海南省松濤水庫大壩滲流觀測資料分析

江 超，吉小燕，張國棟，陳 明，鐘 嬌

(1.水利部大壩安全管理中心，江蘇 南京210029；2.海南省松濤水利工程管理局，海南 儋州571700)

0 引 言

松濤水庫位于海南省南渡江上游，控制集雨面積1 496 km2，總庫容33.45×108m3，是一座以灌溉為主，結合供水、發電、防洪及航運等綜合利用的大(1)型多年調節水利工程。主壩為碾壓式均質土壩，壩頂長730 m，壩頂寬6.0 m，壩頂高程197.10 m，最大壩高80.1 m，正常蓄水位190.00 m，設計洪水位192.10 m，校核洪水位195.30 m。壩基防滲體系由一道灌漿防滲帷幕連接壩體截水槽及混凝土截水齒墻構成。壩體排水系統為褥墊排水通過反濾管接壩趾棱柱反濾體[1]。

2011年10月，受17號臺風“納沙”和第19號臺風“尼格”影響，松濤水庫流域遭遇連續強降雨，庫水位接近正常蓄水位190.00 m，為近20 a來的最高水位。大壩在近年尤其是高水位運行中出現異?，F象，引起了松濤水利工程管理局的高度重視，這些異?，F象主要有:①主壩晴天無滲流量，主副壩多根測壓管水位出現異常。②條形山四五坳副壩滲流有紅褐色絮狀物析出，滲流量較大，且逐年增大趨勢明顯，高水位時下游壩坡有滲流出逸[2]。為了解大壩滲流狀況，并為下一步運行管理工作提供科學依據，松濤水利工程管理局委托水利部大壩安全管理中心對滲流觀測資料進行了分析[3-4]。

1 滲流原型觀測布置

松濤水庫滲流監測儀器較多，早年分別于1968年、1979年和1983年埋設了測壓管，但大多測壓管已淤堵失效。2003年結合除險加固重新設計了大壩安全監測系統，主副壩共埋設了87支滲壓計，其中主壩41支，副壩46支，并實現了自動化數據采集與數據整編。

主壩及條形山一二坳副壩、三坳副壩、四五坳副壩下游坡腳外各設有1座量水堰，共計4座。滲流量數據采用自動化方式進行采集。

2 主壩滲流觀測資料分析

2.1 滲流壓力分析

0+275斷面為最大壩高斷面，共布置7條監測垂線，埋設14支滲壓計，其中K06A已損壞。根據庫水位-測點水位的相關方程來推算設計洪水位與校核洪水位下的測點水位值，并繪制各水位下的壩體浸潤線。浸潤線相關計算成果見表1，0+275斷面壩體浸潤線見圖1。

表1 推算壩體浸潤線與實測浸潤線代表值

圖1 0+275斷面壩體浸潤線圖

近似以K12A實測水位作為下游水位，計算各測點位勢并繪制位勢過程線[5-6](見圖2)。由圖2可見，壩基測點位勢較低，表明該斷面壩基防滲墻效果較好；K9A與K11A位勢幾乎相同，表明水平排水體排水順暢；K08C、K09B測點位勢較高，分別約為70%、48%，主要因壩體填土各向異性明顯所致；各測點位勢基本保持穩定，表明該斷面滲流場穩定，未朝不利方向發展。

大壩左壩肩共埋設有4支滲壓計 Rm1、Rm2、Rm3、Rm4，主壩右壩肩共埋設有 3支滲壓計 Rm5、Rm6、Rm7，均埋設于山體內。繞滲各測點水位與庫水位的相關系數見表2。

表2 主壩左壩肩斷面測點水位與庫水位相關系數R

左壩肩繞滲測點水位與庫水位相關性好，表明左壩肩存在繞滲通道，但各測點位勢穩定，繞滲并未朝不利方向發展；右壩肩繞滲測點水位與庫水位相關性差，表明右壩肩繞滲不明顯。

2.2 滲流量分析

主壩下游設有一座量水堰，為分析主壩滲流量變化趨勢，繪制其單位水頭滲流量[7-8]過程線(見圖3)，其中單位水頭滲流量計算公式為:

圖2 0+275斷面位勢過程線圖

式中:q為單位水頭滲流量〔L/(s?m)〕；Q為滲流量(L/s)；h1為庫水位(m)；h2為下游水位，取K12A 測點水位(m)。

為一定程度消除降雨影響，剔除降雨當天的滲流量，作庫水位與滲流量相關圖，如圖4所示。

圖3 主壩單位水頭滲流量過程線

由單位水頭滲流量過程線可見，單位水頭滲流量受降雨量影響大，未見逐年增大趨勢。由圖4可見，滲流量與庫水位幾乎無相關性。隨著庫水位的升高，滲流量無明顯加速增大趨勢。

圖4 主壩庫水位與滲流量相關圖

近期主壩晴天已無滲流量，可能與大壩下游截水墻漏水，滲流量以潛流形式流向下游有關。為預測潛流量的變化趨勢，選取庫水位較高的不同年份(2001年9月—2002年3月；2009年10月—2010年2月；2010年10月—2011年3月)，并剔除明顯受到降雨影響的測值，進行滲流量-水頭相關性分析。3個不同時期滲流量-水頭相關分析成果見圖5。

圖5 不同時期主壩滲流量(Q)與水頭(△H)相關性分析

由圖5推算各時期主壩的潛流量:2001年9月—2002年3月潛流量為71.209 L/s，2009年10月—2010年 2月潛流量為 55.183 L/s，2010年10月—2011年3月潛流量為20.851 L/s，潛流量呈逐年減小趨勢。在庫水位186.6 m(對應水頭約62.6 m)以下，滲流量全部以潛流方式流向下游，因此，“主壩晴天無滲流量”屬正?，F象。圖5(d)對不同時期滲流量與水頭的相關線進行了對比，在高水位下，滲流量同樣呈逐年減小趨勢。綜合滲流量觀測資料分析表明大壩滲流場穩定。

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3 副壩滲流觀測資料分析

除條形山一二坳、三坳、四五坳3座副壩外，其余副壩最大壩高均不超過15 m，因此，僅在條形山副壩內埋設了滲壓計。條形山3座副壩均利用原坳口削平坳頂減載并水力沖填培厚上下游壩坡建成。

3.1 滲流壓力分析

條形山副壩大部分測點實測水位與庫水位相關性較好，與條形山山體破碎、裂隙發育有關。條形山四五坳副壩滲流安全問題最突出，其滲流測點平面布置見圖6。

圖6 條形山四五坳副壩滲流觀測布置平面圖

測點SK16A、RS16A與庫水位相關性差，測點水位始終高于庫水位(見圖7)，主要受山體區域地下水影響；測點 RS17A 、SK14A、SK14B、SK15A、SK15B位勢較高，分別約為80%、60%、69%、44%、36%(見圖8)，現場檢查發現測點RS17A附近測壓管水位接近管口，表明該測點附近山體裂隙更加發育；SK15A、SK15B的測點平均水位分別為177.05 m、175.27 m，均高于孔口高程(172.27 m)，表明高水位下滲透水流會從壩坡逸出，分析結論與實際運行情況一致。

四五坳副壩SK16A、RS16A測點水位始終高于庫水位，RS17A位勢約為80%，聯合分析表明該壩左壩肩繞滲嚴重。

圖7 測點水位過程線

圖8 測點位勢過程線

3.2 滲流量分析

一二坳副壩量水堰長期無滲流量，三坳、四五坳兩座副壩單位水頭滲流量過程線見圖9、圖10。

圖9 條形山三坳副壩單位水頭滲流量過程線

圖10 條形山四五坳副壩單位水頭滲流量過程線

由單位水頭滲流量過程線可見，兩副壩單位水頭滲流量受降雨量影響均較大。三坳副壩單位水頭滲流量逐年略有增大，而四五坳副壩單位水頭滲流量逐年增大趨勢則較為明顯。為消除降雨量的影響，剔除降雨當日的滲流量，做滲流量與庫水位的相關分析，兩座副壩滲流量與庫水位的相關線分別見圖11、圖12。

圖11 三坳副壩滲流量與庫水位相關圖

圖12 四五坳副壩滲流量與庫水位相關圖

由圖 11、圖 12可看出，隨著庫水位的升高，三坳、四五坳副壩滲流量呈加速上升趨勢，而四五坳副壩滲流量加速上升趨勢則更加明顯；兩座副壩滲流量與庫水位的相關系數分別為0.373和0.823，三坳副壩滲流量與庫水位相關性差，四五坳副壩滲流量與庫水位相關性較好。滲流量分析表明兩座副壩滲流均呈現異常，四五坳副壩滲流問題則更加突出。

4 結 語

根據觀測資料分析，得出以下主要結論:

(1)主壩上游壩基帷幕防滲效果好，壩基滲流未見異常。主壩左壩肩存在一定程度的繞滲，但趨于穩定，并未朝不利方向發展，現狀下可安全運行，暫不需要采取工程措施進行治理?！爸鲏吻缣鞜o滲流量”屬正?，F象，滲流量受降雨影響大，且在高水位下呈逐年減小趨勢，滲流量主要以潛流形式流向了下游。

(2)條形山四五坳副壩滲流明顯異常，其左壩肩山體裂隙較發育，繞滲嚴重，單位水頭滲流量逐年上升趨勢明顯，高水位下滲透水流會從壩坡出逸，應采取灌漿、貼坡反濾等工程措施消除滲流隱患。

(3)補充埋設已損壞的滲壓計，完善監測系統并及時發揮監測作用。

[1]劉嘉火斤，李 雷.海南省松濤水庫大壩安全鑒定綜合評價報告[R].南京:水利部大壩安全管理中心，1999.

[2]江 超，張國棟，陳 明.海南省松濤水庫大壩滲流觀測資料分析[R].南京:水利部大壩安全管理中心，2011.

[3]中華人民共和國水利部.SL169-96.土石壩安全監測資料整編規程[S].北京:中國水利水電出版社，1996.

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