南水北调实施后密云水库走马庄副坝渗流现状分析

王 茉，赵 旭，高海伶，张昆仑

（北京市密云水库管理处，北京，101512）

2015年9月，南水北调来水入密云水库进行调蓄。6年来，库水位从138.03 m逐步抬升，2019年达到149.74 m，蓄水量突破26亿m3，之后库水位在146.09～148.41 m之间变化，工程处于高水位运行。

1 工程基本情况

密云水库位于北京市密云区境内，总库容43.75亿m3。工程于1958年9月动工兴建，1960年9月基本建成，是一座以防洪、供水为主要功能的大型水利枢纽。枢纽工程主要由挡水、输水和泄水建筑物组成。挡水建筑物主要包括白河和潮河2座主坝，北白岩、走马庄、西石骆驼、南石骆驼和九松山5座副坝。

走马庄副坝由5座小坝组成，从左岸到右岸编号为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ，总长519.3 m，最大坝高39 m，坝顶高程160.00 m。Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ号坝坝型为塑性心墙土坝（上游侧主要为砂砾料，中间为壤土心墙，下游侧为风化山皮料），Ⅴ号坝为均质土坝，坝基设置壤土齿槽防渗。

走马庄副坝自1960年竣工以来，先后进行了9次维修加固。1975—1977年，Ⅱ号和Ⅲ号坝加固时，将Ⅲ号坝上游153.0 m高程以上的风化岩代替料挖除，改填河床砂砾料。1998年加固时将Ⅱ号和Ⅳ号坝上游高程150.00 m以上换填为抗剪强度较高的石碴料。

走马庄副坝共有测压管28个、量水堰3个，见图1。其中15、16、17、18和202号是坝体测压管，26、281和282号是覆盖层测压管，其余20个管为基岩测压管（注：下标1为粗管，下标2为细管）。

图1 走马庄副坝监测设备平面布置图Fig.1 Layout of monitoring equipment for Zoumazhuang auxiliary dam

外观巡视检查，下游坝坡未见滑动、凹陷、鼓出、渗水、植物生长、动物活动破坏等情况。汛期雨强较大时，Ⅴ号坝坝脚存在3个出水点，有少量清水逸出。

2 工程渗流分析

2.1 心墙渗透梯度分析

防渗心墙渗透梯度：

式中，J为渗透梯度；△H为上下游水位差；d为防渗体厚度。

走马庄副坝主要由Ⅲ号坝挡水。Ⅲ号坝为塑性心墙坝，其设计允许渗透梯度值为4.0。2015—2021年最高库水位为149.74 m，且在此期间水位未受到降水等其他因素影响。坝底高程121 m，心墙下游侧水位在132 m左右，心墙底部厚度为24.4 m。由此可得工作水头△H为17.74 m，渗流梯度为0.73，小于允许值。

2.2 等水位线分析

选取库水位较为稳定、降水较少的时段测值，绘制走马庄副坝等水位线图，见图2，当日库水位为148.37 m。

由图2可见，上游侧水位高于下游侧水位，分布规律正常，Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ号坝均存在渗流现象。右岸有部分渗流向走马庄隧洞汇集，坝头绕渗补给坝基潜水，坝基潜水向岩面最低处汇集。8号管右岸水位线较密，左岸水位线较疏，说明渗流主要集中在8号管右岸部分。从等水位线的凹凸关系分析：Ⅱ号坝和Ⅲ号坝因长期挡水，坝体内部土料含水率较高，潜水水位较高。纵观2015—2021年等水位线图，走向基本一致，走马庄副坝渗流较为稳定。

图2 走马庄副坝等水位线图Fig.2 Contour of water table of Zoumazhuang auxiliary dam

2.3 特定库水位下的测压管水位分析

选取某一高水位下的各测压管水位进行对比。若在相同库水位条件下测压管水位稳定或有所下降，则说明坝体及坝基渗流稳定，但应注意反滤体是否受到冲刷破坏，反之则说明渗流向不利方向发展。

选取高水位时期且相同退水情况的1994年1月4日与2021年2月9日数据进行对比。当日库水位均为148.19 m。绘制的水位柱状图见图3，对比发现，2021年绝大部分测压管水位有所降低，10号管和13号管略有增大，说明走马庄副坝渗流稳定。

图3 1994年与2021年特定库水位对比柱状图Fig.3 Piezometric levels under specific reservoir level in 1994 and 2021

2.4 坝体横断面浸润线分析

走马庄副坝共设有两个横断面：Ⅱ号坝0+165断面和Ⅲ号坝0+345断面。

选用库水位较为稳定、且测压管水位不受降水等因素影响的2020年12月14日数据，绘制横断面浸润线图，见图4和图5。由图可知，实际浸润线虽然较南水北调来水入库前略有抬升，但仍然低于设计浸润线和历史最高浸润线，大坝渗流稳定。

图4 0+165断面浸润线Fig.4 Saturation line on cross section 0+165

图5 0+345断面浸润线Fig.5 Saturation line on cross section 0+345

Ⅱ号坝0+165断面坝体测压管15号和16号之间渗透比降较大，为0.104，位于临界值附近。15号及16号管实际渗压水位接近管底高程，渗压较小且变化不大，但仍需关注。

Ⅲ号坝0+345断面，心墙下游侧渗压水位较低（132.00 m以下），各管测值接近，明显低于上游水位148.37 m，说明心墙防渗效果较好。

2.5 测压管水位回归分析

为避开降水因素影响，在2015—2021年每年汛前和汛后各取一个数据。选用资料系列完整且具有代表性的10、22、24、23、21、11、12、13和5号测压管测值。测值过程线见图6。

图6 走马庄副坝库水位与测压管水位过程线Fig.6 Process graphs of reservoir level and piezometric level of Zoumazhuang auxiliary dam

从测值过程线看，上述各测压管水位与上游水位明显相关。通过最小二乘法进行定量计算，各管复相关系数均在0.956以上，测压管水位与库水位的相关性显著。

经分析计算，位于Ⅳ号坝的10号、22号和23号管内水位与库水位折减系数接近1.0，Ⅲ号坝下游坝坡测点11号和13号管的折减系数在0.5以上，说明Ⅲ号和Ⅳ号坝局部存在防渗缺陷，考虑到走马庄坝区岩脉纵横，裂隙风化带发育，加上片麻岩风化速度较快，运行中需加强观测与分析。

3 结语

分析表明，目前走马庄副坝渗流总体稳定，心墙不会发生渗透破坏，副坝总体处于安全运行状态；Ⅲ号和Ⅳ号坝心墙下游部分测压管与库水位相关性显著，局部存在防渗缺陷，Ⅱ号坝0+165断面渗流比降在临界值附近，运行中需加强观测与分析。