二界岭水库大坝安全监测分析

周邦辉，李洪强，戴春华，许孝臣

(1.长兴县合溪水库管理所，浙江 长兴 313100；2.浙江广川工程咨询有限公司，浙江 杭州 310020；3.浙江省水利河口研究院，浙江 杭州 310020;4.浙江省水利防灾减灾重点实验室，浙江 杭州 310020)

1 概 述

二界岭水库位于泗安塘支流青东涧上游，大坝座落在浙江省湖州市长兴县西部泗安镇(原二界岭乡)境内，距长兴县城30 km。坝址以上集水面积5.68 km2，引水渠集雨面积21.20 km2，总库容1 220万m3，是1座中型水库。水库正常蓄水位46.15 m，相应库容840万m3；死水位32.6 m，相应库容5.0万m3；校核洪水位47.5 m，相应库容1 220万m3。本工程为Ⅲ等工程，主要建筑物由主坝、1号副坝、2号副坝、溢洪道、输水隧洞、水电站、引水渠道等组成。

主坝为类均质坝，坝顶高程48.79 m，防浪墙顶高程49.79 m，最大坝高20.65 m，坝顶长227 m、宽5 m。坝体防渗采用双排套井粘土回填，排距0.85 m，孔距0.80 m，有效厚度1.6 m，套井顶高程46.5 m，上部回填粘土与防浪墙相连。

1号副坝位于溢洪道右侧，为均质坝，坝顶高程49.24 m，最大坝高10.5 m，坝顶宽6 m。坝体防渗采用单排套井粘土回填，孔距0.80 m，有效厚度0.80 m，套井顶高程为47.5 m。

2号副坝位于溢洪道右侧，为均质坝，坝顶高程49.24 m，最大坝高10.5 m，坝顶宽5 m。

2 监测项目布置情况

二界岭水库大坝安全监测的主要项目包括大坝表面变形监测、坝体渗流监测以及坝体倾斜位移等。其中，大坝渗流、坝体倾斜位移等观测项目采用自动化监测系统，分别采用渗压计和固定式测斜仪监测；大坝表面变形观测采用人工观测。

(1)主坝表面变形布置

主坝共布置5排表面变形观测点，在坝顶上游侧、迎水坡马道(48.24 m高程)、坝顶下游侧(47.59 m高程)、一级背水坡马道处及二级背水坡处纵向各布置1排测点，每排布置4个观测点，共设置标点20个。观测断面桩号分别为：主坝0+045、0+075、0+105和0+145。

(2)主坝渗流监测布置

主坝渗流监测共设3个断面，为0+060、0+090、0+120，每个断面均布置4个观测点，坝脚排水体布置1个测压管，共计13个测点。排水沟布置1套量水堰装置。

(3)主坝坝体深层位移监测

主坝坝后一级马道设置2个测斜孔，通过固定式测斜仪进行观测。

(4)1号副坝表面变形布置

坝顶上游侧布置1排、共3个表面变形测点，分别为0+040、0+060和0+080断面。

监测仪器布置清单如下所示(见表1)。

表1 监测项目汇总

3 环境量监测

3.1 库水位

2016—2021年最高水位出现在2016年6月21日，为45.80 m；最低水位出现在2020年12月9日，为40.66 m。

2021年度最高水位出现在2021年7月78日，为44.50 m；最低水位出现在2021年2月25日，为40.49 m，全年水位未超过汛限水位和正常蓄水位。

3.2 降雨量

2016—2021年，最大日降雨量为259.5 mm，出现在2016年6月20日；最大月降雨量为678 mm，出现在2016年6月。历年平均月降雨量最大值为316.8 mm，为6月份。

2021年，最大日降雨量为147.0 mm，出现在2021年7月26日；最大月降雨量为390 mm，出现在7月；年总降雨量为1 478.5 mm，降雨天数为132 d。

4 大坝变形监测

4.1 表面变形监测数据

表面变形监测数据时段是2016年6月—2021年11月。

4.1.1 主坝水平位移

2016—2021年，主坝向下游最大位移为4.84 mm；向上游最大位移为2.68 mm。截止到2021年11月17日，最大累计位移为4.30 mm，出现在测点LD3—3。坝顶上游测点水平位移如下所示(见图1)，总体上看，目前坝体水平位移变化速率很小，已趋于稳定。

图1 坝顶上游测点水平位移变化过程线

4.1.2 主坝垂直位移

2016—2021年，主坝最大沉降量为17.19 mm，最大抬升量为1.31 mm。截止到2021年11月17日，最大累计位移为17.19 mm，出现在测点LD5—3。2016—2020年，垂直位移一直处于增大趋势中，2021年变化趋于收敛；与2020年比，只有2个测点年位移量超过1 mm。坝顶上游测点垂直位移如下所示(见图2)，总体来看，垂直位移变化已趋于稳定，处于正常范围内。

图2 坝顶上游测点垂直位移变化过程线

坝顶上、下游两排测点沿坝轴线分布上，河床段测点垂直位移最大，两岸坡测点位移小，符合土石坝垂直位移变化规律。

4.1.3 1号副坝垂直位移

1号副坝累计垂直位移最大值为4.22 mm，垂直位移总体较小，过程线整体变化平稳，坝体变形基本稳定。

4.2 坝体倾斜变形监测资料

坝体布置了2个测斜仪孔，每个孔内设置4个测点。目前，测斜孔Z1累计位移量小于4 mm，测斜孔Z2位移量小于1.6 mm，坝体倾斜位移量较小。

5 大坝渗流监测

5.1 坝体渗流监测资料

本工程坝体渗压计自2016年10月15日开始自动采集，监测数据如下所示(见图3)，可知：

(1)上游侧测压管水位与库水位呈相关性，下游侧测压管水位与库水位相关性较小；总体来看，过程线呈规律性变化。

(2)测压管UP1—2呈宽幅震荡性态，该部位是滑坡回填体，渗透性较大，受降雨入渗影响明显。

(3)大坝渗流处于稳定状态，没有出现较大的变幅。

5.2 大坝渗流数据分析

5.2.1 统计模型原理

渗流效应量主要受库水位、降雨、时间3个因素的影响，其中库水位的升降会引起渗流量和测压管水位的升降；降雨在一定程度上影响着渗流量和测压管水位；时效影响是由坝体或坝基防渗性的变化等产生的。因此，测压管水位的统计模型为[1]：

Y=YH+YP+Yθ

式中，Y为测压管水位；YH为库水位分量；YP为降雨量分量；Yθ为时效分量。

(1)水位分量

测压管水位与库水位成正相关性，由于大坝渗流是一个随时间变化的过程，测压管水位与库水位存在滞后性；因此，用前期库水位表示，即：

(2)降雨分量

(3)时效分量

土石坝蓄水后，引起土体结构颗粒的变化。与此同时，坝前逐渐淤积形成自然铺盖等。这些因素对测压管水位的影响有一个时效过程，可用下式模拟[2]：

Yθ=c1+c2lnθ

式中，c1、c2为时效分量回归系数；θ为蓄水初期开始的天数除以100。

5.2.2 模型建立

测压管UP1—2水位的统计模型为：

上述模型中共选择了16个自变量。选取2016年11月1日—2020年11月30日共1 478组监测数据建立模型，组成了1 478×16维的样本数据矩阵。

通过回归分析得到相关系数，最终统计模型的数学表达式为：

5.2.3 模型分析

(1)绘制过程线

根据所建立的回归模型对样本进行模拟，并与实测值进行比较，并绘制过程曲线(见图4)。

图4 测压管UP1—2水位实测值与模型拟合值过程线

(2)变量分离

根据上述建立的统计模型，分别计算出各分量对测压管水位的影响比重(见表2)，可知：水位分量为13%，降雨分量为83%，时效分量为4%。

表2 影响分量所占比重

结果表明：测压管UP1—2的第一影响是降雨量，其次是库水位；UP1—2所处位置坝坡回填料含水率较大，降雨时此处含水量较大，导致测压管内水位升高，坝体防渗性未发生明显变化，符合本工程的实际情况。

6 结 论

(1)坝体水平位移变化速率很小，变化过程性总体趋势较平缓，2016—2021年最大累计位移为4.30 mm，位移量较小。

(2)2016—2020年，垂直位移一直处于增大趋势中，2021年变化趋于收敛，垂直位移变化很小；总体来看，垂直位移变化已趋于稳定。坝顶上下游两排测点沿坝轴线分布上，河床段测点垂直位移最大，两岸坡测点位移小，符合土石坝垂直位移变化规律。

(3)主坝坝体倾斜变形总体位移量基本在4 mm以内，位移量较小。

(4)测压管水位过程线呈规律性变化，未呈现趋势性变化，渗流状态基本稳定。针对测压管UP1—2水位波动较大的现象，通过建立统计模型得出，受降雨影响较大，与库水位相关性较小，该断面的渗流状态基本稳定。

(5)综上所述，通过对近5 a的大坝监测数据资料分析分析，二界岭水库大坝处于安全运行状态。