周邦輝,李洪強,戴春華,許孝臣
(1.長興縣合溪水庫管理所,浙江 長興 313100;2.浙江廣川工程咨詢有限公司,浙江 杭州 310020;3.浙江省水利河口研究院,浙江 杭州 310020;4.浙江省水利防災減災重點實驗室,浙江 杭州 310020)
二界嶺水庫位于泗安塘支流青東澗上游,大壩座落在浙江省湖州市長興縣西部泗安鎮(zhèn)(原二界嶺鄉(xiāng))境內,距長興縣城30 km。壩址以上集水面積5.68 km2,引水渠集雨面積21.20 km2,總庫容1 220萬m3,是1座中型水庫。水庫正常蓄水位46.15 m,相應庫容840萬m3;死水位32.6 m,相應庫容5.0萬m3;校核洪水位47.5 m,相應庫容1 220萬m3。本工程為Ⅲ等工程,主要建筑物由主壩、1號副壩、2號副壩、溢洪道、輸水隧洞、水電站、引水渠道等組成。
主壩為類均質壩,壩頂高程48.79 m,防浪墻頂高程49.79 m,最大壩高20.65 m,壩頂長227 m、寬5 m。壩體防滲采用雙排套井粘土回填,排距0.85 m,孔距0.80 m,有效厚度1.6 m,套井頂高程46.5 m,上部回填粘土與防浪墻相連。
1號副壩位于溢洪道右側,為均質壩,壩頂高程49.24 m,最大壩高10.5 m,壩頂寬6 m。壩體防滲采用單排套井粘土回填,孔距0.80 m,有效厚度0.80 m,套井頂高程為47.5 m。
2號副壩位于溢洪道右側,為均質壩,壩頂高程49.24 m,最大壩高10.5 m,壩頂寬5 m。
二界嶺水庫大壩安全監(jiān)測的主要項目包括大壩表面變形監(jiān)測、壩體滲流監(jiān)測以及壩體傾斜位移等。其中,大壩滲流、壩體傾斜位移等觀測項目采用自動化監(jiān)測系統(tǒng),分別采用滲壓計和固定式測斜儀監(jiān)測;大壩表面變形觀測采用人工觀測。
(1)主壩表面變形布置
主壩共布置5排表面變形觀測點,在壩頂上游側、迎水坡馬道(48.24 m高程)、壩頂下游側(47.59 m高程)、一級背水坡馬道處及二級背水坡處縱向各布置1排測點,每排布置4個觀測點,共設置標點20個。觀測斷面樁號分別為:主壩0+045、0+075、0+105和0+145。
(2)主壩滲流監(jiān)測布置
主壩滲流監(jiān)測共設3個斷面,為0+060、0+090、0+120,每個斷面均布置4個觀測點,壩腳排水體布置1個測壓管,共計13個測點。排水溝布置1套量水堰裝置。
(3)主壩壩體深層位移監(jiān)測
主壩壩后一級馬道設置2個測斜孔,通過固定式測斜儀進行觀測。
(4)1號副壩表面變形布置
壩頂上游側布置1排、共3個表面變形測點,分別為0+040、0+060和0+080斷面。
監(jiān)測儀器布置清單如下所示(見表1)。
表1 監(jiān)測項目匯總
2016—2021年最高水位出現(xiàn)在2016年6月21日,為45.80 m;最低水位出現(xiàn)在2020年12月9日,為40.66 m。
2021年度最高水位出現(xiàn)在2021年7月78日,為44.50 m;最低水位出現(xiàn)在2021年2月25日,為40.49 m,全年水位未超過汛限水位和正常蓄水位。
2016—2021年,最大日降雨量為259.5 mm,出現(xiàn)在2016年6月20日;最大月降雨量為678 mm,出現(xiàn)在2016年6月。歷年平均月降雨量最大值為316.8 mm,為6月份。
2021年,最大日降雨量為147.0 mm,出現(xiàn)在2021年7月26日;最大月降雨量為390 mm,出現(xiàn)在7月;年總降雨量為1 478.5 mm,降雨天數(shù)為132 d。
表面變形監(jiān)測數(shù)據(jù)時段是2016年6月—2021年11月。
4.1.1 主壩水平位移
2016—2021年,主壩向下游最大位移為4.84 mm;向上游最大位移為2.68 mm。截止到2021年11月17日,最大累計位移為4.30 mm,出現(xiàn)在測點LD3—3。壩頂上游測點水平位移如下所示(見圖1),總體上看,目前壩體水平位移變化速率很小,已趨于穩(wěn)定。
圖1 壩頂上游測點水平位移變化過程線
4.1.2 主壩垂直位移
2016—2021年,主壩最大沉降量為17.19 mm,最大抬升量為1.31 mm。截止到2021年11月17日,最大累計位移為17.19 mm,出現(xiàn)在測點LD5—3。2016—2020年,垂直位移一直處于增大趨勢中,2021年變化趨于收斂;與2020年比,只有2個測點年位移量超過1 mm。壩頂上游測點垂直位移如下所示(見圖2),總體來看,垂直位移變化已趨于穩(wěn)定,處于正常范圍內。
圖2 壩頂上游測點垂直位移變化過程線
壩頂上、下游兩排測點沿壩軸線分布上,河床段測點垂直位移最大,兩岸坡測點位移小,符合土石壩垂直位移變化規(guī)律。
4.1.3 1號副壩垂直位移
1號副壩累計垂直位移最大值為4.22 mm,垂直位移總體較小,過程線整體變化平穩(wěn),壩體變形基本穩(wěn)定。
壩體布置了2個測斜儀孔,每個孔內設置4個測點。目前,測斜孔Z1累計位移量小于4 mm,測斜孔Z2位移量小于1.6 mm,壩體傾斜位移量較小。
本工程壩體滲壓計自2016年10月15日開始自動采集,監(jiān)測數(shù)據(jù)如下所示(見圖3),可知:
(1)上游側測壓管水位與庫水位呈相關性,下游側測壓管水位與庫水位相關性較小;總體來看,過程線呈規(guī)律性變化。
(2)測壓管UP1—2呈寬幅震蕩性態(tài),該部位是滑坡回填體,滲透性較大,受降雨入滲影響明顯。
(3)大壩滲流處于穩(wěn)定狀態(tài),沒有出現(xiàn)較大的變幅。
5.2.1 統(tǒng)計模型原理
滲流效應量主要受庫水位、降雨、時間3個因素的影響,其中庫水位的升降會引起滲流量和測壓管水位的升降;降雨在一定程度上影響著滲流量和測壓管水位;時效影響是由壩體或壩基防滲性的變化等產生的。因此,測壓管水位的統(tǒng)計模型為[1]:
Y=YH+YP+Yθ
式中,Y為測壓管水位;YH為庫水位分量;YP為降雨量分量;Yθ為時效分量。
(1)水位分量
測壓管水位與庫水位成正相關性,由于大壩滲流是一個隨時間變化的過程,測壓管水位與庫水位存在滯后性;因此,用前期庫水位表示,即:
(2)降雨分量
(3)時效分量
土石壩蓄水后,引起土體結構顆粒的變化。與此同時,壩前逐漸淤積形成自然鋪蓋等。這些因素對測壓管水位的影響有一個時效過程,可用下式模擬[2]:
Yθ=c1+c2lnθ
式中,c1、c2為時效分量回歸系數(shù);θ為蓄水初期開始的天數(shù)除以100。
5.2.2 模型建立
測壓管UP1—2水位的統(tǒng)計模型為:
上述模型中共選擇了16個自變量。選取2016年11月1日—2020年11月30日共1 478組監(jiān)測數(shù)據(jù)建立模型,組成了1 478×16維的樣本數(shù)據(jù)矩陣。
通過回歸分析得到相關系數(shù),最終統(tǒng)計模型的數(shù)學表達式為:
5.2.3 模型分析
(1)繪制過程線
根據(jù)所建立的回歸模型對樣本進行模擬,并與實測值進行比較,并繪制過程曲線(見圖4)。
圖4 測壓管UP1—2水位實測值與模型擬合值過程線
(2)變量分離
根據(jù)上述建立的統(tǒng)計模型,分別計算出各分量對測壓管水位的影響比重(見表2),可知:水位分量為13%,降雨分量為83%,時效分量為4%。
表2 影響分量所占比重
結果表明:測壓管UP1—2的第一影響是降雨量,其次是庫水位;UP1—2所處位置壩坡回填料含水率較大,降雨時此處含水量較大,導致測壓管內水位升高,壩體防滲性未發(fā)生明顯變化,符合本工程的實際情況。
(1)壩體水平位移變化速率很小,變化過程性總體趨勢較平緩,2016—2021年最大累計位移為4.30 mm,位移量較小。
(2)2016—2020年,垂直位移一直處于增大趨勢中,2021年變化趨于收斂,垂直位移變化很??;總體來看,垂直位移變化已趨于穩(wěn)定。壩頂上下游兩排測點沿壩軸線分布上,河床段測點垂直位移最大,兩岸坡測點位移小,符合土石壩垂直位移變化規(guī)律。
(3)主壩壩體傾斜變形總體位移量基本在4 mm以內,位移量較小。
(4)測壓管水位過程線呈規(guī)律性變化,未呈現(xiàn)趨勢性變化,滲流狀態(tài)基本穩(wěn)定。針對測壓管UP1—2水位波動較大的現(xiàn)象,通過建立統(tǒng)計模型得出,受降雨影響較大,與庫水位相關性較小,該斷面的滲流狀態(tài)基本穩(wěn)定。
(5)綜上所述,通過對近5 a的大壩監(jiān)測數(shù)據(jù)資料分析分析,二界嶺水庫大壩處于安全運行狀態(tài)。