太湖水庫大壩滲流監測資料分析

孫 杰 袁文喜 李小勇

（浙江省水利水電勘測設計院 杭州 310002）

1 概況

太湖水庫位于浙江省溫嶺市大溪鎮西部太湖溪下游，水庫壩址距大溪鎮2.5km，距離104國道2.0km，距甬臺溫高速公路0.7km。太湖水庫是一座以灌溉防洪為主，結合發電、供水、養殖等綜合利用的中型水庫。工程所處溪流屬金清水系，壩址以上集雨面積25km2，總庫容2326萬m3。水庫大壩壩型為黏土心墻砂殼壩，壩高24m，壩頂高程34.49m，壩頂寬度4m，壩頂長633m，壩底長500m，壩底寬112.5m。心墻寬度3m，邊坡1:0.5，心墻頂高程33.49m，心墻兩側采用砂壤土，邊坡1:1.5，砂壤土外側為砂壤石，分兩級坡，迎水坡在高程23.99m 以上為1:2，以下為1:2.5，采用厚30cm 干砌石護坡。排水設施采用內坡1:1、外坡1:2 的堆石棱體。與大壩接觸部分及基礎接觸部分均設置過渡反濾層。壩基主要為砂礫石層，左右岸坡均為節理發育的流紋巖基礎，左岸坡較右岸坡風化程度深，且夾有斷層。0＋040～0+600 河床段為第四系沖洪積覆蓋層基礎，表面為強透水的砂礫石層，第2 層為砂礫質壤土，2 層共厚4～6m，第3 層為透水性較小的密實泥礫層。壩基防滲采用上游水平鋪蓋結合截水槽防滲，截水槽切入壩基深5m。

水庫蓄水運行后，壩體曾出現多處滲漏現象。1977年對全壩進行了套井回填，1977、1979年分兩期對左壩肩基巖繞壩滲流進行了水泥帷幕灌漿堵漏。1978年進行了保壩設計。水庫一直處于低水位運行，極大影響了水庫供水和灌溉效益的發揮。為確保水庫大壩安全，需對大壩設置監測系統。

2 滲流監測儀器布置

根據工程設計及SL60—94《土石壩安全監測技術規范》等相關要求，本次布置了庫水位、降雨量、測壓管水位、滲流量等監測項目。大壩壩體共設置了5 個觀測斷面共計13 支測壓管，其中I、II、III 斷面各設3 支，以觀測壩體浸潤線位置；IV、V 斷面各設2 支，以觀測套井回填黏土處理效果。1987年在5 個觀測斷面靠其下游位置另各增設測壓管1 支。由于原III-3 管已損壞，后補打一支代替III-3 管，共19 支測壓管（正常工作18 支）（見圖1）。

3 監測資料分析

本文選取的水庫水位、壩區降雨量及大壩測壓管水位監測資料系列為2000年1月1日至2005年12月31日，滲流量監測資料從2003年10月6日至2005年12月31日。并篩選有代表性的0+330和0+190 斷面觀測資料，分別作為測壓管水位及滲流量觀測資料的成果。

圖1 大壩測壓管布置示意圖

3.1 降雨量、水庫水位、測壓管水位關系分析

以0+330 斷面為例，降雨量、庫水位、測壓管水位歷時過程線見圖2，庫水位及降雨量特征值統計見表1、表2。

圖2 降雨量、庫水位、測壓管水位歷時過程線（0+330）

表1 庫水位特征值 單位：m

表2 降雨量特征值 單位：mm

從上述圖、表中可見：

（1）庫水位與壩區降雨存在一定聯系，在降雨量較大時段里，庫水位往往會有一定幅度的提高，反之，降雨量偏小年份，庫水位也降低較多。

（2）降雨對測壓管水位有一定的影響，一般在降雨量較多的季節（6～9月）測壓管水位較高，反之，在降雨較少的季節（11～3月），測壓管水位較低。

（3）套井上游測壓管的測點水位（II-1）主要受庫水位影響，庫水位升高，管內水位升高，反之，庫水位下降，管內水位也相應下降。設置在防滲體后的測壓管（II-2、II-3、II-4）其水位過程線除了在降雨季節有些波動外，這些測壓管過程線比較平緩，無明顯趨勢性變化。

3.2 測壓管水位資料統計模型及成果分析

（1) 建模原理。測壓管水位高低與上下游水位變化幅度、降雨強度、筑壩材料的滲透性能等因素有關。在滲透過程中，滲流水克服土顆粒阻力，從上游到測壓管位置需一定時間。故影響壩體測壓管水位的因素可歸納為水位分量、降雨量分量和時效分量。據試算，在分析時采用下列統計模型：

式中：H為測壓管水位值；ai為待定的回歸系數，（i＝0～21）；H0為當天庫水位；Hi-j為觀測日前第i 天到第j 天內上游水位的均值；R0為當天降雨量；Ri-j為觀測日前第i 天到第j 天內降雨量的均值；θ為時效，從觀測日至正常觀測起，每天取0.01。

（2）模型分析。根據選定的統計模型，采用逐步回歸分析法。模型要考慮觀測時間前148天的影響。建模時段取2000年5月28日至2005年12月28日。選入因子F 檢驗值取2.50，剔除因子F 檢驗值取2.49。通過對0+330 斷面這4 個測壓管的觀測數據進行逐步回歸，各測點回歸模型的回歸系數、復相關系數（R）和標準差（S）等見表3，其對應測點實測值、擬合值過程線見圖3。

表3 測壓管回歸系數

圖3 測壓管水位實測值及擬合值過程線

為定量分析水位、降雨量、時效分量對測壓管水位的影響，以典型年（2005年）各測壓管水位年變幅為例，用回歸模型分離各主要分量，其分離結果見表4。

（1）水庫水位分量。由表3 可以看出，有4個選中了當天水位因子，有3 個選中了前1～3天的水位因子，有3 個選中了前4～8 天的水位因子，有2 個選中了前9～18 天的水位因子，有2 個選中了前19～28 天的水位因子，有1 個選中了前29～38 天的水位因子，有2 個選中了前39～48 天的水位因子，有1 個選中了前74～88天的水位因子，有1 個選中了前108～128 天的水位因子，有2 個選中了前129～148 天的水位因子。由以上分析可以看出，庫水位從當天往前推28 天這段時間里水位平均值對測壓管水位影響較大。由表4 對年變幅分離結果看，庫水位對II-1、II-2 測壓管水位影響是最大的。

(2）降雨量分量。由表3 可以看出，選中當天降雨的有2 個，選中前1～3 天的有4 個，選中前4～8 天的有4 個，選中前9～18 天的有4個。說明測壓管水位滯后于降雨的變化。由表4對年變幅分離結果看，降雨對II-3、II-4 測壓管水位變化影響是最大的。

（3）時效分量。由表3 可以看出，在4 個測點中，除了II-3 測點外，其余3 個測點均選中了時效因子，說明時效對測壓管水位有一定的影響。由表4 對年變幅分離結果看，其影響均較小。

綜合分析可得：對于防滲體上游的測壓管，水庫水位是測壓管水位的主要影響因素；而對于防滲體下游側的測壓管水位，降雨量是其主要影響因素；時效因子對各測壓管水位也有一定影響，但影響較小。

表4 典型年（2005）各測壓管水位年變幅模型分離結果分析

3.3 大壩外坡滲流量觀測資料分析

以0＋190 斷面為例，其滲流量與降雨量、庫水位的過程線見圖4，相應的滲流特征值統計見表5。

圖4 滲流量與降雨量、庫水位過程線

表5 滲流量特征值 單位：（m3/d）

滲流量主要受降雨量影響較大，強度大、歷時短以及中等強度而歷時長的降雨都可能引起滲流量的較大升高。庫水位對大壩滲流量影響關聯性不強。

4 結語

通過對太湖水庫大壩近5年的滲流觀測資料的分析，得到以下結論：

(1)降雨對測壓管水位有一定的影響，一般在降雨量較多的季節測壓管水位較高，反之，在降雨較少的季節，管內水位較低。

(2)處于防滲體上游的測壓管，庫水位是測壓管水位的主要影響因素，而對下游側的測壓管，降雨量則是主要影響因素，時效因子對測壓管水位也有一定影響，但影響較小。庫水位分量和降雨分量對測壓管水位變化有滯后性。

（3）觀測點滲流量與降雨強度及分布有關，而與庫水位關聯性不強。強度大、歷時短以及中等強度而歷時長的降雨都可能引起滲流量的較大升高。

（4）從滲流觀測資料看，各測點工作基本正常，各測值變化范圍比較正常，大壩滲流比較穩定。

（5）較全面評價大壩安全工作狀態，應結合大壩變形觀測（包括沉降變形和水平位移觀測），定期做好對監測儀器和監測系統的檢查維護，并做好觀測資料分析。若發現異常情況，及時上報，研究處理。

1 孫杰等.溫嶺太湖水庫大壩滲流觀測資料分析報告[R].浙江省水利水電勘測設計院，2005.

2 吳中如等.水工建筑物安全監控理論及其應用[M].南京：河海大學出版社，1990.