重力坝渗漏量监测分析模型及工程应用

郭浩

【摘 要】渗漏量是重力坝渗流安全评价的重要指标之一，也是重力坝安全监测的主要项目之一。本文在分析重力坝渗漏量关键影响因素的基础上，构建了重力坝渗漏量监测值的数学分析模型，并结合某重力坝的渗漏量监测资料，对该重力坝渗漏量的变化规律进行了分析。监测资料分析表明，该重力坝渗漏问题不突出，大坝总渗漏量最大值不超过20L/min，多年平均渗漏量为5.8L/min。坝体历经蓄水初期的渗漏量降低后，后期已趋于收敛，渗漏量无明显的增大趋势。仅在0+000m～0+041m和0+160m～0+218m两段，即坝的两端还有一定的渗漏量，量值较小，不致影响大坝安全。

【关键词】重力坝；渗漏量；监测模型

中图分类号： TV698.1 文献标识码： A 文章编号： 2095-2457（2018）05-0141-002

【Abstract】Leakage is one of the important indicators for the evaluation of seepage safety of gravity dams，and it is also one of the major safety monitoring projects for gravity dams.Based on the analysis of the key influencing factors of the seepage of gravity dams，this paper constructs a mathematical analysis model of the monitoring value of the seepage of gravity dams.Combined with the monitoring data of the leakage of a gravity dam，the change of the leakage of gravity dams is analyzed.The law was analyzed.Monitoring data analysis shows that the gravity dam seepage problem is not prominent， the maximum total dam leakage does not exceed 20L/min，and the average annual leakage is 5.8L/min. After the dam has experienced a reduction in the amount of leakage at the initial stage of impoundment，it has converged in the later period and there is no obvious increase in the leakage.Only in 0+000m～0+041m and 0+160m～0+218m two sections，that is，there is a certain amount of leakage at both ends of the dam，and the magnitude is small， which will not affect the safety of the dam.

【Key words】Gravity dam；Leakage；Monitoring model

0 引言

滲漏量是重力坝渗流安全评价的重要指标之一，也是重力坝安全监测的主要项目之一。影响重力坝渗漏量的主要因素包括上下游水位、坝体裂缝、止水破损、坝基节理裂隙、防渗帷幕、坝体排水、坝基排水、岸坡地下水位等[1-2]。本文在分析重力坝渗漏量关键影响因素的基础上，构建了重力坝渗漏量监测值的数学分析模型，并应用于某重力坝的渗漏量监测资料分析，得出了该重力坝渗漏量的变化规律。

1 重力坝渗漏量监测分析模型

重力坝渗漏量的大小主要受库水入渗及时效因素的影响，故构建考虑水位、时效因子的重力坝渗漏量分析数学模型如下：

式中，L（t）为渗漏量监测值在时间t的统计估计值；L1[H（t）]为不同时段库水位引起的渗漏量变化分量；L2[？兹（t）]为渗漏量变化时效分量；C为待定常数项。

（1）水位分量

库水位变化对重力坝渗漏量的影响除了考虑计算时刻库水位外，尚应计及坝体、坝基渗流滞后于库水位变化的情况，即考虑超前水位的影响，故将水位分量模型构造为如下函数形式：

式中，ai为待定回归系数，i为超前的月份；Hi（t）为观测日及前续若干日的平均水位；H（t0）为基准水位，通常选第一次观测时的水位，亦可选坝底高程或其它特征水位，本文基准水位取268.10m。

本文模型采用观测当日库水位和超前6个月的库水位，共7个水位影响因子。

（2）时效分量

考虑重力坝渗漏量随时间非线性变化，即运行初期较大，后期逐渐减小并收敛至一个稳定值，故构造渗漏量的时效分量模型如下：

式中：ti为观测时刻距初始时刻的天数；c1和c2为待定回归系数。

综上所述，重力坝渗漏量监测分析数学模型采用如下形式：

根据大坝渗漏量实际测值数据序列进行回归分析，即可获得其相应的模型参数。

2 工程应用分析

某重力坝最大坝高为30m，坝底宽度为40m。坝基岩体为微风化～新鲜的砂岩，岩性坚硬完整。水库正常蓄水位为413m，死水位为385m，设计洪水位为413.55m，校核洪水位为415.03m，水库总库容983万m3。

该重力坝在廊道内的两个集水井旁设了四个漏水观测点，编号为RQl、RQ2、LQ1、LQ2，其中RQl监测0+160m～0+218m坝段的漏水情况，RQ2监测0+99m～0+160m坝段的漏水情况，LQ1监测0+041m～0+99m坝段的漏水情况，LQ2监测0+000m～0+041m坝段的漏水情况。采用容积法测量，观测频次为每月一次。

RQ1、RQ2、LQ1、和LQ2测点的测值序列分析和采用重力坝渗漏量监测分析模型进行定量分析的结果如下：

（1）LQ1长期无水，说明0+041m～0+99m段防渗效果很好。

（2）LQ2的测值自1970年以后多在0～3L/min范围内波动，但有若干突变，如1991年曾达到12.54L/min，2003年曾达15.8L/min，突变多出现在库水位超过377.00m高程时，2004年至今测值多在0～2L/min范围内变动，未见大的改变。

经对LQ2测值进行回归分析，复相关系数为0.86，表明回归模型的拟合效果良好。从入选因子来看，渗漏量受水位因子影响主要表现为观测当日的水位对渗漏量的影响最大，而观测日前一段时间的水位值对也渗漏量有一定影响。时效分量的系数为正值，表明渗漏量会随时间增加，但增幅呈現逐年减小的趋势，且目前已基本趋于稳定，但后期仍需要加强监测。

（3）RQ1的测值自1970年以后基本上在0～3.5L/min范围内波动，2003年以后，连续3年内无水。其间测值出现过几次突变，1975和1980年曾出现过13L/min左右的渗漏量，1989年曾达15.68L/min，渗漏量突变多出现在水库水位超过377.00m高程时，推测可能是在该段坝体高处有渗流通道存在，也可能有其它水源汇入，虽然渗漏量不大，仍需要加强监测并分析原因。

对RQ1的测值系列进行回归分析，复相关系数为0.830，回归模型的拟合效果良好。从入选因子来看，渗漏量的变化滞后于库水位的变化，时效分量的系数为负值，说明渗漏量呈随时间逐渐减小的趋势。

（4）RQ2的测值基本上在0～1L/min范围内变化。从1988年以后，测值基本为零，说明已经没有渗漏水通过，故不再对其进行回归分析。

综上所述可以看出，该重力坝渗漏问题不突出，仅在0+000m～0+041m和0+160m～0+218m两段，即坝的两端还有一定的渗漏量，但量值较小，不致影响大坝安全。

3 结论

在分析重力坝渗漏量关键影响因素的基础上，构建了重力坝渗漏量监测值的数学分析模型，并应用于某重力坝的渗漏量监测资料分析，得出了该重力坝渗漏量的变化规律。分析表明该重力坝渗漏问题不突出，大坝总渗漏量最大值不超过20L/min，多年平均渗漏量为5.8L/min。坝体历经蓄水初期的渗漏量降低后，后期已趋于收敛，渗漏量无明显的增大趋势。仅在0+000m～0+041m和0+160m～0+218m两段，即坝的两端还有一定的渗漏量，量值较小，不致影响大坝安全。LQ2和RQ1的渗漏量测值在水库水位超过377.00m高程时都曾出现过突变，推测可能是在该段坝体高处有渗流通道存在，也可能有其它水源汇入，虽然渗漏量突变的量值不大，但建议仍需要加强监测并分析原因。

【参考文献】

[1]吴中如，陈继禹.大坝原型观测资料分析方法和模型[J].河海大学科技情报，1989，9（2）：48-64.

[2]任慧丽.某水库大坝渗流观测资料对比分析及成果[J].内蒙古水利，2009，5：12-13.