阎王鼻子水库安全监测资料分析与评价

张宇

（辽宁省水利水电勘测设计研究院有限责任公司，辽宁 沈阳 110006）

1 工程概况

阎王鼻子水库位于大凌河干流上，坝址距下游朝阳市25 km，是一座以供水、灌溉、防洪为主，兼顾发电的综合利用水利枢纽工程。电站装机容量为1.6 MW，后增容至2.1 MW，水库最大库容2.17亿m3，工程等别为Ⅱ等，工程规模为大（2）型，水库大坝建筑物级别为2级，设计洪水标准为100年一遇，校核洪水标准为1 000年一遇。

水库大坝采用混凝土重力坝坝型，最大坝高34.5 m，坝顶长度为383 m，桩号为0+83.212～0+466.212 m。大坝共分20个坝段，包括挡水坝段、溢流坝段、冲砂闸坝段、工业取水坝段、农业取水坝段和电站坝段。

2 大坝安全监测设施概况

阎王鼻子水库大坝安全监测系统仪器分为内观和外观两部分，内观仪器包括温度计、应变计和无应力计等，外观仪器包括引张线、扬压力计、静力水准仪、水位计和多点基岩变位计等，来实现对坝体温度、应力应变、扬压力、大坝水平位移、垂直位移、渗漏量和基岩变形等项目的监测，[1]安全监测布置情况见表1。

表1 阎王鼻子水库安全监测布置表

监测系统采用智能分布式系统，由数据自动采集系统和安全监控管理系统构成，可以实现在线采集、离线分析、数据管理、定制报表、安全管理等功能。[1]

3 大坝安全监测资料分析

3.1 水平位移

为监测坝顶水平位移，在坝顶布设1条引张线，共20个测点。并在左岸隧洞内的引张线端点处布设了垂线监测点，作为引张线的基点，左边固定端以深入左岸隧洞端点为基准（此处地质条件较好，可以作为控制点）。每个坝段设1个测点，采用电容感应式引张线仪。[2]因原设计倒垂测点处地下不能成孔，故取消了倒垂测点。各坝段测点水平位移沿轴线分布见图1。

图1 坝顶水平位移沿轴线分布图

对水平位移监测资料变化规律分析表明：

1）数据不明跳动较多，且缺失较为严重，多年来其监测数据未见明显规律性。可能是坝高较低或监测仪器信号传输、数据解读等过程出现一定误差。

2）坝顶水平位移与上游水位无明显相关性。2016年12月3日系统改造投入运行，至2017年5月1日，各坝段变幅在5 mm以内，位移测值变化平缓。

3）建议对监测仪器进行核查，并加强观测，及时分析，以保工程安全运行。

3.2 垂直位移

大坝垂直位移监测分为坝顶垂直位移监测及坝基垂直位移监测，其中，坝顶垂直位移监测采用人工测量，坝基垂直位移监测采用静力水准仪自动化监测。

3.2.1 坝顶

大坝共分20个坝段，每个坝段坝顶各设置1个垂直位移变形测点，其中，9，10号及18号坝段各设2个沉陷点，大坝共计23个测点。建管局定期对坝顶沉陷点进行测量记录。

对坝顶垂直位移过程线变化规律分析表明，垂直位移测值呈现的年周期变化，主要受温度变化的影响。温度升高，坝顶上抬，测值减小；温度降低，坝顶下沉，测值增大。气温对垂直位移的影响有滞后作用。

3.2.2 坝基

坝基垂直位移采用静力水准仪进行监测，共10台，分别位于10—19号坝体廊道内，自1999年开始测量，2012年对静力水准仪进行了改造，坝基垂直位移沿坝轴线变化情况见图2。

图2 坝基垂直位移沿坝轴线分布图

从整体分布规律来看，溢流坝段10—12，16，17号坝段坝基垂直位移变化较小，但分布曲线仍呈现一定波动变化；坝基垂直位移量较小，目前各坝段测值稳定，未见明显趋势性变化。

3.3 渗流

为了解坝基扬压力情况，同时为检查坝基灌浆帷幕效果，在3—20号坝段坝基灌浆廊道内布置1条纵向扬压力观测断面，此断面设于灌浆帷幕与排水沟之间，距离廊道下游壁60 cm处，每个坝段埋设1支测压管，共计22支，[2]其中9，20号坝段2个测压管，其它坝段各1个测压管。目前，除CY01，CY02外，其它测点均工作正常。

3.3.1 坝基扬压力监测资料

坝基扬压力监测数据时间范围为1999年12月28日—2017年11月13日，其中，2009年10月—2012年10月间数据未能采集。统计最高库水位时，各坝段坝基扬压力测值过程线见图3。

图3 最高库水位时大坝坝基扬压力分布图

3.3.2 相关系数计算

影响渗压水位（扬压力）变化的主要因素是库水位、温度及时效变化。需判断坝基内渗压水位随库水位变化情况，故只分析库水位与渗压水位数据长系列的相关系数。相关系数计算公式：

式中：ρXY——相关系数；X，Y——变量，分别为库水位和渗压水位，m；COV( X，Y)——随机变量X和Y的协方差；D[i]——数值序列i的方差。

相关系数绝对值在0.3以下是无直线相关，0.3以上是直线相关，0.3～0.5是低度相关，0.5～0.8是显著相关，0.8以上是高度相关。统计2013年至今的相关系数见表2，其中，CY15测点时间范围为2014年12月至今。

表2 渗压水位与库水位相关系数统计表

4 结论

阎王鼻子水库监测系统的监测项目满足规范要求，测点布置基本合理；建管局已建立监测数据信息管理系统，系统功能基本完备；观测频次基本满足规范要求，监测资料未按规范要求及时整编分析。大坝坝顶水平位移年周期性变化没有明显规律，坝基垂直位移量较小，目前各坝段测值稳定，未见明显趋势性变化。

水库各坝段（除12号坝段外）防渗帷幕的防渗效果较好；左岸3号坝段扬压力水位测值较高，与库水位相关关系较差，扬压力折减系数大于规范允许值，其原因可能与左岸节理裂隙发育及地下水有关。扬压力较大，对大坝的稳定不利，建议加强观测和及时分析，必要时采取工程措施；12号坝段扬压力测值偏高，与上游水位高度相关（二者相关系数为0.85），说明防渗效果较差。近几年来，扬压力测值一直较高，15号及19号坝段扬压力测值存在逐年升高的趋势，并未见稳定，且19号坝段坝基扬压力折减系数较大，最大扬压力折减系数均超出规范允许值，应予以密切关注，必要时采取工程措施。

5 建议

1）岸坡及部分河床坝段（3，12号坝段）扬压力偏高，防渗和排水措施不力，不利于坝段稳定，建议尽快采取减压排水措施；渗漏量有时效趋势性变化，不利于渗流长期安全性，建议采取措施减小渗漏量。

2）每年12月至次年3月，静力水准仪测值跳动异常，怀疑是受温度影响，因静力水准系统受不均匀环境温度的影响明显，建议在严寒天气下，对坝基廊道采取一定的保温措施。

3）由于安全监测是水库大坝安全的“耳目”，观测资料显得尤为重要。对于阎王鼻子水库，监测仪器较多，观测手段仍多为人工观测，日常观测工作量巨大，效率低，建议在条件具备时，对观测设施进行更新改造，实现大坝监测自动化，有效提高大坝安全管理水平。[3]

4）建议定期对监测仪器进行全面检验及维护，以保证监测数据一致性、连续性，按规范要求对监测资料及时整编分析，以免不利因素影响大坝安全。[3]