太湖水库大坝渗流监测资料分析

孙 杰 袁文喜 李小勇

（浙江省水利水电勘测设计院 杭州 310002）

1 概况

太湖水库位于浙江省温岭市大溪镇西部太湖溪下游，水库坝址距大溪镇2.5km，距离104国道2.0km，距甬台温高速公路0.7km。太湖水库是一座以灌溉防洪为主，结合发电、供水、养殖等综合利用的中型水库。工程所处溪流属金清水系，坝址以上集雨面积25km2，总库容2326万m3。水库大坝坝型为黏土心墙砂壳坝，坝高24m，坝顶高程34.49m，坝顶宽度4m，坝顶长633m，坝底长500m，坝底宽112.5m。心墙宽度3m，边坡1:0.5，心墙顶高程33.49m，心墙两侧采用砂壤土，边坡1:1.5，砂壤土外侧为砂壤石，分两级坡，迎水坡在高程23.99m 以上为1:2，以下为1:2.5，采用厚30cm 干砌石护坡。排水设施采用内坡1:1、外坡1:2 的堆石棱体。与大坝接触部分及基础接触部分均设置过渡反滤层。坝基主要为砂砾石层，左右岸坡均为节理发育的流纹岩基础，左岸坡较右岸坡风化程度深，且夹有断层。0＋040～0+600 河床段为第四系冲洪积覆盖层基础，表面为强透水的砂砾石层，第2 层为砂砾质壤土，2 层共厚4～6m，第3 层为透水性较小的密实泥砾层。坝基防渗采用上游水平铺盖结合截水槽防渗，截水槽切入坝基深5m。

水库蓄水运行后，坝体曾出现多处渗漏现象。1977年对全坝进行了套井回填，1977、1979年分两期对左坝肩基岩绕坝渗流进行了水泥帷幕灌浆堵漏。1978年进行了保坝设计。水库一直处于低水位运行，极大影响了水库供水和灌溉效益的发挥。为确保水库大坝安全，需对大坝设置监测系统。

2 渗流监测仪器布置

根据工程设计及SL60—94《土石坝安全监测技术规范》等相关要求，本次布置了库水位、降雨量、测压管水位、渗流量等监测项目。大坝坝体共设置了5 个观测断面共计13 支测压管，其中I、II、III 断面各设3 支，以观测坝体浸润线位置；IV、V 断面各设2 支，以观测套井回填黏土处理效果。1987年在5 个观测断面靠其下游位置另各增设测压管1 支。由于原III-3 管已损坏，后补打一支代替III-3 管，共19 支测压管（正常工作18 支）（见图1）。

3 监测资料分析

本文选取的水库水位、坝区降雨量及大坝测压管水位监测资料系列为2000年1月1日至2005年12月31日，渗流量监测资料从2003年10月6日至2005年12月31日。并筛选有代表性的0+330和0+190 断面观测资料，分别作为测压管水位及渗流量观测资料的成果。

图1 大坝测压管布置示意图

3.1 降雨量、水库水位、测压管水位关系分析

以0+330 断面为例，降雨量、库水位、测压管水位历时过程线见图2，库水位及降雨量特征值统计见表1、表2。

图2 降雨量、库水位、测压管水位历时过程线（0+330）

表1 库水位特征值 单位：m

表2 降雨量特征值 单位：mm

从上述图、表中可见：

（1）库水位与坝区降雨存在一定联系，在降雨量较大时段里，库水位往往会有一定幅度的提高，反之，降雨量偏小年份，库水位也降低较多。

（2）降雨对测压管水位有一定的影响，一般在降雨量较多的季节（6～9月）测压管水位较高，反之，在降雨较少的季节（11～3月），测压管水位较低。

（3）套井上游测压管的测点水位（II-1）主要受库水位影响，库水位升高，管内水位升高，反之，库水位下降，管内水位也相应下降。设置在防渗体后的测压管（II-2、II-3、II-4）其水位过程线除了在降雨季节有些波动外，这些测压管过程线比较平缓，无明显趋势性变化。

3.2 测压管水位资料统计模型及成果分析

（1) 建模原理。测压管水位高低与上下游水位变化幅度、降雨强度、筑坝材料的渗透性能等因素有关。在渗透过程中，渗流水克服土颗粒阻力，从上游到测压管位置需一定时间。故影响坝体测压管水位的因素可归纳为水位分量、降雨量分量和时效分量。据试算，在分析时采用下列统计模型：

式中：H为测压管水位值；ai为待定的回归系数，（i＝0～21）；H0为当天库水位；Hi-j为观测日前第i 天到第j 天内上游水位的均值；R0为当天降雨量；Ri-j为观测日前第i 天到第j 天内降雨量的均值；θ为时效，从观测日至正常观测起，每天取0.01。

（2）模型分析。根据选定的统计模型，采用逐步回归分析法。模型要考虑观测时间前148天的影响。建模时段取2000年5月28日至2005年12月28日。选入因子F 检验值取2.50，剔除因子F 检验值取2.49。通过对0+330 断面这4 个测压管的观测数据进行逐步回归，各测点回归模型的回归系数、复相关系数（R）和标准差（S）等见表3，其对应测点实测值、拟合值过程线见图3。

表3 测压管回归系数

图3 测压管水位实测值及拟合值过程线

为定量分析水位、降雨量、时效分量对测压管水位的影响，以典型年（2005年）各测压管水位年变幅为例，用回归模型分离各主要分量，其分离结果见表4。

（1）水库水位分量。由表3 可以看出，有4个选中了当天水位因子，有3 个选中了前1～3天的水位因子，有3 个选中了前4～8 天的水位因子，有2 个选中了前9～18 天的水位因子，有2 个选中了前19～28 天的水位因子，有1 个选中了前29～38 天的水位因子，有2 个选中了前39～48 天的水位因子，有1 个选中了前74～88天的水位因子，有1 个选中了前108～128 天的水位因子，有2 个选中了前129～148 天的水位因子。由以上分析可以看出，库水位从当天往前推28 天这段时间里水位平均值对测压管水位影响较大。由表4 对年变幅分离结果看，库水位对II-1、II-2 测压管水位影响是最大的。

(2）降雨量分量。由表3 可以看出，选中当天降雨的有2 个，选中前1～3 天的有4 个，选中前4～8 天的有4 个，选中前9～18 天的有4个。说明测压管水位滞后于降雨的变化。由表4对年变幅分离结果看，降雨对II-3、II-4 测压管水位变化影响是最大的。

（3）时效分量。由表3 可以看出，在4 个测点中，除了II-3 测点外，其余3 个测点均选中了时效因子，说明时效对测压管水位有一定的影响。由表4 对年变幅分离结果看，其影响均较小。

综合分析可得：对于防渗体上游的测压管，水库水位是测压管水位的主要影响因素；而对于防渗体下游侧的测压管水位，降雨量是其主要影响因素；时效因子对各测压管水位也有一定影响，但影响较小。

表4 典型年（2005）各测压管水位年变幅模型分离结果分析

3.3 大坝外坡渗流量观测资料分析

以0＋190 断面为例，其渗流量与降雨量、库水位的过程线见图4，相应的渗流特征值统计见表5。

图4 渗流量与降雨量、库水位过程线

表5 渗流量特征值 单位：（m3/d）

渗流量主要受降雨量影响较大，强度大、历时短以及中等强度而历时长的降雨都可能引起渗流量的较大升高。库水位对大坝渗流量影响关联性不强。

4 结语

通过对太湖水库大坝近5年的渗流观测资料的分析，得到以下结论：

(1)降雨对测压管水位有一定的影响，一般在降雨量较多的季节测压管水位较高，反之，在降雨较少的季节，管内水位较低。

(2)处于防渗体上游的测压管，库水位是测压管水位的主要影响因素，而对下游侧的测压管，降雨量则是主要影响因素，时效因子对测压管水位也有一定影响，但影响较小。库水位分量和降雨分量对测压管水位变化有滞后性。

（3）观测点渗流量与降雨强度及分布有关，而与库水位关联性不强。强度大、历时短以及中等强度而历时长的降雨都可能引起渗流量的较大升高。

（4）从渗流观测资料看，各测点工作基本正常，各测值变化范围比较正常，大坝渗流比较稳定。

（5）较全面评价大坝安全工作状态，应结合大坝变形观测（包括沉降变形和水平位移观测），定期做好对监测仪器和监测系统的检查维护，并做好观测资料分析。若发现异常情况，及时上报，研究处理。

1 孙杰等.温岭太湖水库大坝渗流观测资料分析报告[R].浙江省水利水电勘测设计院，2005.

2 吴中如等.水工建筑物安全监控理论及其应用[M].南京：河海大学出版社，1990.