昭平台水库大坝测压管水位观测数据分析

杨 军，唐亚彬

(平顶山市昭平台水库管理局，河南 平顶山 467000)

1 工程概况

昭平台水库位于淮河流域沙颍河水系沙河上游，属大(Ⅱ)型水库。1958年5月兴建，1969年6月基本建成，1970年正式投入运用，是一座以防洪、灌溉为主，结合发电、供水、养殖、旅游等综合利用的水库。校核洪水位180.94 m，设计洪水位177.89 m，正常蓄水位169.0 m，死水位159.0 m。总库容6.85×108m3，兴利库容2.58×108m3，死库容0.36×108m3。

水库枢纽工程由主坝、副坝、溢洪道、非常溢洪道、输水道等组成。主坝为黏土斜墙砂壳坝，坝顶长2 315 m，宽7 m，坝顶高程181.8 m。目前，主坝共有11个断面30根测压管，其中3个断面9根测压管为坝基测压管，8个断面21根测压管为坝体浸润线测压管。

2 大坝测压管相关数据收集与整理

测压管水位采用电测水位法人工测量，每7天测量一次；渗流量观测采用量水堰法，每7天测量一次；库水位为逐日8点水位，库水位和降水量采用昭平台水文站测量值。本文主要分析主坝测压管观测数据，选取坝体浸润线测压管0+804-1、0+804-2、0+804-3和坝基测压管1+690-1、1+690-2、1+690-3为研究对象，对所收集的近3年数据(2018-2020年)进行整理分析。由于存在不可避免的测量误差、受降雨影响外水进入测压管等造成数据异常现象以及较多数据不便于图表显示，因此在统计分析前将每月第1周测量数据作为该月分析数据，另外3周的测量数据作为替补数据；对于异常数据，使用相邻替补数据进行替换，形成完整的长序列观测数据，排除干扰，提高分析的准确性。

3 大坝测压管观测数据分析

大坝测压管水位观测数据主要用来分析大坝渗流情况，根据昭平台水库工程地质和测压管布置现状，对主坝桩号0+804和1+690处的测压管水位进行分析，采用的分析方法有过程线分析、相关性分析、位势分析和比降分析。

3.1 过程线分析

过程线分析法是测压管水位分析的常用方法，通过绘制库水位、管水位、坝后水位、降雨量沿时间变化过程线，进行一致性判断，初步分析大坝渗流情况。通常管水位的升降在短时段内滞后于库水位，当以月为时间单位时，管水位的变化趋势应当与库水位一致。若管水位随库水位升降而升降，或变幅较小，可以初步认为大坝渗流正常。若管水位变化趋势与库水位相异，或库水位变化较小，而管水位发生突变，不能直接认为大坝渗流异常，需要分析观测数据的准确性和降雨影响。在排除上述原因后，还需要结合其他测压管水位变化情况，以及其他分析方法进一步研究。选取主坝0+804断面和1+690断面测压管水位在2018-2020年的统计资料，绘制过程线图进行渗流分析，见图1、图2。

图1 0+804断面测压管水位过程线图

图2 1+690断面测压管水位过程线图

通过测压管水位过程线可以看出，0+804断面的3根坝体浸润线测压管水位与库水位变化趋势一致，且测压管水位常年集中在146～149 m之间，低于库水位，高于坝下水位，上游测压管水位及水位变化幅度大于下游测压管水位。初步分析，桩号0+804处坝体渗流正常。1+690断面的3根坝基测压管水位与库水位变化趋势一致性相对较差，测压管水位出现波动，常年集中在148～152 m之间，低于库水位，高于坝下水位，上游1+690-1测压管水位明显高于下游1+690-2和1+690-3测压管水位。初步分析，桩号1+690处坝基测压管可能易受降雨影响，渗流情况需进一步分析。

此外，1+690断面为坝基测压管，0+804断面为坝体浸润线测压管，前者水位明显高于后者。查阅大坝地形构造发现，坝底呈一定的倾斜坡度，桩号1+690处坝底高于桩号0+804处，故1+690断面测压管水位不能与0+804断面测压管水位直接比较，两者不具有关联性。

3.2 相关性分析

大坝测压管水位与库水位的相关性可建立一元线性回归方程，根据斜率和相关性进行渗流分析。测压管水位与库水位的一元线性回归方程，斜率用k表示，斜率越小表明坝体渗透系数越小，相反斜率越大则表明渗透系数越大。拟合直线用r表示相关系数，研究认为当r>0.8时，相关性较好；当0.8>r>0.4时，弱相关；0.4>r时，不相关[1]。选取主坝0+804断面和1+690断面测压管水位在2018-2020年的统计资料，建立一元线性回归方程，见表1。

表1 测压管水位与库水位相关性分析

通过测压管水位与库水位回归方程可以看出，0+804断面的3根坝体浸润线测压管水位与库水位相关方程斜率k较小，相关系数r均大于0.8。分析认为，桩号0+804处黏土斜墙坝体渗透系数较低，防渗效果好，渗流稳定；测压管水位与库水位相关性较好，坝体渗流主要来源于库内水，外水不易进入，且坝体无裂缝。1+690断面的1+690-1管斜率相对较大，1+690-2和1+690-3管斜率k较小；1+690-1管相关系数r在0.4～0.8之间，1+690-2和1+690-3管相关系数r小于0.4。分析认为，桩号1+690处坝基测压管中，1+690-1管水位受库水位影响较大，1+690-2和1+690-3管水位与库水位相关性较小；该断面防渗相对较为薄弱，总体尚好，无较大异常。

3.3 位势分析

大坝测压管渗流分析也可以采用位势分析法，将测压管水位转换成相应的位势。测压管位势是指测压管水头在渗流中占总渗流水头的比值[2]，计算公式为Fi=(hi-H2)/(H1-H2)*100%，其中Fi为测压管位势，hi为测压管水位，H1库水位，H2为坝下水位。根据渗流原理，如果位势发生变化，通常表明渗流发生了变化。当位势增加时，坝体和坝基可能出现裂缝或其它损坏；当位势不变或减小时，坝体和坝基渗流稳定，工程安全[3]。根据前文分析可知，在0+804断面坝体和1+690断面坝基渗透系数小，需要整理观测数据减小管水位滞后于库水位的影响，使用高水位分析位势。在2018-2020年，选取库水位大于169 m的观测数据进行计算，见表2。

表2 测压管位势统计表

根据测压管位势统计可以看出，0+804断面和1+690断面测压管位势基本保持不变，其中变幅最大的是1+690-1测压管，最大位势22.63，最小位势21.75，变化幅度为0.88。分析认为，桩号0+804处坝体防渗体完好，无裂缝，渗流正常；桩号1+690处坝基无裂缝，渗流正常。

3.4 比降分析

大坝测压管渗流分析还可以采用比降分析法。测压管水位比降即上游测压管与下游测压管瞬时水位高度差与其相应水平距离之比，表示大坝断面的水面坡度，也称为水力坡度或水力坡降。比降分析就是计算出某一断面测压管之间的水力坡降，计算公式为i=H/L，其中i表示水力坡降，H表示同一断面相邻两根测压管水位差，L表示同一断面相邻两根测压管水平间距。如果i小于临界水力坡降ier，则断面渗流处于稳定状态；如果大于临界水力坡降ier，不能直接认为断面渗流出现问题，需进一步分析论证[4]。研究高水位渗流更具有意义，选择2018年1月和2020年10月瞬时水位，见表3、表4。

表3 测压管位水力坡降统计表(时间：2018年1月 库水位：171.09 m)

表4 测压管位水力坡降统计表(时间：2020年10月 库水位：171.06 m)

根据资料记载，大坝桩号0+804处为河槽段，临界水力坡降值0.1；桩号1+690处为台地段，临界水力坡降值0.2。表3和表4水力坡降计算结果显示，0+804断面和1+690断面测压管水力坡降均小于临界水力坡降，且在库水位相近的情况下，水力坡降不受时间变化影响，基本保持不变。分析认为，桩号0+804处坝体和桩号1+690处坝基渗流稳定。

4 结 语

大坝渗流分析方式多种多样，各有优缺点。当某一项分析出现异常时，不能简单地认为该处出现渗流问题，应当结合多种分析方式，相互比较验证，才能得出更加科学、准确的结论。通过过程线分析、相关性分析、位势分析和比降分析4种方式，对昭平台水库测压管水位观测资料进行分析。结果表明，桩号0+804处坝体和桩号1+690坝基无裂缝和破损，渗流正常稳定，不存在渗漏隐患。