小水库渗漏安全评估方法

工程技术　Ｃｈｉｎａ　Ｎｅｗ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ　ａｎｄ　Ｐｒｏｄｕ：　ｃｔｓ　小水库渗漏安全评估方法　颜新立　（珠海市水务建设管理中心，广东珠海５１９０６０）　摘要：本文结合柠檬坑水库工程实例，结合现场观测数据、实验数据等有关资料，对水库坝体渗漏情况进行分析，提出坝体理论渗　流量计算原理，渗漏安全评估结论做出阐述。　关键词：坝体渗漏；计算参数；评估　１Ｔ程概况　柠檬坑水库位于珠海市香洲区南屏镇西南　部，西江磨刀门出口左岸，东与蛇地坑水库一山　坳之隔，西靠洪东村，北靠将军山下，南望洪湾水　闸。水库上坝公路长１．７８公里，交通十分便利。水　库始建于１９８４年ｌ１月。地处低洼丘陵区，库区　表面为粉质粘土覆盖，山体植被较好。水库为均　质土坝，集雨面积０．６７平方公里，为小（二）型水　库。最大坝长为９７米，坝顶高程６４．４０米，防浪墙　顶高程６４．８０米，溢洪道堰顶高程６Ｚ４０米，净宽　８．００米。２００年一遇校核洪水位６３．８０米，总库容　５４万立方米；２０年一遇设计洪水位６３－３５米，正　常水位６２．４０米，正常库容４５．３０万立方米。　工程建成至今已有２０多年的历史，经过了　多次工程处理，取得了一定的效果，但也存在不　少问题。几次工程措施包括：①于１９９４年对坝体　进行灌浆防渗处理。②于１９９５年将原７００ｘ１２００　的浆砌石方涵套装ＤＮ４００压力钢管，本次工程　处理最初目的是用于当地居民、工厂及中珠联围　洪湾水闸职工用水为主。涵内灌注混凝土防渗堵　漏。并在迎水坡进行了干砌石面浇筑混凝土防　渗。（￣）２００２年发现坝脚原沟有渗漏逸出点，并且　在库水深８米左右时尤为明显。于同年１２月再　次对坝体进行劈裂灌浆防渗堵漏；对大坝背水坡　进行修补坝坡，铺植草皮；建管理房一栋，二层，　面积９５平方米，同时搞好库区周围环境，再配套　建设了水位尺竿等观测设施。丁程效益达到年供　水量４５．３０万立米。　２坝体现状渗漏情况　２１现场观测数据　２００９年８月２１　１３现场观测，在大坝下游反　滤体坡脚正对直角三角形量水堰位置的防渗反　滤体上有杯口粗的水流涌出，其左右两侧还有两　处有较大的水流渗出，但渗漏水均水质清澈，无　带动泥砂的迹象。上游库水位为６０．４０ｍ，直角三　角形量水堰堰Ｅ水头为５．８ｃｍ。从近一个月的观　测来看，量水堰堰上水头均有５ｃｍ左右的水头　差，详细数据见表１所示。　根据《土石坝安全监测技术规范—ｓＬ６Ｏ＿９４》　附录Ｄ提供的直角三角形量水堰流量汁算公式：　５　渗流分析的内容包括：①、确定浸润线的位　置；②、确定渗流量。　３．１计算原理　从工程实际来看，本工程属于“均质坝，有堆　石滤水坝趾，下游无水情况”，计算公式参照《土　坝设计》＿＿—＿才＜利水电出版社。　根据上游坡率ｍ１及水头与渗径的比值可　求得１３值’ｆ旦为了更加精确起见，采用电拟试验数　值的相关数据计算求得ｐ值，确定△　，△。邛Ｈ。　堆石滤水坝趾Ｅ游脚处的浸润线高度ａｏ：　ａ。＝　：√丽一Ｌ　Ｋ　ａ＝１．４日　式中：Ｑ＿渗流量，ｍ　；　｝¨厘Ｅ水头　；　计算数值采用当天的观测数据：Ｈ＝５．８ｃｍ，　４日ｊ５１．４×０．０５８ｊ５得：Ｑ１．１．１３×ｌ０一　ｍ３／ｓ　＝＝式中：ｑ—单宽渗流量，ｍ　；　ｋ一渗流系数，ｃｍ／ｓ；　坝体浸润线位置按下式确定：　ｎ　一　单宽渗流量ｑ：　ｑ＝ｋａｏ　：ｚ２现场实验数据　实验器材包括：秒表一只；大容量容器—个；　接水漏斗一个；电子称一台。　实验步骤：先称出容器的重量，然后安装好　接水漏斗，安装漏斗时必须保证所有从量水堰上　流出的水均汇集到容器里面。于６０秒为一个时　间段进行实验，每隔６０秒取出容器，用电子称称　出重量。最后测得平均值为７０ｋｇ。　最后实验得出：　Ｑ实验　＝　ｍ－　－．　×－ｏ。ｍ　，ｓ　表１柠檬坑水库渗漏观测数　时间　７月１５目９：１５　１６　９：１５　１７日９：１５　１８日９：１５　ｌ９日９：１５　水库水位　天气　量水堰堰上　各注　ＬⅢＪ　５９　９　５９．９　５９．８　５９　８　５９．８　水头（ｃｍ）　晴　晴　晴　晴　睹　５．１　５．１　５．０　５．０　５．Ｏ　２０日９：１５　２１日９：１５　２２日９：１５　５９．８　５９．８　５９．８　睛　晴　晴　５．０　５．０　５．０　２３日９：１５　２４日９：１５　２５日９：１５　２６目９：１５　２７日９：１５　２８日９：１５　２９日９：１５　３０日９：１５　３１目９：１５　８月０１日９：１５　０２日９：１５　０３日９：Ｉ５　５９．７　５９．７　５９．７　５９．７　５９．７　Ｓ９．７　５９．７　５９．７　５９．７　５９，７　５９　６　５９．６　靖　晴　晴　睛　睛　晴　睛　晴　晴　晴　晴　晴　４．９　４．９　４．９　４．９　４．９　４．９　４　９　４．９　４．９　４．９　４．８　４．８　０４目９：１５　０５日９：１５　０６日９：１５　０７日９：１５　０８日９：１５　５９．６　５９．６　５９．６　５９．６　５９．８　晴　晴　晴　雨　雨　４．８　４．８　４．８　４．８　４．８　２．３坝体渗漏数据的确定　尽管上述理论渗流量与实验渗流量较接近，　究竟哪个数据更具代表性呢？现作如下分析：《土　石坝安全监测技术规范＿ｓＬ６ｏ＿９４》规定：‘‘４．５．３＿２　（１）量水堰应设在排水沟直线段的堰槽段。该段　应采用矩形断面，两侧墙应平行和铅直。槽低和　侧墙应加砌护，不漏水，不受其他干扰。”但现场　Ｂ＝９０ｍ；Ｈ＝１５．４ｍ；１＝４２．６ｍ；ｍｌ－２．５；ｋ－２３１８　观察的结果是，堰槽内淤积了相当的泥砂，同时　ｓ　槽低和侧墙也没有相应的进行砌护。由于多年的　１０％ｍ／锈蚀和当初施工安装的可能误差，量水堰已经有　ｂ．计算过程：　些不规则，而量水堰铁皮也已经生锈剥落，这些　根据上游坡率ｍ　＝２５及水头与渗径的比　因素均会影响到观测数据的准确性。而本次实验　是实测的实际渗流量。所以现状渗漏数据取实验　值，即：Ｑ始＝１．１７ｘ１０－￣ｍ　Ａｌ一口Ｈ：０．２３４×１５．４＝３．６０　ｍ　３坝体理论渗流量计算　△ｌ＋１＝３．６０＋４２．６０＝４６．２０　ｍ　在坝与水库失事事故的统计中，有２５％是由　堆石滤水坝趾上游脚处的浸润线高度ａｏ：　于渗流问题引起的。所以渗流问题在水库运行过　程中有着相当大的危害性，应给予足够的重视，　ａ　＝√　＋Ｈ。一／－＝－．］４６　２　＋１５．４。４６．２：２．５ｍ　Ｋ　以确保水库安全、高效地运行，同时创造更大的　坝体浸润线方程：　经济效益。　＝３．２计算参数的选取　由于本次渗漏安全评估缺少必要的地质资　料和观测资料，只有２００２年对坝体灌前进行的　堤坝勘测报告书和竣　验收资料等极少的资料。　基于以上原因，计算水位采用２００９年８月　２１日现场试验时候的库水位６０．４ｍ，下游水位为　０．０ｍ。同时选取２００２年对坝体灌浆前进行的地　质勘测报告、竣工验收报告两组地质参数及设计　规范要求的最大渗透系数进行计算。　３＿３详细计算　３．３．１库水位６０．４ｍ，下游水位为０．０ｍ，地质　参数选自２００２年３月《珠海市香洲区南屏镇水　利管理所柠檬坑水库堤坝勘察报告书》　ａ计算参数：　水库大坝最大坝长为９７米，对应的坝顶高　程为６４．４０米，同时大坝横剖面为“ｖ”型结构，而　计算水位６０．４０ｍ对应的坝面长度只有９ｏ米左　右，所以综合考虑取大坝计算长度为９０．０ｍ。　等＿２．７７，１３／￣１３－０＿２３４　｝～　一　ｈ　一、／ａ　＋２譬：　＼　厮　０９日９：１５　ｌ０日９：１５　１１臼９：１５　１２目９：１５　５９．８　６０．０　６０．２　６０．２　雨・　雨　雨　雨　４．８　４．８　４．９　４．９　ｌ　１　、　～　图１剖面示意图　图２坝体浸润线图　　２１日１ｌ６：１５　６０．４　阴　５　８　中国新技术新产品　一１　１５—　工程技术　防护林争夺农田土壤水分的解决办法　迟永存　陈景军　苏立平　（望奎县水务局，黑龙江望奎１５２１００）　摘要：文章分析了为防止水土流失采取田间防护林密集营造的措施，得出防护林的密集营造和断根沟对防止水土流失起到了积极　作用的结论。　关键词：水土流失；防护林；密集；农田土壤水分；断根沟　八五一～农场位于北纬４５。３７叫６。　夏季多为西南方向，冬季偏西北风，平均风力三　取水分，不会影响到林带的正常生长。　ｌ１　５４”，东经ｌ３ｌ。４７—一１３２。２０　之间，地处黑龙　江省东部的密山、虎林和宝清两市一县行政区域　级，平均风速４．ｓｍ／ｓ。土壤以白浆土为主。水土流　为了防止降水对断根沟集流冲刷，可往沟底　失面积占全场耕地的８８．７％，水土流失较为严重。　铺垫肥沃的活土层２　—＿Ｉ３Ｏ厘米，然后在沟内　内。按照全国自然区划，农场区域属于三江平原　为防止水土流失，采取了田间防护林密集营造措　栽种抗逆性强、经济效益较高的灌木，如沙棘、水　大地貌的—个单元。　施，取得了一定效果，但也存在着一定问题，因防　曲柳等。另外，可在土埂四周撒种毛苕子、草木苜　农场地形属于低山丘陵区，地势北高南低，　护林多以旁侧根系庞大的杨树为主，随着防护林　等草种，这些草地上部分生长迅速、繁茂，地下部　总体呈现高低相间型的地貌特征。境内可分为低　的不断长高，其旁侧根系向四周延伸的长度也在　分根系发达，是保土固沙较为理想的草种，同时　山、丘陵、漫岗、山谷平原、低平原等。根据地貌组　不断加大。经过随机测量，一株高２０米的杨树其　又是十分优良的绿肥和饲料。　合，全场可分为三个类型区，即：低山丘陵、漫岗、　根系向四周水平延伸的平均半径为１８．５米，在这　另外，北方地区春播时林带积雪刚刚融化，　冲积平原。农场气候主要以寒温带季风气候为　个范围内防护林要与农作物争肥夺水，导致农作　雪水涌灌到地头田间，造成机车难以下田播种，　主，大陆气候为副。多年平均降雨５５０毫米左右。　物植株矮小、于枯，造成粮食减产，严重影响作物　影响农时，开挖了断根沟后，雪水汇集沟内排放　最高达８９８毫米，最小３４７毫米，年内分配极不　产量。　出去，使得春季适时抢播得以实现，为秋后丰产　均匀，降雨多集中在７、８、９　ｉ个月，占全年降雨量　为解决这一问题，可以采取在距林带两侧边　丰收打下了良好基础。断根沟在降水过剩时可作　的７０％，一日最大暴雨９７．８毫米（８１年），ｊ目最　行２米处，用挖掘机开出一条与林带平行的梯形　排水沟用，通过断根的蓄水集流，可以减少农田　大暴雨１６９毫米。年蒸发约１２００毫米。年日照时　断沟，沟深１米，上口宽１．３米，底宽１米左右。挖　地表径流，缓解径流对土壤的冲届Ⅱ破坏，因此。林　数２３５０小时左右，年活动积温在２４６４￣Ｃ左右，年　出的土在沟与林带之间筑成低矮的土埂，土埂每　带断根沟对防止水土流失也起到了积极作用。　平均气温３．１℃，最高气温３　，最低气温．３５４　。　隔１０米长要留一个１．２米长的豁口，以作过水　参考文献　无霜期为１３３天左右，冰冻初期一般在１０月中　之用。经过这种处理，可以切断林带伸向农田的　ｆ１１刘文超，防护林对农田水分过盈吸收的防治措　旬，解冻在４月中旬，冰层深度在１ｌ５米以下，甸　侧根，截断其与农作物争夺水分的通道。同时，在　施，《中国水土保持｝２００２年第５期．　子地冻深１．５＿２米，岗地冻深２－２．５米；主要风向　断根沟以下的林带根系仍可以从深层土壤中吸　单宽渗流量ｑ：　单宽渗流量ｑ：　ｑ＝ｋａ０：２　３１８￣１０　×２．５＝５．８ｘｌＯ一　ｃｍ　／ｓ　ｑ：　０＝＝３．３８６￣１０‘　×２．５＝８．５￣１０。ｃｍ　／ｓ　：５．８×１０一　ｍ　／ｓ　＝８．５×１０一　ｍ　／ｓ　渗流量：　渗流量：　Ｑ聪】＝ｑＢ＝５　８￣１０　ｘ９０＝０．５２ｘ１０。ｍ　／ｓ　Ｑ　２＝ｑＢ＝８．５￣１０‘　×９０＝７．６５￣１０～ｍ　／ｓ　ｃ计算结果：　ｃ．计算结果：　Ｑ　１．－Ｑ　Ｑ理论２＜Ｑ试验　图４坝体浸润线图　②库水位６０．４ｍ，下游水位为０．０ｍ，地质参　③库水位６０．４ｍ，下游水位为Ｏ．Ｏｍ，渗透系　Ｑ理论３＝ｑＢ＝２．５×１０　×９０＝０．２３×１０一　ｍ３／ｓ　数选自２００３年６月《柠檬坑水库加固工程竣工　数取规范规定的最大值　ｃ．１ｔ￣结果：　资料——坝体劈裂灌浆》　ａ计算参数：　Ｑ理ｉｅ棚鼢　ａ计算参数：　水库大坝最大坝长为９７米，对应的坝顶高　４渗漏安全评估结论　水库大坝最大坝长为９７米，对应的坝顶高　程为６４．４０米，同时大坝横剖面为“ｖ”型结构，而　柠檬坑水库坝体为均质土坝，自竣工投入使　程为６４．４０米，同时大坝横剖面为“ｖ”型结构，而　计算水位６０．４０ｍ对应的坝面长度只有９０米左　用至今已有２０多年的历史，为珠海市的居民引　计算水位６０．４０ｍ对应的坝面长度只有９０米左　右，所以综合考虑取大坝计算长度为９０．０ｍ。　水作出了巨大的贡献，特别是为当地居民、工厂　右，所以综合考虑取大坝计算长度为９０．０ｍ。　《碾压式土石坝设计规范＞＞ＳＬ２７４－２００１‘‘４．１５　及中珠联围洪湾水闸职工用水提供了保障。　Ｂ－－９０ｍ；Ｈ＝１５．４ｍ；１－－４２．６ｒｎ；ｍｌ－２５；ｋ－３．３８６ｘ　渗透土料应满足下列要求：Ｉ渗透系数：均质坝不　在接到珠海市香洲区水利局的委托任务后，　１　ｃｍ／ｓ　大于ｌｘｌＯ￣ｃｒｎ／ｓ，……”所以取规范规定的最大渗　我院高度重视，在院总工的带领下到现场察看，　ｂ　｛算过程：　透系数ｌｘｌＯ＇４ｃｔｒｇｓ进行复核验算。　并进行现场实验。回到单位立即落实任务。　根据上游坡率ｍ。－２．５及水头与渗径的比值　Ｂ－－－９０ｍ；Ｈ＝１５．４ｍ；１＝４２　６ｍ；ｍ１．２５；ｋ：ｌ　ｘｌＯ一　经计算，无论是取２００２年对坝体灌浆前进　导＝　争＿２－７７盔ｐ值表得ｐ＝｜Ｄ＿２３４　４ｃｍ］ｓ　行的地质勘测报告参数、竣工验收报告中的地质　ｂ．ｉ［－￣ｌｇ过程：　参数还是规范要求的防渗安全最大渗透系数等　ＡＩ＝口Ｈ＝０．２３４×１５．４＝３．６０　ｍ　根据上游坡率ｎｌ　＿２．５及水头与渗径的比值　三方面进行计算，Ｑ理论均小于Ｑ试验，即现状　，Ｊ＝Ａｌ＋１＝３．６０＋４２．６０＝４６．２０　ｍ　堆石滤水坝趾Ｅ游脚处的浸润线高度ａｏ：　导＝　等＿２‘７７查ｐ值表得１３－０．２３４　渗流量偏大，并超出允许值，比规范要求的渗透　系数不大于ｌｘｌＯ％ｍ／ｓ对应的渗透量大５倍。　△ｌ＝口Ｈ＝０．２３４×１５．４＝３．６０　ｍ　所以初，Ｓｑ．ｋ为，坝体的渗流量是不正常的，　ａ　一√丽　Ｌ＝Ａ１＋１＝３．６０＋４２．６０＝４６．２０　ｍ　Ｋ　是偏大的，长期运行下去对坝体是不安全的。坝　坝体浸润线方程：　堆石滤水坝趾Ｅ游脚处的浸润线高度ａ０：　体可能由于长期的渗流而形成渗流通道或管涌，　ｎ　孵＝厩腼　ａ　：　一Ｌ＝　一４６．２＝２．５　ｍ　对坝体构成极大的安全隐患。因此建议对坝体进　Ｋ　行防渗加固措施。加固措施包括：对坝体地质、地　坝体浸润线方程：　形进～步勘察，提供地质参数后对坝体及坝基进　ｈ　：、Ｖ／　ｏ：＋２竽：Ｋ　　万　丽　行充填灌浆，以确保水库安全、高效的运行。同时　建议选择灌浆方面较强的单位进行施工，以杜绝　单宽渗流量ｑ：　灌浆后没几年又需复灌的情况。　ｑ＝ｋａ　＝１．０×１０　２．５＝２．５×１０　ｃｍ　／Ｓ　参考文献　＝２．５×１０　ｍ　，ｓ　【１】李欣．渗流场反演计算及在水库渗漏控制中的　图３坝体浸润线图　渗流量：　应用研究ｍ吉林大学，２００４４）３－０１．　一１　１６一　中国新技术新产品