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洪泽湖大堤52K+080断面渗流观测资料分析

2020-03-02陈美娟陈星辰

水利建设与管理 2020年2期
关键词:堤身洪泽湖大堤

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。

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