山美水库大坝渗流分析

2016-06-29许春燕

小水电 2016年3期

山美水库大坝渗流分析

许春燕

(山美水库管理处，福建泉州362000)

1工程概况

山美水库位于福建省晋江支流东溪中游，是省水利厅管辖库容最大的水库、泉州市惟一一座具有防洪、供水、灌溉、发电等综合利用的大型水利枢纽工程。水库集水面积1 023 km2，总库容6.55亿m3，流域多年平均降雨量1 800 mm，按100年一遇(P=1%)洪水标准设计，10 000年一遇(P=0.01%)洪水标准校核。

水库枢纽工程由拦河坝、副坝、溢洪道、引水隧洞及地下厂房、坝后厂房等组成。拦河坝主坝按7度地震设计，为粘土心墙式土石混合坝，属典型峡谷型主坝，坝长315 m，最大坝高75.5 m，并加设高1.2 m的防浪墙。坝顶宽8 m，坝顶高程105.48 m，粘土心墙顶宽5 m，顶部高程104.48 m,84.48 m高程以下边坡1∶0.5，以上为1∶0.25。上游坡采用1∶1.8和1∶2.0，上游块石与心墙设砂砾石过渡带。下游坡比为1∶2.25、1∶2.5、1∶3.0，在87.48、72.48 m和57.48 m高程设2 m宽平台，基础至42.48 m高程铺设砂砾石，42.48 m高程上填砂壤土，砂壤土与粘土心墙之间设置砂砾石排水层。

2渗流监测资料

目前山美水库大坝渗流监测采用人工观测和自动化监测相结合，人工主要以测压管观测为主，自动化观测则是在大坝埋设孔隙水压力计，具有监测资料相互校核、监测成果同时分析、安全评价周密齐全等特点(见图1)。

2.1测压管渗流监测资料

山美水库测压管从1975年11月7日开始进行人工监测后，到目前为止从未间断，积累了丰富的大坝安全监测资料，这些监测资料是大坝实际运行性态真实反映，通过对不同时期的监测资料整理与分析，可研究大坝运行性态和发展趋势。

山美水库现有测压管27根，其中主坝坝顶23根，分别为0-105断面1根，0+106断面1根，0+120断面3根，0+160断面1根，0+170断面4根，0+180断面1根，0+220断面3根，0+240断面1根，0+325断面1根；背水坡87.48 m平台3根，72.48 m平台4根；副坝4根。

2.2孔隙水压力计监测资料

结合山美水库安全监控系统的建设，水库于2004年10月在主坝0+100、0+167、0+225这3个断面、左右两岸、副坝等不同高程分别布设14、12、4个测孔，安装埋设28、12、4个孔隙水压力传感器。2005年4月投入运行，用于监测大坝渗流。

为了进一步了解大坝渗流状态，根据水利厅要求和专家咨询意见，对大坝心墙和坝基以及大坝下游代替料进行补充监测，山美水库管理处于2006年8月10日委托南京水利科学研究院进行水库大坝0+164断面(5个测孔，9个传感器)的设计与施工,并于同年11月投入运行。

3大坝渗流分析

3.1心墙渗流监测资料分析

通过绘制心墙主要测点 Z21、Z41、Z61 测压管水位过程线及 B01A、 B05A、 B10A、 B15A 孔隙水压力水位过程线，可见坝顶心墙前的测压管与库水位变化趋势相同，相关性好；而通过测点Z23、Z43、Z63测压管水位过程线及B02A、B06A、B11A孔隙水压力水位过程线可见心墙后排测点变化幅度小，受库水位的影响不明显，符合心墙渗流的一般规律。资料分析结果表明大坝心墙前水位基本接近库水位，心墙的防渗效果比较明显。

图1　渗流监测平面布置

根据观测资料，坝顶靠近上游坡的测点B01A、B05A、B10A、B15A的位势值均稳定在80%以上，这与它们所处的位置距上游的堆石体很近有关，靠近下游侧的B02A、B06A、B11A测点渗流压力水位位势则稳定在70%以上。

3.2代替料渗流监测资料分析

在山美水库的原设计中，坝后渗水经砂卵石层及堆石棱体排出，代替料内无水，但经钻孔勘探和埋设测压管和孔隙水压力计进行观测，都表明主坝段代替料存在饱水区，与砂砾石层渗流自由面之间存在非饱和区。代替料内多数测压管水位与库水位变化趋势相同，并且同一高程的几个测点变化规律一致，变化幅度也相近，唯有B07A、B17A、B18A自安装以来水位几乎没有变化，与库水位关系不密切。另外，监测系统运行以来，B08A水位一直高于或接近于B07A，且并非库水位最低时B08A水位为最低，2005年、2007年库水位已比较低，但B08A水位仍高于B07A，受库水位影响较小；B08A水位受降雨影响更大，以2008、2009、2015年犹为明显，2007年、2008年、2014年下半年降雨较少，B08A水位下降明显，直至2015年B08A水位低于B07A，可见代替料内存在饱水区与降雨有一定关系。

3.3绕坝渗流监测资料分析

左岸渗流压力水位的关系是L01A>L02A、L03A>L04A、L05A>L06A，与一般绕渗规律相符。L01A、L02A、L03A的位势均在80%以上，L04A和L05A的位势在60%～80%之间，L06A的位势在40%左右，靠上游测点位势偏高。其中L02A、L03A、L06A稍滞后于库水位且变化幅值较小，L04A、L05A与上游水位相关性不密切，受降雨影响较大，以L05A犹为明显，L01A水位基本不变且高于库水位。

右岸渗流压力水位：R01A、R04A与上游水位相关性较密切，与上游水位同趋势上升，从过程线看R04A与上游水位几乎重合，R01A测点的位势在80%以上，R04A测点的位势在95%以上，R02A、R03A水位测值随着降雨变化，R02A测点的位势在70%～80%之间，R03A位势在50%～60%之间。R05A、R06A由于传感器故障于2009年停止观测。

两岸绕渗防渗效果较差。

3.4渗流量资料分析

为排除降雨量的影响，选取当日和上一周无降雨条件下的渗流量资料进行分析，渗流量均小于4 L/s，量水堰的监测水质清澈，能见度较高，渗流未见明显异常，库水位与渗流量关系不密切，反映心墙未遭破坏，防渗效果较好。

4结论

(1)主坝心墙、代替料、砂砾石、坝基及坝肩部位均布设渗流监测设施，监测设施布置合理，资料完整，对大坝安全运行与管理起到重要作用。

(2)心墙内靠近上游坡的测点水位与库水位相关密切，相应的位势值均在80%以上，靠近下游侧的测点水位与库水位相关性稍差，位势70%以上，心墙内所有测压管水位与库水位相关性均较好。

(3)主坝段代替料存在饱水区，与砂砾石层渗透自由面之间存在非饱和区，代替料内大部分测点水位与库水位相关且稍滞后于库水位，同时也受两岸绕坝渗流和降雨的影响。

(4)砂砾石排水层内各测点水位值比较稳定，变幅小，砂卵石层排水效果良好。

(5)绕坝渗流明显，右岸绕渗大于左岸，两岸防渗帷幕防渗效果差。

■

责任编辑吴昊

收稿日期：2016-01-27