学文网摘要：通过多年来对昌马水库大坝浸润线以及坝基、坝肩绕渗观测分析，拦水大坝通过采用壤土心墙、砼防渗墙、帷幕灌浆等防渗措施，防渗效果良好，坝体渗流场稳定；渗流经心墙后迅速通过排水设施（预定通道）排入坝后河道。两坝肩渗流场稳定，岩体内渗流水位偏高，需持续加强观测分析，密切注意动向。
关键词：水库大坝；渗流 浸润线；绕坝渗流；分析
中***分类号： TV233.4 文献标识码： A 文章编号： 1674-0432（2013）-20-94-2
昌马水库位于甘肃省玉门市境内疏勒河昌马峡进口1.36公里处，地理位置为东经96°48′48″，北纬39°57′40″，距玉门镇50公里，是一座以农业灌溉为主，兼顾工业供水、水力发电、防洪等综合性利用的国家大（二）型水利枢纽工程。
1 工程概况
昌马水库枢纽建筑物由大坝（壤土心墙沙砾石坝）、左岸溢洪道、右岸排砂泄洪隧洞、左岸引水发电隧洞、坝后发电厂房五部分组成。
拦河大坝为壤土心墙砂砾石坝，最大坝高54.8米，坝顶高程2004.8米，坝顶长度365.5米，坝顶宽度9米。上游迎水坡有两级马道，坝坡自下而上逐级变陡，分别为1∶3.5，1∶3，1∶2.75。距坝顶4米以上为1∶2.15。下游背水坡面设有三级马道，坡比自下而上依次为1∶2.75、1∶2.63～2.7、1∶2.5、1∶2.48，距坝顶4米以上为1∶2。坝顶设有防浪墙，高4.5米，外露部分高1.2米，深入心墙深度为1.3米。下游坝肩设有路缘石。防渗土料为黄土，分类属粉质壤土，少量轻壤土及粉质粘土。根据土料性质及抗震要求，设计采用厚心墙，心墙上游坡为1∶0.17～0.40，下游坡为1∶0.4。坝壳为河床冲积砂砾石料，反滤料则从料场中筛洗。大坝基础处理包括砼防渗墙、帷幕灌浆、齿墙、粘土截水槽等，砼防渗墙全长234.2米，墙厚0.8米，最大深度29.4米。
2 浸润线观测设计情况
浸润线是判断土石坝内部渗流与安全的重要手段，也是土石坝安全监测的重要项目之一；在土石坝的坝体和坝基适当部位，设置测压管（渗压计）进行准确、及时的观测，可了解在运行过程中建筑物内部及地基的浸润线（渗流场）情况，对监控大坝的渗透安全具有重要意义。
浸润线观测是大坝渗流观测的一项重要内容，昌马水库浸润线采用测压管观测。测压管符号D1～D14，观测点共14个，其中主观测断面0+150横断面布置6个测压管D1～D6；左岸边坡布置D11（0-068.1，0-018.8）、D12（0-066.8，0-006.2）、D13（0-082.7，0+044.3）、D14（0-009.3，0+088.3）（横断面，纵断面）；右岸边坡布置D7（0+363，0-005）、D8（0+352，0+005） 、D9（0+320.5，0+048.5）、D10（0+301.5，0+096）（横断面，纵断面）。在测压管内采用渗压计和绳式电测水位计观测，每5天观测一次；数据采用电子表格计算整理。
主观测断面上，D1、D3布置于粘土防渗心墙内部；D2穿过心墙直达心墙后部基岩，与心墙密闭；D4、D5、D6穿过坝壳料深入基岩，与坝壳料相通。
3 浸润线观测分析
受本地气候条件、河道来水量、灌区种植结构、灌区总需水量、主汛期排洪等因素影响，昌马水库蓄水有以下特点：上年度11月中旬至当年3月上旬水库只向四O四厂供水3.75立方米/秒，进库大于出库，水位持续上升，3月10日水位可达2000.00米高程；3月中旬开始向昌马灌区和双塔、赤金峡两座水库大量调水，春季气温低，进库远小于出库，水位大幅下降；6月上旬开始，为迎接汛期洪水以及为排砂作准备，最迟在7月5日前将水库放空；进入8月，洪水明显减少，河水含砂量降低，8月10日左右重新下闸蓄水，9月15日左右达到秋季最高水位2000.00米高程左右；然后在11月15日前，向昌马灌区和双塔、赤金峡两水库大量调水，将库水位调低至正常蓄水位1988.0米高程，准备冬季蓄水。昌马水库历史最大蓄水量1.82亿立方米，水位2000.96米，时间为2005年9月3日。
昌马水库大坝建成即开始浸润线观测，观测点14个，从2002年开始观测至今。
（1）大坝主断面浸润线观测。由于测压管D1～D6分布于主观测断面（坝中），浸润线具有代表性，通常所说坝体浸润线是指主观测断面某水位条件（或时间）下浸润线。浸润线分析要和蓄放水过程结合进行。通过绘制“测压管水位――时间过程、库水位――时间过程系列曲线”就可以判断出浸润过程的合理性与否，以及每个测压管（最值）水位相对于库（最值）水位的滞后时间。
此次分析以2007年测压管水位统计表、过程线***和分布***看，2007年3月13日库水位达到2000.12米高程，之后水位开始下降，7月8日水库放空；7月28日水库重新开始蓄水，9月14日水位达到峰值2000.88米，然后缓慢下降，11月20日降到1992.18米后缓慢上升。在蓄放水过程中D1、D3、D4、D5、D6测压管水位随库水位升降变化明显，所有测点渗压水位随库水位变化呈现正态分布规律，无局部突变现象；D2测压管（深入基岩与坝体密闭）水位变化与库水位也呈正态分布规律，水位变化幅度较小，变幅在1.5米范围以内。D1、D3分别处于防渗心墙上游和下游位置，管水位随库水位升降的变化幅度也依次减小；D2测压管与心墙密闭良好，说明防渗帷幕和砼防渗墙防渗效果良好；D4、D5、D6测压管依次处于心墙后部砂砾石坝壳，水位的变化幅度越靠近下游越小，说明排水通畅；渗流逸出比降[J]在允许值范围内，[J]=0.1-0.162，比降最大为0.162。由于受坝体结构、测压管安装位置和蓄放水情况影响，土石坝坝体浸润线的变化与库水位的变化不完全同步；每次绘制的浸润线都不尽相同，始终在变化之中，浸润线正常与否要从多方面去考虑，对测压管水位观测资料分析时，需要确定滞后时间。管水位（浸润线控制点）达到峰（谷）值的时刻往往比库水位达到峰（谷）值的时刻来得晚，存在一定的时间差即存在“滞后时间”，这是正常现象。滞后时间的长期稳定性也是坝体内部稳定的一个指标。在分析管水位与库水位相关性以及特征库水位下测压管水位变化规律等问题时，采用电子表格的***表功能绘出库水位过程线及测压管水位过程线，截取峰（谷）值的时间差来推求滞后时间。管中水位滞后库水位变化10-15天左右，符合渗流规律。
测压管水位滞后成因分析：测压管水位的滞后时间是指当库水位开始发生变化到测压管水位发生相应变化时的延迟时间ΔT。造成测压管水位滞后的原因比较复杂，它主要受不稳定渗流的影响。在水库运行过程中，水位是不断变化的，因此坝内的无压渗流是一个不稳定的过程，在无压渗流中，自由水面处于随时间变化的状态，充水（放水）都需要时间。
介于坝体内部渗流场的连续变化特性，分析坝体浸润现象时，只能按时间节点（特征水位）绘制坝体内部渗流断面的浸润线；确定某测压管所在部位的渗流滞后时间，要绘制该测压管水位时间过程性。
（2）左右岸边坡浸润昌马水库库区两岸山体为破碎岩石地址结构，为保证两岸边坡安全，坝端右岸山体绕渗部位进行了固结灌浆和防渗帷幕灌浆处理，左岸山体绕渗部位作了固结灌浆处理。测压管D7、D8、D9、D10用于监测右岸山体坝肩处浸润水位，D11、D12、D13、D14用于监测左岸山体坝肩处浸润水位。
从过程性看，位于两坝肩的测压管水位随着库水位的升降而升降，与库水位呈正态分布关系。2007年3月20日库水位1999.72米，位于右坝肩防渗帷幕区的测压管D7、D8水位分别为1994.20米和1993.29米；设在马道上的D9测压管的水位为1963.21米；D10测压管处于后坝坡中后段山坡，水位1955.07米。左岸设在帷幕前的D11渗压水位实测值为1985.69米，设在帷幕后的D12、D13、D14的渗压水位依次为1984.76米、1981.75米、1979.58米，渗压水头经帷幕后折减不大。经长期巡视检查，未见坝后山体渗流逸出及岩体潮湿现象。
以上数据表明，两坝肩渗压水位偏高，右岸为1993.29米，左岸为1984.76米。两坝肩浸润线偏高的原因推测如下：①两岸坝肩虽然做了防渗处理，但还是有缓慢微弱的渗流；②山体岩石的孔隙极小，毛吸作用旺盛，涵养了渗流；③两岸山体与坝体结构不同，坝体内部有排水设施（反滤层、褥垫式排水体、排水棱体及排水暗沟）来帮助降低渗流水位，两坝肩山体却没有排水设施，排水不利；因此，渗流经两坝肩防渗帷幕之后，水头虽有所折减，但受山体毛吸作用和排水不利因素影响，折减幅度不大。两坝肩渗流水位随库水位升降而升降，历年来变化规律一致，说明两坝肩渗流场稳定。
4 操作要点
（1）定期取出传感器（渗压计）清洁并率定计算参数，掌握传感器使用工况，必要时更换传感器（VWP-3D型渗压计）。
由于传感器（渗压计）长期浸泡于水中，水垢和沙子可能部分堵塞渗压计透水孔，导致数据失真，应该定期检查和清理；传感器自身也是有使用期限的，传感器数据失真要及时更换，并重新率定计算参数。
参数率定内容主要是传感器（渗压计）高程和高程改正数，渗压计采用铁丝悬吊于测压管内，测点高程=管口高程-铁丝长度。高差改正数率定过程是：①使用频率巡检仪测量渗压计频率值，计算出测压管水位；②采用电测水位计测得管口至水面高度，计算出管内液面高程；③以频率巡检仪所测水位数值减去电测水位计测得的水位数值，得数的负值就是高程改正数。
（2）保持观测房整洁，集线箱接线正确，端子接触良好；测压管管口要做防护设施，防止泥土异物落入，并避免人为破坏；正确使用巡检仪，仪器设置正确，勤换电池，保持电压正常。
（3）准时观测。
5 结语
通过多年来对昌马水库大坝浸润线以及和坝基、坝肩绕渗观测分析，拦水大坝通过采用壤土心墙、砼防渗墙、帷幕灌浆等防渗措施，防渗效果良好，坝体渗流场稳定；渗流经心墙后迅速通过排水设施（预定通道）排入坝后河道。两坝肩渗流场稳定，岩体内渗流水位偏高，需持续加强观测分析，密切注意动向。
作者简介： 刘金辉，男，硕士研究生在读，甘肃玉门人，疏勒河流域水资源管理局助理工程师，从事水利工程建设与管理工作。
转载请注明出处学文网 » 昌马水库大坝浸润线观测分析