溪洛渡水電站初蓄-運(yùn)行期大壩滲流監(jiān)測成果分析

胡蕾，李波，田亞嶺

（1.長江科學(xué)院，湖北武漢，430010；2.水利部水工程安全與病害防治工程技術(shù)研究中心，湖北武漢，430010；3.武漢大學(xué)水資源與水電工程科學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，湖北武漢，430072）

溪洛渡水電站初蓄-運(yùn)行期大壩滲流監(jiān)測成果分析

胡蕾1，2，3，李波1，2，田亞嶺1，2

（1.長江科學(xué)院，湖北武漢，430010；2.水利部水工程安全與病害防治工程技術(shù)研究中心，湖北武漢，430010；3.武漢大學(xué)水資源與水電工程科學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，湖北武漢，430072）

溪洛渡拱壩最大壩高285.5 m，蓄水之后，滲流廣泛存在于壩體和壩基之中，可能會(huì)威脅大壩安全。為掌握大壩的滲流狀態(tài)，根據(jù)溪洛渡水電站初蓄-運(yùn)行期大壩滲流監(jiān)測成果，分析和評(píng)價(jià)了滲流變化規(guī)律和分布特征，為評(píng)估大壩運(yùn)行安全提供依據(jù)。結(jié)果表明：溪洛渡大壩防滲帷幕及排水幕效果良好，帷幕后及排水幕后滲壓折減系數(shù)均在設(shè)計(jì)允許范圍以內(nèi)，繞壩滲流狀態(tài)合理，滲流量趨于穩(wěn)定，大壩在初蓄-運(yùn)行期的滲流發(fā)展過程和分布特征符合一般的認(rèn)識(shí)規(guī)律，狀態(tài)正常。

高拱壩；安全監(jiān)測；折減系數(shù)；滲流量

0 引言

溪洛渡水電站位于四川省雷波縣和云南省永善縣境內(nèi)的金沙江干流上，是金沙江下游梯級(jí)開發(fā)的第三級(jí)水電站。溪洛渡水電站以發(fā)電為主，兼有防洪、攔沙和改善下游航運(yùn)條件等綜合效益，具有不完全年調(diào)節(jié)能力。攔河壩為混凝土雙曲拱壩，壩頂高程610.00 m，最低建基面高程324.50 m，最大壩高285.5 m，壩頂軸線長度678.7 m。壩體設(shè)10個(gè)導(dǎo)流底孔、8個(gè)泄洪深孔和7個(gè)表孔，整個(gè)壩體分為31個(gè)壩段。拱冠頂厚14.0 m，拱冠底厚60.0 m，拱端最大厚度64.0 m，壩體混凝土558.0萬m3[1-2]。

溪洛渡水庫正常蓄水位600.00 m，2013年5月開始下閘蓄水，已完成3次蓄水過程（分別在2014年9月28日、2015年10月19日和2016年10月8日達(dá)到正常蓄水位）。高拱壩蓄水之后，滲流將廣泛存在于壩體和壩基之中，可能會(huì)導(dǎo)致滲漏、管涌、滑坡，甚至危及整個(gè)大壩的安全，因此在蓄水-運(yùn)行過程中，大壩的滲流狀態(tài)一直受到行業(yè)內(nèi)專家和學(xué)者的高度重視[3-5]。

目前溪洛渡水電站已進(jìn)入運(yùn)行初期，安全監(jiān)測設(shè)施齊全，施工期和運(yùn)行期均取得了較為完整的監(jiān)測資料，對(duì)滲流監(jiān)測資料進(jìn)行分析和評(píng)價(jià)，可以及時(shí)和準(zhǔn)確地掌握大壩滲流場的變化規(guī)律和分布特征，也可為大壩運(yùn)行安全評(píng)估提供依據(jù)。

1 大壩滲流監(jiān)測概況

溪洛渡大壩壩基設(shè)有防滲帷幕和排水幕，為了檢驗(yàn)防滲帷幕和排水幕的效果，在壩體及兩岸布置了滲壓、滲流量等監(jiān)測項(xiàng)目。此外，為掌握繞壩滲流情況，大壩兩岸壩肩下游排水平洞內(nèi)布置了繞滲孔。監(jiān)測儀器布置具體如下。

拱壩壩基滲壓：壩基滲壓監(jiān)測主要采用滲壓計(jì)和測壓管兩種方式。為了監(jiān)測拱壩壩基滲壓，在有關(guān)壩段建基面和下游貼腳處布置了54支滲壓計(jì)，儀器大部分埋設(shè)在建基面以下1.5 m。為便于反饋分析，2號(hào)、15號(hào)、16號(hào)和24號(hào)壩段防滲帷幕前各布置1支滲壓計(jì)，拱冠梁15號(hào)壩段和右岸24號(hào)壩段下游貼腳處各布置4支滲壓計(jì)，其余滲壓計(jì)均位于防滲帷幕或排水幕后，滲壓計(jì)布置見圖1。另外，壩體341.25 m高程排水廊道內(nèi)14號(hào)、15號(hào)、16號(hào)和18號(hào)壩段各增設(shè)一支測壓管，共4支；347.25 m高程基礎(chǔ)廊道內(nèi)13號(hào)、14號(hào)、15號(hào)、16號(hào)、17號(hào)、18號(hào)和19號(hào)壩段各增設(shè)一支測壓管，共7支。

壩肩灌漿及排水平洞滲壓：為給大壩防滲帷幕工作狀態(tài)和壩肩穩(wěn)定評(píng)價(jià)提供必要的監(jiān)測數(shù)據(jù)，在左右岸灌漿平洞和排水平洞內(nèi)共布置了56支測壓管，其中36支位于灌漿平洞，20支位于排水平洞。

滲流量：滲流量主要采用量水堰監(jiān)測，共布置14座量水堰，其中12座位于兩岸平洞與廊道連接段上游側(cè)的排水溝處，2座位于341.25 m排水廊道上游側(cè)排水溝與集水井交接部位左右側(cè)。

繞壩滲流：左右岸各布置27個(gè)繞滲觀測孔，共計(jì)54個(gè)，繞滲孔內(nèi)埋設(shè)滲壓計(jì)。

2 拱壩壩基及壩肩滲流監(jiān)測

2.1 壩基揚(yáng)壓力發(fā)展過程

截至2016年10月8日，溪洛渡拱壩共完成了三次完整的蓄水過程。為監(jiān)測壩基揚(yáng)壓力在蓄水過程中的發(fā)展情況，根據(jù)埋設(shè)在15號(hào)和16號(hào)壩段壩基的滲壓計(jì)監(jiān)測資料繪制了揚(yáng)壓力水位的變化過程線，見圖2～3，其中P15-1和P16-1位于防滲帷幕前，P15-2和P16-2位于防滲帷幕后，P15-4和P16-3位于排水幕后。

由圖2～3可知：

（1）2013年5月4日，水庫開始蓄水，防滲帷幕上游測點(diǎn)（P15-1、P16-1）的揚(yáng)壓力水位自水庫蓄水起隨庫水位上升呈現(xiàn)顯著增大的趨勢。2014年 9月28日水庫達(dá)到正常蓄水位600 m，受滯后效應(yīng)的影響，15號(hào)壩段防滲帷幕前滲壓計(jì)P15-1在2014年9月28日之后水位持續(xù)小幅上升，2014年9月28日～2014年12月2日，揚(yáng)壓力水位存在小范圍內(nèi)的波動(dòng)，2014年12月2日揚(yáng)壓力水位達(dá)到581.15 m，之后水位開始下降；16號(hào)壩段防滲帷幕前滲壓計(jì)P16-1揚(yáng)壓力水位在2014年9月28日以后持續(xù)上升，至2014年10月29日達(dá)到587.40 m，之后水位逐漸下降。2014年9月28日之后，溪洛渡拱壩又完成了兩次蓄水過程，防滲帷幕前滲壓計(jì)P15-1和P16-1揚(yáng)壓力水位與上游水位一直保持相同的變化趨勢，相關(guān)性顯著。

圖1 拱壩壩基滲壓計(jì)布置圖Fig.1 Layout of osmometers in dam foundation

圖2 15號(hào)壩段壩基滲壓計(jì)揚(yáng)壓力水位過程線Fig.2 Uplift pressure measured by osmometers in foundation of No.15 dam section

圖3 16號(hào)壩段壩基滲壓計(jì)揚(yáng)壓力水位過程線Fig.3 Uplift pressure measured by osmometers in foundation of No.16 dam section

（2）防滲帷幕及排水幕下游測點(diǎn)揚(yáng)壓力水位自安裝之日起變化不顯著。以安裝在15號(hào)壩段防滲帷幕下游側(cè)的滲壓計(jì)P15-2為例，從安裝之日2012年3月14日～2016年5月26日，揚(yáng)壓力水位在323.0～384.0 m之間，隨著上游水位的抬高，揚(yáng)壓力水位略有增長，月變化基本不超過5.0 m，呈現(xiàn)平穩(wěn)變化的規(guī)律。因此，定性來看，大壩帷幕及排水幕效果良好。

2.2 帷幕及排水幕后滲壓折減系數(shù)

采用幕后水頭與壩踵處揚(yáng)壓力水頭的比值（折減系數(shù)）作為評(píng)價(jià)防滲帷幕、排水幕效果的指標(biāo)。典型壩段壩基帷幕后及排水幕后第一支滲壓計(jì)折減系數(shù)過程線見圖4，拱冠梁壩段壩基揚(yáng)壓力分布見圖5。

由圖4和圖5可知：

圖4 壩基（河床及兩岸）幕后滲壓計(jì)折減系數(shù)過程線Fig.4 Reduction factor of osmometers behind curtain of dam foundation(river bed and its banks)

圖5 拱冠梁壩段壩基揚(yáng)壓力水頭分布圖（2016年10月8日，上游庫水位599.93 m）Fig.5 Uplift pressure head in dam foundation of arch crown(on October 8,2016,the upstream reservoir water level of 599.93 m)

（1）初次蓄水時(shí)，在440～520 m蓄水期間，帷幕后及排水幕后折減系數(shù)初始值較大，最大部位在15號(hào)壩段，帷幕后折減系數(shù)0.30，排水幕后折減系數(shù)0.15，小于設(shè)計(jì)允許值0.40和0.20。隨著水位上升，帷幕后折減系數(shù)逐漸減小至0.20左右，排水幕后折減系數(shù)減小至0.10左右。在520～600 m蓄水期間，上游水位經(jīng)歷了3次明顯的漲落，期間各壩段帷幕后及排水幕后折減系數(shù)稍有變化，但變幅很小，均小于設(shè)計(jì)允許值。

（2）第二次蓄水期間，各壩段折減系數(shù)變幅均很小，其中拱冠梁15號(hào)壩段壩基帷幕后和排水幕后折減系數(shù)分別維持在0.22和0.07左右，均小于設(shè)計(jì)允許值。

（3）第三次蓄水期間，各壩段帷幕后和排水幕后折減系數(shù)變幅較小，10號(hào)、15號(hào)和22號(hào)壩段帷幕后折減系數(shù)維持在0.21、0.22和0.15左右，15號(hào)壩段排水幕后折減系數(shù)維持在0.07左右，而左右岸坡壩段排水幕后揚(yáng)壓力水頭較低，折減系數(shù)基本為零。

基于以上分析，壩基帷幕后及排水幕后揚(yáng)壓力折減系數(shù)均滿足設(shè)計(jì)要求，說明壩基帷幕及排水幕效果較好。

2.3 壩肩平洞滲流監(jiān)測

為了解溪洛渡拱壩壩肩灌排平洞的滲流情況，整理了2016年10月8日典型灌排平洞測壓管水頭分布圖，見圖6～7。

圖6 347.25 m灌漿平洞測壓管水頭Fig.6 Piezometric head of grouting adit on elevation 347.25 m

圖7 341.25 m排水平洞測壓管水頭Fig.7 Piezometric head of grouting adit on elevation 341.25 m

可以看出，347.25 m灌漿廊道位于14號(hào)、15號(hào)和17號(hào)壩段的測壓管（UP02-BG、UP03-BG和 UP05-BG）水位較高，相對(duì)廊道底板分別有29.08 m、 34.69 m和10.20 m的水頭，其余測壓管水位均較低。左岸灌漿平洞水位均較低，自壩體向山體水位遞減梯度明顯，位于山體內(nèi)側(cè)的UP03-LG水位最低，與底板高程持平。右岸UP06-RG水頭較左岸相同位置的UP03-LG高19.39 m。314.25 m排水廊道測壓管水頭相較基礎(chǔ)灌漿廊道（347.25 m）測壓管水頭明顯降低，僅15號(hào)壩段的測壓管水位高于廊道底板4.59 m，其余測壓管水位均不高于底板高程。

2.4 壩基滲流量監(jiān)測

根據(jù)量水堰的監(jiān)測成果，可計(jì)算得到各高程排水平洞的滲流量和壩基總滲流量。自大壩初次蓄水開始，各排水平洞及壩基總滲流量過程線見圖8。由于大壩廊道和灌漿排水平洞中施工用水排放的情況已較少，因此絕大部分?jǐn)?shù)據(jù)可以反映大壩的實(shí)際滲流情況。

由圖8可知：

（1）自水庫初次蓄水（2013年5月4日）～2013年8月6日，上游庫水位由440 m上升至550 m，壩基總滲流量也逐漸增大至最大值1 491.3 L/min，此時(shí)341.25 m、347.25 m、395.25 m和470.25 m排水平洞的滲流量分別為1021.0L/min、347.0L/min、114.5L/min和8.8 L/min，各高程排水平洞滲流量按高程由高至低遞增，341.25 m排水平洞滲流量占?jí)位倽B流量的68.5%。

（2）蓄水期間滲漏量隨水庫水位上升而增大，庫水位下降期間滲漏量減小。2013年8月6日以后，壩基總滲流量整體呈下降趨勢，大壩首次和第二次蓄水至600 m水位時(shí)，壩基總滲流量分別為941.5 L/min和732.1 L/min，2016年10月8日，水庫第三次蓄水完成時(shí)，壩基總滲流量為567.3 L/min，相比首次蓄至正常蓄水位時(shí)減少了39.7%。從滲流量分布看，341.25 m排水平洞滲流量占75.3%，347.25 m排水平洞滲流量占8.2%，其余排水平洞滲流量較小，均不超過30 L/min。

圖8 壩基滲流量過程線Fig.8 Seepage of dam foundation

3 繞壩滲流監(jiān)測

繞壩滲流監(jiān)測可監(jiān)控上游庫水繞過壩肩滲流到下游的情況，壩后各高程抗力體平洞典型測壓管監(jiān)測成果見圖9。

根據(jù)監(jiān)測資料可知，自初次蓄水開始至第三次蓄水完成期間，各高程抗力體平洞繞滲水位變幅較小，與上游庫水位并無明顯的相關(guān)關(guān)系。除個(gè)別繞滲孔因積水流入導(dǎo)致水位暫時(shí)抬升外，繞滲孔測壓管水位測值曲線基本平穩(wěn)，受外界干擾較小。

值得注意的是，在防汛階段，受大壩泄洪的影響，壩后抗力體范圍內(nèi)的滲流監(jiān)測并不能反映實(shí)際的繞壩滲流狀態(tài)，僅可作為參考。

圖9 壩后各高程抗力體平洞繞滲水位過程線Fig.9 Bypass seepage level of the adits in resistance body behind dam

4 結(jié)語

根據(jù)溪洛渡水電站大壩滲流滲壓的實(shí)際監(jiān)測成果（截至2016年10月8日），分析大壩從初蓄期至運(yùn)行初期的滲流特性，主要有以下結(jié)論：（1）拱壩壩基帷幕前揚(yáng)壓力與上游庫水位具有較強(qiáng)的相關(guān)性，而帷幕后及排水幕后的揚(yáng)壓力平穩(wěn)變化，折減系數(shù)滿足設(shè)計(jì)要求；（2）拱壩壩肩排水平洞內(nèi)測壓管水位大部分低于底板高程，壩肩排水效果良好；（3）除個(gè)別孔因積水流入導(dǎo)致水位暫時(shí)抬升外，壩后抗力體平洞內(nèi)測壓管水位在初蓄-運(yùn)行初期各時(shí)段內(nèi)平穩(wěn)變化，受外界干擾??；（4）第三次蓄水期間，壩基總滲流量變幅相比前兩次明顯降低，滲流場趨于穩(wěn)定狀態(tài)。

綜上所述，溪洛渡水電站大壩滲流特性符合一般的認(rèn)識(shí)規(guī)律，防滲帷幕及排水幕效果良好，大壩在初蓄-運(yùn)行期的滲流狀態(tài)正常。

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Analysis on seepage monitoring data of Xiluodu hydropower dam during initial impoundment and operation

HU Lei,LI Bo and TIAN Ya-ling

Changjiang River Scientific Research Institute

The maximum height of Xiluodu arch dam is 285.5 m.Seepage water is found in dam body and foundation after impoundment,which is a potential threat to dam safety.To get seepage behavior, seepage monitoring data is used to analyze variation and distribution rules of seepage.The results show that,anti-seepage curtain and drainage holes of Xiluodu dam have played their own role well;monitor?ing values of osmotic pressure are within allowable design range;the status of seepage around Xiluodu dam is reasonable and seepage flow tends to be stable.

high arch dam;safety monitoring;reduction factor;seepage

TV698.1

：B

：1671-1092（2017）04-0030-06

2017-05-17

國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃資助項(xiàng)目（2016YFC0401602）；國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目（51609020，51409018）；中央級(jí)公益性科研院所基本科研業(yè)務(wù)費(fèi)（長江科學(xué)院CKSF2017067/GC）

胡蕾（1989-），女，山東菏澤人，博士，主要從事水工結(jié)構(gòu)實(shí)驗(yàn)、觀測與分析工作。

作者郵箱：hey1209@126.com