宣威市明德水库大坝安全监测数据分析

杨光志YANG Guang-zhi；袁锋YUAN Feng；何龚超HE Gong-chao

（①宣威市水利水电勘察设计研究所，宣威655499；②宣威市防汛抗旱指挥部办公室，宣威 655499）

0 引言

水库大坝工程是国民经济的重要基础设施，可有效调蓄利用水资源，为人类带来巨大的利益，在防洪、灌溉、供水、发电等方面发挥着巨大的工程效益[1-4]，但水库一旦发生重大险情将会给国家及人民带来难以预料的灾难[5-6]。因此，水库大坝的安全运行历来是我国各级水管单位的重点工作[7-8]。大坝安全监测是大坝安全管理的重要内容，是控制大坝风险的重要措施[9-10]。本文分析了明德水库大坝的监测数据，总结了目前监测的结果，提出了下一步监测建议，为水库的安全运行提供了保障。

1 工程概况

明德水库位于宣威市宝山镇乐红村委会土红自然村东侧，坝址位于文兴河源头门前河的支流上，属珠江流域西江水系可渡河支流。

明德水库大坝为堆石混凝土重力坝，最大坝高53.8m，水库总库容124.9 万m3，设计灌溉面积0.38 万亩，供水人口6366 人，根据《水利水电工程等级划分及洪水标准》（SL252-2000）的规定：工程规模为小（一）型，工程等别为Ⅳ等。主要建筑物大坝、输水兼导流（放空）孔为4 级建筑物，输水管道设计流量为0.1574m3/s，小于5.0m3/s，按5级建筑物设计，临时建筑物为5 级。

在试蓄水阶段，大坝下游接近垫层处岸坡出现漏水现象，之后于2018 年10 月和2020 年8 月进行了两次补强灌浆处理。

2 监测布置

根据《混凝土坝安全监测技术规范》（SL601-2013）规定，设计主要对上下游水位、坝体温度、水平位移、垂直位移、扬压力和渗流等项目进行监测并作详细记录。主要监测项目包括：①坝体水平位移监测；②坝体垂直位移监测；③坝基扬压力监测；④坝体渗透压力监测；⑤渗流量监测；⑥绕坝渗流监测；⑦库水位监测。监测内容为以下四个方面：

1）外部变形监测：包括①和②。分别在坝顶各坝段均布设1 个位移标点，共设6 个位移标点；在两岸设置工作基点2 个、校核基点2 个。

2）渗流监测：包括③、④、⑤和⑥。在两坝肩布设绕坝渗漏监测点共2 个。灌浆廊道内布设6 个压力表。

3）渗流量监测：包括⑤。在廊道下游设集水坑汇集渗水，并设三角堰测量渗流量。

4）库水位监测：包括⑦在上游坝脚踏步一侧设水位监测标尺。

3 监测资料分析

3.1 外部变形监测

在2017 至2021 年间通过J-1#～J-6#六个监测点记录了大坝在X、Y 和Z 三个方向的变形数据如图1、图2 和图3 所示。

图1 大坝X 位移监测图（X 为向右岸为正，向左为负）

图2 大坝Y 位移监测图（Y 为向上游为正，向下游为负）

图3 大坝Z 位移监测图（Z 为向下为正，向上为负）

根据位移监测资料分析，坝段水平位移小于1cm，沉降位移为0.3～1.4cm，位移量很小，不会影响大坝安全运行。

3.2 渗流监测

3.2.1 扬压力

在上游水位分别为2185.7m、2201.03m、2193.3m 三个位置时读取压力表数据，具体数据见表1。

表1 扬压力监测数据表

通过监测数据表明，除3#孔外其他孔读数几乎为零，对压力表没有度数的孔拆除压力表进行水位实测，除6#孔水位较低外，其他孔均为满孔未溢出。

根据已有扬压力监测值及水位情况（表2），河床段实际的折减系数高于设计值，岸坡段实际折减系数低于设计折减值，通过稳定复核，各坝段在各种工况下稳定安全系数满足规范要求。

表2 扬压力对比分析表

3.2.2 绕坝渗漏

绕坝渗漏主要在左右岸各布置2 孔测压管，具体监测数据见表3。

表3 水库绕坝渗漏监测记录表

通过监测数据表明，测压管水位高程维持在地下水位附近，库水位的变化对读数几乎没有影响，表明库水位与其没有关联关系，不存在大的绕坝渗漏问题。

3.3 渗流量监测

3.3.1 廊道内三角堰监测

明德水库廊道内排水为自流排水，渗漏水流入汇水渠后排入积水坑，再通过预埋排水管字溢流堰面排除，排水孔高于下游校核水位，在汇水区内安装三角量水堰测量坝体和坝基渗漏量。各时间节点汇水区总渗漏量见表4。

表4 各时间节点汇水区总渗漏量

从监测数据表明，补强灌浆完成前廊道内渗水量较小，随库水位的变化没有规律性。通过廊道内检查，发现廊道内坝基排水孔堵塞较多，监测数据没有代表性。需及时将廊道内排水孔疏通。

2021 年5 月底完成第二次补强灌浆后，及时对排水孔进行了清理，根据记录的三组数据，与灌浆前相同水位的渗漏量相比，减少了37.2%。

3.3.2 坝左岸坡三角堰监测

2017 年开始试蓄水后，水库蓄水位最高至2193.94m时，左岸坝基下游约2180m 高程坝基接触面及开挖边坡喷混凝土预留排水孔内出现大量渗水（图4），渗漏水量10.26L/s。初步判断左岸2#坝段2183.9～2196.9m 高程间垫层混凝土底部与岩基接触部位存在渗漏问题。

图4 一次补强灌浆前左岸渗流情况

2018 年10 月1 日到2018 年12 月27 日，施工单位依据“补充通知书”开展了补强灌浆。但灌浆效果不明显便停止了施工。设计单位建议对坝基排水孔进行疏通，并进一步监测库水位及渗漏量变化情况。

2020 年，库水位再次达到2207.16m，右岸坝基接触带2198.00m 高程附近出现了明显漏水点，右岸下游50m 山体有明显出水点（图5），右岸渗漏量为11.5L/s。

图5 一次补强灌浆后右岸渗流情况

2020 年8 月20 日，第二次补强灌浆进场施工，于2021 年5 月底完工。2021 年8 月17 日至12 月2 日渗漏量监测资料，期间蓄水位2201.03~2207.12m，左岸大坝下游渗流量为1.75~2.23L/s，左岸山体渗漏量为1.95L/s，右岸未见明显渗漏现象，同比补强灌浆前后大坝下游渗漏量减少了86%~90%，左岸山体渗漏量较少了78%，右岸山体渗漏量减少100%，根据渗漏量公式计算Q=BKH/b 计算，左岸帷幕区面积B=2509m2，上下游水位差H=51m，渗透系数K 按5Lu（0.075m/d）计，渗径46m，则理论渗漏量为200m3/d（2.32L/s）。补强灌浆后渗漏量小于理论渗漏量，坝基防渗效果良好，左岸渗漏方式可考虑为轻微绕坝渗漏，对大坝蓄水和安全运行基本无影响，建议工程运行中进一步加强检测。

图6 二次补强灌浆后左岸渗流情况

图7 二次补强灌浆后右岸渗流情况

明德水库设计多年平均径流量为220.3 万m3，二次补强灌浆后水库正常水位时的渗漏量为2.17L/s，按全年处于正常水位计算渗漏量6.84 万m3/年，占多年平均净流量3.1%，按照《水利水电工程水文地质勘察规范》（SL 373-2007）规定为轻微渗漏。根据水库兴利调节计算结果，水库仅10 月底处于满库，其他时段均低于正常蓄水位，实际渗漏量远远小于理论计算值。大坝水库正常运行时属轻微渗漏范围，不影响水库蓄水，满足设计要求。

3.4 一般外表监测

水库初期运行，还进行了一般外表监测，主要是对坝面是否受到人为或生物破坏，坝面是否出现裂缝、坍陷、隆起、渗水等异常现象进行监测，通过监测，并未发现任何异常现象，水库运行正常。

4 结论

通过以上资料分析，明德水库工程通过位移监测，坝段沉降位移为0.3～1.4cm，沉降位移量很小，不会引起大坝变形；通过渗流监测，水库正常水位时的渗漏量为2.17L/s，渗漏量6.84 万m3/年，占多年平均净流量3%，但根据水库兴利调节计算结果，水库仅10 月底处于满库，其他时段均低于正常蓄水位，实际渗漏量远远小于理论计算值，大坝水库正常运行时属轻微渗漏范围，不影响水库蓄水，满足设计要求。通过对扬压力监测数据分析，采用监测数据折算的折减系数进行大坝稳定复核，各坝段安全系数均满足设计要求。

经分析，大坝达到设计要求的使用功能，无影响正常使用的缺陷，能正常运行，且各主要监测量的变化处于正常运行状态。

5 建议

大坝下一步监测工作建议：

①水库在运行过程中，宜按规范和设计要求加强监测工作，并做好监测设施的检查、维护、校正、更新、补充和完善；②由于蓄水期间降雨量偏少，观察期间水库蓄水最高水位为2201.17m，与正常水位一致，监测分析数据具有一定的代表性；水库正常蓄水后，除对大坝进行定期监测外，还应加强不利情况下的大坝变形监测工作，分析并及时处理相关问题；③定期对监测资料整编和分析，编写监测报告，评价大坝的运行状态，提出工程安全监测资料分析报告，及时归档；④发现异常情况应及时分析、判断，如分析或发现工程存在隐患，立即上报主管部门；⑤在运行期，每年汛前应将上一年的监测资料整编完毕；⑥安全监测项目及测次可按照表5 执行，当发生地震、大暴雨、库水位骤变、高水位且低气温、水库放空以及大坝工作状态异常时，应加强现场检查、增加测次，必要时增加监测项目。

表5 安全监测项目测次表