沉降变形趋势。

3 安全监测结果分析

团城湖调节池工程于2015年7月完成沉降变形观测工作基点高程引测工作，并于2015年8月开始开展调节池工程各主要建筑物沉降观测。监测至今，调节池安全监测数据保持了连续性、真实性，但由于数据量大，本文中主要选取2018年至今的调节池安全监测成果进行对比分析。

3.1 地下水位变化分析

建设前期对调节池进行水文勘探，调节池周边地下水位位于调节池底板高程以下。但随着调节池蓄水投入运行后，受地下水开采减少、调节池渗漏等因素影响，周边地下水位会呈现持续上升的趋势[4]。高地下水位将对调节池结构抗浮稳定的安全产生影响，应做好地下水位监测工作，发现地下水位异常及时报警并采取相应措施。

调节池工程由设计单位确定的周边地下水位预警值为44.0 m，当地下水位到达预警值时，应加强观测，注意水位变化。在上述要求下，对地下水位进行分析，超过预警值及时进行上报处理。

通过图1进行分析，调节池周边地下水位与调节池水位呈现出正相关的趋势，会随着调节池水位的升降而升降。同时与季节温度变化呈现出相同趋势，地下水位呈现出夏季逐步升高、冬季逐步降低。近3年的监测数据显示，团城湖调节池运行水位在48.50～49.10 m的范围进行浮动，在排空检修期间水位降低至45.00 m，调节池水位变动幅度最大达到4.10 m，调节池周边各测压管及水质/水位井内地下水位测值范围为30.835～40.342 m，均低于地下水位预警值(44.00 m)。

图1 团城湖调节池地下水位曲线图

同时调节池周边地下水位测值整体呈西北高东南低的分布规律，其中高水湖养水湖附近的SW2测点地下水位最高，田村分水口附近的SW7测点地下水位最低，与团城湖调节池前期进行水文勘探的地下水位高低分布情况保持一致。

监测结果表明，团城湖调节池各处地下水位整体较平稳，测值状况正常。调节池工程结构未受到地下水位的影响，同时调节池周边地下水位也逐年呈现出整体升高的趋势。

3.2 渗压变化分析

水工建筑物基础渗压过高会使建筑物地基失稳[5]，团城湖调节池渗压变化主要监测4处分水口以及三联通闸区域的基础渗压。

通过图2-图5进行分析，监测数据表明，在监测期间进水闸与明渠隔断闸、高水湖养水湖分水口、环线分水口以及田村分水口等4处渗压计的测值(P1及P2除外)均波动正常，基础渗透压变化稳定，建筑物基础部位渗压计测值总体不超过5 kPa，各闸基础部位基本无渗压体现，有利于闸室稳定性。

图2 进水闸与明渠隔断闸基础渗压曲线图

图3 高水湖养水湖分水口基础渗压曲线图

图4 环线分水口基础渗压曲线图

图5 田村分水口基础渗压曲线图

进水口P1号监测点数值呈现阶段性跳跃，结合现场实际情况进行分析，数据跳跃均发生在降雨期间，待降雨结束后，该点监测数值逐步恢复正常。P2号监测点数值在监测期间整体偏高，查阅渗压计安装资料，安装初期该点监测数值处于较高水平，且开展监测工作以来该点未出现大幅度波动，认为该处渗压整体稳定。同时测压值出现负值主要是渗压计埋设地点出现负压孔隙形成真空，导致渗压计在安装后出现负压，在一些资料整编中负压也可以认为是零[6]。

结合图6中曲线，对三连通闸区域测压管水位进行统计分析。在监测期间，三连通闸区观测孔内渗压计测值随工程运行状态波动。监测结果显示，三联通闸区域数据曲线随明渠水位变化有相应的波动，与水位变化趋势相一致，在团城湖明渠停水检修期间，测压管水位会随之发生显著下降。总体而言，三联通闸区域闸室整体基本稳定，渗压状态正常。

图6 三连通闸区域测压管水位

3.3 沉降变形分析

调节池的运行以及周边地质条件变化可能引起水工建筑物的沉降，通过沉降观测能了解到水工建筑物的稳定性和可靠程度[7]。在团城湖调节池各主要水工建筑上开展沉降观测，根据设计标准，各分水口闸室沉降位移控制值，以两侧闸墩沉降位移观测点的差异沉降值作为控制，差异沉降值≤5 mm，预警值为3 mm，发现沉降测值异常变化，应及时进行处理上报。

自沉降监测以来，三连通闸区域13个沉降测点累计沉降值在-4.649 ～0.683 mm之间，进水闸3个沉降测点累计沉降值在-0.179 ～0.701 mm之间，高水湖养水湖分水口4个沉降测点在-20.110～-16.867 mm之间，环线分水口4个沉降测点在-4.693～-0.755 mm之间，田村分水口4个沉降测点在-4.693～-0.755 mm之间，全部测点单次沉降测值均小于预警值3 mm。监测结果表明，各沉降监测点沉降测值均在预警范围内，建筑物沉降变形稳定。

4 结 论

团城湖调节池安全监测数据表明，地下水位、渗透压力、沉降测值3项指标均在正常范围内变化，未超过警戒值；地下水位和渗透压力会随着季节以及运行水位发生变化，建筑沉降变形整体趋于稳定，团城湖调节池整体运行平稳，各类设备设施未见异常。安全监测是保障团城湖调节池工程运行安全、工程安全的重要手段，调节池开展的连续安全监测工作，既保证了数据的连续性、真实性，也达到了预期目标，为调节池安全运行提供了有效保障。

5 展 望

水利部在2018年开展的全国近3 000座水库的调研中，安全监测全部采用自动观测的仅占7.6%，安全监测更需要动态化、实时化，同时安全监测工作量大且繁重，更需要不断向着智能化迈进。通过实时传输的监测数据，不断监测水工建筑物结构的变化，了解建筑物的情况，为水工建筑物安全运行、日常养护等工作提供参考与借鉴[8]。近些年，水利行业逐步向智慧化迈进，安全监测工作也应不断向着信息化迈进。南水北调中线工程利用安全监测APP远程监控，在疫情期间保证了安全监测工作的顺利进行，且提高了安全监测频次，在线进行动态分析，发现异常变化及时进行提示[9]。目前，调节池的安全监测工作虽然开展了动态采集，减少了人工采集的频次，但是依然需要每月收集自动采集的数据进行人工汇总，并编写安全监测月报，在安全监测智慧化、智能化的道路上还有很远的路需要去走。