大宁调蓄水库蓄水安全监测分析

孙昊苏，鲍维猛，丁 涛，商 奎，高 琦

（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

北京市是南水北调中线工程的主要受水区之一，南水北调中线总干渠在北京市房山区北拒马河中支南进入北京境内为北京供水，主要供给北京的城市生活用水和工业用水，供水保证要求高，而南水北调输水线路长，沿线用户多，年际年内分配不均匀等问题均影响到北京的供水保证率。如何安全稳定地为北京生产、生活供水，调蓄问题就尤为重要。

大宁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2 500 m3/s的洪水[1]。大宁水库库容、水位等工程条件具备调蓄南水北调来水，提高北京城市供水保证率的条件。因此，大宁调蓄水库工程在大宁水库承担原设计防洪任务的基础上，增加了水库作为南水北调调蓄水库的功能，以充分发挥水库防洪、供水效益。工程内容主要包括库区防渗、新建泵站及库尾橡胶坝、改造及维护库区现状建筑物等。南水北调中线工程总干渠从大宁调蓄水库库区穿过。

大宁调蓄水库通过暗涵与总干渠大宁调压池相接，综合分析大宁调压池特征水位及水库现状工程条件等因素，确定大宁调蓄水库正常蓄水位与调压池设计流量对应水位一致，为56.40 m，相应调蓄库容3 116万m3；调蓄水库最高蓄水位为58.50 m，相应调蓄库容为3 753 万m3。从不影响大宁水库承担防洪任务出发，汛限水位即为水库原设计库底高程48.00 m。水库设计洪水位维持原设计洪水位61.01 m，水库校核洪水位维持原校核洪水位61.21 m[2]。

大宁调蓄水库工程为Ⅱ等，主要建筑物按2 级建筑物设计，洪水标准为100 a一遇洪水设计。大宁调蓄水库作为南水北调调蓄水库的功能，解决南水北调来水与本地用水流量不匹配时的调蓄问题，调节容量为3 753万m3，水面面积270万m2。大宁调蓄水库采用塑性混凝土防渗墙垂直防渗，沿水库中堤、西堤、副坝及库尾橡胶坝底部新建塑性混凝土防渗墙，防渗墙轴线总长约7.84 km，副坝区域采用帷幕灌浆方式防渗。

2 大宁调蓄水库本次蓄水情况

为迎接2020 年南水北调中线工程全线竣工验收，2019 年11 月—2020 年6 月期间，南水北调中线干线北京段工程，即惠南庄泵站至团城湖调节池段工程将进行全线检修。检修前将进行城市供水水源切换，并排空干线余水，干线富余水量将退入大宁调蓄水库进行调蓄。

2019年10月15日—11月2日，大宁调蓄水库累计接收干线余水1 985.98 万m³，水库水位由45.95 m提升至55.76 m。

3 蓄水期安全监测情况

水库水位短期内迅速上涨，可能对水库的工程结构安全有一定的影响。为此，适时加密监测频次，及时分析监测数据，掌握工程情况，对确保水库蓄水期间工程安全运行有着重要作用。

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）沉降监测、地下水位监测、防渗墙应力应变监测等。

3.1 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。

防渗墙应变计和无应力计总计48 支，埋设于防渗墙内部。采用基康仪器（北京）有限公司的BGK-4200 型仪器，测量范围3 000 μξ，分辨率1.0 μξ，精度2.0%FSR，线性度2.0%FSR。

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

3.2 数据采集频次

根据2019 年大宁调蓄水库安全监测项目工作计划，并参照相关规范以及大宁调蓄水库的运行工况，确定防渗墙应变和库水位监测频次为1 次/6 d，水位井和测压管水位监测1次/10 d，防渗墙、主副坝垂直位移监测1次/10 d，其他外观变形监测1次/月，气象环境量采用小型自动化气象站每小时进行一次记录。2019 年10 月为配合北京市南水北调干线工程停水检修，自10月15日开始大宁调蓄水库蓄水量快速增加，因此对库区水位、地下水位和主坝区测压管水位进行加密观测。蓄水期库区水位监测频次调整为1 次/d，水位井和主坝测压管水位监测频次调整为1次/5 d，蓄水结束后，恢复原监测频次。

3.3 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徕卡DNA03电子水准仪及2 m铟钢尺，沉降变形观测参照二等水准方法进行[3]。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。数据采集通过基康BGK-408 振弦读数仪读取，测量精度0.05 %，时基精度0.01%，根据监测数据分析具体断面水位变化情况。

4 大宁调蓄水库蓄水期间安全监测结果分析

4.1 沉降变化分析

（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。大宁调蓄水库防渗墙沉降观测结果，详见表1。2019年10月14日—11月8日，防渗墙各测点沉降量稳定，未出现趋势性沉降变形。

表1 大宁调蓄水库防渗墙沉降观测结果

（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[4]，通过沉降观测能够直接了解主副坝的稳定性和可靠程度[5]。大宁调蓄水库主副坝坝顶沉降观测结果，详见表2。2019年10月14日—2019年11月8日，主副坝坝顶各测点沉降量稳定，未出现趋势性沉降变形。

表2 大宁调蓄水库主副坝坝顶沉降观测结果

（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。大宁调蓄水库主坝坝坡沉降观测结果，详见表3。2019年10月14日—11月8日，主坝坝坡各测点沉降量稳定，未出现趋势性沉降变形。

表3 大宁调蓄水库主坝坝坡沉降观测结果

4.2 地下水位变化分析

（1）地下水位井观测数据分析。环大宁调蓄水库一周设置地下水位井8 眼（G2 井因河西支线工程施工封闭未监测）。2019 年10 月14 日—11月26 日间，地下水位变化总体稳定，但G11 地下水位发生突变，较前次监测上涨近1.4 m，如图1 所示。初步分析是因为副坝采用帷幕灌浆方式进行防渗，相对于塑性混凝土防渗墙，防渗效果稍差，至11 月末该区域地下水位约为43 m，仍明显低于库区水位。

（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。主坝测压管水位变化总体稳定，但上4、下4 测压管数值变化明显，如图2 所示。初步分析是4 点位置靠近副坝，受副坝附近地下水位上升影响所致。

图1 地下水位井水位监测结果

图2 主坝测压管水位监测结果

4.3 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，2019 年10 月14 日—11 月12 日间，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（±2 000 μξ）。

综上所述，大宁调蓄水库在本次蓄水工作期间，水工建筑物沉降、地下水位波动、防渗墙应力应变表现总体正常。因副坝采用帷幕灌浆方式进行防渗，相对于塑性混凝土防渗墙，防渗效果稍差。现状水库水工建筑物状态稳定，水库运行安全。

5 结论和建议

大宁调蓄水库蓄水期间安全监测数据表明，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，副坝区域因防渗措施不同，防渗效果稍差；未来应当继续开展安全监测工作，及时掌握水库水工建筑物运行情况，加大巡查力度，增大巡检频次，重点关注副坝区域地下水位变化情况和水工建筑物运行情况，确保水库调度平稳、运行安全。