谭界雄;杜国平;高大水;曹建辉;杜家佳机读答题卡
【摘 要】以湖南省白云水电站混凝土面板堆石坝水下面板覆盖层的渗漏声纳探测为例,介绍了“渗漏水库声纳探测仪”的测量原理、测量工艺和测量的结论性成果.对大坝11 844 m2范国内防渗面板的渗漏隐患进行了分级、分区,并对水库渗漏入水口的渗漏流速、渗漏量、三维渗漏坐标进行定量描述.同时对声纳渗漏测量结果进行了连通试验方法的验证.此专利技术的成功应用,为水库渗漏入水口的快速探测提供了新的途径. 【期刊名称】消声室制作《人民长江》
【年(卷),期】2012(043)001
【总页数】3页(P36-37,54)
【关键词】水库渗漏;声纳探测;渗漏入口;混凝土面板坝
【作 者】谭界雄;杜国平;高大水;曹建辉;杜家佳
【作者单位】国家大坝安全工程技术研究中心,湖北武汉430010;长江勘测规划设计研究院水利水电病险治理咨询中心,湖北武汉43001;南京帝坝工程科技有限公司,江苏南京210061;国家大坝安全工程技术研究中心,湖北武汉430010;长江勘测规划设计研究院水利水电病险治理咨询中心,湖北武汉43001;南京帝坝工程科技有限公司,江苏南京210061;南京帝坝工程科技有限公司,江苏南京210061
【正文语种】中 文
【中图分类】TV641.43
白云水电站位于湖南省沅水支流巫水的上游，距离城步县城约5 km，水库承雨面积556 km2，多年平均径流量5.14亿m3。大坝坝型为混凝土面板堆石坝，最大坝高120 m，库容3.6亿m3，电站装机3×15 MW。大坝于1998年12月26日蓄水，至2008年之后渗水量逐渐增大，2011年4月5日，渗水量达0.648 m3/s。
采用传统勘察方法查水库渗漏原因，一般通过钻孔岩心取样分析［1］，但该方法难以全面了解地下水的渗流场分布，更不可能根据各孔的渗流状况，对区域渗漏做出正确的整体
分析。以前对水库渗漏处理的主要问题体现在难以准确到渗漏成因和渗漏途径，特别是难以到水库渗漏的源头，因而就难以提出有针对性地防治措施，结果导致盲目施工，或造成防渗处理费用过大，达不到费省效宏的目的。
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利用“水库渗漏声纳探测仪”(专利号:201120033259.8)对白云水电站混凝土面板坝水下防渗面板渗漏疑似区域进行现场渗漏检测，获得了水库防渗面板11 844 m2范围内渗漏水流的分布，经过解析渗漏场流速数学模型，准确地定位出水库防渗面板破损漏水的位置。尤其在面板之上有5～10 m厚的土壤覆盖层条件下，能够成功探测出面板破损的具体位置，尚属首例。研究成果为下一步制定有针对性的堵漏措施，提供了准确依据。
1 水下声纳探测原理
水下声波渗流探测技术，是利用声波在水中的优异传导特性，实现对水流渗漏场的测量。如果被测水域的水体存在渗漏，则会在测区产生渗漏流场。声纳探测器能够精细地测量出声波在流体中的传播，顺流方向声波传播速度会增大，逆流方向则减小，同一传播距离就有不同的传播时间。利用传播速度之差与被测流体流速之间的关系，可建立连续渗流场的水流质点流速方程公式(1)。图1为水库渗透声纳探测仪测量原理。
式中，L为声波在传感器之间传播路径的长度，m;X为传播路径的轴向分量，m;T12、T21为从传感器1到传感器2和从传感器2到传感器1的传播时间，s;U为流体通过传感器1，2之间声道上的平均流速，m/s。
通过大量的室内外实验测试以及水电工程的验证［2－3］，本方法能够定量测量出所有水下建筑物和库底渗漏入水口的流速，尤其适合快速探测水下集中渗漏通道，测量深度可达200 m。
图1 水库渗漏声纳探测仪测量原理
2 现场试验
野外试验工作从2011年3月31日起至4月19日止。
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(1)平行于坝轴线，桩号从纵0+112至0+172，横0+20至0+190，测量面积10 200 m2，测量网格5 m×5 m，当测到大的流速时，增加到1 m一个测点，测量点数385个。
(2)垂直于坝轴线，桩号从纵0+80至0+217，横0+55至0+67，测量面积1 644 m2，测量网格1 m×1 m和2 m×2 m，测量点数118个。
(3)另在导流洞的进口处测量了20个点。总测量面积:11 844 m2。
三维声纳测量的坐标控制和定位方法如下:
(1)X坐标与面板坝的轴线平行，控制线选定在面板上方，从桩号0+112 m开始，到0+172 m止。在60 m的长度内，沿大坝两端的岸边上各埋设13根钢筋，其上固定好间距为5 m标记线，形成5 m×5 m的方格。
(2)Y坐标与面板坝的轴线垂直，控制线选定在L11与L12两块面板的接缝上。在桩号0+115 m上，用经纬仪作垂线，将事先标记好的5 m长线固定在水面上。
(3)Z坐标垂直于水库水面，测量船上的声纳探头在每一个网格的结点处实施测量，Z坐标的测量深度为测量当天测点处的水深。
3 渗漏量计算与分析
测量时上游水位498.78 m下游水位438.7 m，上下游水位差60.08 m，此时大坝渗漏量达648.7 L/s。测量船沿着11 844 m2面积上的网格一一测量，得出所有测点的渗流速度U，依
桌卡制作据渗流速度所对应的渗流面积，算出各渗流区域的渗漏量，并划分出集中渗漏区、强渗漏区和一般渗漏区。根据对3个区域渗漏测量的平均流速与其对应的渗漏面积［4］，计算出3种不同渗漏流速、渗漏量和渗漏比例见表1。此次现场试验，探测出了7个集中渗漏区并确定了强渗漏区和缓渗漏区。
表1 渗漏量计算渗漏区域 渗漏面积/m2渗流速度/(m·s－1)渗漏量/(m3·d－1)渗量比/%集中渗漏区1.37 0.23 27200 49.1强渗漏区 323.00 0.0005 15000 27.1缓渗漏区 1750.00 0.000087 13200 23.7总计2074.37 55400
表1中集中渗漏区是按漏洞的平均半径0.25 m计算的，7个漏洞的总渗漏面积1.37 m2，最大渗漏流速 0.66 m/s，最小渗漏流速 0.1 m/s，平均渗漏流速0.229 m/s。集中渗漏区的漏量达27 200 m3/d，占总渗漏量的49.1%。强渗漏区的总渗漏量达15 000 m3/d，占总渗漏量的27.1%。缓渗漏区的渗流量是13 200 m3/d，占总渗漏量的23.7%。
4 结果验证
为了验证声纳水下探测集中渗漏通道的准确性，配备了专业的潜水员和设备，当场进行水
下摄像，并对探测所查到的集中渗漏通道作了染料示踪检测。示踪检测试验于2011年4月19日由业主和检测单位组成的检测小组进行。从坝上游渗漏入口导入的示踪染料流到了坝下游渗漏的出水口，示踪染料平均行程时间为2.5 h，经检测，验证了声纳探测的入水口就是贯通坝体上下游的渗漏通道，说明采用声纳渗漏探测方法进行水库渗漏探测是可靠的。
5 结语
本文对白云水电站混凝土面板坝的水下11 844 m2区域进行了声纳探测，通过对测量数据进行综合分析，查清了混凝土面板覆盖层及其周边区域渗漏的具体位置和渗漏量分布情况，为制定针对性处理措施提供了依据。本项技术为水库渗漏入水口的快速探测提供了新的途径。
参考文献:
［1］谭界雄，高大水.水库大坝加固技术［M］.北京:中国水利水电出版社，2011.
［2］杜国平.航空定向技术在地下水流速方向中的应用研究［J］.南京航空航天大学学报，2000，32(4):484 －486.
［3］杜国平.乌溪江水电厂右坝绕坝渗流的同位素示踪应用研究［J］.武汉水利电力大学学报，1996，29(3):24－29.
［4］杜国平.镇杨大桥北锚水文地质单井示踪应用研究［J］.水文地质与工程地质，2003，18(3):395 －399.
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