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摘 要：水库管理工作中，渗流监控是提取管理数据的重要方式，本文以某水库为例，结合渗流监控客观影响因素，提炼水位过线和有限元模型两个方面的监控技术，作为该水库渗流管理的监控手段。
关键词：水库管理；渗流监控；技术应用
一、某水库渗流管理的背景情况
某水库落成于1980年，其围堤采用碾压式均质土坝，堤顶宽度7m，其中坝体为粉土，坝基含水层由粉土、粉细砂和粉质粘土组成，浅层地下水水文高程在2.3-4.05m之间，以孔隙潜水为主，另外库底和围堤的平均高程分别为1.4m、6.5m。为加强水库的管理工作，我们需要掌握各断面的渗流情况，但在渗流监控过程中，发现存在以下几个方面的影响因素：
（1）水压力影响渗流时间差。以水库堤坝其中一个断面为例（以下均相同），该断面土体土质松散。虽然断面土体经过了碾压，但不能完全消除土体之间的孔隙，水库内的水渗透入土体孔隙的过程中，需要一定的时间，因此在渗透的不同时间段，会有不同的渗流监控结果。另外水库水位的变化，也会影响相同断面不一样的监控结果。
（2）不稳定渗流的影响。水库的水位处于频繁变化态势，从降低或者升高至某个水位，到稳定渗流的形成，需要一定的时间，而在对应水位的稳定渗流形成后，原来水位可能已经出现变化，此时对渗流的监控，务必考虑这种不稳定渗流的影响，否则监控结果必然不够精准。
（3）堤身质量问题影响。水库运行状态的鉴定结果显示，堤坝的堤身，由于运行年头久远，加上原来填筑质量不均匀，坝体的密实度低于设计标准，也是影响渗流监控的主要原因之一。
二、案例水库渗流管理监控技术的应用
围绕案例水库渗流管理监控的影响因素，为有效规避这些因素的影响，同时保证渗流监控结果的精准度，在此笔者提出两种技术，其分析方法如下：
1.水位过程线
过程线监控，需建立时程曲线，坐标体系内参数由时间、库水位、测压管水位组成，其中时间为横坐标参数，后两者为纵坐标参数。所形成的过程线，可较为精准分析测压管水位、库水位之间的滞后程度，进而判断坝体的渗流状态是否稳定，消除“水压力影响渗流时间差”、“不稳定渗流的影响”造成的影响。布置测压管后，笔者绘制了该断面的测压管水位过程线，经分析得出几点结论：
（1）防渗墙加固后，布置在内侧的测压管，其管水位的过程线，与库水位的过程线比较接近，说明该位置的防渗加固效果稳定。
（2）在防渗墙外侧的测压管，管水位与库水位关联性也不大，说明该位置断面的防渗墙作用不大，对堤坝的防渗影响最为明显。
（3）在确保各测压管正常使用后，各管的水位，随着库水位的上升或者下降，时空差值明显减少。在此基础上提炼出防渗墙各位置的防渗参数，并确定具体的防渗点，在经过一系列的防渗加固处理后，管水位的变化幅度，基本不受到库水位变化的影响，由此判断防渗加固达标。
2.有限元模型分析
在水位过程线监控分析的基础上，借助有限元软件，模拟水库堤坝的渗流状态，可进一步提高渗流监控解析的精确度。有限元模型包括四种边界条件：第一个边界条件是定总水头边界，排除在计算域之外，属于外边界；第二个边界条件是定流量边界，本工程将防渗墙作为不透水边界，该位置的流量取值为零；第三个边界条件是渗出边界，即水库堤坝的溢出面；第四个边界条件是定压强水头的边界，其中位置明确的自由面，压强水头值为零。按照这四个边界条件，构建了以上的渗流有限元模型，利用有限元模型计算出所有结点的水头分布，最后模拟压力为0的条件，进行自由水面位置的调整，得出堤坝防渗加固前后的渗流状态：
（1）加固前渗流状态。按照水库土体渗透系数，布置堤坝的浸润线，其中库水位和库外水位分别取值5m、0m，另外下边界视为不透水边界。经分析，确定逸点高度为1.695m，8+450断面渗流量为5.68×10-6m3/s。
（2）加固后渗流状态。由于防渗墙防渗，没有对比性的渗漏系数时，仅仅依靠有限元分析，效果很难断定。为此，在保持模型库水位、库外水位、不透水边界等不变的情况下，笔者分别取值5×10-7m3/s、10×10-7m3/s两个不同的渗透系数，分别分析这两个系数对应的加固后浸润线状态。笔者综合对比了浸润线，不难看出：设置防渗墙后，渗透系数取值越小，浸润线的位置越低，则渗流量和出逸高度就越低，说明加固后防渗效果更好。
三、水库渗流管理监控的注意要点
以上的渗流监控，不排除监控效应量因素对渗流安全的影响。效应量变化规律的掌握，可如下总结：
（1）土和水压缩性影响监控。防渗加固后，经土体的压缩和水的膨胀，饱和土体内贮存的水量将被完全释放出来，以上的监测，对土和水压缩性影响的分析非常必要，其中包括水头函数、渗透系数、单位贮存量和压缩时间等，分别是建立初始条件、水头边界、流量边界的重要前提。
（2）温度影响监控。以上渗压水位和渗流量，利用观测设施即可直观得出结果，而水的温度变化、气候的温度变化，对渗透系数的影响更难揣摩。对此，笔者尝试性通过具体的摄氏温度和某个摄氏温度下渗透系数值，掌握了渗透系数与温度变化之间的影响关系。
（3）淤积影响监控。正常看来，淤积可以起到固结坝体的效果，但事实上这种效果微乎其微。水库的防渗体出现裂缝之后，在渗流的冲蚀作用下，渗透性反而有增无减，说明在监控堤坝渗流时，有必要将堤坝前面的淤泥清除。
（4）土体紧密度影响监控。分析过程中发现，水库水位变化、降雨强度大小、坝体材料渗透性等，都有一定影响。尽管影响程度不大，但在实际渗流监控时，依然有必要将其纳为考虑因素之一。
四、结论
在过程线监控的基础上，有限元分析重点掌握加固前后的堤坝渗流量和出逸点高度，进而确定防渗墙的渗透系数，是确定后期防渗施工重要的参数。在分析时，没有遇到实质性的困难，但在建立起有限元分析结果和过程线监控结果时，要注意两者之间的参数是否有相悖情况。文章通过研究，明确了案例水库渗流管理时监控技术的应用方法，其他水库在结合自身管理情况的基础上，可参考借鉴以上方法。
参考文献：
[1]邢明，江晓益.辽湾水库除险加固后大坝渗流观测分析[J].浙江水利科技，2014，（3）：86-87.
[2]寇华榕.龙门滩水库大坝渗流安全评价[J].水利科技，2014，（2）：38-41.
[3]申莲.希尼尔水库大坝渗流监测安全评价[J].水利规划与设计，2014，（10）：83-88.
关键词：水库管理；渗流监控；技术应用
一、某水库渗流管理的背景情况
某水库落成于1980年，其围堤采用碾压式均质土坝，堤顶宽度7m，其中坝体为粉土，坝基含水层由粉土、粉细砂和粉质粘土组成，浅层地下水水文高程在2.3-4.05m之间，以孔隙潜水为主，另外库底和围堤的平均高程分别为1.4m、6.5m。为加强水库的管理工作，我们需要掌握各断面的渗流情况，但在渗流监控过程中，发现存在以下几个方面的影响因素：
（1）水压力影响渗流时间差。以水库堤坝其中一个断面为例（以下均相同），该断面土体土质松散。虽然断面土体经过了碾压，但不能完全消除土体之间的孔隙，水库内的水渗透入土体孔隙的过程中，需要一定的时间，因此在渗透的不同时间段，会有不同的渗流监控结果。另外水库水位的变化，也会影响相同断面不一样的监控结果。
（2）不稳定渗流的影响。水库的水位处于频繁变化态势，从降低或者升高至某个水位，到稳定渗流的形成，需要一定的时间，而在对应水位的稳定渗流形成后，原来水位可能已经出现变化，此时对渗流的监控，务必考虑这种不稳定渗流的影响，否则监控结果必然不够精准。
（3）堤身质量问题影响。水库运行状态的鉴定结果显示，堤坝的堤身，由于运行年头久远，加上原来填筑质量不均匀，坝体的密实度低于设计标准，也是影响渗流监控的主要原因之一。
二、案例水库渗流管理监控技术的应用
围绕案例水库渗流管理监控的影响因素，为有效规避这些因素的影响，同时保证渗流监控结果的精准度，在此笔者提出两种技术，其分析方法如下：
1.水位过程线
过程线监控，需建立时程曲线，坐标体系内参数由时间、库水位、测压管水位组成，其中时间为横坐标参数，后两者为纵坐标参数。所形成的过程线，可较为精准分析测压管水位、库水位之间的滞后程度，进而判断坝体的渗流状态是否稳定，消除“水压力影响渗流时间差”、“不稳定渗流的影响”造成的影响。布置测压管后，笔者绘制了该断面的测压管水位过程线，经分析得出几点结论：
（1）防渗墙加固后，布置在内侧的测压管，其管水位的过程线，与库水位的过程线比较接近，说明该位置的防渗加固效果稳定。
（2）在防渗墙外侧的测压管，管水位与库水位关联性也不大，说明该位置断面的防渗墙作用不大，对堤坝的防渗影响最为明显。
（3）在确保各测压管正常使用后，各管的水位，随着库水位的上升或者下降，时空差值明显减少。在此基础上提炼出防渗墙各位置的防渗参数，并确定具体的防渗点，在经过一系列的防渗加固处理后，管水位的变化幅度，基本不受到库水位变化的影响，由此判断防渗加固达标。
2.有限元模型分析
在水位过程线监控分析的基础上，借助有限元软件，模拟水库堤坝的渗流状态，可进一步提高渗流监控解析的精确度。有限元模型包括四种边界条件：第一个边界条件是定总水头边界，排除在计算域之外，属于外边界；第二个边界条件是定流量边界，本工程将防渗墙作为不透水边界，该位置的流量取值为零；第三个边界条件是渗出边界，即水库堤坝的溢出面；第四个边界条件是定压强水头的边界，其中位置明确的自由面，压强水头值为零。按照这四个边界条件，构建了以上的渗流有限元模型，利用有限元模型计算出所有结点的水头分布，最后模拟压力为0的条件，进行自由水面位置的调整，得出堤坝防渗加固前后的渗流状态：
（1）加固前渗流状态。按照水库土体渗透系数，布置堤坝的浸润线，其中库水位和库外水位分别取值5m、0m，另外下边界视为不透水边界。经分析，确定逸点高度为1.695m，8+450断面渗流量为5.68×10-6m3/s。
（2）加固后渗流状态。由于防渗墙防渗，没有对比性的渗漏系数时，仅仅依靠有限元分析，效果很难断定。为此，在保持模型库水位、库外水位、不透水边界等不变的情况下，笔者分别取值5×10-7m3/s、10×10-7m3/s两个不同的渗透系数，分别分析这两个系数对应的加固后浸润线状态。笔者综合对比了浸润线，不难看出：设置防渗墙后，渗透系数取值越小，浸润线的位置越低，则渗流量和出逸高度就越低，说明加固后防渗效果更好。
三、水库渗流管理监控的注意要点
以上的渗流监控，不排除监控效应量因素对渗流安全的影响。效应量变化规律的掌握，可如下总结：
（1）土和水压缩性影响监控。防渗加固后，经土体的压缩和水的膨胀，饱和土体内贮存的水量将被完全释放出来，以上的监测，对土和水压缩性影响的分析非常必要，其中包括水头函数、渗透系数、单位贮存量和压缩时间等，分别是建立初始条件、水头边界、流量边界的重要前提。
（2）温度影响监控。以上渗压水位和渗流量，利用观测设施即可直观得出结果，而水的温度变化、气候的温度变化，对渗透系数的影响更难揣摩。对此，笔者尝试性通过具体的摄氏温度和某个摄氏温度下渗透系数值，掌握了渗透系数与温度变化之间的影响关系。
（3）淤积影响监控。正常看来，淤积可以起到固结坝体的效果，但事实上这种效果微乎其微。水库的防渗体出现裂缝之后，在渗流的冲蚀作用下，渗透性反而有增无减，说明在监控堤坝渗流时，有必要将堤坝前面的淤泥清除。
（4）土体紧密度影响监控。分析过程中发现，水库水位变化、降雨强度大小、坝体材料渗透性等，都有一定影响。尽管影响程度不大，但在实际渗流监控时，依然有必要将其纳为考虑因素之一。
四、结论
在过程线监控的基础上，有限元分析重点掌握加固前后的堤坝渗流量和出逸点高度，进而确定防渗墙的渗透系数，是确定后期防渗施工重要的参数。在分析时，没有遇到实质性的困难，但在建立起有限元分析结果和过程线监控结果时，要注意两者之间的参数是否有相悖情况。文章通过研究，明确了案例水库渗流管理时监控技术的应用方法，其他水库在结合自身管理情况的基础上，可参考借鉴以上方法。
参考文献：
[1]邢明，江晓益.辽湾水库除险加固后大坝渗流观测分析[J].浙江水利科技，2014，（3）：86-87.
[2]寇华榕.龙门滩水库大坝渗流安全评价[J].水利科技，2014，（2）：38-41.
[3]申莲.希尼尔水库大坝渗流监测安全评价[J].水利规划与设计，2014，（10）：83-88.