学文网摘要：目前，全国性的“病险水库除险加固工程”前期工作正在紧张进行，而水库大坝坝体渗流的安全与否直接关系到整个大坝的安危。本文通过对荥阳市河王水库近20多年来的坝体、坝基测压管观测数据进行分析，得出大坝渗流安全不容乐观的结论，为其它病险水库的原始观测数据分析起到一个抛砖引玉的作用。
Abstract: At present, the prework of the nationwide "danger removal and consolidation of sick and dangerous reservoirs project" is tightly operating. The dam body influent directly related to the safety of the whole dam. Through the analysis of Xingyang Hewang dam's main body, dam foundation piezometer tube data for the past two decades, the paper came to the conclusion that the dam influent safety problems were not optimistic which provided the reference for the original observation data analysis of other sick and dangerous dam.
关键词：测压管；坝体；坝基；渗流
Key words: piezometer tube; dam body; dam foundation; influent
中***分类号：TV64 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2011）12-0060-02
0 引言
河王水库位于荥阳市北3km处的广武镇，是淮河流域贾鲁河支流索河中上游梯级开发的三座中型水库之一，水库大坝竣工于1958年5月，2007年实测坝顶高程平均为130.0m，最大坝高22.6m，坝长180m。
2007年5月，我院承担了该水库的安全鉴定工作，并就大坝的渗流观测资料进行了较为详细的分析，同年12月水利部大坝安全鉴定中心同意三类坝鉴定结论。
1 大坝观测设施概况
大坝浸润线观测管安装于1982年，共计三排16根，其中坝身测压管12根，坝基测压管4根，1988年在坝南端增设测压管二排6根。目前，22根测压管中，除A5、B6已被土体覆盖，A1、A4、B3、B4、B5淤塞不能使用外，尚余15根测压管观测正常。本次测压管观测资料分析采用水库自1985年至2006年连续22年的测压管观测数据。
2 测压管水位观测资料
受库水位、测压管底高程、管内堵塞及该水库历次抢险加固等因素的影响，测压管观测原始记录数据年际之间不很完整。年内个别测压管数据也存在不完整现象，如2000年至2003年，平均周测浸润线数据不足3组，每个断面只有一个测压管有数据，不能进行良好的分析，其主要原因是由于这四年水库一直在低水位运行，坝后测压管内均无水。但相对来说，C、D、E三排观测资料还是比较丰富的，基本满足本次大坝渗流分析的需要。
为更好地反映各测压管与库水位变化之间的相互关联性，将各列测压管历年实测管内水位以时间-水位曲线表示，此处仅列出坝肩处A列及河床处C列相应曲线进行分析。
从各列测压管历年实测管内水位曲线***上可以看出，管水位变化与库水位关系密切，随库水位升降十分明显。滞后时间一周左右，且管水位的升降幅度不大。
一般靠上游的测压管水位升降值不足2m，下游测压管水位升降值不足1m，靠近排水沟的测压管在排水带内，其水位变化更小。A2测压管自1988年至2005年，由于库水位均不高，管内无水，而2005年以后，水库常年高水位运行，A2测压管水位均保持在115.87m，与库水位的变化没有任何关系，可能是由于此管花管段部分堵塞所致。A3测压管2006年6月20日至28日库水位降低0.13m，管水位突升1.09m，28日至7月4日，库水位升高0.05m，管水位又突降1.01m，这样大幅涨落，在整个长序列中是罕见的，但A3管水位总体来说是呈上涨趋势的，分析可能与历史上此处管涌及灌泥浆后，泥浆干缩有关。
河床段C测压管断面，C4测压管水位有异常变化，发现自2004年至2006年，每年管水位均有一次突变现象，升高幅度在1m左右，每次管水位产生的突变并不完全一致，突变后与库水位建立的相关关系、规律性较差，但与库水位升降速度关系很大。当库水位下降较快时，管水位随之降到原相关曲线上；库水位下降较慢时，则管水位较缓慢的回到原相关曲线的位置。
分析管水位突变的原因，可能是在112m以上坝体有裂缝，或者测压管管口保护不好，雨水沿管壁渗入，理由是均发生在汛期，2004年7月6日至12日，降雨量达120.6mm，库水位下降1.11m，但管内水位却突升3.66m；2004年8月3日至10日，降雨量28.3mm，库水位升高0.11m，但管内水位却突升1.95m；2005年7月19日至25日，降雨量337.2mm，库水位上升1.57m，管内水位突升2.3m；2006年6月28日至7月4日，降雨量89.4mm，库水位升高0.05m，管内水位突升1.02m，同年7月25日至8月3日，降雨量59.3mm，库水位升高0.38m，管内水位突升2.04m。
管身与土体结合不良或管口保护不好时，渗水沿管壁渗入是可能的；再者，当库水位下降时，管水位下降有个滞后时间，反应出的相关关系呈直线下降，然而，当库水位缓慢下降时，则管水位就不再随库水位缓慢下降，反而又回到原来的相关关系曲线上。
与C4管同一断面上的测压管和两侧相邻断面相同位置上的测压管均无异常现象，因此C4管的管水位异常反应是孤立的，需进一步分析研究。
由于B1、C1、D1、E1布置在坝上游平行于坝轴线的一条直线上，故对这条大坝纵断面浸润线进行分析，可以了解坝体内部原河床与两岸地下水位的变化情况。
从大坝上游纵剖面浸润线曲线上可以看出，大坝纵断面上河床部分浸润线要比两侧河岸高出2m左右，并与库水位关系密切相关。坝南侧浸润线历年变化较大，在1997年之前，基本上处于稳定状态，D、E水位不差上下，关联性较好，而1997年至2003年，E1管内水位连续下降，比D1管水位低3m左右，但2003年以后，E1管水位突然上升，并高出D1管水位1m左右，建立新的关联关系。
3 坝基渗流分析
采用位势分析法和对比分析法分别对坝基渗流状态进行分析。河王水库的24根测压管中，共有A3、A4、B5、B6、C4、C5计6根坝基测压管3个坝基观测断面，B5、B6观测资料较少，A4现已被掩埋，C4测压管在雨季有所异常，现对A3、C5两根测压管进行分析。
3.1 位势法分析
由渗流理论可知，在边界条件一定时，渗流场各点的位势是不变的，对于透水坝基，由于没有自由的渗流表面，其上、下边界是固定的，因此可以认为其测压管的位势在正常情况下是一个常数，不随上、下游水位而变化。而若运行过程中，位势随时间而增大，则意味着地基渗流发生了不安全变化。将A3、C5两测压管位势进行计算后，绘出其各自的位势过程线。
由此可以看出，从建库至2000年，坝基渗流条件是大有改善的，但2000年之后，坝基渗流条件明显不利，并在2003年突然出现猛增现象，这是不正常的渗流状态，可能是由于坝基内部冲蚀等原因造成的。查阅水库管理月报表发现，自2003年至今，水库下游一直有明显水流散浸，分析可能与此有关。
3.2 对比法分析
为了验证坝基渗流状态是否良好，采用直观的对比法对坝基渗流进行分析。直接选每年相同的库水位下对测压管数据进行比较，若在相同的库水位条件下，测压管逐年下降，则说明渗流条件在改善，反之则说明渗流条件在变坏。
通过对水库历年实测库水位的分析，库水位在123.95m至124.05m之间的频次较高，因此，每年选择一个124.0m左右的库水位，以时间为横坐标，以测压管水位为纵坐标，绘出测压管特征水位过程线，对坝基测压管进行分析。
在相同的水位条件下，坝基测压管水位在2003年之前是呈下降趋势的，而近几年，坝基测压管水位有明显升高迹象，说明坝基渗流条件正在向恶化的方向发展，需要采取处理措施。
4 坝体渗流分析
河王水库历史最高水位发生于1958年，水位127m，在1959年对溢洪道采取降低高程至124.9m之后，水库最高库水位发生于2005年，水位为125.54m。水库自建成至今，没有经历过设计水位128.12m和校核水位129.95m的考验。
大坝运行过程中，在上、下游水压力差的作用下，水穿过坝体向下游渗透而形成坝身渗流，而上游水位是经常变化的，长期稳定不变的情况极少，因此，坝身内部的浸润线也是不断变化的，不可能存在一条固定的浸润线，而且坝内任一点的水位变化始终滞后于上游水位的变化，且距上游越远滞后时间越长。
由于滞后时间的影响，直接分析同一天测得的上游水位与测压管水位问题比较复杂。
本次采用相关过程线进行分析，由于资料系列较长，因此选取了库水位高程及维持时间都接近的年份1985年至1988年、2004年至2006年进行比较，测压管选择这几个年份资料均齐全的C1，点绘库水位与测压管水位相关过程曲线。
由此可以看出，1985年至1988年管水位变化具有一定的规律性，曲线呈圈套现象，在相同库水位下，库水位上升过程对应的管水位低，下降过程对应的管水位高，该曲线反映了滞后时间的影响，库水位上升时，测压管水位相应上升，库水位上升至最高值开始下降，管水位由于时间滞后而继续上升，然后才下降。库水位下降至某一高程后又开始上升，管水位继续下降一段时间后才上升，并且从***中还可以看出，相关曲线圈套向左旋转，说明在当时，坝体的渗流条件是有良好发展趋势的。
而2004年至2006年，库水位与管水位的相关关系开始变的模糊，没有良好的规律性，理论上，坝的渗透系数愈小，滞后时间愈长，圈套的横向幅度越大，从这一点上出发，可以明显看到，近几年坝的渗透系数是有所加大的，渗流条件不容乐观。
5 结论
通过对现状观测资料的分析可见，大坝坝基测压管位势不稳定，近几年来逐渐升高，坝体相关过程线圈套关系有模糊趋势，加之运行管理中发现的两岸坝肩岸坡结合处有明显渗漏现象，高水位运行时下游坝坡有散浸现象，坝后呈大面积沼泽化，故渗流安全性较差，需尽快进行除险加固。