江 超,吉小燕,張國(guó)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)
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(jié)合供水、發(fā)電、防洪及航運(yùn)等綜合利用的大(1)型多年調(diào)節(jié)水利工程。主壩為碾壓式均質(zhì)土壩,壩頂長(zhǎng)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(shè)計(jì)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(gòu)成。壩體排水系統(tǒng)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(hào)臺(tái)風(fēng)“納沙”和第19號(hào)臺(tái)風(fēng)“尼格”影響,松濤水庫流域遭遇連續(xù)強(qiáng)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(yùn)行中出現(xiàn)異常現(xiàn)象,引起了松濤水利工程管理局的高度重視,這些異?,F(xiàn)象主要有:①主壩晴天無滲流量,主副壩多根測(cè)壓管水位出現(xiàn)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(shì)明顯,高水位時(shí)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(yùn)行管理工作提供科學(xué)依據(jù),松濤水利工程管理局委托水利部大壩安全管理中心對(duì)滲流觀測(cè)資料進(jìn)行了分析[3-4]。
松濤水庫滲流監(jiān)測(cè)儀器較多,早年分別于1968年、1979年和1983年埋設(shè)了測(cè)壓管,但大多測(cè)壓管已淤堵失效。2003年結(jié)合除險(xiǎn)加固重新設(shè)計(jì)了大壩安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng),主副壩共埋設(shè)了87支滲壓計(jì),其中主壩41支,副壩46支,并實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化數(shù)據(jù)采集與數(shù)據(jù)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(shè)有1座量水堰,共計(jì)4座。滲流量數(shù)據(jù)采用自動(dòng)化方式進(jìn)行采集。
0+275斷面為最大壩高斷面,共布置7條監(jiān)測(cè)垂線,埋設(shè)14支滲壓計(jì),其中K06A已損壞。根據(jù)庫水位-測(cè)點(diǎn)水位的相關(guān)方程來推算設(shè)計(jì)洪水位與校核洪水位下的測(cè)點(diǎn)水位值,并繪制各水位下的壩體浸潤(rùn)線。浸潤(rùn)線相關(guān)計(jì)算成果見表1,0+275斷面壩體浸潤(rùn)線見圖1。
表1 推算壩體浸潤(rùn)線與實(shí)測(cè)浸潤(rùn)線代表值
圖1 0+275斷面壩體浸潤(rùn)線圖
近似以K12A實(shí)測(cè)水位作為下游水位,計(jì)算各測(cè)點(diǎn)位勢(shì)并繪制位勢(shì)過程線[5-6](見圖2)。由圖2可見,壩基測(cè)點(diǎn)位勢(shì)較低,表明該斷面壩基防滲墻效果較好;K9A與K11A位勢(shì)幾乎相同,表明水平排水體排水順暢;K08C、K09B測(cè)點(diǎn)位勢(shì)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(cè)點(diǎn)位勢(shì)基本保持穩(wěn)定,表明該斷面滲流場(chǎng)穩(wěn)定,未朝不利方向發(fā)展。
大壩左壩肩共埋設(shè)有4支滲壓計(jì) Rm1、Rm2、Rm3、Rm4,主壩右壩肩共埋設(shè)有 3支滲壓計(jì) Rm5、Rm6、Rm7,均埋設(shè)于山體內(nèi)。繞滲各測(cè)點(diǎn)水位與庫水位的相關(guān)系數(shù)見表2。
表2 主壩左壩肩斷面測(cè)點(diǎn)水位與庫水位相關(guān)系數(shù)R
左壩肩繞滲測(cè)點(diǎn)水位與庫水位相關(guān)性好,表明左壩肩存在繞滲通道,但各測(cè)點(diǎn)位勢(shì)穩(wěn)定,繞滲并未朝不利方向發(fā)展;右壩肩繞滲測(cè)點(diǎn)水位與庫水位相關(guān)性差,表明右壩肩繞滲不明顯。
主壩下游設(shè)有一座量水堰,為分析主壩滲流量變化趨勢(shì),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(jì)算公式為:
圖2 0+275斷面位勢(shì)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(cè)點(diǎn)水位(m)。
為一定程度消除降雨影響,剔除降雨當(dāng)天的滲流量,作庫水位與滲流量相關(guān)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(shì)。由圖4可見,滲流量與庫水位幾乎無相關(guān)性。隨著庫水位的升高,滲流量無明顯加速增大趨勢(shì)。
圖4 主壩庫水位與滲流量相關(guān)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(guān)。為預(yù)測(cè)潛流量的變化趨勢(shì),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(cè)值,進(jìn)行滲流量-水頭相關(guān)性分析。3個(gè)不同時(shí)期滲流量-水頭相關(guān)分析成果見圖5。
圖5 不同時(shí)期主壩滲流量(Q)與水頭(△H)相關(guān)性分析
由圖5推算各時(shí)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(shì)。在庫水位186.6 m(對(duì)應(yīng)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(xiàn)象。圖5(d)對(duì)不同時(shí)期滲流量與水頭的相關(guān)線進(jìn)行了對(duì)比,在高水位下,滲流量同樣呈逐年減小趨勢(shì)。綜合滲流量觀測(cè)資料分析表明大壩滲流場(chǎng)穩(wěn)定。
合作學(xué)習(xí)效能很大程度上取決于教師的合作學(xué)習(xí)設(shè)計(jì),教師只有精心設(shè)計(jì)合作學(xué)習(xí),才能使合作學(xué)習(xí)助推課堂效率。合作學(xué)習(xí)設(shè)計(jì)要著力于以下幾個(gè)方面:
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(nèi)埋設(shè)了滲壓計(jì)。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。
條形山副壩大部分測(cè)點(diǎn)實(shí)測(cè)水位與庫水位相關(guān)性較好,與條形山山體破碎、裂隙發(fā)育有關(guān)。條形山四五坳副壩滲流安全問題最突出,其滲流測(cè)點(diǎn)平面布置見圖6。
圖6 條形山四五坳副壩滲流觀測(cè)布置平面圖
測(cè)點(diǎn)SK16A、RS16A與庫水位相關(guān)性差,測(cè)點(diǎn)水位始終高于庫水位(見圖7),主要受山體區(qū)域地下水影響;測(cè)點(diǎn) RS17A 、SK14A、SK14B、SK15A、SK15B位勢(shì)較高,分別約為80%、60%、69%、44%、36%(見圖8),現(xiàn)場(chǎng)檢查發(fā)現(xiàn)測(cè)點(diǎn)RS17A附近測(cè)壓管水位接近管口,表明該測(cè)點(diǎn)附近山體裂隙更加發(fā)育;SK15A、SK15B的測(cè)點(diǎn)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(huì)從壩坡逸出,分析結(jié)論與實(shí)際運(yùn)行情況一致。
四五坳副壩SK16A、RS16A測(cè)點(diǎn)水位始終高于庫水位,RS17A位勢(shì)約為80%,聯(lián)合分析表明該壩左壩肩繞滲嚴(yán)重。
圖7 測(cè)點(diǎn)水位過程線
圖8 測(cè)點(diǎn)位勢(shì)過程線
一二坳副壩量水堰長(zhǎng)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(shì)則較為明顯。為消除降雨量的影響,剔除降雨當(dāng)日的滲流量,做滲流量與庫水位的相關(guān)分析,兩座副壩滲流量與庫水位的相關(guān)線分別見圖11、圖12。
圖11 三坳副壩滲流量與庫水位相關(guān)圖
圖12 四五坳副壩滲流量與庫水位相關(guān)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(shì),而四五坳副壩滲流量加速上升趨勢(shì)則更加明顯;兩座副壩滲流量與庫水位的相關(guān)系數(shù)分別為0.373和0.823,三坳副壩滲流量與庫水位相關(guān)性差,四五坳副壩滲流量與庫水位相關(guān)性較好。滲流量分析表明兩座副壩滲流均呈現(xiàn)異常,四五坳副壩滲流問題則更加突出。
根據(jù)觀測(cè)資料分析,得出以下主要結(jié)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(wěn)定,并未朝不利方向發(fā)展,現(xiàn)狀下可安全運(yùn)行,暫不需要采取工程措施進(jìn)行治理。“主壩晴天無滲流量”屬正?,F(xiàn)象,滲流量受降雨影響大,且在高水位下呈逐年減小趨勢(shì),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(fā)育,繞滲嚴(yán)重,單位水頭滲流量逐年上升趨勢(shì)明顯,高水位下滲透水流會(huì)從壩坡出逸,應(yīng)采取灌漿、貼坡反濾等工程措施消除滲流隱患。
(3)補(bǔ)充埋設(shè)已損壞的滲壓計(jì),完善監(jiān)測(cè)系統(tǒng)并及時(shí)發(fā)揮監(jiān)測(cè)作用。
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