陡河水库土坝渗流量观测初探

王桂青

（唐山市陡河水库管理处，河北唐山063021）

陡河水库土坝渗流量观测初探

王桂青

（唐山市陡河水库管理处，河北唐山063021）

精确的渗流量观测数据，能够正确反映土坝的渗流状态。陡河水库土坝根据自身特点，在河床段和一级台地段分别安设三角形堰和梯形堰观测坝体和坝基的渗流量。通过观测方案的设计和观测方法的选择及对各种影响因素的分析，提出如何提高陡河水库土坝渗流量的观测精度。

土坝防渗；渗流量；自由出流；钢尺量距

1 基本情况

陡河水库大坝为均质土坝，全长7 364m，坝体碾压密实，渗流量较小。大坝坝基包括河床段、一级台地和二级台地，为黏土和砂互层，位于表层的黏土厚5～7m，河床段砂层较厚、在上游坝趾作截水槽，一级台地段上游采用黏土铺盖防渗，二级台地副坝段坝基高程高于正常蓄水位，渗流量较小，采用天然黏土铺盖防渗。坝体排水形式为：河床段采用褥垫和堆石棱体相结合的排水形式，一级台地段坝体采用管式排水。在正常蓄水位下，一级台地段下游坝趾处有地下水出逸现象，因此在一级台地段坝后设排水沟，收集坝基和坝体的渗水。由于不同防渗和排水形式的渗流量不同，将河床段和一级台地段的渗流量分开，引向不同的排水口，分别观测渗流量。

2 渗流观测方案设计

2.1 堰型的选择

河床段包括桩号0+000-0+200，一级台地段包括桩号0+200-1+700。经计算，在正常蓄水位下，河床段渗流量为0.3～0.6 L/s，一级台地段为3～7 L/s。在满足《土石坝安全监测技术规范》的要求下，根据成本低、安装工作量小的原则，在河床段距下游坝趾30m处安设直角三角形量水堰，在一级台地段排水沟末端安设梯形堰。三角形堰和梯形堰横断面，分别如图1-2所示。

2.2 堰板的设计和安设

为了延长堰板的使用寿命，堰板选用不锈钢材质。为了保证堰口处具有稳定的压强和流速分布，并使堰上水头和所测流量关系保持稳定，将堰口靠下游边缘加工成锐缘。根据最大下泄流量计算过堰最大水头，保证过堰水流为自由出流的条件下选择合适的堰高。堰高选择条件是：

图1 三角形堰横断面

图2 梯形堰横断面

式中：H为堰顶水头（m）；P为上游堰高（m）。

量水堰的安装严格按照《土石坝安全监测技术规范》要求进行。为了保证堰上游段的水流为渐变流，堰槽段全长应大于7倍堰上水头，堰板上游段全长应大于5倍堰上水头，且不得小于1.5m。为了防止堰上水流产生回流，堰槽宽度应不小于堰口最大水面宽度的3倍，堰板和侧墙保持铅直。为了防止过堰水流和堰板下游渠道的水混掺，下游段堰槽长度应大于2倍堰上水头，且不小于0.5m。

2.3 水尺的安设

堰口通水后，水尺插入水中很难量准水位。一是因为水是流动的，尺边水面上下波动，看不准刻度；二是因为量水堰的水位测量点与堰槽的水位零点不在同一位置，也不能准确测量。在堰槽顶预先设定水位基点和水位高程，从水位基点起，向下量至水面的距离，再用水位高程减去量出的距离数，就可计算出堰上水位。精确的测量方法是不安设水尺，在距堰口3～5倍的堰上水头处确定水位基准点，用钢尺量距。量水堰堰口高程每年至少校测1次。

3 渗流观测方法选择

由于正常蓄水位下三角堰渗流量较小，水头也小，所以采用水尺测量水头，然后代入三角堰渗流量计算公式中算得的渗流量误差较大。而采用容积法可以直接观测渗流量，且数值精确。在流量较大时，采用公式法计算渗流量较为方便，而且误差较小，因此河床段渗流量观测采用公式计算法和容积法两种观测方法分别进行。一级台地段在1986—2006年长达20年的时间里采用浮标法观测。在实际测量中发现浮标法缺点如下：①由于水的回流总是把所有浮标冲向一侧，各浮标测得的表面流速代表性差；②由于排水沟的流速很小，风力、风向对浮标的影响很大；③夏天，排水沟内长出水草，影响浮标的通行，将水草清理后观测，影响水流的稳定；④排水沟内水的流速小于流速仪的测速范围，不能放置流速仪测速，无法对浮标系数进行校正，只能参考资料取得，主观性较大。由此可见，采用浮标法观测一级台地段的渗流量，误差很大。2007年，开始采用梯形量水堰公式计算一级台地段的渗流量。

4 渗流观测精度分析

梯形堰堰上水头在正常库水位下仅3～4 cm，渗流量较小，采用公式法观测误差较大。建议将梯形堰堰口尺寸减小或改用三角堰观测排水沟渗流量，以提高其观测精度。三角堰堰上水头7～8 cm，观测精度高于梯形堰，但三角堰堰口较小，容易被落叶、树枝堵塞，观测时将其清理，在很长时间内水位也不能稳定，无论采用容积法还是公式法测渗流量，精度都不会很高，这是影响三角堰渗流量观测精度的主要因素，所以对堰口进行经常性的清理，以确保过堰水流稳定。汛期降雨会有坝面的雨水流入渠道内，对渗流量的观测精度影响很大，所以观测时尽量避开强降雨过后的两天。夏季集水渠道中长草会增大水头损失，降低过水能力，秋季草枯萎后过水能力又恢复正常，这对渗流量的影响较小，观测时将水草清除，水流在短时间内不会稳定，影响观测精度，所以渠道内的水草在不堵塞水流的情况下，不必清除。

5 结语

随着我国经济社会的发展，人们越来越关注大坝安全，通过渗流量的观测能直接判断大坝的渗流性态。选择合适的渗流量观测方案，并对观测设施进行正确安装，针对不同水头采用与其相应的观测方法，认真分析各种因素对观测结果的影响，使所测渗流量能够反映工程的实际渗漏状况，及时发现大坝的渗漏异常现象，为工程管理工作提供指导。

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1004-7328（2014）06-0048-02

10.3969/j.issn.1004-7328.2014.06.017

2014-09-18

王桂青（1972-），女，高级工程师，主要从事水利工程管理工作。