石佛寺水库大坝渗流监测系统建设和渗流性状分析

2015-07-25孙雷

陕西水利 2015年1期

孙雷

（辽宁石佛寺供水有限责任公司辽宁沈阳 110166）

1 工程概况

石佛寺水库是辽河干流上唯一一座大型控制性水利工程，是辽宁省“十五”期间重点建设项目。水库属于河道型平原水库，工程主要由主坝、副坝、泄洪闸、穿坝建筑物等组成。石佛寺大坝为均质土坝，枢纽工程等级为Ⅱ等、泄洪闸、主坝等永久性水工建筑物级别为2级。水库闸坝全长42.6km，其中主坝长12.4km，副坝长29.9km；水库泄洪闸16孔，总宽248.5m。坝址以上控制流域面积16.48万km2，其中控制省内的流域面积1.62万km2，淹没影响耕地5.58万亩，淹没影响人口2142人。

1.1 地质概况

水库坝基为多层结构，按岩性来划分有三层，最下层为透水性较小的砂壤土层，厚度在3m～4m；中间层为具有强透水性的砂砾石层，此层为坝基主要的透水层；最上一层为砂泥层，厚度在1m～2m之间，透水性较砂砾石层小很多。由坝基地质条件可以看出，坝基具有渗流发生的条件，并且石佛寺大坝为均质土坝，坝体也存在渗流问题。自水库大坝建成之后，部分坝段存在坝基渗流严重和坝体浸润线高的问题。

2 渗流监测系统

2.1 渗流监测系统功能需求分析

渗流监测系统的建立首先要明确系统的功能需求，针对需求来设计监测系统。为达到石佛寺水库运行安全和水库日常信息化管理的目的，需建立水库大坝的渗流监测系统，渗流监测系统主要包括主坝渗流监测系统和泄洪闸渗流观测，确定功能主要为以下几个方面：

（1）实时地对水库大坝的坝体、坝基、泄洪闸的渗流情况进行监测，并自动采集和储存渗流浸润线数据。

（2）将采集来的数据进行处理，并能够实时定性定量地分析出渗流作用状况，显示各监测点的渗流浸润线、数据报表等内容。

2.2 主坝渗流监测系统的建立

渗流监测传感器选用振弦式渗压计，各监测断面的测点接入相应的DAU数据采集仪，通过光缆与设在中控室内的采集计算机组成主坝渗流监测系统。主坝渗流监测数据采集系统主要有两个方面的内容：①将MicroZ-iCGRS连续测量参考站接收机作为两个端点的接收机，两个端点的接收机一是需要连续观测，二是需要与IGS跟踪站联测。MicroZ-iCGRS系统设计满足高品质双频GPS无人值守连续数据采集作业的苛刻要求，数据文件可以在接收机连续跟踪和记录数据的同时，经由MicroZ-iCGRS下载，并且也可实时输出数据。②将AshtechproMark2单频接收机作为渗流段面监测用接收机，在段面监测中，由于基线非常短，基线长度都在5m～25m之间，利用Ashtech的单频接收机采集数据，并用随接收机一起购买的数据处理软件Ashtechsolutions解算基线并进行平差，其精度达到了设计要求，成果满足了土石坝变形与渗流监测的精度要求。

图1 各断面的测点布置

图2 BA0+125断面测点渗流压力水位

图3 BA0+125断面测点渗流浸润线示意图

图4 BB0+010断面测点渗流压力水位

图5 BB0+010断面测点渗流浸润线示意图

图6 BB0+010断面坝基渗流压力分布线

表1 各测点位势统计表%

表2 各测点位势统计表%

2.3 主坝渗流监测方案

为了监测坝体在上、下游水位差作用下浸润线的变化和坝基渗流压力的大小，设计建立了渗流监测网。依据坝区及周围地质环境条件，在大坝的两端分别选定朱尔山和调度中心楼楼顶为相对稳定点，设立基岩墩两个，作为全网的基准点。监测点沿大坝方向布设，与基准点联测，其中坝面GPS监测点18个，高程拟合点2个，基准点至各监测点的平均边长为7.4km，最长为11km，最短为5km。在 BA0+125、BA0+665、BA1+145、BA2+595、BA3+695 桩号断面上各设5个浸润线观测点、5个坝基渗流监测点；BB0+010、BB1+489、BB3+289 桩号断面上各设5个浸润线监测点、4个坝基渗流监测点。

2.4 泄洪闸渗流观测方案

水库蓄水时，泄洪闸、上游铺盖、斜坡段、消力池段底板在上、下游水位差作用下产生扬压力，在尾水作用下会产生浮托力。为了监测对泄洪闸、上游铺盖、斜坡段及消力池段底板渗透压力的大小，在泄洪闸每个闸段的闸墩中间的底板上埋设一个测点。对BA0+245.00、BA0+339.50桩号两个断面的闸底板进行了重点观测，每个断面埋设4个测点。在上游铺盖、斜坡段及消力池段底板的横剖面方向BA0+245.00、BA0+339.50桩号的纵剖面各布置3个测点。这些测点与设置在闸室内的两台DAU数据采集仪连接，与设置在中控室的采集计算机组成泄洪闸渗流观测系统。

3 主坝渗流性状分析

石佛寺水库于2005年7月汛前基本建成并发挥防洪效益，渗流监测阶段选取在2005年7月到2006年4月，采用渗流监测系统对各监测点的渗压水位和浸润线进行分析。

3.1 防渗墙渗流性状分析

（1）图2、3为监测系统在监测阶段得到的BA0+125断面测点渗流压力水位和断面测点渗流浸润线，分析测点渗流压力水位过程线可知，防渗墙前后测点的水头差值比较大。

（2）根据2005年9月1日采集数据计算得出测点位势，见表1。

综上分析可得，石佛寺水库大坝防渗墙各段的防渗效果存在差异，但整体的防渗效果达到了预期的要求。

3.2 BB0+010和BB1+489断面渗流分析

（1）图4、5为监测系统在监测阶段得到的BB0+010断面测点渗流压力水位和断面测点渗流浸润线，分析测点渗流压力水位过程线可知，防渗墙前后坝基、坝体测点的水头差值仍然较大。

（2）BB0+010和BB1+489断面测点位势统计见表2。

综上所述，BB1+489防渗墙墙后坝体位势较高，分析其原因，可能是由于坝体左侧的发电尾水位顶托，致使坝体位势处于一较高的水平。BB0+010和BB1+489两断面的渗流状态相近，墙后坝体浸润线较为平缓，并处于较低的水平；防渗墙前后的浸润线有很大的波动，并且不是连续发展，这一特征正好符合复合防渗结构的渗流规律；坝基测点的渗流压力逐渐降低，上游渗流压力较高，下游渗流压力小，坝基渗流压力分布线平缓，渗流压力坡降均在0.01范围以内，综合分析结果为石佛寺水库大坝渗流状态良好。