楊 軍，唐亞彬

(平頂山市昭平臺(tái)水庫管理局，河南 平頂山 467000)

1 工程概況

昭平臺(tái)水庫位于淮河流域沙潁河水系沙河上游，屬大(Ⅱ)型水庫。1958年5月興建，1969年6月基本建成，1970年正式投入運(yùn)用，是一座以防洪、灌溉為主，結(jié)合發(fā)電、供水、養(yǎng)殖、旅游等綜合利用的水庫。校核洪水位180.94 m，設(shè)計(jì)洪水位177.89 m，正常蓄水位169.0 m，死水位159.0 m。總庫容6.85×108m3，興利庫容2.58×108m3，死庫容0.36×108m3。

水庫樞紐工程由主壩、副壩、溢洪道、非常溢洪道、輸水道等組成。主壩為黏土斜墻砂殼壩，壩頂長(zhǎng)2 315 m，寬7 m，壩頂高程181.8 m。目前，主壩共有11個(gè)斷面30根測(cè)壓管，其中3個(gè)斷面9根測(cè)壓管為壩基測(cè)壓管，8個(gè)斷面21根測(cè)壓管為壩體浸潤(rùn)線測(cè)壓管。

2 大壩測(cè)壓管相關(guān)數(shù)據(jù)收集與整理

測(cè)壓管水位采用電測(cè)水位法人工測(cè)量，每7天測(cè)量一次；滲流量觀測(cè)采用量水堰法，每7天測(cè)量一次；庫水位為逐日8點(diǎn)水位，庫水位和降水量采用昭平臺(tái)水文站測(cè)量值。本文主要分析主壩測(cè)壓管觀測(cè)數(shù)據(jù)，選取壩體浸潤(rùn)線測(cè)壓管0+804-1、0+804-2、0+804-3和壩基測(cè)壓管1+690-1、1+690-2、1+690-3為研究對(duì)象，對(duì)所收集的近3年數(shù)據(jù)(2018-2020年)進(jìn)行整理分析。由于存在不可避免的測(cè)量誤差、受降雨影響外水進(jìn)入測(cè)壓管等造成數(shù)據(jù)異常現(xiàn)象以及較多數(shù)據(jù)不便于圖表顯示，因此在統(tǒng)計(jì)分析前將每月第1周測(cè)量數(shù)據(jù)作為該月分析數(shù)據(jù)，另外3周的測(cè)量數(shù)據(jù)作為替補(bǔ)數(shù)據(jù)；對(duì)于異常數(shù)據(jù)，使用相鄰替補(bǔ)數(shù)據(jù)進(jìn)行替換，形成完整的長(zhǎng)序列觀測(cè)數(shù)據(jù)，排除干擾，提高分析的準(zhǔn)確性。

3 大壩測(cè)壓管觀測(cè)數(shù)據(jù)分析

大壩測(cè)壓管水位觀測(cè)數(shù)據(jù)主要用來分析大壩滲流情況，根據(jù)昭平臺(tái)水庫工程地質(zhì)和測(cè)壓管布置現(xiàn)狀，對(duì)主壩樁號(hào)0+804和1+690處的測(cè)壓管水位進(jìn)行分析，采用的分析方法有過程線分析、相關(guān)性分析、位勢(shì)分析和比降分析。

3.1 過程線分析

過程線分析法是測(cè)壓管水位分析的常用方法，通過繪制庫水位、管水位、壩后水位、降雨量沿時(shí)間變化過程線，進(jìn)行一致性判斷，初步分析大壩滲流情況。通常管水位的升降在短時(shí)段內(nèi)滯后于庫水位，當(dāng)以月為時(shí)間單位時(shí)，管水位的變化趨勢(shì)應(yīng)當(dāng)與庫水位一致。若管水位隨庫水位升降而升降，或變幅較小，可以初步認(rèn)為大壩滲流正常。若管水位變化趨勢(shì)與庫水位相異，或庫水位變化較小，而管水位發(fā)生突變，不能直接認(rèn)為大壩滲流異常，需要分析觀測(cè)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和降雨影響。在排除上述原因后，還需要結(jié)合其他測(cè)壓管水位變化情況，以及其他分析方法進(jìn)一步研究。選取主壩0+804斷面和1+690斷面測(cè)壓管水位在2018-2020年的統(tǒng)計(jì)資料，繪制過程線圖進(jìn)行滲流分析，見圖1、圖2。

圖1 0+804斷面測(cè)壓管水位過程線圖

圖2 1+690斷面測(cè)壓管水位過程線圖

通過測(cè)壓管水位過程線可以看出，0+804斷面的3根壩體浸潤(rùn)線測(cè)壓管水位與庫水位變化趨勢(shì)一致，且測(cè)壓管水位常年集中在146～149 m之間，低于庫水位，高于壩下水位，上游測(cè)壓管水位及水位變化幅度大于下游測(cè)壓管水位。初步分析，樁號(hào)0+804處壩體滲流正常。1+690斷面的3根壩基測(cè)壓管水位與庫水位變化趨勢(shì)一致性相對(duì)較差，測(cè)壓管水位出現(xiàn)波動(dòng)，常年集中在148～152 m之間，低于庫水位，高于壩下水位，上游1+690-1測(cè)壓管水位明顯高于下游1+690-2和1+690-3測(cè)壓管水位。初步分析，樁號(hào)1+690處壩基測(cè)壓管可能易受降雨影響，滲流情況需進(jìn)一步分析。

此外，1+690斷面為壩基測(cè)壓管，0+804斷面為壩體浸潤(rùn)線測(cè)壓管，前者水位明顯高于后者。查閱大壩地形構(gòu)造發(fā)現(xiàn)，壩底呈一定的傾斜坡度，樁號(hào)1+690處壩底高于樁號(hào)0+804處，故1+690斷面測(cè)壓管水位不能與0+804斷面測(cè)壓管水位直接比較，兩者不具有關(guān)聯(lián)性。

3.2 相關(guān)性分析

大壩測(cè)壓管水位與庫水位的相關(guān)性可建立一元線性回歸方程，根據(jù)斜率和相關(guān)性進(jìn)行滲流分析。測(cè)壓管水位與庫水位的一元線性回歸方程，斜率用k表示，斜率越小表明壩體滲透系數(shù)越小，相反斜率越大則表明滲透系數(shù)越大。擬合直線用r表示相關(guān)系數(shù)，研究認(rèn)為當(dāng)r>0.8時(shí)，相關(guān)性較好；當(dāng)0.8>r>0.4時(shí)，弱相關(guān)；0.4>r時(shí)，不相關(guān)[1]。選取主壩0+804斷面和1+690斷面測(cè)壓管水位在2018-2020年的統(tǒng)計(jì)資料，建立一元線性回歸方程，見表1。

表1 測(cè)壓管水位與庫水位相關(guān)性分析

通過測(cè)壓管水位與庫水位回歸方程可以看出，0+804斷面的3根壩體浸潤(rùn)線測(cè)壓管水位與庫水位相關(guān)方程斜率k較小，相關(guān)系數(shù)r均大于0.8。分析認(rèn)為，樁號(hào)0+804處黏土斜墻壩體滲透系數(shù)較低，防滲效果好，滲流穩(wěn)定；測(cè)壓管水位與庫水位相關(guān)性較好，壩體滲流主要來源于庫內(nèi)水，外水不易進(jìn)入，且壩體無裂縫。1+690斷面的1+690-1管斜率相對(duì)較大，1+690-2和1+690-3管斜率k較??；1+690-1管相關(guān)系數(shù)r在0.4～0.8之間，1+690-2和1+690-3管相關(guān)系數(shù)r小于0.4。分析認(rèn)為，樁號(hào)1+690處壩基測(cè)壓管中，1+690-1管水位受庫水位影響較大，1+690-2和1+690-3管水位與庫水位相關(guān)性較?。辉摂嗝娣罎B相對(duì)較為薄弱，總體尚好，無較大異常。

3.3 位勢(shì)分析

大壩測(cè)壓管滲流分析也可以采用位勢(shì)分析法，將測(cè)壓管水位轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的位勢(shì)。測(cè)壓管位勢(shì)是指測(cè)壓管水頭在滲流中占總滲流水頭的比值[2]，計(jì)算公式為Fi=(hi-H2)/(H1-H2)*100%，其中Fi為測(cè)壓管位勢(shì)，hi為測(cè)壓管水位，H1庫水位，H2為壩下水位。根據(jù)滲流原理，如果位勢(shì)發(fā)生變化，通常表明滲流發(fā)生了變化。當(dāng)位勢(shì)增加時(shí)，壩體和壩基可能出現(xiàn)裂縫或其它損壞；當(dāng)位勢(shì)不變或減小時(shí)，壩體和壩基滲流穩(wěn)定，工程安全[3]。根據(jù)前文分析可知，在0+804斷面壩體和1+690斷面壩基滲透系數(shù)小，需要整理觀測(cè)數(shù)據(jù)減小管水位滯后于庫水位的影響，使用高水位分析位勢(shì)。在2018-2020年，選取庫水位大于169 m的觀測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算，見表2。

表2 測(cè)壓管位勢(shì)統(tǒng)計(jì)表

根據(jù)測(cè)壓管位勢(shì)統(tǒng)計(jì)可以看出，0+804斷面和1+690斷面測(cè)壓管位勢(shì)基本保持不變，其中變幅最大的是1+690-1測(cè)壓管，最大位勢(shì)22.63，最小位勢(shì)21.75，變化幅度為0.88。分析認(rèn)為，樁號(hào)0+804處壩體防滲體完好，無裂縫，滲流正常；樁號(hào)1+690處壩基無裂縫，滲流正常。

3.4 比降分析

大壩測(cè)壓管滲流分析還可以采用比降分析法。測(cè)壓管水位比降即上游測(cè)壓管與下游測(cè)壓管瞬時(shí)水位高度差與其相應(yīng)水平距離之比，表示大壩斷面的水面坡度，也稱為水力坡度或水力坡降。比降分析就是計(jì)算出某一斷面測(cè)壓管之間的水力坡降，計(jì)算公式為i=H/L，其中i表示水力坡降，H表示同一斷面相鄰兩根測(cè)壓管水位差，L表示同一斷面相鄰兩根測(cè)壓管水平間距。如果i小于臨界水力坡降ier，則斷面滲流處于穩(wěn)定狀態(tài)；如果大于臨界水力坡降ier，不能直接認(rèn)為斷面滲流出現(xiàn)問題，需進(jìn)一步分析論證[4]。研究高水位滲流更具有意義，選擇2018年1月和2020年10月瞬時(shí)水位，見表3、表4。

表3 測(cè)壓管位水力坡降統(tǒng)計(jì)表(時(shí)間：2018年1月 庫水位：171.09 m)

表4 測(cè)壓管位水力坡降統(tǒng)計(jì)表(時(shí)間：2020年10月 庫水位：171.06 m)

根據(jù)資料記載，大壩樁號(hào)0+804處為河槽段，臨界水力坡降值0.1；樁號(hào)1+690處為臺(tái)地段，臨界水力坡降值0.2。表3和表4水力坡降計(jì)算結(jié)果顯示，0+804斷面和1+690斷面測(cè)壓管水力坡降均小于臨界水力坡降，且在庫水位相近的情況下，水力坡降不受時(shí)間變化影響，基本保持不變。分析認(rèn)為，樁號(hào)0+804處壩體和樁號(hào)1+690處壩基滲流穩(wěn)定。

4 結(jié) 語

大壩滲流分析方式多種多樣，各有優(yōu)缺點(diǎn)。當(dāng)某一項(xiàng)分析出現(xiàn)異常時(shí)，不能簡(jiǎn)單地認(rèn)為該處出現(xiàn)滲流問題，應(yīng)當(dāng)結(jié)合多種分析方式，相互比較驗(yàn)證，才能得出更加科學(xué)、準(zhǔn)確的結(jié)論。通過過程線分析、相關(guān)性分析、位勢(shì)分析和比降分析4種方式，對(duì)昭平臺(tái)水庫測(cè)壓管水位觀測(cè)資料進(jìn)行分析。結(jié)果表明，樁號(hào)0+804處壩體和樁號(hào)1+690壩基無裂縫和破損，滲流正常穩(wěn)定，不存在滲漏隱患。