洪泽湖大堤52K+080断面渗流观测资料分析

孙 松 陈美娟 陈星辰

（江苏省洪泽湖水利工程管理处，江苏 淮安 223100）

1 基本情况

1.1 洪泽湖大堤工程简介

洪泽湖大堤是淮河下游重要流域性防洪工程，位于洪泽湖东岸，北起淮阴县码头镇，南至盱眙县张大庄，全长67.25km。洪泽湖大堤为Ⅰ级堤防，设计防洪标准为100年一遇，设计水位16.00m，校核水位17.00m，堤顶高程19.00～19.50m，湖底平均高程10.50m，防浪林台面高程14.50m。大堤土质以粉质黏土为主，占60%～70%；其次为重粉质壤土及黏土和粉质土层，10.00～10.50m高程为人工填土。

1.2 洪泽湖大堤52K历史险情简介

2000年3月，洪泽湖大堤52K堤后护堤地出现冒水险情，冒水处距上游洪泽湖约210m。该堤段为1751年（乾隆十六年）修建的智坝遗址，地质条件较为复杂。险情发现后，采取地质勘探、同位素示踪、雷达波探测等多种方法进行隐患探查，查明堤身渗漏通道。根据探查结果，先后采取的防渗处理措施包括:堤后冒水处建反滤导渗围井，长23m，2000年5月完工；堤前防浪林台防渗板墙截渗，总长350m，2000年7月完工；堤前贴坡防渗，长350m，2001年7月完工；堤身压密注浆，防浪林台200m，堤肩320m，2001年7月完工；堤身充填灌浆，2013年9月完工；堤基③-2层高压摆喷截渗墙防渗，2013年9月完工。

2 渗流观测情况

2.1 洪泽湖大堤52K+080断面渗流观测情况

2000年4月，管理单位在52K历史险工段设置测压管和反滤围井等观测设施，以监测该处堤防渗流情况。渗流量观测设施布置在堤后反滤围井下游，根据渗流量大小及汇集情况，采用容积法进行观测，每周1次。浸润线观测设施为布置在堤身断面的4根测压管，分别位于堤前防浪林台、堤后14.0m戗台、堤后11.0m戗台及护堤地，采用电测水位计人工观测和安装渗压计自动化观测相结合，人工观测每半月1次，自动化实时监测。

2.2 渗流量观测数据

对2011—2018年渗流量观测数据进行统计，洪泽湖大堤52K+080断面渗流量平均值为0.12L/s。渗流量最小值为0，对应上游水位为12.26（2018年11月23日）～13.50m（2012年2月2日）；渗流量最大值为1.77L/s，对应上游水位为13.56m（2017年9月5日）。洪泽湖大堤52K+080断面渗流量观测数据统计见表1。

2.3 测压管水位观测数据

由于测压管水位自动化观测数据稳定性和准确性有待提高，故仅对人工观测数据进行分析。2010—2018年洪泽湖大堤52K+080断面各测压管水位过程线见图1。

表1 2011年至2018年洪泽湖大堤52K+080断面渗流量观测数据统计

对观测数据进行统计，上游洪泽湖最低水位11.31m（2011年6月30日），最高水位13.64m（2010年3月15日和2014年11月30日）；52-080-1测压管最低水位10.55m（2012年6月30日），最高水位13.62m（2014年9月30日）；52-080-2测压管最低水位9.40m（2012年6月30日），最高水位11.58m（2011年8月15日）；52-080-3测压管最低水位8.27m（2010年10月15日），最高水位9.75m（2015年6月30日）；52-080-4测压管最低水位8.16m（2012年1月30日），最高水位8.75m（2015年6月30日）；下游最低水位7.60m（2015年2月28日），最高水位9.23（2014年7月15日）。

图1 2010—2018年洪泽湖大堤52K+080断面测压管水位过程线

3 渗流观测数据分析

3.1 渗流量分析

3.1.1 渗流量观测值受近期降水影响较大

2011—2018年间，洪泽湖大堤52K+080断面年内渗流量观测最大值在0.16～1.77L/s。经查阅降水记录，各年渗流量观测最大值大多发生在近3日内有降水期间（只有2012年1月12日无降水）。渗流量观测最大值1.77L/s发生在2017年9月5日，该日前4日有连续强降水。反滤围井距堤顶道路135m，宽23m，汇水面积超过3100m2。现场无降水量观测设施，渗流量观测值未消除降水因素的影响，故渗流量大小与降水量关系明显。

3.1.2 渗流量大小与上游水位关系并不明显

绘制洪泽湖大堤52K+080断面渗流量柱形图与上下游水位过程线，见图2。由图2可知，渗流量大小与上游水位关系并不明显。2011—2018年间洪泽湖大堤52K+080断面渗流量观测最小值为0，对应上游水位最小值为12.26m（2018年11月23日），最大值为13.50m（2012年2月2日），相差达到1.24m。上游水位为12.81m时，渗流量观测值最小值为0（2012年3月1日），最大值为0.15L/s（2011年3月31日）。渗流量大小与上游水位关系并不明显，这是由于渗流量观测点距上游洪泽湖约200m，渗径较长造成。

图2 洪泽湖大堤52K+080渗流量柱形图与上下游水位过程线

3.1.3 渗流量总体稳定，险情得到有效控制

2011—2018年间，渗流量观测值超过1L/s的有2次，分别为1.77L/s（2017年9月5日）和1.29L/s（2017年9月11日）。观测时均有较大降水，故这2次观测值并无实际意义。除去这2次观测值，2011—2018年间渗流量观测值为0～0.48L/s，平均值为0.11L/s，中位数为0.09L/s。截渗工程实施以来，渗漏稳定，水质清澈，未发生异常，说明洪泽湖大堤52K+080断面处渗水险情得到有效控制。

3.2 测压管水位分析

3.2.1 测压管水位与上游水位相关性分析

根据洪泽湖大堤52K+080断面测压管水位过程线可知，各测压管水位变化趋势与上游水位变化趋势较为一致，且上游水位变化过程中各测压管水位变化并未出现明显时间滞后。52-080-1测压管位于堤前防浪林台上，渗径较短，测压管水位与上游水位同步性较好；52-080-2和52-080-3测压管位于堤后戗台上，测压管水位受上游水位影响逐渐减弱；52-080-4测压管位于堤后护堤地，距离洪泽湖最远，测压管水位受上游水位影响较小。

3.2.2 异常情况分析

根据2010—2018年观测数据，洪泽湖大堤52K+080断面测压管水位基本都是从上游至下游逐渐降低，符合土堤浸润线变化规律，但有7次观测数据异常。52-080-1测压管水位有4次高于上游水位（2011年7月15日、2012年7月30日、2014年9月30日和2015年6月30日），是由于该4次观测日前3日内均有较明显降水过程，防浪林台宽达45m，无专门排水设施，易造成积水导致。下游水位有3次高于52-080-4测压管水位（2014年7月15日、2014年8月30日和2017年4月15日），是由于下游顺堤河为可人为控制水位的灌溉河道，下游水位变化基本不受上游水位影响。

3.2.3 测压管水位与上下游水位差相关性分析

2010—2018年洪泽湖大堤52K+080断面各测压管水位与上下游水位差相关性见图3。除52-080-1测压管水位零星数据点较为离散外，其余各数据点都均匀分布在趋势线两侧，且较为集中。洪泽湖大堤52K+080断面各测压管水位与上下游水位差相关性较好，且较为稳定。这表明洪泽湖大堤52K+080断面堤身渗透系数基本不变，渗流场较为稳定。越靠近上游的测压管趋势线斜率越大，说明越靠近上游的测压管水位受上下游水位差影响越大。

图3 洪泽湖大堤52K+080断面测压管水位与上下游水位差相关性图

3.3 渗流稳定计算分析

3.3.1 地质情况

洪泽湖大堤52K+080断面近期无最新地质情况勘察报告，可参照江苏省工程勘测研究院2012年9月编制的《洪泽湖大堤（省管段）除险加固工程地质勘察报告》（勘察编号12096）中52K+550断面地质资料。该断面高程7.86～10.76m以上部分为Ⓐ层人工堆土，现场注水试验测得渗透系数为3.1×10-3cm/s，临界水力比降Jcr为0.94。A层以下分别为②-2、③-1等土层，实验室测得渗透系数为1.2～1.9×10-7cm/s，相对Ⓐ层土，②-2、③-1等土层可按照不透水层简化计算，见图4。

图4 洪泽湖大堤52K+080地质简化计算示意

3.3.2 渗流量计算分析

简化计算后，洪泽湖大堤52K+080断面渗流量计算可按照均质土坝平坡无压渐变渗流浸润线方程计算，见式（1）:

式中 q——单宽流量，m2/s；

K——渗透系数；

l——断面1到断面2的水平距离，m；

h1、h2——断面1和断面2水深，m。

以52-080-4号测压管作为断面1，下游顺堤河岸作为断面2，将l=97m、K=3.1×10-5m/s及测压管水位、顺堤河水位数据代入式（1），计算洪泽湖大堤52K+080断面理论渗流量，成果见表2。

表2 洪泽湖大堤52K+080断面渗流量计算成果

根据52K+080断面渗流简化计算结果，单宽渗流量最大值为9.66×10-5L/（s·m），渗流量观测设施汇流宽度为23m，即使不考虑汇流损失，渗流量最大值也仅为2.22×10-3L/s，远小于实际观测值平均值0.12L/s。由此可见，堤身无压渐变渗流并非52K+080断面渗流量的主要来源。这与2000年同位素示踪检测结果吻合，洪泽湖大堤52K+080处堤后渗水主要是由于堤身存在渗漏通道而造成的。

3.3.3 渗透稳定分析

依据《堤防工程设计规范》（GB 50286—2013），Ⓐ层土渗透变形类型为流土型，对堤防的危害较大，安全系数取2.0。以土的临界水力比降除以安全系数为允许水力比降，得出Ⓐ层土允许水力比降为0.47。根据测压管水位观测数据计算，洪泽湖大堤52K+080断面各测压管之间水力坡降最大值在0.00095～0.056之间，远小于Ⓐ层土的允许水力比降，表明该断面渗透稳定满足规范要求。

4 结 语

根据2010—2018年洪泽湖大堤52K+080渗流观测资料分析可知，该处渗流量稳定，水质清澈，堤身测压管水位过程线符合浸润线变化规律，渗流场稳定，水力比降满足规范要求，洪泽湖大堤52K+080断面历史险情得到有效控制。由于观测条件有限和地质条件复杂，渗流量与上下游水位、降水量之间关系需进一步研究分析。