绕坝渗流监测成果分析方法探讨

王 锋，季 昀

(1.国家能源局大坝安全监察中心，浙江 杭州 311122；2.中国电建集团华东勘测设计研究院有限公司，浙江 杭州 311122)

1 绕坝渗流分析方法论述

绕坝渗流情况是分析水电站大坝两岸防渗体系是否可靠的重要指标。工程实践中一般通过在大坝两岸帷幕后沿流线方向布置若干地下水位孔，分析地下水位孔内水位测值与上游水位的相关性来判断是否存在绕坝渗流[1-2]。分析方法一般包括特征值统计分析、过程线趋势性判断等，但上述方法容易受到主观定性判断的影响，有时候仅通过分析特征值和过程线难以判断绕坝渗流是否显著。部分研究采用回归分析方法[3-5]，建立孔内水位与时效、温度、上游水位、降雨等因素的数学关系，进而分析孔内水位变化与各因素的关系，但由于坝区两岸山体渗流场较为复杂，很难用一个数学模型来反映各变量之间的相互关系，导致有些测点模型中上游水位因子未能入选，而对孔内水位直接影响小的温度和时效因子入选，导致模型不合理，且各分量占比情况也很难反映实际的绕渗情况。

2022年颁布实施的DL/T 2340—2021大坝安全监测资料分析规程中绕坝渗流监测数据分析时建议分析两岸地下水位与上游水位的相关性来评价是否存在显著绕坝渗流现象，两岸坝肩运行性态分析时应结合两岸地质条件、绕坝渗流分析成果和坝体防渗分析成果，综合分析渗透稳定性[6]。根据规程要求，评判大坝两岸防渗运行状态时，可以通过监测水位孔与帷幕前水位的相关性来判断。

经过多年工程经验的积累，绕坝渗流分析时常用的分析方法一是计算孔内水位与上游水位的简单相关系数[7]，二是选取库水位上升的典型时段，分析孔内水位变幅与上游水位变幅之间的比值。简单相关系数可以反映两组数据之间的变化规律，但其本身不具备物理意义，不能排除汛期降雨导致库水位和孔内水位同时升高的情况，笔者认为不能因简单相关系数大于0.8就判断存在绕坝渗流，或者小于0.5就不存在绕坝渗流情况，而是通过选取受降雨影响较小的库水位上升时段，分析绕坝渗流孔内水位变幅与上游水位变幅的比值来初步判断绕渗典型性，本文将该比值定义为水位折减系数，具体计算公式如下：

(1)

其中，α为水位折减系数；[h1∶hn]为典型时段绕坝渗流孔内水位序列；[H1∶Hn]为典型时段水库水位序列。

当计算折减系数大于0.5时，考虑存在绕坝渗流的可能，当折减系数小于0.5时，认为基本不存在绕坝渗流情况；但部分水库库容较小，降雨量增大与库水位上升存在较好的相关性，导致坝后绕坝渗流孔孔内水位与库水位存在间接相关性，此时需要分析在不受降雨影响后相同库水位时，孔内水位是否存在下降，来进一步确认绕坝渗流的典型性。在分析水位折减系数的同时，还需要结合地质条件、工程防渗体系布置情况、现场巡视检查情况进行是否存在绕坝渗流的综合判断。本文基于某工程绕坝渗流的实测数据，采用水位变幅比值法来验证绕坝渗流分析过程。

2 典型工程绕坝渗流分析

某工程挡水建筑物为均质土坝，坝体主要由砂质黏土或砾质黏土组成，最大坝高38 m，工程为三等工程，老坝体采用坝体防渗墙防渗，墙底嵌入弱风化基岩3 m以上，坝体加高扩建时新坝体采用混凝土面板与防渗墙连接，但防渗墙未延伸至两岸坝肩山体内。两岸坝肩出露残坡积砾质黏土及强风化花岗岩，岩土体透水性好，强风化风花岗岩呈中等～强透水状。绕坝渗流监测在左岸沿水流方向布置5支测压管，编号L1～L5，在右岸沿水流方向布置5支测压管，编号R1～R5，采用电测水位计人工观测，观测频次为每周2次。各绕坝渗流孔特征值成果见表1，测值与水位和降雨量关系过程线见图1，图2。

表1 绕坝渗流孔特征值统计成果表

1)水位测值变化规律分析。

左岸绕坝渗流孔水位最大值在80.3 m～102.3 m之间，均发生于2018年9月3日，对应上游水位101.6 m；右岸绕坝渗流孔水位最大值在80.9 m～97.6 m之间，除R3测点外均发生于2018年9月3日，对应上游水位101.6 m。而历年最高水位为101.90 m发生在2018年9月2日，自2018年8月26日至9月1日，坝址附近持续降雨，最大日降雨量达214 mm，累计降雨量为584.4 mm，持续降雨导致库水位快速升高，而绕坝渗流孔内水位受降雨量影响明显，持续降雨致使边坡地下水位明显升高。

2)水位上升时段绕渗水头折减分析。

位于左岸的L1测孔水位长期高于库水位，主要是由于该孔的管口高程为111.4 m，高于坝顶高程108 m，孔内水位主要受降雨山体地下水的影响。其余各测点水位均有一定折减，距离帷幕较远的测点，水位较低。

选取2018年6月1日～2018年9月3日典型水位上升时段，统计绕坝渗流孔孔内水位变幅占该时段库水位变幅的比值，左岸除L1受山体水位影响明显外，其余测点水位变幅占库水变幅比值在0.35～1.08之间，有3个测点折减系数超过0.5；右岸测点水位变幅占库水变幅比值在0.32～0.58之间，有3个测点折减系数超过0.5；但因为本工程库容比较小，库水位随降雨上升明显，所以在强降雨后绕坝渗流孔内水位上升是受上游水位绕渗影响，还是受山体水位升高影响需要进一步分析。

3)绕渗典型性分析。

通过对过程线进一步分析，库水位从2018年6月1日的91.2 m上升至9月3日的101.65 m期间，左岸绕坝渗流孔L2，L3，L4在8月23日(对应上游水位为98.08 m)前孔内水位基本平稳，比上游水位低9 m～12 m，在9月3日(对应上游水位为101.65 m)观测时均存在突增，之后逐渐下降，至12月时孔内水位恢复到突增前水平。2018年9月～12月期间，库水位基本保持在100 m附近运行，期间降雨量较小，在上游水位持续保持高水位时，左岸绕渗孔内水位逐步恢复至原来的水平，因此说明左岸绕渗孔水位升高主要受降雨影响，更多地表现为大气降水补给与地下水位的关系，且与强降雨关系较为敏感，左岸绕坝渗流不明显。

右岸绕坝渗流孔R1，R2，R3在自2018年6月起随水位上升明显，比上游水位低2 m～3 m，折减较小，在2018年9月～12月期间，库水位基本保持在100 m附近运行，期间降雨量较小，在持续保持高水位时，右岸绕渗孔内水位没有恢复至原来的水平，均高于上游水位上升期的孔内水位，说明孔内水位升高主要受上游水位升高和降雨共同影响，由此推测右岸存在一定的绕坝渗流现象。

4)两岸防渗性能综合评价。

地质资料显示，坝肩岩体透水性好，其中左岸坝肩全风化花岗岩、强风化花岗岩呈强透水性，右岸坝肩强风化花岗岩属于中等～强透水性；防渗墙未延伸至两岸坝肩山体内，防渗系统未封闭；现场检查发现库水位较低时未发现库岸绕坝渗流情况，在历史水位较高的情况下右岸坝肩存在出水点，这与采用本文提出的方法对绕坝渗流孔监测数据进行分析得出的结论是一致的。综上所述，本工程左岸坝肩绕坝渗流不明显，右岸坝肩存在一定的绕渗情况，应对右岸防渗系统进行补强或重构。

3 结语

对大坝两岸防渗体系有效性进行评价时，采用合适的方法分析两岸绕坝渗流水位孔监测数据是十分重要的。本文提出通过分析库水位上升典型时段内，绕坝渗流孔内水位变幅占库水位变幅的比值进行绕渗初步判断，然后在排除降雨影响后，对相同库水位情况下孔内水位变化进一步分析，再结合地质条件、防渗结构布置、现场检查情况等，可以更好地评价大坝两岸防渗系统的实际运行情况，经过工程实例验证，采用本方法评价大坝绕坝渗流特性是可行的。