朱瑞荣

（西安水务（集团）有限责任公司，陕西西安 710061）

1 概述

黑河水库位于陕西省周至县境内，是西安城市供水主水源。大坝是水库重要的挡水建筑物（Ⅰ级），坝型为黏土心墙砂砾石坝，材料由黏土心墙、反滤料、坝壳砂石料、坝基灌浆帷幕等组成[1]，呈梯形断面，坝高128.90 m，顶宽11 m，底宽500 m，上游坝坡坡比1∶2.2，下游坝坡坡比1∶1.8，大坝典型断面见图1。土石坝为柔性坝，适应变形的能力很强，所以变形不是大坝稳定性的重点，最重要的或者说是会引起大坝安全隐患的是渗流破坏；另外，土石坝的材料特性以及库水位的频繁变化，土石坝内部渗流状况也比较复杂，内部渗流状况直接关系到前后坝坡的稳定性及坝体、坝基的渗透稳定性(管涌、流土)，所以大坝内部及坝基的渗流情况是大坝安全监测重点。因此，重点研究渗流监测资料对黑河大坝至关重要。黑河大坝坝体渗流监测仪器（渗压计）分别布设在0+88、0+225、0+316断面上。在0+88和0+316断面沿高程530.0 m、550.0 m、570.0 m共布设13个测点；在0+225剖面沿高程500.00 m、525.00 m、550.00 m、570.00 m布设18个测点[2]。测点位于心墙及上、下游反滤层中。黑河大坝坝基渗流监测仪器（渗压计）布设在0+225断面坝基灌浆帷幕上、下游砂卵石中，从上游到下游依次布设3个测点。水库2003年蓄水后，经巡视检查和渗流监测资料分析，大坝渗流稳定，安全运行。2008年5月12日，震惊全世界的四川省8.0级汶川大地震发生，余震波及到陕西省。黑河水库大坝经受了6～7级裂度余震破坏，水库震感明显。经巡查黑河大坝工况无异常；至于坝体内部及坝基帷幕渗流是否稳定还需要分析地震前后大量渗流资料作进一步深入研究。

图1 大坝典型断面测点埋设示意图Fig.1 The dam typical section monitoring point distribution diagram

2 地震前后渗流计算

主要是选择从低到高典型库水位570 m、578.7 m、588.3 m、591 m下，通过地震前后坝体、坝基渗流压力对比计算，来分析地震前后坝体渗流、坝基渗流稳定性。2006年4月13日对应的库水位570 m，2006年12月5日对应的库水位588.3 m[3]；2007年10月30日对应的库水位591.0 m[4]；2008年4月15日、2008年12月19日对应的库水位578.7 m[5]；2009年2月12日库水位570 m，2009年12月10日对应的库水位588.3 m[6]；2011年8月16日对应的库水位591.0 m[7]。

根据大坝渗流规律，顺水流方向坝体3个断面渗压计分别埋设于上游反滤料、心墙土体、下游反滤料中，分别监测上游反滤料、坝体心墙、下游反滤料中渗流压力变化规律；顺水流方向坝基3个渗压计分别埋设于0+225断面坝基灌浆帷幕上游砂卵石、下游砂卵石中，监测灌浆帷幕截渗工况变化规律。利用实测数据进行综合推理分析，判释实测值，从而得出大坝地震后的渗流变化情况，并得出大坝是否安全的结论。

2.1 坝体渗流

根据渗流仪器埋设部位不同，分别对大坝3个断面坝体上游反滤料、心墙土体、坝体下游反滤料渗流压力变化分析。计算中，渗流压力单位为米水头，负值表示减少量。详细资料见表1、图2。

图2 地震前后坝体典型测点压力过程线Fig.2 The dam body typical point pressure process diagram before and after earthquake

1）上游反滤料

从左到右埋设的渗压计分别是P2-1、P1-1、P3-1。库水位分别为570 m、578.7 m、588.3 m、591 m时的计算结果为：

中间断面P1-1地震后以上水位下渗流压力分别增加0.4 m、0 m、0.3 m、－0.2 m，占地震前渗流压力0.44%、0%、0.27%、－0.48%；左侧断面P2-1以上水位下地震后渗流压力分别增加0.3 m、0 m、0.3 m、－0.3 m，占地震前渗流压力0.52%、0%、0.39%、－0.38%；右侧断面以上水位下P3-1地震后渗流压力分别增加－1.1 m、0 m、0.4 m、－0.8 m，占地震前渗流压力－1.74%、0%、0.49%、－0.95%。从表1、图2及以上计算结果可以看出，地震后坝体上游反滤料渗流压力与地震前变化规律一致，都是随库水位上升而增大；地震后上游反滤料渗流压力有增大有减小，但变化幅度均很小，绝大部分不超过1%。

表1 黑河大坝地震前后坝体典型渗流压力统计表Tab.1 Heihe dam body typical seepage pressure statistical graph before and after earthquake

2）下游反滤料

大坝3个断面从左到右埋设的渗压计分别是P2-5、P1-7、P3-5。库水位分别为570 m、578.7 m、588.3 m、591 m时，计算结果为：中间断面P1-7以上水位下地震后渗流压力分别增加－0.7 m、0 m、－0.4 m、－1.3 m，占地震前渗流压力－5.19%、0%、－2.83%、－8.72%；左侧断面P2-5地震后渗流压力分别增加－0.2 m、0 m、－0.2 m、0.6 m，分别占地震前渗流压力－6.45%、0%、－5.71%、19.35%；右侧断面P3-5地震后渗流压力分别增加0.6m、0 m、0.5 m、－0.7 m，分别占地震前渗流压力14%、0%、12.5%、－15.5%。从表1、图2及以上计算结果可以看出，地震后坝下游反滤料渗流压力与地震前变化规律基本一致，数据基本不变，与库水位相关性不强；地震前后下游反滤料渗流压力有增大有减小，绝大部分变化幅度较小，15%左右，最大值19.35%。

3）粘土心墙

大坝3个断面从左到右埋设的渗压计分别是P2-2～P2-4、P1-2～P1-6、P3-2～P3-4。库水位分别为570 m、578.7 m、588.3 m、591 m时，中间断面渗流压力计算结果：P1-2地震后渗流压力分别增加－0.5 m、0 m、2.9 m、0.2 m，占地震前渗流压力－0.57%、0%、2.94%、0.2%；P1-3地震后渗流压力分别增加－0.2 m、0.3 m、－0.6 m、0.8 m，占地震前渗流压力－0.48%、0.72%、－1.32%、1.77%；P1-4地震后渗流压力分别增加－1.5 m、－0.5 m、－1.3 m、－2.2 m，占地震前渗流压力－6.17%、－1.87%、－4.8%、－8.03%；P1-5地震后渗流压力分别增加－0.1 m、0 m、－0.8 m、－0.3 m，占地震前渗流压力－0.43%、0%、－3.31%、－1.28%；P1-6地震后渗流压力分别增加－0.5 m、0 m、－1 m、－1.9 m，占地震前渗流压力－3.29%、0%、－6.13%、－11.31%。

库水位分别为570 m、578.7 m、588.3 m、591 m时，左侧断面渗流压力计算结果：P2-2地震后渗流压力分别增加－4.6 m、0 m、－5.5 m、－3.2 m，占地震前渗流压力－15.13%、0%、－13.06%、－7.66%；P2-3地震后渗流压力分别增加－0.3 m、－0.4 m、－1.4m、－1.8 m，分别占地震前渗流压力－1.27%、－1.52%、－5.36%、－7.44%；P2-4地震后渗流压力分别增加－1.8 m、－0.4 m、－0.5 m、－0.9 m，占地震前渗流压力－10.58%、－2.55%、－2.75%、－5.63%。

库水位分别为570 m、578.7 m、588.3 m、591 m时，右侧断面渗流压力计算结果：P3-2地震后渗流压力分别增加0.5 m、0 m、3 m、4.9 m，分别占地震前渗流压力1.31%、0%、6.79%、10.82%；P3-3地震后渗流压力分别增加－2.7 m、－0.4 m、－0.7 m、－0.5 m，占地震前渗流压力－13.43%、－1.7%、－3.1%、－2.47%；P3-4地震后渗流压力分别增加－1 m、0 m、－2.9 m、－0.9 m，占地震前渗流压力－4.78%、0%、－11.84%、－4.02%。

从表1、图2及以上计算结果可以看出，地震后坝体粘土心墙渗流压力与地震前变化规律基本一致，都是与库水位相关性不强；地震后渗流压力有增大有减小，但变化幅度均很小，绝大部分不超过1%。

2.2 坝基渗流

根据渗流仪器埋设部位，P1-8埋设于坝基灌浆帷幕上游坝基砂卵石中，P1-10、P1-11分别埋设于坝基灌浆帷幕下游坝基砂卵石中，通过计算灌浆帷幕上、下游砂卵石渗流压力变化，分析坝基灌浆帷幕截渗工况。计算中，渗流压力单位为米水头，负值表示减少量。详细资料见表2、图3。

1）同一测点计算

分别计算3个测点在库水位为570 m、578.7 m、588.3 m、591 m时，地震前后渗流压力变化情况。以上水位下地震后计算结果为：P1-8增加－4.4 m、－0.05 m、0.32 m、－0.29 m，占地震前渗流压力－4.68%、－0.05%、0.3%、－0.26%；P1-10增加－7.23 m、－0.11 m、－5.67 m、－2.75 m，占地震前渗流压力－25.37%、－0.47%、－19.25%、－10.31%；P1-11增加－1.8 m、-0.27 m、-1.44 m、－4.53 m，占地震前渗流压力－12.39%、－1.96%、－9.23%、－4.53%。从表2、图3及以上计算结果可以看出，地震后坝基灌浆帷幕上游砂卵石渗流压力与地震前变化规律一致，都是随库水位上升而增大；地震后坝基灌浆帷幕下游砂卵石渗流压力与库水位相关性不强，数据变化不大，变化幅度较小，绝大部分不超过10%。

表2 黑河大坝地震前后坝基渗流压力统计表Tab.2 Heihe dam foundation typical seepage pressure statistical graph before and after earthquake

图3 地震前后坝基典型测点压力过程线Fig.3 The dam foundation typical point pressure process diagram before and after earthquake

2）帷幕截渗工况

根据埋设位置，在库水位分别为570 m、578.7 m、588.3 m、591 m时，计算距离帷幕水平位置较近的P1-8、P1-10压力差占水库上下游水位差比例来研判帷幕地震后的工况变化情况。根据黑河水库多年观测，下游水位为485 m，以上水位时上下游水位差分别为85m、93.7 m、103.3 m、106 m。地震前计算结果为：65.45 m、74.17 m、77.61m、83.05 m，占水库上下游水位差比例77%、79%、75%、78%；地震后计算结果为：68.28 m、74.23 m、83.6 m、85.51 m，占水库上下游水位差比例80%、79%、81%、81%；。从表2、图3及以上计算结果可以看出，地震后坝基灌浆帷幕截渗数据与地震前变化不大，且占水库上下游水位差比值都在75%以上，说明地震后坝基灌浆帷幕工况无异常。

3 结语

由监测资料分析可以看出，3个监测断面渗压计渗水压力测值与库水位关系与地震前一致，表现为：坝体上游反滤料因透水性较强测值与库水位呈现出较好的线性相关，且测值变化比率较小；坝体心墙土体测值与库水位基本无关，且测值变化比率较小；坝体下游反滤层测值（渗水出漏点）与库水位相关关系不强，绝大部分测值变化比率较小；坝基灌浆帷幕上游测值与库水位呈现出较好的线性相关，且测值变化比率较小；坝基灌浆帷幕下游测值与库水位相关关系不强，且测值变化比率较小。

因此，地震后黑河大坝渗流稳定，坝基灌浆帷幕截渗工况良好，坝体粘土心墙防渗工况良好，可以继续正常运行。

[1]水利部水利水电规划设计总院.西安市黑河金盆水利枢纽工程蓄水安全鉴定报告[R].2002.

[2]水利部陕西水利电力勘测设计研究院.西安市黑河金盆水利枢纽工程设计工作报告[R].2002.

[3] 西安水务集团金盆水库管理中心.黑河金盆水库2006年监测报告[R].2007.

[4] 西安水务集团金盆水库管理中心.黑河金盆水库2007年监测报告[R].2008.

[5] 西安水务集团金盆水库管理中心.黑河金盆水库2008年监测报告[R].2009.

[6] 西安水务集团金盆水库管理中心.黑河金盆水库2009年监测报告[R].2010.

[7] 西安水务集团金盆水库管理中心.黑河金盆水库2011年监测报告[R].2012.