长江堤防防渗墙对堤内地下水位的影响分析

第 2 0 卷 第 5 期 长 江 科 学 院 院 报
Vol. 20 No. 5 2 0 0 3 年 1 0 月
Journal of Ya ngtze River Scientif ic Research Ins titute
Oct. 2 0 0 3
文章编号 :1001Ο5485 (2003) 05Ο0051Ο04
长江堤防防渗墙对堤内地下水位的影响分析
徐卫军 ,李 刚
(长江科学院 大坝安全监测研究所 ,湖北 武汉 430010)
摘要 :为了解防渗墙对堤内地下水位的影响 ,对长江重要堤防隐蔽工程近 3 年的安全监测资料进行了综合分析 ,分析 结果表明 :悬挂式防渗墙对堤内地下水位没有造成明显的影响 ,不会造成或加剧堤内的滞害 。

半封闭式 、全封闭式防 渗墙对堤内 200 m 范围内的地下水位的影响明显 ,主要表现为 ,在汛期 ,布置防渗墙部位堤内的地下水位明显低于没 有布置防渗墙部位堤内地下水位 ,有利于防治和减轻滞害 ;枯水季节 ,这一情况与之相反 。

布置半封闭式防渗墙部位 堤内地下水位的变化较外江水位的变化滞后 7～15 d 。

防渗墙两端 100～200 m 部位存在比较明显的绕渗现象。

关 键 词 :长江堤防 ;防渗墙 ;地下水位 ;监测 中图分类号 : TV223. 4 文献标识码 :A
长江重要堤防隐蔽工程建设中 ,布置大堤防渗 墙后 ,大堤堤身或堤基相对透水层被截断 (或被部分 截断) ,在地下水与江水的相互补给过程中 ,渗径延 长 ,渗流水头损失增大 ,汛期堤内地下水位降低 ,而 枯水季节堤内地下水位有所抬高 。

防渗墙的实施对 堤内地下水位的影响程度和影响范围是社会各界普 遍关心的事情 。

本文主要通过对近 3 年来长江重要
堤防隐蔽工程安全监测资料进行整理 ,从时间和空
间上分析防渗墙对堤内地下水位的影响 。

1 长江堤防安全监测典型仪器布置
从 1999 年开始 ,在长江重要堤防隐蔽工程整治 加固堤段 ,布置了一定数量的监测仪器 。

在防渗墙 前后不同高程部位布置渗压计 ,监测防渗墙前后地 下水位 ;在堤内侧坡脚及距堤内侧坡脚 100 m 左右 部位布置测压管 ,监测堤内地下水位的分布情况 ,典 型监测仪器布置见图 1 。

2 地下水与江水的水力关系
地下水位主要受地表径流和地下渗流的影响 ,地 表径流主要受大气降雨的影响 ,地下渗流主要受外江 水位的影响 。

地下水与江水相互补给的关系表现为 : 枯水季节 ,外江水位较低 ,堤内地下水补给江水 ;随着 外江水位的上升 ,地下水位与外江水位处于持平阶 段 ;汛期 ,外江水位较堤内地下水位高 ,江水补给堤内 地下水 。

布置防渗墙后 ,大堤堤身或堤基相对透水层 被截断 (或被部分截断) ,地下水与江水的水力关系将
图 1 长江堤防典型监测断面仪器布置图
Fig. 1 Instruments arrangement at a typical monitoring
cross section for Changjiang dike
受到一定的影响 ;洪水季节 ,江水受到防渗墙的拦挡 而不能及时补给堤内地下水 ;枯水季节 ,堤内地下水 也因防渗墙的布置而不能顺畅地排往江水中 。

3 不同结构形式的防渗墙对堤内地
下 水位的影响
为了解悬挂式 、半封闭式和全封闭式 3 类防渗 墙对堤内地下水位的影响情况 ,分别选取了湖北 、湖 南 、江西 、安徽 4 省的典型堤段 ,对防渗墙后及堤内 不同部位地下水与江水的相关系数进行统计分析 , 对外江水位与堤内地下水位的变幅进行比较分析 。

在进行相关分析和水位变幅分析时 ,主要考虑不同 时段江水位对堤内地下水位的影响 ,例如外江水位 明显上涨或明显下降时段 。

为此 ,选择了当天江水 位 、前 2 ,3 ,7 ,10 ,15 ,20 ,30 d 的平均水位序列与实 测水位进行相关分析 ,分析结果见表 1 。

收稿日期 :2003Ο04Ο17
作者简介 :徐卫军(1972Ο) ,男 ,湖南沅江人 , 长江科学院大坝安全监测研究所工程师 ,武汉大学土木建筑工程学院硕士研究生 ,主要从事
工程安全监测研究.
段(如 :湖北荆南长江干堤的 685 + 786 断面 ,湖北洪 湖的 418 + 000 断面 ,墙前 、墙后及堤内的地下水位与 外江水位呈良好的正相关关系 ,关系式可表达为 :
h i = a + b H i
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长江科学院院报
2003 年
表 1 实测水位与江水位的相关系数统计
Table 1 Statistical data on correlation coefficient between measured water level and river water level
堤段
(桩号)
部位 当天的
前 2 d 平均的 前 3 d 平均的 前 7 d 平均的 前 10 d 平均的 前 15 d 平均的 前 20 d 平均的 前 30 d 平均的
防渗墙 形式
湖北洪湖
(418 + 000)
墙前 0 . 986 0 . 979 0 . 972 0 . 812 0. 865 0. 787 0. 329 0. 310 湖北荆南
(685 + 786)
湖南岳阳 (39 + 446)
江西赣抚
堤内 0 . 262 0 . 272 0 . 302 0 . 418 0. 480 0. 535 0. 410 0. 419 墙前 0 . 978 0 . 987 0 . 965 0 . 877 0. 715 0. 626 0. 342 0. 202 堤内 0 . 412 0 . 401 0 . 389 0 . 568 0. 687 0. 616 0. 452 0. 285 墙前 0 . 912 0 . 965 0 . 928 0 . 802 0. 715 0. 658 0. 301 0. 201
半封闭式
(79 + 510) 堤内 0 . 507 0 . 531 0 . 540 0 . 633 0. 586 0. 489 0. 318 0. 245
式中 : h i 为测点实测水位 ( m ) , a , b 为回归系数 ; H i 为相应江水位 ( m ) 。

墙前 、墙后水位与当天外江水位的相关系数最 大 ,最大相关系数达0. 986 ,堤内地下水位滞后外江 水位 2 d 后出现最大相关系数0. 968 。

其次 ,从水位 的高低及水位的变幅来看 ,悬挂式防渗墙前后的水 位基本一致 ,最大水位差小于0. 5 m ,且水位变化趋
势基本相同 。

堤内地下水与外江水位变化趋势基本 图 2 湖北洪湖 418 + 000 断面实测水位变化过程线
Fig. 2 Duration curves of measured water level at cross section 418 + 000 of Honghu dike , Hubei Province
下水位与滞后 3 d 左 右的外江水位的相 关系数最大 ,最大相 关 系 数 为 0. 778 , 堤 内地下水位的滞后
一致 ,在外江水位上升或下降阶段 ,堤内地下水位的 变幅略小于外江水位的变幅 (见图 2) 。

由此可见 , 时间更长 ,一般在 7 ～15 d ,最大相关系 图 3 湖北荆南 685 + 786 断面 墙前水位与外江水位相关关系 Fig. 3 Relation curve of water lev 2
悬挂式防渗墙的实施 ,在汛期没有明显降低墙后及 堤内地下水位 ,没有改变堤内地下水位的分布 。

数 在 0. 552 ～ 0. 687 el before cu t Οoff wall an d river eleva 2 之间 。

其次 ,从水位
tion of water at cross section 685 +
3. 2 半封闭式防渗墙对堤内地下水位的影响
半封闭式防渗墙穿过相对强透水层 ,进入相对弱 透水层并与之一起形成统一的防渗结构体系 ,相对弱 的高低及水位的变 幅来看 , 在汛期 , 布 置半封闭式防渗墙
786 of Jing nan πs Changjiang dike , Hubei Province 透水层下面还存在相对强透水层 。

从表 1 可见 ,布置 半封闭式防渗墙堤段(如 :湖北荆南长江干堤的 685 + 786 断面 ,湖南岳阳的 39 + 446 断面 ,江西赣抚的 79
+ 510 断面) ,防渗墙前的水位与外江水位呈良好的 正相关关系(见图 3) ,墙前与当天或滞后 2 d 的外江
水位的相关系数最大 ,最大相关系数达0. 987 ,墙后地
堤段 ,墙前水位明显高于墙后水位 ,汛期防渗墙起到 “削峰”的作用 ,实测防渗墙前后最大水位差为 1～3
m ;在枯水季节 ,防渗墙后的水位较防渗墙前的水位 高 ,实测最大水位差在1. 5 m 以内 (见图 4) 。

由此
可 见 ,在外江水位较高的情况下 ,半封闭式防渗墙的防 渗效果明显 ,这种防渗墙的实施 ,在汛期有效降低了
墙后 0 . 978 0 . 970 0 . 912 0 . 835 0. 765 0. 687 0. 401 0. 354 悬挂式
堤内 0 . 951 0 . 968 0 . 956 0 . 902 0. 855 0. 712 0. 522 0. 254 0 . 954 0 . 975 0 . 964 0 . 892 0. 821 0. 730 0. 451 0. 345 墙后 0 . 575 0 . 661 0 . 778 0 . 616 0. 575 0. 518 0. 321 0. 201
第5 期徐卫军等长江堤防防渗墙对堤内地下水位的影响分析53
堤内地下水位,有利于地基的稳定。

图4 湖北荆南680 + 300 断面防渗墙两侧
及堤内水位变化线
Fig. 4 Duration curves of water levels inside dike and
at both sides of cu tΟoff wall at crossΟsettion 680 + 300 o f Jingnanπs Changjiang dike , Hubei Province
3. 3 全封闭式防渗墙对堤内地下水位的影响
全封闭式防渗墙穿过相对强透水层,进入相对弱透水层并与之一起形成统一的防渗结构体系,相对弱透水层下面不存在相对强透水层。

从表1 可见,布置全封闭式防渗墙部位,防渗墙的防渗效果明显。

具体表现为防渗墙前的水位随外江水位的变化而变化,而防渗墙后及堤内的地下水位基本上不受外江水位变化的影响(见图5) 。

实测资料显示,封闭式防渗墙前后的最大水位差超过5 m。

由此可见,全封闭式防渗墙的实施,在汛期有效降低了堤内地下水位,有利于地基的稳定。

图5 湖北荆南565 + 280 断面防渗墙两侧
及堤内水位变化线
Fig. 5 Duration curves of water levels inside dike and at
bothΟsides of cu tΟoff wall at crossΟsection 565 + 280 of
Jingnanπs Changjiang dike , Hubei Province
4 防渗墙对堤内地下水位影响范围4. 1 沿堤轴线方向绕渗情况
在长江重要堤防隐蔽工程建设中,大堤防渗墙的实施是分段进行的,最后形成防渗墙的长度一般只有数公里或数十公里,那么,在汛期,防渗墙两端部位是否存在渗流集中或是否存在绕渗现象,绕渗的范围有多广,这都是堤防建设过程中比较关注的问题。

现以湖北洪湖长江干堤的监测资料来分析防渗墙两端部位绕渗情况。

洪湖长江干堤(燕窝堤段) 从2000 年1 月开始实施防渗墙(全封闭式) ,在防渗墙形成前,已监测到堤内地下水位的分布。

为分析防渗墙形成后堤内地下水位分布及防渗墙两端绕渗情况,将防渗墙形成前后的堤内地下水沿防渗墙轴线方向的分布情况绘制图6 。

从图6 可见,布置防渗墙前,该堤段堤内地下水位沿防渗墙轴线方向的水位基本一致,水位差在1 m 以内。

而防渗墙布置后,在汛期防渗墙部位堤内地下水位明显比其两端部位地下水位高,实测沿防渗墙轴线方向最大水位差接近2 m ,防渗墙两端部位存在比较明显的绕渗现象,在距防渗墙两端约150～200 m 处堤内地下水的绕渗现象基本消失。

枯水季节,布置防渗墙后堤内坡脚部位地下水位较布置防渗墙前堤内坡脚处堤基地下水位高,但延时1～2 个月后,地下水位下降至布置防渗墙以前的水位,这说明枯水季节堤内地下水通过防渗墙两端及防渗墙底部也存在绕渗,只是时间较长。

图6 湖北洪湖燕窝堤段布置防渗墙前后堤内地下水沿防渗墙轴线方向的分布
Fig. 6 Variations of ground water level inside the dyke along axis direction of the cu tΟoff wall before and after its uilding in the Hanghuπs Yanwo dike stretch , Hubei Province 由此可见,在汛期外江水位较高的情况下,防渗墙两端容易出现渗流集中现象,当堤基地质条件较差或外江高水位持续时间较长时,将直接影响大堤安全,因此,在汛期应特别注意全封闭式防渗墙两端部位堤基的渗流状态变化情况。

4. 2 垂直于堤轴线方向影响范围分布
为了解防渗墙对堤内地下水的影响范围,在布置防渗墙和没有布置防渗墙的部位分别埋设监测仪器,对防渗墙的防渗效果和堤内地下水的分布进行监测。

从图7 可见,在江水向堤内渗透过程中,特别是外江高水位期间,无防渗墙部位堤内坡脚处的水位明显高于有防渗墙堤内坡脚部位的水位,距堤内坡脚越远,两者水位差减小, 这说明距离防渗墙越远,防渗墙对堤内地下水位的影响越小,在离堤内坡脚200 m 处,防渗墙的布置对堤内地下水位基本上没有影响,但是,随着外江水位的升高,防渗墙对堤
54 长江科学院院报2003 年
内地下水位的影响范围增大。

图7 垂直于防渗墙轴线方向堤内地下水位的分布Fig.
7 Changes of ground water levels inside bank along the
direction perpendicular to the cu tΟoff wall axis
5 结论
(1) 悬挂式防渗墙没有影响堤内地下水位的分布,不会造成或加剧堤内的滞害。

(2) 封闭式防渗墙起到了防渗作用,在外江江水与堤内地下水互补的过程中,防渗墙延长了水流的渗径。

在汛期,防渗墙有效降低了堤内渗透水头,起到了“削峰”和“延时”的作用,提高了大堤的抗洪能力, 有利于防治和减轻滞害。

在枯水季节,防渗墙有效“抬高”了堤内地下水位。

实测资料显示,在汛期,防时”的长短主要取决于防渗墙的结构形式、堤基地质条件、大堤外滩宽度、河泓切割情况、外江水位的高低、高水位历时等。

(4) 从长时间和大范围来看,防渗墙的实施,并不会整体抬高堤内地下水位或长期降低堤内地下水位, 防渗墙的实施只是对地下渗流时间的延缓和对大堤及堤内一定范围内地下水位的影响。

其主要原因是:①大部分防渗墙只截断了大堤的第一、第二相对透水层,埋深大的透水层仍存在渗流通道; ②防渗墙的实施只在一定范围内进行,防渗墙两端200 m 范围内仍存在绕渗,可以对布置防渗墙部位堤内地下的渗漏和补给提供条件; ③沿江各大民垸和人口密度较大生活区内,均沿堤布置了一定数量的涵闸或其它引水建筑物,可以对堤内民垸生活区进行有效地排涝和灌溉, 调节堤内地下水。

防渗墙的实施不会影响人们对堤内地下水的正常开采和利用。

参考文献:
[ 1 ] 张家发,吴昌瑜,李胜常,等. 堤防加固工程中防渗墙的防渗效果及应用条件研究[ J ] .长江科学院院报,
2001 , (5) :56 - 60.
[ 2 ] 李思慎,王满兴,任大春,等. 长江重要堤防的防渗问题[J ] . 人民长江,2002 , (8) :7 - 10.
渗墙能有效降低堤内地下水位1～3 m ,且使堤内地
下水位滞后外江水位7～15 d 出现“峰值”。

(3) 防渗墙的“削峰”能力及对堤内地下水位“延
(编辑: 刘运飞)
Influence of cutΟoff wall in Changjiang dike on
ground water level at its inside aera
XU WeiΟj un ,L I Gang
( Yangtze River Scientific Research Institute ,Wuhan 430010 ,China)
Abstract : For understanding the influence of cutΟoff wall on ground water level of dike inside , a synthetic analy2 sis about safety monitoring information f rom key dyke st retch in recent 3 years is performed. The results are represented as follows : The hanging cutΟoff wall would not cause obvious effect on ground water level and de2 layed disaster inside the dike , but the semiΟclsoed and closed cutΟoff walls would create distinct influence on ground water level in the extent of 200 m of dike inside ; In flood season , the ground water level of dike inside with cutΟoff wall is obviously lower than that without it , and it would be benifit to decrease delayed disaster ; In dry season , the state is opposite to that in flood season. The changes of ground water level inside a cutΟoff wall would be delayed 7～15 days than that of river level , and there exists obvious circumfluene phenomenon in the domain of 100～200 m off both ends of a cutΟoff wall.
Key words :Changjiang dyke ; cutΟoff wall ; ground water level ; monitoring。