基于漳泽水库渗流观测资料的大坝运行状况评价

宋 倩

(山西漳泽水库管理有限公司，山西 长治 046021)

1 工程概况

漳泽水库位于山西省长治市，属海河流域上游漳卫南运河水系，工程于1959年11月动工兴建，1960年4月竣工投入运用。1989—1995年，水库进行了最全面、最彻底，规模和投资最大的一次改建。改建后大坝加高5.0m，坝顶高程达910.00m，正常蓄水位902.40m，设计洪水位903.61m，校核洪水位908.45m，洪水设计100年一遇、洪水校核2000年一遇，防洪标准达到部颁及国家标准。建库60多年以来，大坝渗流观测系统多次更新，积累了大量监测数据。2017年漳泽水库渗流监测系统采用“测压管+渗压计及传输终端”模式，提升了数据的准确性和稳定性，2019年作为全国67座试点水库(山西省第一座)接入“全国大型水库安全监测监督平台”。

2 大坝渗流观测测点布置及工作方法

考虑到历次渗流系统更新改造测点位置不同，本文以2017年改造完成后的渗流监测数据作为基础来分析漳泽水库大坝渗流性态。

2017年水库大坝渗流监测断面增加至9个(测点分布见表1和图1～图3)。由于坝面较长、测点较多，在0+800和1+900断面设置两台网关，网关收集渗流监测数据传输至平台。2018年1月1日以来，通过工作人员的管理及维修，大坝渗流监测设备基本工作正常，每日0时、8时、16时采集数据，观测时剔除错误值后，取剩余数据平均值作为整编分析数据。

表1 水库大坝渗流监测测点统计

图1 坝体测点布置

图2 主坝坝基测点布置

图3 副坝坝基测点布置

3 水雨情资料整编

3.1 降雨量和上游水位过程分析

水库每年年初编制汛期调度运用计划经批复后实施，按照上级要求上汛，汛限水位901.50m；7月15日进入主汛期，汛限水位901.00m。2018年1月1日—2021年12月31日降雨量和上游水位过程线见图4。

图4 降雨量和上游水位过程线

由图4可以看出:当地降雨主要集中在5—8月，漳泽水库每年约5月开始开闸放水至汛限水位，汛期过后蓄水至次年5月，中间时段会根据上下游要求进行兴利调度。特别是2021年10月，由于秋汛连续降雨导致库水位超过历史最大值(903.30m)至903.33m，后经过上下游错峰调度，平安度过。

3.2 渗流监测资料分析

通过绘制漳泽水库渗流测点与库水位和降雨量过程线，得知漳泽水库渗流测点中有11个测点孔口封闭不严，降雨量较大时，会出现雨水灌入情况(见图5)。排除降雨影响后，各断面坝体(坝基)测压管水位从上游到下游逐渐减小，符合土坝渗流规律。用最小二乘法计算分析各测点测值与库水位相关关系(见表2)，除去降雨影响较大的测点外，只有500-4和1600-1测点(数据缺失严重)与库水位相关系数小于0.3，相关性不强，其他测点均与库水位相关性良好。

图5 受降雨影响测点(300-2)数据过程线

表2 各测点测值与库水位相关关系

通过计算各个断面测点的渗流位势百分数，绘制位势过程线，由于排除了降雨影响的时段，测点位势变化不大，此处采取排除降雨影响的时段数据的位势平均值表征各点位势，计算位势平均值(见表3)。

表3 各测点位势平均值

从表3可以看出：坝体测点位势断面1>断面2>断面3，从上游至下游逐渐减小，符合一般渗流规律；副坝坝基测点位势断面4大于断面5,越往下游位势越小，符合土石坝渗流规律；主坝坝基测点位势断面4约等于断面5,断面6约等于断面7，前者大于后者，越往下游位势越小，符合土石坝渗流规律；副坝由于坝基较浅，坝脚与主坝坝脚在同一水平线上，相当于下游均分布有渗水出口，其位势规律与0+500断面相同。

主坝由于坝基较深，除0+500断面下游坝脚处有渗水出口导致上游坝基位势(断面4和断面5)小于坝顶坝体位势(断面2)外，其余断面上游坝基位势均大于下游坝体位势；0+500断面下游坝脚处有渗水出口，导致0+500断面上游坝基相比不同断面相同位置的位势最低，不超过30%，下游坝基相比不同断面相同位置的位势最低，不超过15%，500-4与库水位相关性不强也是由此导致的。

通过绘制坝体渗流测点位势过程线的趋势线，计算趋势线的斜率(见表4)。多项研究资料表明：位势如果随时间进展呈上升趋势，一般表示该处渗流向不利安全方向发展。从表4可以看出除去受降雨影响的测点不考虑外，只有300-3和760-3测点位势斜率大于0，漳泽水库渗流整体上是安全的。

表4 坝体渗流测点位势过程线的趋势线斜率

经过汛期实地查看发现，由于在0+500断面坝脚处布置了渗流汇水出口，出口直接连接下游河道，主坝下游坝脚坝体渗流测点(300-3、500-3、700-3和760-3)受下游水位波动影响严重。具体表现为汛期泄水量较大时，河道水位抬高，会直接导致主坝坝脚处排水不畅，位势增大。

4 大坝运行状况评价

根据渗流数据分析，各断面坝体(坝基)测压管水位从上游到下游逐渐减小，多数测点测压管水位值均与库水位相关性良好，多数测点位势随时间进展呈下降趋势。漳泽水库大坝总体渗流性态是稳定的。

具体分析特殊情况发现：2021年秋季库水位上升下降速度较快时，断面1测点数据均超过4年以来最大值，但是从过程线(见图6)来看，只有长时间持续的库水位会对测点渗压值产生实质性影响，库水位903.33m持续不到3天，便随着合理调度迅速降低，测压管测值并未突变，由此进一步证明漳泽水库大坝渗流是稳定的。

图6 断面1测点数据过程线

汛期调度过程中发现主坝坝脚处汇水口水位上涨，水流几乎停止(见图7)，无向下游流动的趋势。经巡查河道对比河道水位发现，下游河道水位较高，导致汛期泄水超过200m3/s时，坝脚处积水严重，渗透压力较大。具体表现为300-3测点在2021年10月由于下游水位增大导致测值增加1m有余(见图8)，调度完成后，测压管水位下降缓慢，与其他断面相同位置测点规律不同。故需进一步评估坝脚处排水能力和河道泄流能力，提高大坝调度的安全系数。漳泽水库多个渗流测点受降雨影响严重(见图5)，主要原因为测点所在处为低洼状态，且未设置相应排水或防水措施，需进一步维修，提高数据准确性。

图7 秋汛调度时主坝坝脚处汇水口情况

图8 300-3测点数据过程线

5 结 语

本文利用漳泽水库四年来渗流观测数据，绘制渗流过程线、位势过程线和相关线，并采用最小二乘法，计算了渗流压力与库水位的相关系数以及位势趋势线的关系。结果表明：多数渗流测点与库水位相关性明显；渗流压力从上游到下游逐渐减小；测点位势随时间进展呈下降趋势。通过数据分析和巡视检查，漳泽水库大坝渗流性态基本稳定。该项分析过程和结果对监控大坝安全运行有重要作用。

特别需要指出的是，在2021年秋汛调度过程中，虽存在测压管受降雨影响较大、坝脚排水不畅的问题，但上游第一个断面的坝体测压管水位并未随着库水位急剧变化，进一步表明漳泽水库渗流性态是稳定的。通过渗流数据分析和实地巡视检查可及时发现问题，为工程调度、维修养护提供数据支持，保障了大坝的安全运行。