葉 秀

（山西省漳澤水庫管理局 山西長治 046021）

1 工程概況及改造原因

漳澤水庫位于上黨盆地長治市北郊、海河流域濁漳河南源的干流上，是一座以工業(yè)、城市供水、灌溉、防洪為主，兼顧養(yǎng)殖和旅游等綜合利用的大（2）型多年調(diào)節(jié)水庫。樞紐工程主要包括主壩、副壩、溢洪道、泄水洞和輸水洞等。樞紐工程等別為Ⅱ等，其中主壩、副壩、溢洪道和泄水洞等主要建筑物等級為2級，輸水洞、消能防沖等次要建筑物等級為3級。大壩為均質(zhì)土壩，全長2 514.0 m，分主壩和副壩。主壩位于右岸，樁號 0+000～0+874，長 874.0 m；副壩位于左岸，樁號0+874～2+514，長1 640.0 m。溢洪道軸線位于主壩右岸樁號0+078處，采用挑流消能方式，最大泄量2 100.0 m3/s，順流向全長314.0 m，由上游護坦、鋪蓋、閘室段、陡槽段和挑流段組成。泄水洞位于主壩左岸樁號0+800處，為土基上的壩下涵洞，設(shè)計泄量90.0 m3/s，全長97.0 m，洞身長86.4 m，斷面為3.2 m×3.575 m的馬蹄形，采用鋼筋混凝土襯砌，由進水塔、洞身、陡坡段、消力池、擴散段和海漫組成。七一輸水洞位于大壩左岸樁號2+288處。取水口設(shè)在庫內(nèi)，取水管為鋼筋混凝土臥管，正方形斷面尺寸為0.8 m×0.8 m。1989年至1992年大壩除險、加高培厚改造時，在洞內(nèi)鋪設(shè)兩根鋼管，引水出口由閥門控制。

漳澤水庫現(xiàn)有滲流監(jiān)測項目包括：土壩壩體浸潤線觀測、大壩壩基滲壓觀測、大壩壩體滲流量觀測、上下游水位觀測和溢洪道閘基揚壓力和滲漏量觀測等四部分組成。主要分布：主壩共布置8根測壓管，副壩共布置9根壩體測壓管，用于監(jiān)測壩體浸潤線。主壩共布置8根測壓管，副壩共布置6根壩基測壓管，用于監(jiān)測壩基滲壓。在主壩0+500斷面，布置了1個三角量水堰，副壩在0+800斷面，布置1個三角量水堰，用于監(jiān)測壩體滲流量。溢洪道閘墩基礎(chǔ)埋設(shè)有4根測壓管，用于監(jiān)測現(xiàn)溢洪道閘基揚壓力，在溢洪道挑流段左側(cè)邊墻部位設(shè)置了量水堰1座，用于監(jiān)測滲流量。環(huán)境量觀測包括庫水位、降水量、上游進庫站的水位、流量、水庫水溫、庫區(qū)蒸發(fā)量等，水庫現(xiàn)有的環(huán)境量觀測只有上游水位在0+800斷面進水塔設(shè)水尺觀測，下游水位在樁號0+500、0+760和1+300斷面排水溝內(nèi)設(shè)探井觀測，其它委托長治市水文分局采集。大壩滲流監(jiān)測布置圖（改造前）見圖1。

圖1 大壩滲流監(jiān)測布置示意圖（改造前）

目前，水庫大壩滲流自動化監(jiān)測系統(tǒng)存在滲壓監(jiān)測的測壓管管體生銹，透水段存在被淤積堵塞現(xiàn)象，部分測壓管的功能喪失；量水堰布設(shè)位置原理壩腳排水溝，滲流量測值受降雨和周邊滲水影響較大；滲壓滲流自動監(jiān)測采集系統(tǒng)抗雷擊和相關(guān)環(huán)境因素影響能力差，傳感器缺乏校驗、故障頻發(fā)等，導致監(jiān)測數(shù)據(jù)缺失或不連續(xù)；缺少壩體繞壩滲流、泄水洞滲流監(jiān)測和七一輸水洞滲流等監(jiān)測項目；環(huán)境量監(jiān)測數(shù)據(jù)由水文站提供，數(shù)據(jù)收集不及時等現(xiàn)象，以至于運行管理單位無法第一時間對大壩性狀進行綜合分析，已不能滿足水庫大壩監(jiān)測管理的需求。滲流監(jiān)測設(shè)施現(xiàn)狀及運行情況統(tǒng)計見表1。

表1 滲流監(jiān)測設(shè)施現(xiàn)狀及運行情況統(tǒng)計表

2 大壩滲流監(jiān)測系統(tǒng)改造

2.1 設(shè)計原則

1）整體規(guī)劃，重點突出

從監(jiān)測工程的安全出發(fā)，按照重點、一般兩個層次布設(shè)監(jiān)測斷面（部位）和測點（墩），形成對土壩、溢洪道、泄水洞、輸水洞等建筑物的監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)。

2）先進可靠，穩(wěn)定耐久

采用先進的監(jiān)測技術(shù)，選用穩(wěn)定可靠的儀器及設(shè)備，配有長期的備品和技術(shù)服務支持，確保系統(tǒng)的可擴充性和可維護性，使其能在各種惡劣環(huán)境條件下長時間地正常運行。

3）實用高效，管理簡便

充分滿足工程的實際需求，建立全天候監(jiān)測漳澤水庫大壩運行狀態(tài)的安全監(jiān)測系統(tǒng)，使其具備采集數(shù)據(jù)準確、整編資料及時，分析成果可信、操作管理簡便的優(yōu)點；做到自動化監(jiān)測與信息管理一體化。

2.2 監(jiān)測范圍

本監(jiān)測設(shè)計主要針對大壩，溢洪道，泄水洞和七一輸水洞等建筑物，開展?jié)B流項目的監(jiān)測設(shè)施布置改造，并規(guī)劃好信息采集、匯集、存儲及成果分析工作，實現(xiàn)漳澤水庫大壩滲流監(jiān)測自動化升級。大壩滲流監(jiān)測布置示意圖（改造后）見圖2。

圖2 大壩滲流監(jiān)測布置示意圖（改造后）

2.3 監(jiān)測項目

漳澤水庫大壩滲流安全監(jiān)測主要針對土壩，溢洪道，泄水洞和七一輸水洞等。

1）環(huán)境量監(jiān)測項目：（1）上、下游水位；（2）降雨量；（3）氣溫；（4）氣壓；（5）風速；（6）風向；（7）濕度；（8）蒸發(fā)；（9）冰壓力等。

2）土壩監(jiān)測項目：（1）壩體滲流量；（2）壩基滲透壓力；（3）壩體浸潤線。

3）溢洪道監(jiān)測項目：（1）溢洪道底板揚壓力及邊墻外水壓力；（2）溢洪道排水廊道滲流量。

4）泄水洞監(jiān)測項目：泄水洞頂部外水壓力。

5）七一輸水洞監(jiān)測項目：（1）輸水洞頂部外水壓力；（2）滲流量。

2.4 土壩滲壓滲流監(jiān)測設(shè)施布置

2.4.1 壩體浸潤線

本次設(shè)計在利用原來4個滲流監(jiān)測橫斷面的基礎(chǔ)上，新增5個觀測橫斷面，共9個監(jiān)測橫斷面，即在樁號 0+300、0+500、0+700、0+760、0+900、1+300、1+600、2+000、2+200處布設(shè)監(jiān)測橫斷面。每個滲流監(jiān)測橫斷面布設(shè)3根測壓管，測壓管管內(nèi)安裝3支孔隙壓力計；測壓管的透水段深入計算浸潤線下2～3 m。各個斷面上浸潤線可由上游水位點、3個測壓管水位點及下游水位點勾畫出，其變化可較好地反映壩體滲透狀態(tài)。大壩共計埋設(shè)27根測壓管，安裝27支孔隙壓力計。

2.4.2 壩基滲壓

壩基滲壓監(jiān)測主要針對第四系全新統(tǒng)及上更新統(tǒng)洪沖積（Q4pal、Q3pal）黏土質(zhì)砂。在樁號0+300、0+500、0+700、0+760、0+900、1+300、1+600、2+000、2+200 處布設(shè)監(jiān)測橫斷面安裝測壓管。共計9個橫斷面，其中主壩4個、副壩5個，用于監(jiān)測其滲透坡降變化。

在主壩每個斷面布設(shè)4根測壓管，其中2根深入Q4pal，另外2根深入測Q3pal，共計埋設(shè)測壓管16根，安裝孔隙水壓力計16支。

在副壩每個斷面布設(shè)2根測壓管，深入測Q3pal，共計埋設(shè)測壓管10根，安裝孔隙水壓力計10支。

2.4.3 繞壩滲流

現(xiàn)有大壩監(jiān)測系統(tǒng)中缺繞壩滲流監(jiān)測項目，為此新增繞壩滲流監(jiān)測設(shè)施。本次設(shè)計擬定在兩壩肩各設(shè)置1個監(jiān)測斷面，每個斷面布置3～4根測壓管，沿著繞滲流線和滲流可能集中的透水層布置，管底深入到強透水層及筑壩前的地下水位線以下。共計埋設(shè)8根測壓管，安裝孔隙水壓力計8支。

2.4.4 滲流量

本次設(shè)計擬定在樁號0+500、0+800處，依據(jù)地形改造或者重建量水堰，并安裝堰流計。本設(shè)計擬定還將采用壩體的測壓管水位及壩體土體滲透系數(shù)等物理參數(shù)，建立大壩滲流模型，對大壩滲流實施有效監(jiān)控。

2.5 溢洪道滲流監(jiān)測

1）底板揚壓力

（1）斷面布置：平行壩軸線布設(shè)4個監(jiān)測橫向斷面，其中2個分別位于閘室段上、下游側(cè)，2個位于陡槽段；垂直壩軸線布設(shè)4個縱斷面，位于閘槽。

（2）監(jiān)測點布置：在縱、橫向斷面的交叉點上布設(shè)測壓管，安裝孔隙壓力計，用于監(jiān)測底板揚壓力。測壓管共計16根，孔隙壓力計16支。

2）邊墻外水壓力：在溢洪道左右邊墻外分別布設(shè)4根測壓管，安裝4支孔隙水壓計，用于監(jiān)測外水壓力的變化。實際上，邊墻外的水壓力變化也反映出溢洪道左右邊墻與土壩聯(lián)結(jié)段的滲透壓力變化。

3）滲漏量：在溢洪道左、右排水廊道出口處分別布設(shè)有量水堰，由于儀器故障而停測。本次設(shè)計擬定采用原有設(shè)施布置，并加以改造，恢復其功能。

2.6 泄水洞外水壓力

將大壩樁號0+800處的滲壓監(jiān)測斷面向左移動3.5 m，即靠近泄水洞洞身，監(jiān)測泄水洞的外水壓力以及基礎(chǔ)巖體的滲透壓力。

2.7 七一輸水洞滲流監(jiān)測設(shè)施布置

在輸水洞軸線方向布設(shè)2個監(jiān)測斷面，每個監(jiān)測斷面沿洞身周邊布設(shè)4支孔隙壓力計，監(jiān)測洞身外水壓力。在出口段建立1座量水堰，安裝堰流計，監(jiān)測滲水量的變化。

2.8 環(huán)境量監(jiān)測設(shè)施布置

1）水位。漳澤水庫大壩上下游水位觀測資料由長治市水文局提供。根據(jù)監(jiān)測資料分析的要求，現(xiàn)擬定在泄水洞進水塔處布設(shè)1座水位觀測站，安裝1臺浮子式水位計，土壩下游水位觀測利用安裝在量水堰中堰流計進行觀測。

2）氣象。目前市場上集成式氣象觀測站技術(shù)先進、價格低廉、安裝簡便。為獲取氣象資料的準確性和及時性，擬定大壩合適位置設(shè)置1座集成式自動氣象觀測站，獲取壩區(qū)氣溫、氣壓、降雨、蒸發(fā)、風向、風速、濕度及日照時數(shù)等氣象指標，便于及時分析監(jiān)測物理量變化與環(huán)境因素的關(guān)系。

3）靜冰壓力及庫水溫。漳澤水庫大壩壩址區(qū)年平均氣溫10.0℃，歷史最高氣溫38℃，歷史最低氣溫-22℃，約有近半年時間為冰凍期。年平均降雨量553 mm?，F(xiàn)場檢查發(fā)現(xiàn)，大壩迎水坡、背水坡及混凝土建筑物表面都存在受凍融影響的部位。

根據(jù)《土石壩安全監(jiān)測技術(shù)規(guī)范》（SL551-2012），需在堅固建筑物的前緣水體中，自水面至最大結(jié)冰厚度以下10～15 cm處，每10～15 cm設(shè)置一個壓力傳感器，監(jiān)測靜冰壓力。并在附近相同深度處，設(shè)置一個溫度計，監(jiān)測水溫。

根據(jù)水庫管理局提供的資料，2013年岸邊冰厚最大值為0.07 m。2014年岸邊冰厚最大值為0.05 m。庫水位在每年冬季變幅為1.8 m。擬定在泄洪洞進水塔處沿高程布置9套壓力傳感器監(jiān)測靜冰壓力。并在相同高程位置各布設(shè)9支溫度計監(jiān)測對應深度水溫。

布設(shè)庫水溫測點，沿深度每5 m設(shè)置1支深水溫度計，共計3支。

3 結(jié)論

本次大壩滲流監(jiān)測系統(tǒng)改造除了在原有滲流監(jiān)測項目增加監(jiān)測斷面和監(jiān)測點外，還增設(shè)了繞壩滲流量監(jiān)測、七一輸水洞滲流監(jiān)測、泄水洞頂部外水壓力監(jiān)測、溢洪道邊墻外水壓力和環(huán)境量監(jiān)測。解決了水庫大壩滲流監(jiān)測存在設(shè)施陳舊、功能喪失、項目設(shè)置不全等現(xiàn)象與問題，提高了滲流觀測的精確度，實現(xiàn)了庫水位等環(huán)境量的自動監(jiān)測，提高了數(shù)據(jù)更新的速度。此次滲流監(jiān)測系統(tǒng)的改造升級建成了一套功能完備、性能可靠、技術(shù)先進的漳澤水庫大壩安全自動監(jiān)測系統(tǒng)，既能為及時發(fā)現(xiàn)和解決水庫大壩安全問題提供有力支持，又可以實施對基層人員監(jiān)測理論和技能的培養(yǎng)，提高管理素質(zhì)和技術(shù)水平，推動水庫管理工作走向及時化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化。