郭曉翠，于 云，張運保

（南水北調(diào)東線山東干線有限責(zé)任公司，山東 濟(jì)南 250109）

1 工程概況

大屯水庫工程位于山東省德州市武城縣恩縣洼東側(cè)，是南水北調(diào)東線一期魯北段工程的重要調(diào)蓄水庫，為圍壩型平原水庫。大屯水庫設(shè)計最高蓄水位29.80 m，相應(yīng)最大庫容5209萬m3，設(shè)計死水位21.00 m，死庫容745萬m3，水庫調(diào)節(jié)庫容4464萬m3，設(shè)計洪水標(biāo)準(zhǔn)為50年一遇。水庫圍壩壩軸線總長8 913.99 m，最大壩高14.15 m，壩頂寬7.50 m，上游邊坡坡比為1∶2.75，下游邊坡坡比為1∶2.5。壩型為砂壤土均質(zhì)壩和裂隙粘土與砂壤土分區(qū)壩，上游壩坡采用預(yù)制混凝土塊護(hù)坡，下游壩坡27.60 m高程以上部分為草皮護(hù)坡，27.60 m高程以下部分為棄土平臺。水庫防滲采用壩體上游坡鋪設(shè)復(fù)合土工膜和庫底水平鋪膜相結(jié)合的防滲。大屯水庫工程于2010年11月25日正式開工，2012年12月31日主體工程建設(shè)基本完成，2013年6月11日至6月26日，水庫成功完成了試通水工作，2017年6月水庫蓄水達(dá)到設(shè)計蓄水位。

2 安全監(jiān)控指標(biāo)研究

安全監(jiān)控指標(biāo)是評估、監(jiān)測建筑物安全的重要指標(biāo)，在安全監(jiān)控理論中占有重要地位。安全監(jiān)控指標(biāo)的重要任務(wù)是根據(jù)建筑物已經(jīng)抵御經(jīng)歷荷載的能力，來評估、預(yù)測抵御可能發(fā)生荷載的能力狀況，來確定在這種荷載組合下，監(jiān)控效應(yīng)量的警戒值，以達(dá)到在實際運用時能及時發(fā)揮預(yù)警預(yù)報的作用。由于一些建筑物可能沒有遭遇最不利的工況，另外建筑物在抵御荷載的能力也在變化。所以，在實際工程中，擬定安全監(jiān)控指標(biāo)是一個非常復(fù)雜的問題，需要根據(jù)建筑物的工程特點，結(jié)合工程地質(zhì)、結(jié)構(gòu)設(shè)計、施工和運行等資料，研究監(jiān)控對象破壞機(jī)理和長期運行安全的主要影響因素，結(jié)合實測資料，用多種方法進(jìn)行分析論證。本次研究采用置信區(qū)間法進(jìn)行大屯水庫滲流監(jiān)測安全監(jiān)控指標(biāo)的擬定。

3 滲流監(jiān)測資料分析

滲流監(jiān)測包括壩基測壓管監(jiān)測和壩基埋入式滲壓計監(jiān)測兩種方式，共15個滲流監(jiān)測斷面、68個監(jiān)測點。其中埋入式滲壓計監(jiān)測斷面8個，每個斷面設(shè)5個埋入式滲壓計測點；測壓管監(jiān)測7個斷面，每個斷面設(shè)4根測壓管（內(nèi)安裝滲壓計）。本次研究選取2014—2018年1+800斷面的4處測壓管滲流監(jiān)測數(shù)據(jù)及4+900斷面的5處埋入式滲壓計滲流監(jiān)測數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)進(jìn)行分析，確定應(yīng)量與環(huán)境量變化之間的相關(guān)性。

3.1 測壓管滲流監(jiān)測

1+800斷面測壓管水位總體上與庫水位相關(guān)性顯著，斷面不同點的管水位變化與庫水位相關(guān)性呈現(xiàn)從上游到下游逐漸減小的規(guī)律。即測壓管離上游越近，管水位變化與庫水位變化的相關(guān)性越強(qiáng)，滯后性越不明顯。

1）特征值分析。1+800斷面的4處測壓管滲流監(jiān)測數(shù)據(jù)如表1所示：

表1 大屯水庫圍壩1+800斷面測壓管水位特征值統(tǒng)計表 m

2）時空規(guī)律分析。總體來看，1+800斷面測壓管滲透壓力規(guī)律明顯，與庫水位存在較好的相關(guān)性，見圖1。

圖1 1+800斷面測壓管水位過程線

3.2 埋入式滲壓計滲流監(jiān)測

由表2、圖2數(shù)據(jù)分析可知：埋入式滲壓計所測水位與庫水位相關(guān)性較好，并且總體上比測壓管水位與庫水位相關(guān)性要更明顯。

1）特征值分析。4+900斷面的5處埋入式滲壓計滲流監(jiān)測數(shù)據(jù)如表2所示：

圖2 4+900斷面滲壓計過程線

4 監(jiān)控指標(biāo)研究方法

4.1 水庫經(jīng)歷荷載情況

大屯水庫設(shè)計最高蓄水位29.80 m，死水位21.00 m。從實際運行情況來看，自2013年11月通水試運行以來，大屯水庫分別在2015年、2017年和2018年實現(xiàn)了三次正常調(diào)水。在2017年和2018年，大屯水庫共兩次到達(dá)設(shè)計最高水位29.8 m。大屯水庫所在區(qū)域?qū)倥瘻貛О霛駶櫦撅L(fēng)性氣候，多年平均降水量558.8 mm，最大年降水量為1964年的1 047.7 mm，最小年降水量為1968年的297.0 mm。從運行期大屯水庫實際經(jīng)歷荷載情況來看，較不利荷載主要為水庫運行至最高水位時的荷載。結(jié)合大屯水庫經(jīng)歷荷載情況和滲流監(jiān)測項目的資料分析成果，針對水庫壩基和壩體滲流監(jiān)測項目，利用置信區(qū)間法估算其監(jiān)控指標(biāo)。

表2 埋入式滲壓計4+900斷面特征值統(tǒng)計表 m

4.2 置信區(qū)間法

1）監(jiān)控模型的基本關(guān)系式。水庫滲流主要是受到水庫的水位、時效等因素變化的綜合影響，其監(jiān)控模型基本關(guān)系式表示為：

式中：H為滲流量；Hh為水位分量；Hθ為滲流時效分量。

①水位分量。水庫水位的變化對水庫滲流有一定影響，并有一定滯后性，所以選擇監(jiān)測當(dāng)日水位，以及前7 d、前14 d的平均水位作為因子，水位分量表示為：

式中a1i為水庫水位分量的回歸系數(shù)（i=1~3）；hui為分別為監(jiān)測日當(dāng)日、監(jiān)測日前第7 d、前第14 d的水庫平均水位；hu0i為初始監(jiān)測日上述各時段對應(yīng)的水庫水位平均值（i=1~3）。

②時效分量。水庫因為受多種因素的復(fù)雜作用，一般認(rèn)為正常運行的水庫，時效分量變化規(guī)律初期為變化急劇，后期的變化漸趨穩(wěn)定。時效因子一般選為θ和lnθ（θ為觀測日減去基準(zhǔn)日的天數(shù)），所以應(yīng)力的時效分量表示為：

2）監(jiān)控模型的創(chuàng)建。經(jīng)過計算、分析各影響量之間基本無相關(guān)性，因此采用逐步回歸的分析方法計算統(tǒng)計模型的參數(shù)，建模時間段為2014—2018年，滲壓計開始測量的時間也是分析時段的起始時間。監(jiān)控模型表示為：

3）模型分析。表3、表4為水庫滲壓計統(tǒng)計模型的復(fù)相關(guān)系數(shù)R、剩余標(biāo)準(zhǔn)差S、分量分解百分比和回歸模型方程式。詳細(xì)如表3、表4所示。

4.3 監(jiān)控指標(biāo)估算

考慮滲壓越大，對壩體強(qiáng)度和穩(wěn)定越不利，所以從實際預(yù)警應(yīng)用角度出發(fā)，基于模型方程和剩余標(biāo)準(zhǔn)差，估算出監(jiān)控指標(biāo)，詳見表5。

表3 大屯水庫圍壩1+800斷面測壓管監(jiān)測回歸模型

表4 大屯水庫埋入式4+900斷面滲壓監(jiān)測回歸模型

表5 利用置信區(qū)間法估算的監(jiān)控指標(biāo) m

5 結(jié)論與建議

根據(jù)大屯水庫已經(jīng)經(jīng)歷的荷載情況和關(guān)鍵部位安全監(jiān)測資料分析的成果，依據(jù)不同監(jiān)測項目時空性態(tài)的規(guī)律和特點，構(gòu)建安全監(jiān)測監(jiān)控指標(biāo)。隨著運行期間安全監(jiān)測數(shù)據(jù)的積累，分析各建筑物安全運行性態(tài)，開展關(guān)鍵部位安全監(jiān)測監(jiān)控技術(shù)指標(biāo)研究工作，具有重要意義。

監(jiān)控指標(biāo)在不斷的變化，應(yīng)該加強(qiáng)觀測資料的日常整理與定期整編分析工作，做好數(shù)據(jù)統(tǒng)計管理，監(jiān)控指標(biāo)只有和工程安全監(jiān)測系統(tǒng)相結(jié)合，實時與監(jiān)測數(shù)據(jù)作對比分析，并通過不斷經(jīng)歷實際工況的檢驗和校正，監(jiān)控指標(biāo)的可靠性和實用性才會越來越完善，才能更有效的對工程安全運行的情況做出正確的判斷。