CN113375751A - 一种深厚覆盖层河床大坝渗漏量检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及水利工程技术领域，公开了一种深厚覆盖层河床大坝渗漏量检测方法，旨在解决现有的深厚覆盖层河床大坝渗漏量检测方法存在工程量大、施工难度高以及准确性差的问题，方法包括：在待测大坝的下游施工围堰上方开槽，建立第一渗漏量计算模型；建立总渗漏量计算模型；根据第一渗漏量计算模型和总渗漏量计算模型建立第二渗漏量计算模型；实时检测待测大坝的第一渗漏量、上游库水位和下游坝体水位线，根据检测得到的上游库水位和下游坝体水位线并基于第二渗漏量计算模型计算第二渗漏量，将检测得到的第一渗漏量和计算得到的第二渗漏量相加得到待测大坝的总渗漏量。本发明检测难度低、准确度高，特别适用于深厚覆盖层河床大坝。

Description

一种深厚覆盖层河床大坝渗漏量检测方法

技术领域

本发明涉及水利工程技术领域，具体来说涉及一种深厚覆盖层河床大坝渗漏量检测方法。

背景技术

近年来，我国水电发展迅速，尤其深厚覆盖层河床上修建的高坝大库水电工程大坝，各种水工建筑物的运行工况及施工技术均愈来愈复杂，对水工建筑物安全性和稳定性的要求越来越高，因此，工程安全监测对水工建筑物的重要性不言而喻。高坝工程对监测技术提出了更高的要求及挑战，要确保水工建筑物的安全稳定运行不仅需要高质量的施工技术也需要各种监测手段；其中，评价高土石坝安全和质量优劣的一个非常重要指标便是坝后渗流量。

为了全面准确的了解大坝及其基础的坝后渗漏量，传统的方法是在大坝下游通过基础防渗墙及防渗帷幕将渗漏水的流通途径截断，将大坝和绕过河床及两岸基础的库水集中收集，并让收集的渗漏水经过量水堰而获得相应渗漏量。

由于挡水大坝是修建在深厚覆盖层基础的河床上，深厚覆盖层及两岸基岩基础渗漏性好，防水性及阻水效果差，就需要在坝后深厚覆盖层及两岸山体修筑要求很高而能截断库水漏走的全封闭混凝土截水墙，将绕过河床及两岸的库水集中、收集起来，再让其通过截水墙后的量水堰布置或集水坑而获得渗流量。

但由于深厚覆盖层厚度大、河床宽，要将修筑截断库水漏走的全封闭混凝土截水墙向河床深度及两岸山体延伸，所需工程量大、施工难度高，造成所需工程投资高。

此外，量水堰一般修建在河床中部的截水墙后，需在截水墙中间开口并紧贴截水墙下游面安装堰板，截水墙上游修建堰槽汇集水流。这种方法不仅涉及工程量大，工程难度和投资也较大，并且为了获得渗漏量也不利于下游渗漏水流走，造成大坝下游水位雍高而抬高坝体浸润线，不利工程后期安全运行。同时高土石坝一般修建在高山峡谷地带，两岸山体随时有块石跌落，对枢纽区建筑物构成了极大的威胁，坝后量水堰作为一种永久监测设施，一旦堰槽中有块石堵塞，水流将不通畅，也会直接影响坝后量水堰渗流量测读的准确性。

发明内容

本发明旨在解决现有的深厚覆盖层河床大坝渗漏量检测方法存在工程量大、施工难度高以及准确性差的问题，提出另一种深厚覆盖层河床大坝渗漏量检测方法。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案是：一种深厚覆盖层河床大坝渗漏量检测方法，包括以下步骤：

步骤1、在待测大坝的下游施工围堰上方开槽，建立第一渗漏量计算模型，所述第一渗漏量计算模型用于指示下游施工围堰开槽处的第一渗漏量与上游库水位和下游坝体水位线之间的第一对应关系；

步骤2、建立总渗漏量计算模型，所述总渗漏量计算模型用于指示总渗漏量与上游库水位和下游坝体水位线之间的第二对应关系，所述下游坝体水位线用于指示下游坝体的水位高程分布；

步骤3、根据所述第一渗漏量计算模型和总渗漏量计算模型建立第二渗漏量计算模型，所述第二渗漏量计算模型用于指示除第一渗漏量外的第二渗漏量与上游库水位和下游坝体水位线之间的第三对应关系；

步骤4、实时检测待测大坝的下游施工围堰开槽处的第一渗漏量、上游库水位和下游坝体水位线，根据检测得到的上游库水位和下游坝体水位线并基于第二渗漏量计算模型计算第二渗漏量，将检测得到的第一渗漏量和计算得到的第二渗漏量相加得到待测大坝的总渗漏量。

进一步地，步骤1中，所述第一渗漏量计算模型的建立方法包括：

在下游施工围堰的开槽处安装量水堰，实时检测下游施工围堰开槽处的第一渗漏量、上游库水位和下游坝体水位线，根据检测得到的下游施工围堰开槽处的第一渗漏量、上游库水位和下游坝体水位线建立第一渗漏量计算模型。

进一步地，步骤4中，所述第一渗漏量通过量水堰实时检测得到。

进一步地，步骤2中，所述总渗漏量计算模型的建立方法包括：

根据待测大坝的工程设计参数建立三维渗流模型，根据所述三维渗流模型建立总渗漏量计算模型。

进一步地，根据所述三维渗流模型建立总渗漏量计算模型的方法具体包括：

建立待测大坝上游库水位和下游坝体水位线与水体积和渗透面积之间的第四对应关系；

根据所述三维渗流模型确定待测大坝水体积和渗透面积与总渗漏量之间的第五对应关系；

根据所述第四对应关系和第五对应关系确定出待测大坝上游库水位和下游坝体水位线与总渗漏量之间的第二对应关系，根据所述第二对应关系建立总渗漏量计算模型。

进一步地，所述第四对应关系根据待测大坝的设计规格参数确定。

进一步地，步骤4中，实时获取待测大坝的下游坝体水位线的方法包括：

在下游坝体的坝脚处分布设置多个测压管，通过多个测压管确定下游坝体的水位高程分布，进而根据水位高程分布得到待测大坝的下游坝体水位线。

进一步的，所述步骤4还包括：根据实时检测的第一渗漏量、上游库水位和下游坝体水位线对第一渗漏量计算模型进行优化，并根据优化后的第一渗漏量计算模型对第二渗漏量计算模型进行更新，根据更新后的第二渗漏量计算模型计算第二渗漏量。

本发明的有益效果是：本发明所述的深厚覆盖层河床大坝渗漏量检测方法，利用上游库水位和下游坝体水位线与渗漏量的相对关系，建立相应的渗漏量计算模型，并利用相应的渗漏量计算模型计算得到大坝的渗漏量，本发明基于三维渗流计算及反演计算得到大坝渗漏量的方法，成功解决了传统坝后量水堰机械法获得大坝及基础渗漏量监测方法而工程难度大、施工工艺复杂、工期长、工程量大以及造价高等问题，本发明无需复杂设备和技术，现场施工、操作简单、方便，极大地节约了安装和检测的时间，提高了检测的可靠性和准确性，具有重要的工程意义。

附图说明

图1为本发明实施例所述的深厚覆盖层河床大坝渗漏量检测方法的流程示意图；

图2为本发明实施例所述的大坝结构俯视图；

图3为本发明实施例所述的大坝沿河流方向的剖面示意图；

图4为本发明实施例所述的大坝下游施工围堰处沿下游施工围堰方向的剖面示意图；

图5为本发明实施例所述的堰槽结构俯视图；

图6为本发明实施例所述的堰槽沿河流方向的剖面示意图；

图7为本发明实施例所述的测压管安装位置示意图；

附图标记说明：

1-导流洞；2-上游施工围堰；3-待测大坝；4-下游施工围堰；5-下游坝体；6-测压管；7-堰槽；8-整流网；9-钢尺；10-流量计；11-堰板；Q1-第一渗漏量；Q2-第二渗漏量。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明的实施方式进行详细描述。

本发明旨在解决现有的深厚覆盖层河床大坝渗漏量检测方法存在工程量大、施工难度高以及准确性差的问题，提出一种深厚覆盖层河床大坝渗漏量检测方法，方案包括：在待测大坝的下游施工围堰上方开槽，建立第一渗漏量计算模型，所述第一渗漏量计算模型用于指示下游施工围堰开槽处的第一渗漏量与上游库水位和下游坝体水位线之间的第一对应关系；建立总渗漏量计算模型，所述总渗漏量计算模型用于指示总渗漏量与上游库水位和下游坝体水位线之间的第二对应关系，所述下游坝体水位线用于指示下游坝体的水位高程分布；根据所述第一渗漏量计算模型和总渗漏量计算模型建立第二渗漏量计算模型，所述第二渗漏量计算模型用于指示除第一渗漏量外的第二渗漏量与上游库水位和下游坝体水位线之间的第三对应关系；实时检测待测大坝的下游施工围堰开槽处的第一渗漏量、上游库水位和下游坝体水位线，根据检测得到的上游库水位和下游坝体水位线并基于第二渗漏量计算模型计算第二渗漏量，将检测得到的第一渗漏量和计算得到的第二渗漏量相加得到待测大坝的总渗漏量。

首先，需要在待测大坝的下游施工围堰开设堰槽，通过开设的堰槽来检测大坝在堰槽处的第一渗漏量，同时检测对应的上游库水位和下游坝体水位线，由于第一渗漏量与上游库水位和下游坝体水位线之间存在密切的相关性，因此可以根据它们之间的相关性建立第一渗漏量计算模型；同时，大坝的总渗漏量与上游库水位和下游坝体水位线之间也存在密切的相关性，因此可以根据它们之间的相关性建立总渗漏量计算模型，此外，第二渗漏量与上游库水位和下游坝体水位线之间也存在密切的相关性，该相关性通过第一渗漏量和总渗漏量与上游库水位和下游坝体水位线之间的相关性确定，即进而根据第一渗漏量计算模型和总渗漏量计算模型建立第二渗漏量计算模型，由于总渗漏量与上游库水位和下游坝体水位线之间的相关性难以通过实际检测数据得到，因此，仅通过总渗漏量计算模型并不能实现对大坝总渗漏量的准确检测，本发明通过能够进行数据验证的第一渗漏量模型来建立第二渗漏量模型，并通过实测第一渗漏量和计算得到的第二渗漏量之和来得到最终较为准确的总渗漏量。

实施例

本发明实施例所述的深厚覆盖层河床大坝渗漏量检测方法，如图1所示，包括以下步骤：

步骤S1、在待测大坝的下游施工围堰上方开槽，建立第一渗漏量计算模型，所述第一渗漏量计算模型用于指示下游施工围堰开槽处的第一渗漏量与上游库水位和下游坝体水位线之间的第一对应关系；

如图2和图3所示，在修建大坝3之前，需要先将河流中的水通过导流洞1引导至下游，并在河流上游修建上游施工围堰2，在河流下游修建下游施工围堰4。本实施例所要计算的是下游坝体5的渗漏量。

如图4所示，本实施例在大坝修建完成后，下游施工围堰上方开设堰槽7，堰槽7的渗漏量为第一渗漏量Q1。

由于第一渗漏量Q1与上游库水位和下游坝体水位线之间存在密切的相关性，因此可以根据它们之间的相关性建立第一渗漏量计算模型，其中，上游库水位为大坝3上游的水位高程分布，下游坝体水位线为大坝3上游坝体5的水位高程分布。

本实施例中，第一渗漏量Q1计算模型的建立方法包括：

在下游施工围堰的开槽处安装量水堰，实时检测下游施工围堰开槽处的第一渗漏量、上游库水位和下游坝体水位线，根据检测得到的下游施工围堰开槽处的第一渗漏量Q1、上游库水位和下游坝体水位线建立第一渗漏量计算模型。

如图5和图6所示，本实施例的量水堰包括：整流网8、钢尺9、流量计10和堰板11，堰槽7中的渗漏水通过量水堰，即可得到堰槽7的第一渗漏量Q1，再通过检测对应时刻的上游库水位和下游坝体水位线，即可得到第一渗漏量Q1与上游库水位和下游坝体水位线之间的第一对应关系，进而根据第一对应关系建立第一渗漏量计算模型，第一渗漏量计算模型能够根据上游库水位和下游坝体水位线计算得到堰槽7的第一渗漏量Q1。

本实施例中，如图7所示，实时获取待测大坝的下游坝体水位线的方法包括：

在下游坝体的坝脚处分布设置多个测压管6，通过多个测压管6确定下游坝体的水位高程分布，进而根据水位高程分布得到待测大坝的下游坝体水位线。

步骤S2、建立总渗漏量计算模型，所述总渗漏量计算模型用于指示总渗漏量与上游库水位和下游坝体水位线之间的第二对应关系，所述下游坝体水位线用于指示下游坝体的水位高程分布；

本实施例中，所述总渗漏量计算模型的建立方法包括：

根据待测大坝的工程设计参数建立三维渗流模型，根据所述三维渗流模型建立总渗漏量计算模型。

具体而言，三维渗流模型是基于大坝的工程设计参数建立的仿真模型，例如，根据建设材料、体积、孔隙率等参数建立的三维模型，其中，根据所述三维渗流模型建立总渗漏量计算模型的方法具体包括：

建立待测大坝上游库水位和下游坝体水位线与水体积和渗透面积之间的第四对应关系；

根据所述三维渗流模型确定待测大坝水体积和渗透面积与总渗漏量之间的第五对应关系；

根据所述第四对应关系和第五对应关系确定出待测大坝上游库水位和下游坝体水位线与总渗漏量之间的第二对应关系，根据所述第二对应关系建立总渗漏量计算模型。

步骤S3、根据所述第一渗漏量计算模型和总渗漏量计算模型建立第二渗漏量计算模型，所述第二渗漏量计算模型用于指示除第一渗漏量外的第二渗漏量与上游库水位和下游坝体水位线之间的第三对应关系；

可以理解，其中，第二渗漏量Q2用于表示总渗漏量Q中除第一渗漏量Q1外渗漏量，即下游坝体5的底部及两岸的渗漏量，第二渗漏量Q2与上游库水位和下游坝体水位线之间也存在密切的相关性，由于第一渗漏量Q1与第二渗漏量Q2之和即为总渗漏量Q，因此在得到第一渗漏量计算模型和总渗漏量计算模型后，即可建立第二渗漏量计算模型。

步骤S4、实时检测待测大坝的下游施工围堰开槽处的第一渗漏量、上游库水位和下游坝体水位线，根据检测得到的上游库水位和下游坝体水位线并基于第二渗漏量计算模型计算第二渗漏量，将检测得到的第一渗漏量和计算得到的第二渗漏量相加得到待测大坝的总渗漏量。

具体而言，在第二渗漏量计算模型建立后，通过量水堰实时检测堰槽7的第一渗漏量Q1，通过测压管6实时检测下游坝体水位线，由于在大坝运行时上游库水位处于实时检测状态，因此，直接获取即可，然后将下游坝体水位线和上游库水位输入第二渗漏计算模型即可计算得到第二渗漏量Q2，最后将实时检测到的第一渗漏量Q1和计算得到的第二渗漏量Q2相加即可得到待测大坝的总渗漏量Q2。

由于总渗漏量Q与上游库水位和下游坝体水位线之间的相关性难以通过实际检测数据得到，因此，仅通过总渗漏量计算模型并不能实现对大坝总渗漏量的准确检测，本实施例通过能够进行数据验证的第一渗漏量模型来建立第二渗漏量模型，并通过实测第一渗漏量和计算得到的第二渗漏量之和来得到最终较为准确的总渗漏量。

Claims (8)

1.一种深厚覆盖层河床大坝渗漏量检测方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1、在待测大坝的下游施工围堰上方开槽，建立第一渗漏量计算模型，所述第一渗漏量计算模型用于指示下游施工围堰开槽处的第一渗漏量与上游库水位和下游坝体水位线之间的第一对应关系；

步骤2、建立总渗漏量计算模型，所述总渗漏量计算模型用于指示总渗漏量与上游库水位和下游坝体水位线之间的第二对应关系，所述下游坝体水位线用于指示下游坝体的水位高程分布；

步骤3、根据所述第一渗漏量计算模型和总渗漏量计算模型建立第二渗漏量计算模型，所述第二渗漏量计算模型用于指示除第一渗漏量外的第二渗漏量与上游库水位和下游坝体水位线之间的第三对应关系；

步骤4、实时检测待测大坝的下游施工围堰开槽处的第一渗漏量、上游库水位和下游坝体水位线，根据检测得到的上游库水位和下游坝体水位线并基于第二渗漏量计算模型计算第二渗漏量，将检测得到的第一渗漏量和计算得到的第二渗漏量相加得到待测大坝的总渗漏量。

2.如权利要求1所述的一种深厚覆盖层河床大坝渗漏量检测方法，其特征在于，步骤1中，所述第一渗漏量计算模型的建立方法包括：

在下游施工围堰的开槽处安装量水堰，实时检测下游施工围堰开槽处的第一渗漏量、上游库水位和下游坝体水位线，根据检测得到的下游施工围堰开槽处的第一渗漏量、上游库水位和下游坝体水位线建立第一渗漏量计算模型。

3.如权利要求2所述的一种深厚覆盖层河床大坝渗漏量检测方法，其特征在于，步骤4中，所述第一渗漏量通过量水堰实时检测得到。

4.如权利要求1所述的一种深厚覆盖层河床大坝渗漏量检测方法，其特征在于，步骤2中，所述总渗漏量计算模型的建立方法包括：

根据待测大坝的工程设计参数建立三维渗流模型，根据所述三维渗流模型建立总渗漏量计算模型。

5.如权利要求4所述的一种深厚覆盖层河床大坝渗漏量检测方法，其特征在于，根据所述三维渗流模型建立总渗漏量计算模型的方法具体包括：

建立待测大坝上游库水位和下游坝体水位线与水体积和渗透面积之间的第四对应关系；

根据所述三维渗流模型确定待测大坝水体积和渗透面积与总渗漏量之间的第五对应关系；

根据所述第四对应关系和第五对应关系确定出待测大坝上游库水位和下游坝体水位线与总渗漏量之间的第二对应关系，根据所述第二对应关系建立总渗漏量计算模型。

6.如权利要求5所述的一种深厚覆盖层河床大坝渗漏量检测方法，其特征在于，所述第四对应关系根据待测大坝的设计规格参数确定。

7.如权利要求1所述的一种深厚覆盖层河床大坝渗漏量检测方法，其特征在于，步骤4中，实时获取待测大坝的下游坝体水位线的方法包括：

在下游坝体的坝脚处分布设置多个测压管，通过多个测压管确定下游坝体的水位高程分布，进而根据水位高程分布得到待测大坝的下游坝体水位线。

8.如权利要求1所述的一种深厚覆盖层河床大坝渗漏量检测方法，其特征在于，所述步骤4还包括：根据实时检测的第一渗漏量、上游库水位和下游坝体水位线对第一渗漏量计算模型进行优化，并根据优化后的第一渗漏量计算模型对第二渗漏量计算模型进行更新，根据更新后的第二渗漏量计算模型计算第二渗漏量。

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