大宁调蓄水库安全监测成果分析

孙昊苏 鲍维猛

(1.北京市南水北调大宁管理处，北京 102442；2.北京市水科学技术研究院，北京 100048)

1 大宁调蓄水库概况

北京是南水北调中线工程的主要受水区之一，南水进京改变了北京的供水格局，已成为北京城市用水主力水源，是北京供水安全的生命线。由于北京供水要求保证度高，南水北调输水线路长，沿线用户又较多，水量年际年内分配不均的问题会制约北京的供水保证率，为安全稳定地为北京供水，调蓄问题尤为重要。

大宁调蓄水库位于北京市房山区大宁村北，与其下游的稻田水库及马厂水库组成永定河滞洪水库，共同滞蓄永定河超过2500m3/s的洪水。为提高北京城市供水保证率，大宁调蓄水库在承担原设计防洪任务的基础上，增加作为南水北调调蓄水库的功能，2011年底完成水库的改造。现状水库主要水工建筑物包括7.84km防渗墙、主副坝、泄洪闸、稻田水库进水闸、西堤扶壁挡墙等。大宁调蓄水库作为南水北调调蓄水库，一定程度上解决了南水北调来水与本地用水流量不匹配时的调蓄问题。水库库底平均高程43.00m，调蓄水位58.50～43.00m，设计洪水位61.01m，校核洪水位61.21m，最大可调蓄库容汛期1006万m3，非汛期3753万m3，现水面面积约200万m2。

2 大宁调蓄水库安全监测项目及布置情况

大宁调蓄水库安全监测项目主要包括水工建筑物(防渗墙、主副坝、泄洪闸、稻田水库进水闸)沉降监测、地下水位监测、防渗墙应力应变监测等。

2.1 测点分布

防渗墙及主副坝沉降监测点共21个，其中中堤5个、西堤3个、主坝坝顶4个、副坝坝顶9个。主坝坝坡沉降监测点10个，泄洪闸沉降监测点11个，稻田水库进水闸沉降监测点10个(见图1)。

图1 大宁调蓄水库安全监测测点布置示意

防渗墙应变计和无应力计总计48支，埋设于防渗墙内部。采用BGK-4200型仪器，测量范围3000μξ，分辨率1.0μξ，精度2.0%FSR，线性度2.0%FSR。

地下水位监测分为地下水位井监测和测压管监测2类，水库周边设置地下水位井8眼，主坝埋设测压管8支。

2.2 数据采集频次

大宁调蓄水库沉降观测点于2015年9月底重设完毕，于10月启用，保持数据连续衔接。防渗墙、主副坝、泄洪闸、稻田水库进水闸沉降监测频次为1次/旬；防渗墙应力应变监测频次为1次/6天；主坝测压管、地下水位井水位监测频次为1次/旬。

2.3 数据分析方法

水工建筑物的沉降值通过累计变化量反映，沉降观测测量仪器为电子水准仪及2m铟钢尺，沉降变形观测参照二等水准方法进行。将原始监测数据校核、修正后，按照仪器的安装断面进行整理。地下水位井观测周边地下水位变化情况，对主坝测压管管口高程进行校核，按照三等水准测量标准进行测压管管顶高程测量。数据采集通过振弦读数仪读取，测量精度0.05%，实际精度0.01%，根据监测数据分析具体断面水位变化情况。

3 大宁调蓄水库安全监测结果分析

3.1 沉降变化分析

3.1.1 防渗墙沉降监测

水库蓄水以及地质条件变化可能引起防渗墙沉降，通过沉降观测能够直接了解防渗墙的稳定性和可靠程度。2012年1月—2018年12月，大宁调蓄水库防渗墙累计沉降量变化范围为-1.04～1.26mm，防渗墙各测点沉降量稳定，未出现趋势性沉降变形。

3.1.2 主副坝坝顶沉降监测

水库蓄水、暴雨以及地质条件变化可能引起主副坝坝顶沉降变化，通过沉降观测能够直接了解主副坝的稳定性和可靠程度。2012年7月—2018年12月，大宁调蓄水库主副坝坝顶沉降量变化范围为-0.65～2.17mm，主副坝坝顶各测点沉降量稳定，未出现趋势性沉降变形。

3.1.3 主坝坝坡沉降监测

水库蓄水、暴雨以及地质条件变化可能引起主坝坝坡沉降变化，通过沉降观测能够直接了解主坝坝坡的稳定性和可靠程度。2012年7月—2018年12月，大宁调蓄水库主坝坝坡沉降量变化范围为-2.23～0.35mm，主坝坝坡各测点沉降量稳定，未出现趋势性沉降变形。

3.1.4 泄洪闸沉降监测

水库泄洪以及地质条件变化可能引起泄洪闸沉降变化，通过沉降观测能够直接了解泄洪闸的稳定性和可靠程度，泄洪闸沉降点布置见图2。

图2 泄洪闸沉降点布置示意

2015年9月—2018年12月，大宁调蓄水库泄洪闸沉降量变化范围为-2.10～-0.23mm，泄洪闸各测点沉降量稳定，未出现趋势性沉降变形。

3.1.5 稻田水库进水闸沉降监测

稻田水库进水闸退水以及地质条件变化可能引起进水闸沉降变化，通过沉降观测能够直接了解进水闸的稳定性和可靠程度，稻田水库进水闸沉降点布置见图3。

图3 稻田水库进水闸沉降点布置示意

2015年10月—2018年12月，稻田水库进水闸沉降量变化范围为-2.31～-0.61mm，进水闸各测点沉降量稳定，未出现趋势性沉降变形。

3.2 地下水位变化分析

3.2.1 地下水位井观测数据分析

环大宁调蓄水库设置地下水位井8眼。截至2018年12月，地下水位变化总体稳定，水位突变的时段都与强降雨时间重合，如2012年“7·21”、2016年“7·20”，详见图4。地下水位井水位监测结果表明：水库周边地下水位不随水库水位变化而变化，受强降雨的影响较大。

3.2.2 测压管观测数据分析

大宁调蓄水库主坝共设置测压管8支，位于主坝背水面，上下两层各布置4支。受2016年“7·20”暴雨影响，主坝地下水位发生了明显上涨，暴雨过后水位逐渐回落。2017年7月中旬开始，受汛期降雨影响，主坝地下水位又逐步抬升。2018年主坝地下水位变化也符合这个规律。监测结果表明：主坝区地下水位变化，主要受到降雨影响，至2018年12月，各测点水位基本保持在46.40m。主坝各测压管水位-时间过程曲线见图5。

图4 地下水位井水位-时间过程曲线

图5 主坝测压管水位-时间过程曲线

3.3 应力应变分析

应力应变监测主要利用埋设在防渗墙内部的应变计和无应力计，总计48支。

监测结果表明：截至2018年11月，各监测断面防渗墙塑性混凝土应变测值稳定。各测点应变值均小于塑性混凝土的允许应变值(±2000μξ)。部分测点测值出现波动，主要是由于仪器本身测值不稳定引起，且波动变化量均较小，对塑性混凝土结构无明显影响。

综上所述，大宁调蓄水库自2011年底改建完成蓄水以来，经历了小流量输水、高水位蓄水和特大暴雨的考验，水工建筑物沉降、地下水位波动、防渗墙应力应变均表现正常。现状水工建筑物状态稳定，水库运行安全。水库安全监测对大宁调蓄水库安全运行有着十分重要的意义。

4 结 语

大宁调蓄水库安全监测数据表明：ⓐ大宁调蓄水库水工建筑物在蓄水期间沉降稳定，符合水工建筑物变形规律；ⓑ防渗墙内部应力应变稳定，未发生结构性破坏；ⓒ水库周边地下水位受水库水位变化影响较小，水库防渗墙防渗效果明显；ⓓ短时强降雨对周边地下水影响较大，反应迅速。安全监测工作达到了预期目的，为水库安全运行提供了有效保障。