閻王鼻子水庫安全監(jiān)測資料分析與評價(jià)

張宇

（遼寧省水利水電勘測設(shè)計(jì)研究院有限責(zé)任公司，遼寧 沈陽 110006）

1 工程概況

閻王鼻子水庫位于大凌河干流上，壩址距下游朝陽市25 km，是一座以供水、灌溉、防洪為主，兼顧發(fā)電的綜合利用水利樞紐工程。電站裝機(jī)容量為1.6 MW，后增容至2.1 MW，水庫最大庫容2.17億m3，工程等別為Ⅱ等，工程規(guī)模為大（2）型，水庫大壩建筑物級別為2級，設(shè)計(jì)洪水標(biāo)準(zhǔn)為100年一遇，校核洪水標(biāo)準(zhǔn)為1 000年一遇。

水庫大壩采用混凝土重力壩壩型，最大壩高34.5 m，壩頂長度為383 m，樁號為0+83.212～0+466.212 m。大壩共分20個壩段，包括擋水壩段、溢流壩段、沖砂閘壩段、工業(yè)取水壩段、農(nóng)業(yè)取水壩段和電站壩段。

2 大壩安全監(jiān)測設(shè)施概況

閻王鼻子水庫大壩安全監(jiān)測系統(tǒng)儀器分為內(nèi)觀和外觀兩部分，內(nèi)觀儀器包括溫度計(jì)、應(yīng)變計(jì)和無應(yīng)力計(jì)等，外觀儀器包括引張線、揚(yáng)壓力計(jì)、靜力水準(zhǔn)儀、水位計(jì)和多點(diǎn)基巖變位計(jì)等，來實(shí)現(xiàn)對壩體溫度、應(yīng)力應(yīng)變、揚(yáng)壓力、大壩水平位移、垂直位移、滲漏量和基巖變形等項(xiàng)目的監(jiān)測，[1]安全監(jiān)測布置情況見表1。

表1 閻王鼻子水庫安全監(jiān)測布置表

監(jiān)測系統(tǒng)采用智能分布式系統(tǒng)，由數(shù)據(jù)自動采集系統(tǒng)和安全監(jiān)控管理系統(tǒng)構(gòu)成，可以實(shí)現(xiàn)在線采集、離線分析、數(shù)據(jù)管理、定制報(bào)表、安全管理等功能。[1]

3 大壩安全監(jiān)測資料分析

3.1 水平位移

為監(jiān)測壩頂水平位移，在壩頂布設(shè)1條引張線，共20個測點(diǎn)。并在左岸隧洞內(nèi)的引張線端點(diǎn)處布設(shè)了垂線監(jiān)測點(diǎn)，作為引張線的基點(diǎn)，左邊固定端以深入左岸隧洞端點(diǎn)為基準(zhǔn)（此處地質(zhì)條件較好，可以作為控制點(diǎn)）。每個壩段設(shè)1個測點(diǎn)，采用電容感應(yīng)式引張線儀。[2]因原設(shè)計(jì)倒垂測點(diǎn)處地下不能成孔，故取消了倒垂測點(diǎn)。各壩段測點(diǎn)水平位移沿軸線分布見圖1。

圖1 壩頂水平位移沿軸線分布圖

對水平位移監(jiān)測資料變化規(guī)律分析表明：

1）數(shù)據(jù)不明跳動較多，且缺失較為嚴(yán)重，多年來其監(jiān)測數(shù)據(jù)未見明顯規(guī)律性。可能是壩高較低或監(jiān)測儀器信號傳輸、數(shù)據(jù)解讀等過程出現(xiàn)一定誤差。

2）壩頂水平位移與上游水位無明顯相關(guān)性。2016年12月3日系統(tǒng)改造投入運(yùn)行，至2017年5月1日，各壩段變幅在5 mm以內(nèi)，位移測值變化平緩。

3）建議對監(jiān)測儀器進(jìn)行核查，并加強(qiáng)觀測，及時(shí)分析，以保工程安全運(yùn)行。

3.2 垂直位移

大壩垂直位移監(jiān)測分為壩頂垂直位移監(jiān)測及壩基垂直位移監(jiān)測，其中，壩頂垂直位移監(jiān)測采用人工測量，壩基垂直位移監(jiān)測采用靜力水準(zhǔn)儀自動化監(jiān)測。

3.2.1 壩頂

大壩共分20個壩段，每個壩段壩頂各設(shè)置1個垂直位移變形測點(diǎn)，其中，9，10號及18號壩段各設(shè)2個沉陷點(diǎn)，大壩共計(jì)23個測點(diǎn)。建管局定期對壩頂沉陷點(diǎn)進(jìn)行測量記錄。

對壩頂垂直位移過程線變化規(guī)律分析表明，垂直位移測值呈現(xiàn)的年周期變化，主要受溫度變化的影響。溫度升高，壩頂上抬，測值減??；溫度降低，壩頂下沉，測值增大。氣溫對垂直位移的影響有滯后作用。

3.2.2 壩基

壩基垂直位移采用靜力水準(zhǔn)儀進(jìn)行監(jiān)測，共10臺，分別位于10—19號壩體廊道內(nèi)，自1999年開始測量，2012年對靜力水準(zhǔn)儀進(jìn)行了改造，壩基垂直位移沿壩軸線變化情況見圖2。

圖2 壩基垂直位移沿壩軸線分布圖

從整體分布規(guī)律來看，溢流壩段10—12，16，17號壩段壩基垂直位移變化較小，但分布曲線仍呈現(xiàn)一定波動變化；壩基垂直位移量較小，目前各壩段測值穩(wěn)定，未見明顯趨勢性變化。

3.3 滲流

為了解壩基揚(yáng)壓力情況，同時(shí)為檢查壩基灌漿帷幕效果，在3—20號壩段壩基灌漿廊道內(nèi)布置1條縱向揚(yáng)壓力觀測斷面，此斷面設(shè)于灌漿帷幕與排水溝之間，距離廊道下游壁60 cm處，每個壩段埋設(shè)1支測壓管，共計(jì)22支，[2]其中9，20號壩段2個測壓管，其它壩段各1個測壓管。目前，除CY01，CY02外，其它測點(diǎn)均工作正常。

3.3.1 壩基揚(yáng)壓力監(jiān)測資料

壩基揚(yáng)壓力監(jiān)測數(shù)據(jù)時(shí)間范圍為1999年12月28日—2017年11月13日，其中，2009年10月—2012年10月間數(shù)據(jù)未能采集。統(tǒng)計(jì)最高庫水位時(shí)，各壩段壩基揚(yáng)壓力測值過程線見圖3。

圖3 最高庫水位時(shí)大壩壩基揚(yáng)壓力分布圖

3.3.2 相關(guān)系數(shù)計(jì)算

影響滲壓水位（揚(yáng)壓力）變化的主要因素是庫水位、溫度及時(shí)效變化。需判斷壩基內(nèi)滲壓水位隨庫水位變化情況，故只分析庫水位與滲壓水位數(shù)據(jù)長系列的相關(guān)系數(shù)。相關(guān)系數(shù)計(jì)算公式：

式中：ρXY——相關(guān)系數(shù)；X，Y——變量，分別為庫水位和滲壓水位，m；COV( X，Y)——隨機(jī)變量X和Y的協(xié)方差；D[i]——數(shù)值序列i的方差。

相關(guān)系數(shù)絕對值在0.3以下是無直線相關(guān)，0.3以上是直線相關(guān)，0.3～0.5是低度相關(guān)，0.5～0.8是顯著相關(guān)，0.8以上是高度相關(guān)。統(tǒng)計(jì)2013年至今的相關(guān)系數(shù)見表2，其中，CY15測點(diǎn)時(shí)間范圍為2014年12月至今。

表2 滲壓水位與庫水位相關(guān)系數(shù)統(tǒng)計(jì)表

4 結(jié)論

閻王鼻子水庫監(jiān)測系統(tǒng)的監(jiān)測項(xiàng)目滿足規(guī)范要求，測點(diǎn)布置基本合理；建管局已建立監(jiān)測數(shù)據(jù)信息管理系統(tǒng)，系統(tǒng)功能基本完備；觀測頻次基本滿足規(guī)范要求，監(jiān)測資料未按規(guī)范要求及時(shí)整編分析。大壩壩頂水平位移年周期性變化沒有明顯規(guī)律，壩基垂直位移量較小，目前各壩段測值穩(wěn)定，未見明顯趨勢性變化。

水庫各壩段（除12號壩段外）防滲帷幕的防滲效果較好；左岸3號壩段揚(yáng)壓力水位測值較高，與庫水位相關(guān)關(guān)系較差，揚(yáng)壓力折減系數(shù)大于規(guī)范允許值，其原因可能與左岸節(jié)理裂隙發(fā)育及地下水有關(guān)。揚(yáng)壓力較大，對大壩的穩(wěn)定不利，建議加強(qiáng)觀測和及時(shí)分析，必要時(shí)采取工程措施；12號壩段揚(yáng)壓力測值偏高，與上游水位高度相關(guān)（二者相關(guān)系數(shù)為0.85），說明防滲效果較差。近幾年來，揚(yáng)壓力測值一直較高，15號及19號壩段揚(yáng)壓力測值存在逐年升高的趨勢，并未見穩(wěn)定，且19號壩段壩基揚(yáng)壓力折減系數(shù)較大，最大揚(yáng)壓力折減系數(shù)均超出規(guī)范允許值，應(yīng)予以密切關(guān)注，必要時(shí)采取工程措施。

5 建議

1）岸坡及部分河床壩段（3，12號壩段）揚(yáng)壓力偏高，防滲和排水措施不力，不利于壩段穩(wěn)定，建議盡快采取減壓排水措施；滲漏量有時(shí)效趨勢性變化，不利于滲流長期安全性，建議采取措施減小滲漏量。

2）每年12月至次年3月，靜力水準(zhǔn)儀測值跳動異常，懷疑是受溫度影響，因靜力水準(zhǔn)系統(tǒng)受不均勻環(huán)境溫度的影響明顯，建議在嚴(yán)寒天氣下，對壩基廊道采取一定的保溫措施。

3）由于安全監(jiān)測是水庫大壩安全的“耳目”，觀測資料顯得尤為重要。對于閻王鼻子水庫，監(jiān)測儀器較多，觀測手段仍多為人工觀測，日常觀測工作量巨大，效率低，建議在條件具備時(shí)，對觀測設(shè)施進(jìn)行更新改造，實(shí)現(xiàn)大壩監(jiān)測自動化，有效提高大壩安全管理水平。[3]

4）建議定期對監(jiān)測儀器進(jìn)行全面檢驗(yàn)及維護(hù)，以保證監(jiān)測數(shù)據(jù)一致性、連續(xù)性，按規(guī)范要求對監(jiān)測資料及時(shí)整編分析，以免不利因素影響大壩安全。[3]