二界嶺水庫(kù)大壩安全監(jiān)測(cè)分析

周邦輝，李洪強(qiáng)，戴春華，許孝臣

(1.長(zhǎng)興縣合溪水庫(kù)管理所，浙江 長(zhǎng)興 313100；2.浙江廣川工程咨詢有限公司，浙江 杭州 310020；3.浙江省水利河口研究院，浙江 杭州 310020;4.浙江省水利防災(zāi)減災(zāi)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，浙江 杭州 310020)

1 概 述

二界嶺水庫(kù)位于泗安塘支流青東澗上游，大壩座落在浙江省湖州市長(zhǎng)興縣西部泗安鎮(zhèn)(原二界嶺鄉(xiāng))境內(nèi)，距長(zhǎng)興縣城30 km。壩址以上集水面積5.68 km2，引水渠集雨面積21.20 km2，總庫(kù)容1 220萬(wàn)m3，是1座中型水庫(kù)。水庫(kù)正常蓄水位46.15 m，相應(yīng)庫(kù)容840萬(wàn)m3；死水位32.6 m，相應(yīng)庫(kù)容5.0萬(wàn)m3；校核洪水位47.5 m，相應(yīng)庫(kù)容1 220萬(wàn)m3。本工程為Ⅲ等工程，主要建筑物由主壩、1號(hào)副壩、2號(hào)副壩、溢洪道、輸水隧洞、水電站、引水渠道等組成。

主壩為類均質(zhì)壩，壩頂高程48.79 m，防浪墻頂高程49.79 m，最大壩高20.65 m，壩頂長(zhǎng)227 m、寬5 m。壩體防滲采用雙排套井粘土回填，排距0.85 m，孔距0.80 m，有效厚度1.6 m，套井頂高程46.5 m，上部回填粘土與防浪墻相連。

1號(hào)副壩位于溢洪道右側(cè)，為均質(zhì)壩，壩頂高程49.24 m，最大壩高10.5 m，壩頂寬6 m。壩體防滲采用單排套井粘土回填，孔距0.80 m，有效厚度0.80 m，套井頂高程為47.5 m。

2號(hào)副壩位于溢洪道右側(cè)，為均質(zhì)壩，壩頂高程49.24 m，最大壩高10.5 m，壩頂寬5 m。

2 監(jiān)測(cè)項(xiàng)目布置情況

二界嶺水庫(kù)大壩安全監(jiān)測(cè)的主要項(xiàng)目包括大壩表面變形監(jiān)測(cè)、壩體滲流監(jiān)測(cè)以及壩體傾斜位移等。其中，大壩滲流、壩體傾斜位移等觀測(cè)項(xiàng)目采用自動(dòng)化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，分別采用滲壓計(jì)和固定式測(cè)斜儀監(jiān)測(cè)；大壩表面變形觀測(cè)采用人工觀測(cè)。

(1)主壩表面變形布置

主壩共布置5排表面變形觀測(cè)點(diǎn)，在壩頂上游側(cè)、迎水坡馬道(48.24 m高程)、壩頂下游側(cè)(47.59 m高程)、一級(jí)背水坡馬道處及二級(jí)背水坡處縱向各布置1排測(cè)點(diǎn)，每排布置4個(gè)觀測(cè)點(diǎn)，共設(shè)置標(biāo)點(diǎn)20個(gè)。觀測(cè)斷面樁號(hào)分別為：主壩0+045、0+075、0+105和0+145。

(2)主壩滲流監(jiān)測(cè)布置

主壩滲流監(jiān)測(cè)共設(shè)3個(gè)斷面，為0+060、0+090、0+120，每個(gè)斷面均布置4個(gè)觀測(cè)點(diǎn)，壩腳排水體布置1個(gè)測(cè)壓管，共計(jì)13個(gè)測(cè)點(diǎn)。排水溝布置1套量水堰裝置。

(3)主壩壩體深層位移監(jiān)測(cè)

主壩壩后一級(jí)馬道設(shè)置2個(gè)測(cè)斜孔，通過(guò)固定式測(cè)斜儀進(jìn)行觀測(cè)。

(4)1號(hào)副壩表面變形布置

壩頂上游側(cè)布置1排、共3個(gè)表面變形測(cè)點(diǎn)，分別為0+040、0+060和0+080斷面。

監(jiān)測(cè)儀器布置清單如下所示(見(jiàn)表1)。

表1 監(jiān)測(cè)項(xiàng)目匯總

3 環(huán)境量監(jiān)測(cè)

3.1 庫(kù)水位

2016—2021年最高水位出現(xiàn)在2016年6月21日，為45.80 m；最低水位出現(xiàn)在2020年12月9日，為40.66 m。

2021年度最高水位出現(xiàn)在2021年7月78日，為44.50 m；最低水位出現(xiàn)在2021年2月25日，為40.49 m，全年水位未超過(guò)汛限水位和正常蓄水位。

3.2 降雨量

2016—2021年，最大日降雨量為259.5 mm，出現(xiàn)在2016年6月20日；最大月降雨量為678 mm，出現(xiàn)在2016年6月。歷年平均月降雨量最大值為316.8 mm，為6月份。

2021年，最大日降雨量為147.0 mm，出現(xiàn)在2021年7月26日；最大月降雨量為390 mm，出現(xiàn)在7月；年總降雨量為1 478.5 mm，降雨天數(shù)為132 d。

4 大壩變形監(jiān)測(cè)

4.1 表面變形監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)

表面變形監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)時(shí)段是2016年6月—2021年11月。

4.1.1 主壩水平位移

2016—2021年，主壩向下游最大位移為4.84 mm；向上游最大位移為2.68 mm。截止到2021年11月17日，最大累計(jì)位移為4.30 mm，出現(xiàn)在測(cè)點(diǎn)LD3—3。壩頂上游測(cè)點(diǎn)水平位移如下所示(見(jiàn)圖1)，總體上看，目前壩體水平位移變化速率很小，已趨于穩(wěn)定。

圖1 壩頂上游測(cè)點(diǎn)水平位移變化過(guò)程線

4.1.2 主壩垂直位移

2016—2021年，主壩最大沉降量為17.19 mm，最大抬升量為1.31 mm。截止到2021年11月17日，最大累計(jì)位移為17.19 mm，出現(xiàn)在測(cè)點(diǎn)LD5—3。2016—2020年，垂直位移一直處于增大趨勢(shì)中，2021年變化趨于收斂；與2020年比，只有2個(gè)測(cè)點(diǎn)年位移量超過(guò)1 mm。壩頂上游測(cè)點(diǎn)垂直位移如下所示(見(jiàn)圖2)，總體來(lái)看，垂直位移變化已趨于穩(wěn)定，處于正常范圍內(nèi)。

圖2 壩頂上游測(cè)點(diǎn)垂直位移變化過(guò)程線

壩頂上、下游兩排測(cè)點(diǎn)沿壩軸線分布上，河床段測(cè)點(diǎn)垂直位移最大，兩岸坡測(cè)點(diǎn)位移小，符合土石壩垂直位移變化規(guī)律。

4.1.3 1號(hào)副壩垂直位移

1號(hào)副壩累計(jì)垂直位移最大值為4.22 mm，垂直位移總體較小，過(guò)程線整體變化平穩(wěn)，壩體變形基本穩(wěn)定。

4.2 壩體傾斜變形監(jiān)測(cè)資料

壩體布置了2個(gè)測(cè)斜儀孔，每個(gè)孔內(nèi)設(shè)置4個(gè)測(cè)點(diǎn)。目前，測(cè)斜孔Z1累計(jì)位移量小于4 mm，測(cè)斜孔Z2位移量小于1.6 mm，壩體傾斜位移量較小。

5 大壩滲流監(jiān)測(cè)

5.1 壩體滲流監(jiān)測(cè)資料

本工程壩體滲壓計(jì)自2016年10月15日開(kāi)始自動(dòng)采集，監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)如下所示(見(jiàn)圖3)，可知：

(1)上游側(cè)測(cè)壓管水位與庫(kù)水位呈相關(guān)性，下游側(cè)測(cè)壓管水位與庫(kù)水位相關(guān)性較??；總體來(lái)看，過(guò)程線呈規(guī)律性變化。

(2)測(cè)壓管UP1—2呈寬幅震蕩性態(tài)，該部位是滑坡回填體，滲透性較大，受降雨入滲影響明顯。

(3)大壩滲流處于穩(wěn)定狀態(tài)，沒(méi)有出現(xiàn)較大的變幅。

5.2 大壩滲流數(shù)據(jù)分析

5.2.1 統(tǒng)計(jì)模型原理

滲流效應(yīng)量主要受庫(kù)水位、降雨、時(shí)間3個(gè)因素的影響，其中庫(kù)水位的升降會(huì)引起滲流量和測(cè)壓管水位的升降；降雨在一定程度上影響著滲流量和測(cè)壓管水位；時(shí)效影響是由壩體或壩基防滲性的變化等產(chǎn)生的。因此，測(cè)壓管水位的統(tǒng)計(jì)模型為[1]：

Y=YH+YP+Yθ

式中，Y為測(cè)壓管水位；YH為庫(kù)水位分量；YP為降雨量分量；Yθ為時(shí)效分量。

(1)水位分量

測(cè)壓管水位與庫(kù)水位成正相關(guān)性，由于大壩滲流是一個(gè)隨時(shí)間變化的過(guò)程，測(cè)壓管水位與庫(kù)水位存在滯后性；因此，用前期庫(kù)水位表示，即：

(2)降雨分量

(3)時(shí)效分量

土石壩蓄水后，引起土體結(jié)構(gòu)顆粒的變化。與此同時(shí)，壩前逐漸淤積形成自然鋪蓋等。這些因素對(duì)測(cè)壓管水位的影響有一個(gè)時(shí)效過(guò)程，可用下式模擬[2]：

Yθ=c1+c2lnθ

式中，c1、c2為時(shí)效分量回歸系數(shù)；θ為蓄水初期開(kāi)始的天數(shù)除以100。

5.2.2 模型建立

測(cè)壓管UP1—2水位的統(tǒng)計(jì)模型為：

上述模型中共選擇了16個(gè)自變量。選取2016年11月1日—2020年11月30日共1 478組監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)建立模型，組成了1 478×16維的樣本數(shù)據(jù)矩陣。

通過(guò)回歸分析得到相關(guān)系數(shù)，最終統(tǒng)計(jì)模型的數(shù)學(xué)表達(dá)式為：

5.2.3 模型分析

(1)繪制過(guò)程線

根據(jù)所建立的回歸模型對(duì)樣本進(jìn)行模擬，并與實(shí)測(cè)值進(jìn)行比較，并繪制過(guò)程曲線(見(jiàn)圖4)。

圖4 測(cè)壓管UP1—2水位實(shí)測(cè)值與模型擬合值過(guò)程線

(2)變量分離

根據(jù)上述建立的統(tǒng)計(jì)模型，分別計(jì)算出各分量對(duì)測(cè)壓管水位的影響比重(見(jiàn)表2)，可知：水位分量為13%，降雨分量為83%，時(shí)效分量為4%。

表2 影響分量所占比重

結(jié)果表明：測(cè)壓管UP1—2的第一影響是降雨量，其次是庫(kù)水位；UP1—2所處位置壩坡回填料含水率較大，降雨時(shí)此處含水量較大，導(dǎo)致測(cè)壓管內(nèi)水位升高，壩體防滲性未發(fā)生明顯變化，符合本工程的實(shí)際情況。

6 結(jié) 論

(1)壩體水平位移變化速率很小，變化過(guò)程性總體趨勢(shì)較平緩，2016—2021年最大累計(jì)位移為4.30 mm，位移量較小。

(2)2016—2020年，垂直位移一直處于增大趨勢(shì)中，2021年變化趨于收斂，垂直位移變化很小；總體來(lái)看，垂直位移變化已趨于穩(wěn)定。壩頂上下游兩排測(cè)點(diǎn)沿壩軸線分布上，河床段測(cè)點(diǎn)垂直位移最大，兩岸坡測(cè)點(diǎn)位移小，符合土石壩垂直位移變化規(guī)律。

(3)主壩壩體傾斜變形總體位移量基本在4 mm以內(nèi)，位移量較小。

(4)測(cè)壓管水位過(guò)程線呈規(guī)律性變化，未呈現(xiàn)趨勢(shì)性變化，滲流狀態(tài)基本穩(wěn)定。針對(duì)測(cè)壓管UP1—2水位波動(dòng)較大的現(xiàn)象，通過(guò)建立統(tǒng)計(jì)模型得出，受降雨影響較大，與庫(kù)水位相關(guān)性較小，該斷面的滲流狀態(tài)基本穩(wěn)定。

(5)綜上所述，通過(guò)對(duì)近5 a的大壩監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)資料分析分析，二界嶺水庫(kù)大壩處于安全運(yùn)行狀態(tài)。