新疆克孜爾水庫(kù)主壩滲流監(jiān)測(cè)資料分析

摘要：為研究新疆克孜爾水庫(kù)除險(xiǎn)加固后主壩的滲流情況，運(yùn)用數(shù)理統(tǒng)計(jì)方法對(duì)主壩滲流監(jiān)測(cè)資料進(jìn)行了過(guò)程線(xiàn)分析、水平滲透坡降分析、相關(guān)性分析、位勢(shì)及測(cè)壓管水位滯后時(shí)間分析。研究結(jié)果表明：①主壩滲流量較小，心墻防滲效果較好;②下游無(wú)滲透明流，無(wú)積水，無(wú)異常變形，滲流狀況基本穩(wěn)定，大壩運(yùn)行工況基本正常;③0+252監(jiān)測(cè)斷面下游位勢(shì)略微偏高，判斷該斷面心墻與壩基的帷幕灌漿局部風(fēng)化或排水花管排水不暢，應(yīng)引起重視。

關(guān)鍵詞：大壩滲流;測(cè)壓管;過(guò)程線(xiàn)分析;相關(guān)性分析;克孜爾水庫(kù);新疆維吾爾自治區(qū)

中圖法分類(lèi)號(hào)：TV698.12

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

DOI： 10.15974/j.cnki.slsdkb.2020.08.006

1 工程概況

新疆克孜爾水庫(kù)位于阿克蘇地區(qū)拜城縣境內(nèi)，木扎提河與黑孜河的交匯處，是以防洪、灌溉為主，兼有水力發(fā)電、水產(chǎn)養(yǎng)殖與旅游開(kāi)發(fā)等綜合利用的大（1）型水利樞紐工程。水庫(kù)控制流域面積16637 km2，總庫(kù)容6.40億m3，樞紐工程由主壩、副壩、泄洪排沙涵洞、開(kāi)敞式溢洪道、發(fā)電引水涵洞及壩后電站等組成。大壩主體工程于1985年10月正式開(kāi)工，1990年9月實(shí)現(xiàn)裁流，1991年8月下閘蓄水投入運(yùn)行，同年10月第一臺(tái)發(fā)電機(jī)組投入運(yùn)行，1995年全面竣工，1998年10月通過(guò)工程竣工驗(yàn)收。

在2007年大壩安全鑒定中，該大壩因防洪能力不足被評(píng)定為“三類(lèi)壩，并于2009～ 2011年完成除險(xiǎn)加固施工任務(wù)，2014年5月通過(guò)竣工驗(yàn)收。除險(xiǎn)加固按重現(xiàn)期500 a-遇洪水（7 214 m3/s）設(shè)計(jì)，5 000 a-遇洪水標(biāo)準(zhǔn)（11 156 m3/S）校核，水庫(kù)承擔(dān)下游河道防洪仍按100 a一遇洪水標(biāo)準(zhǔn)（4 627 m3/s）設(shè)計(jì)，除險(xiǎn)加固后庫(kù)容增至7.25億m3。

2 主壩滲流觀測(cè)設(shè)施布置

克孜爾水庫(kù)除險(xiǎn)加固后，主壩主要有測(cè)壓管、孔隙水壓力計(jì)和水表法計(jì)算滲流量3種監(jiān)測(cè)手段，測(cè)壓管埋設(shè)典型斷面見(jiàn)圖1。為了解主壩心墻、壩殼及壩后等部位的滲流情況，在主壩0+000、0+252、0+352、0+552、0+842和0+910等斷面共埋設(shè)了42根測(cè)壓管。為了解主壩心墻和基巖滲流、心墻與底部混凝土面上瀝青馬碲脂兩種介質(zhì)間的滲流狀況和壩基處理效果，共埋設(shè)孔隙水壓力計(jì)39支，因儀器埋設(shè)多年，目前大部分孔隙水壓力計(jì)無(wú)法正常工作。此外，在0+180斷面下游的集水井內(nèi)通過(guò)水泵排除主壩心墻下游反濾料后部的滲水，主要采用水表法計(jì)算滲流量。

3 滲流觀測(cè)資料分析

3.1 測(cè)壓管水位變化過(guò)程分析

選取主壩0+252斷面和0+552斷面布置在心墻、壩殼料和壩后的測(cè)壓管觀測(cè)資料進(jìn)行分析。

（1）0+252斷面。該斷面埋設(shè)了8支測(cè)壓管，分別為：①位于壩軸線(xiàn)上游3m處的P39和P40雙管，管底高程分別為l 129.51 m（心墻）和1 117.62 m（心墻）;②位于壩軸線(xiàn)下游12 m處的P41和P42雙管，管底高程分別為1 110.45 m（壩殼）和1 106.23 m（基巖）;③位于壩軸線(xiàn)下游5lm處的P43和P43-1雙管，管底高程分別為1 111.32 m（壩殼）和1 104.36 m（基巖）;④位于壩軸線(xiàn)下游140m處的P167，管底高程為1104.07 m（基巖）;⑤位于壩軸線(xiàn)下游200 m處的P168，管底高程1 103.67 m（基巖）。各測(cè)壓管管水位與庫(kù)水位變化過(guò)程線(xiàn)見(jiàn)圖2。從圖2可以看出：心墻上的測(cè)壓管P39和P40水位基本都穩(wěn)定在1 129～1 135 m之間，而位于壩殼料和壩后的測(cè)壓管水位基本都在1 113～1125 m之間。說(shuō)明壩體水位經(jīng)心墻后迅速降低，心墻防滲效果較好。

（2）0+552斷面。該斷面埋設(shè)了6支測(cè)壓管，分別為：①位于壩軸線(xiàn)上游3m處的P57和P58雙管，管底高程分別為1 129.85 m（心墻）和1 117.18 m（心墻）;②位于壩軸線(xiàn)下游llm處的P59和P60雙管，管底高程分別為1 114.00 m（壩殼）和1 112.03 m（基巖）;③位于壩軸線(xiàn)下游5lm處的P61，管底高程為1 111.37 m（基巖）;④位于壩軸線(xiàn)下游200 m處的1 104.64 m（基巖）。各測(cè)壓管管水位與庫(kù)水位變化過(guò)程線(xiàn)見(jiàn)圖3。從圖3可以看出：心墻內(nèi)的測(cè)壓管P57和P58管水位與庫(kù)水位相關(guān)性較好，而壩殼料和壩后基巖內(nèi)的測(cè)壓管水位與庫(kù)水位變化的關(guān)系不大，一般穩(wěn)定在1 116 m左右，基本不隨庫(kù)水位的變化而發(fā)生變化，滲透壓力越往下游變化越小，說(shuō)明壩體防滲效果好，測(cè)壓管水位反映大壩滲流安全。

3.2 測(cè)壓管水位變化滯后于庫(kù)水位變化分析

根據(jù)測(cè)壓管水位與庫(kù)水位變化過(guò)程線(xiàn)可知，測(cè)壓管水位變化明顯滯后于庫(kù)水位變化。在水庫(kù)蓄水過(guò)程中，在庫(kù)水位過(guò)程線(xiàn)和測(cè)壓管水位過(guò)程線(xiàn)圖上，取庫(kù)水位過(guò)程線(xiàn)峰頂與測(cè)壓管水位過(guò)程線(xiàn)峰頂之間的時(shí)間間隔，即可得出庫(kù)水位變化過(guò)程中測(cè)壓管水位的滯后時(shí)間，見(jiàn)表1。

從表1可看出：①主壩測(cè)壓管水位滯后時(shí)間整體上呈現(xiàn)出上游滯后時(shí)間短、下游滯后時(shí)間長(zhǎng)，壩后第三排、第四排測(cè)壓管水位變化與庫(kù)水位變化無(wú)關(guān)的特點(diǎn)，壩體滲透時(shí)間整體趨勢(shì)正常，平均滯后時(shí)間為42 d，說(shuō)明心墻防滲效果較好。②因0+252斷面的P39、P40和0+552斷面的P57、P58均位于壩軸線(xiàn)上游3m處，從兩個(gè)斷面測(cè)壓管水位與庫(kù)水位的滯后時(shí)間看，0+252斷面心墻的防滲效果明顯優(yōu)于0+552斷面。

3.3 滲流量觀測(cè)分析

主壩滲流量觀測(cè)點(diǎn)設(shè)置在主壩0+180集水井處，目前采用水位控制水泵自動(dòng)抽水，流量計(jì)計(jì)量滲流量，每天觀測(cè)一次，計(jì)量單位為Us，主壩0+180集水井的滲流量過(guò)程線(xiàn)見(jiàn)圖4。由圖4可知：主壩滲流量與庫(kù)水位相關(guān)性較差，歷年最大滲流量約為0.648 Us，最小滲流量約0.30 L/s，多年平均滲流量為0.419 L/s，遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于設(shè)計(jì)計(jì)算滲流量1.16 L/s（庫(kù)水位1149.6m）。

3.4 位勢(shì)變化過(guò)程分析

測(cè)壓管位勢(shì)按下式計(jì)算：式中，h1為測(cè)壓管水位;H1為庫(kù)水位;H2為下游水位。以0+252和0+552斷面為例進(jìn)行測(cè)壓管位勢(shì)變化分析。

（1） 0+252斷面。由圖5可知：①P41、P42測(cè)壓管埋設(shè)在心墻下游坡過(guò)渡層，位勢(shì)為34%，略微偏高，這可能是心墻與壩基的帷幕灌漿局部風(fēng)化造成的;②斷面存在防滲薄弱環(huán)節(jié)，可能是由于排水花管不暢，導(dǎo)致測(cè)壓管水位偏高;③其他測(cè)壓管水位與庫(kù)水位相關(guān)性不明顯，埋設(shè)在心墻內(nèi)的P39、P40管位勢(shì)分別為78%，56%，與附近斷面心墻內(nèi)的測(cè)壓管位勢(shì)相近。

（2）0+552斷面。由圖6可知：①各測(cè)壓管水位與庫(kù)水位相關(guān)性均不好，P57、P58、P59、P60、P61、P170管位勢(shì)分另0為87%，65%，10%，11%，4%，6%;②位于下游的P59、P60管位勢(shì)均較低，表明心墻和壩基帷幕聯(lián)合防滲效果較好，花管排水較為暢通。

通過(guò)繪制兩個(gè)斷面的測(cè)壓管位勢(shì)變化過(guò)程線(xiàn)可知：主壩心墻測(cè)壓管位勢(shì)相對(duì)較高，但心墻下游測(cè)壓管位勢(shì)迅速降低，且多年來(lái)基本穩(wěn)定，波動(dòng)較小，壩體防滲效果較好。

3.5 水平滲透坡降分析

根據(jù)監(jiān)測(cè)資料，選取0+252和0+552兩個(gè)斷面進(jìn)行水平滲透比降計(jì)算，計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表2。

滲透比降計(jì)算公式為

J=△H/L

（2）

式中，J為滲透比降;△H為上下兩排測(cè)壓管水位差;L為上下兩排測(cè)壓管水平距離。計(jì)算滲透比降在0.019～ 0.052之間，遠(yuǎn)小于設(shè)計(jì)滲透比降，表明壩基滲流基本穩(wěn)定。

4 測(cè)壓管水位與庫(kù)水位相關(guān)性分析

4.1 相關(guān)性計(jì)算

選取0+252和0+552斷面測(cè)壓管監(jiān)測(cè)資料，建立相關(guān)性函數(shù)，相關(guān)系數(shù)及F檢驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表3。

4.2 結(jié)果分析

以主壩0+252斷面為例，繪制該斷面測(cè)壓管水位與庫(kù)水位的相關(guān)圖，并根據(jù)相關(guān)方程繪制測(cè)壓管水位擬合曲線(xiàn)（見(jiàn)圖7）及實(shí)測(cè)測(cè)壓管水位變化過(guò)程線(xiàn)（見(jiàn)圖8）。根據(jù)以上相關(guān)性分析可知：測(cè)壓管水位與庫(kù)水位的相關(guān)性系數(shù)很小，基本不相關(guān)，說(shuō)明壩體心墻防滲質(zhì)量較好。

4.3 滲流量回歸分析

根據(jù)滲流量與庫(kù)水位的關(guān)系（見(jiàn)圖9），推算出主壩滲流量與庫(kù)水位相關(guān)方程，見(jiàn)表4，并根據(jù)方程推算出特征水位時(shí)主壩滲流量。計(jì)算結(jié)果表明，大壩滲流量較小，總體防滲效果較好。

5 結(jié)論

根據(jù)壩體各項(xiàng)觀測(cè)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)資料及分析成果，結(jié)合壩體外部巡視檢查情況可得出以下結(jié)論：

（1）目前克孜爾水庫(kù)主壩滲流量較小，心墻防滲效果較好;

（2）人工巡視檢查反映主壩下游無(wú)滲透明流，無(wú)積水，無(wú)異常變形，滲流狀況基本穩(wěn)定，大壩運(yùn)行工況基本正常;

（3）0+252斷面下游位勢(shì)略微偏高，可能是該斷面心墻與壩基的帷幕灌漿局部風(fēng)化或排水花管不暢導(dǎo)致的，應(yīng)引起足夠重視。

參考文獻(xiàn)：

[1] 新疆水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院.新疆渭干河克孜爾水庫(kù)除險(xiǎn)加固初步設(shè)計(jì)報(bào)告[R].烏魯木齊：新疆水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，2007.

（編輯：李曉瀠）

作者簡(jiǎn)介：楊順剛，男，高級(jí)工程師，主要從事水庫(kù)運(yùn)行調(diào)度管理方面的工作。E-mail： 382821647@qq.com