桃源水電站大壩壩基揚壓力監(jiān)測資料分析

(1.中國水電工程顧問集團有限公司，北京 100101;2.中國水電顧問集團桃源開發(fā)有限公司，湖南 常德 415700；3.中國電建集團中南勘測設(shè)計研究院有限公司，湖南 長沙 410014)

1 工程概況

桃源水電站工程地處湖南沅水干流下游，位于湖南省常德市桃源縣漳江鎮(zhèn)，是沅水干流14個梯級的最末一級，壩址控制流域面積86700km2。設(shè)計防洪標準為50年一遇，校核防洪標準為500年一遇，水庫正常蓄水位39.50m(黃海高程系，下同)，設(shè)計洪水位45.18m，校核洪水位48.98m。

桃源水電站工程主要由閘壩、船閘、電站廠房及土石壩等組成。樞紐主要建筑物總平面布置從左至右依次為：左岸接頭土石壩段、左河槽14孔泄洪閘、雙洲土石壩段1、船閘、雙洲土石壩段2、電站廠房、右河槽11孔泄洪閘、右岸接頭土石壩段，壩頂總長1315m。水庫正常蓄水位時相應(yīng)庫容1.28億m3。河床式水電站設(shè)計總裝機容量180MW，安裝9臺單機容量20MW的燈泡貫流式水輪發(fā)電機組，設(shè)計多年平均發(fā)電量7.93億kW·h。桃源水電站是一座以發(fā)電為主，兼顧航運、旅游等綜合利用的Ⅱ等大(2)型工程。

桃源水電站屬于典型的河槽徑流式水電站，水庫無調(diào)節(jié)性能，水庫調(diào)度原則來多少泄多少。水庫主要調(diào)度方式為：當入庫流量小于3699m3/s(即9臺機組滿發(fā)電流量，下同)時，通過水輪發(fā)電機組下泄；當入庫流量大于3699m3/s小于8800m3/s(即機組停機流量，下同)時，除9臺機組發(fā)電流量外，多余的水量通過左河槽泄洪閘下泄；當入庫流量大于8800m3/s時，25孔泄洪閘全開敞泄，電站樞紐恢復天然行洪狀態(tài)。

2010年11月，桃源水電站樞紐工程開始建設(shè)。2014年4月，電站樞紐主體工程完工投入使用。2018年10月，桃源水電站通過了樞紐工程專項驗收。

2 混凝土閘壩與廠房壩段布置

桃源水電站工程壩址河床由雙洲島分隔成左右兩部分。

左槽中部布置14孔泄洪閘，堰頂高程26.00m，孔口凈寬20m，壩頂總長度326.60m，最大壩高30.20m。閘壩兩側(cè)與土石副壩銜接，采用半插入式刺墻塑性黏土包裹防滲。

右槽中部布置11孔泄洪閘，堰頂高程26.00m，孔口凈寬20m，壩頂總長度254.50m，最大壩高30.20m。閘壩左側(cè)布置發(fā)電廠房，與副安裝間壩段無縫銜接，右側(cè)與土石副壩銜接，采用半插入式刺墻塑性黏土包裹防滲。廠房壩段靠近雙洲島布置，壩段總長度217.70m，最大壩高45.70m。廠房壩段右側(cè)與閘壩無縫銜接，左側(cè)接主安裝間。

3 揚壓力監(jiān)測布置概況

為監(jiān)測桃源水電站混凝土重力壩壩基揚壓力變化情況，沿壩軸線方向在閘壩和廠房每個壩段布置一套揚壓力測壓管，形成一條縱向揚壓力監(jiān)測帶。左槽閘壩共布置測壓管14根，右槽閘壩及廠房壩段共布置測壓管22根。

測壓管布設(shè)在各壩段防滲帷幕下游側(cè)閘墩中心線處，管中均安裝一支壓力傳感器，實現(xiàn)自動化監(jiān)測。測壓管在混凝土閘壩壩頂鉆孔埋設(shè)，觀測電纜由地下電纜溝引至相應(yīng)觀測站。

4 主要監(jiān)測成果分析

4.1 揚壓力過程線及特征值

4.1.1 左槽閘壩

將左槽閘壩各壩段揚壓力測值繪制成過程線(見圖1～圖2)，并統(tǒng)計數(shù)據(jù)特征值。從過程線及特征值統(tǒng)計可以看出：左槽閘壩壩基揚壓力整體表現(xiàn)為隨上游水位變化而變化，各壩段變化規(guī)律一致，一般較為平穩(wěn)，僅在2014年7月洪水、2016年3月庫水位降低時，有較為明顯變化。

各壩段揚壓水位最大值在31.17～40.91m之間，最小值在15.03～28.85m之間，平均值在24.45～37.64m之間。

4.1.2 右槽閘壩及廠房壩段

將右槽閘壩及廠房壩段各壩段揚壓力測值繪制成過程線(見圖3～圖5)，并統(tǒng)計數(shù)據(jù)特征值。從過程線及特征值統(tǒng)計可以看出：右槽閘壩及廠房壩段整體壩基揚壓力表現(xiàn)為隨上游水位變化而變化，各壩段變化規(guī)律一致，均較為平穩(wěn)。

壩基揚壓力觀測于2014年12月12日接入大壩自動化系統(tǒng)，之前為人工采集讀數(shù)。接入自動化系統(tǒng)之后UPb-11(11號壩段)實測揚壓數(shù)據(jù)已遠大于上游水位，明顯不是壩基揚壓力的正常反映，可判斷該測壓管數(shù)據(jù)已失真。除去前述分析中數(shù)據(jù)失真的UPb-11，各壩段揚壓水位最大值在33.78～39.99m之間，最小值在15.01～28.21m之間，平均值在26.64～37.70m之間。

圖1 左槽閘壩揚壓力測值過程線(UPa-1～UPa-7)(單位：m)

圖2 左槽閘壩揚壓力測值過程線(UPa-8～UPa-14)(單位：m)

圖3 右槽閘壩揚壓力測值過程線(UPb-1～UPb-10)(單位：m)

圖4 廠房壩段揚壓力測值過程線(UPb-12～UPb-17)(單位：m)

圖5 廠房壩段揚壓水位測值過程線(UPb-18～UPb-22)(單位：m)

4.2 揚壓力分布分析

4.2.1 左槽閘壩

將左槽閘壩各個測點揚壓力最大值、揚壓力最小值及揚壓力平均值繪制成左槽閘壩揚壓水位分布圖(見圖6～圖7)。

圖6 左槽閘壩揚壓水位分布(UPa-1～UPa-7)

圖7 左槽閘壩揚壓水位分布(UPa-8～UPa-14)

由圖可知：UPa-2(14號壩段)及UPa-13(25號壩段)平均揚壓水位較小。UPa-1(13號壩段)、UPa-4(16號壩段)、UPa-8(20號壩段)及UPa-12(24號壩段)揚壓水位相對較大，平均值達到37m以上。

各壩段揚壓水頭無明顯偏大情況。

4.2.2 右槽閘壩及廠房壩段

將右槽閘壩及廠房壩段各個測點揚壓力最大值、揚壓力最小值及揚壓力平均值繪制成右槽閘壩及廠房壩段揚壓水位分布圖(見圖8～圖9)。

圖9 廠房壩段揚壓水位分布(UPb-12～UPb-22)

由圖可知： UPb-15(⑧機壩段)及UPb-20(③機壩段)平均揚壓水位較小。 UPb-12(副安裝間壩段)、UPb-16(⑦機壩段)、UPb-17(⑥機壩段)及UPb-19(④機壩段)揚壓水位相對較大，平均值達到37m以上。

各壩段揚壓水位分布較為平均，無明顯偏大情況。

4.3 揚壓系數(shù)計算

4.3.1 左槽閘壩

為進一步掌握防滲帷幕工作情況，選取2018年8月31日實測上下游水位值與各壩段揚壓水位值估算揚壓系數(shù)。當日上游水位為39.46m，下游水位為31.32m，為上游水位較高，下游水位較低的情況。計算結(jié)果見表1。

由表可知，UPa-2、UPa-3、UPa-5、UPa-10、UPa-11及UPa-13實測水位低于下游水位； UPa-12實測揚壓系數(shù)超過0.7的設(shè)計值，后續(xù)觀測應(yīng)持續(xù)關(guān)注其測值變化情況，并進行人工比測。

表1 左槽閘壩揚壓系數(shù)

4.3.2 右槽閘壩及廠房壩段

與左槽閘壩相同，選取2018年8月31日實測上下游水位值與各壩段揚壓水位值估算揚壓系數(shù)。計算結(jié)果見表2。

表2 右槽閘壩及廠房壩段揚壓系數(shù)

續(xù)表

由表可知，UPb-4、UPb-9、UPb-12、UPb-15及UPb-20實測水位低于下游水位，UPb-14、UPb-16及UPb-17實測揚壓系數(shù)超過0.7的設(shè)計值，后續(xù)觀測應(yīng)持續(xù)關(guān)注其測值變化情況，并進行人工比測。

5 結(jié) 語

綜上所述，桃源水電站大壩壩基揚壓力監(jiān)測取得了相應(yīng)效果，各測點揚壓水位均低于上游水位，壩基防滲帷幕取得了相應(yīng)的防滲效果；揚壓力各測點測值基本隨上游水位變化，各壩段變化規(guī)律較為一致，一般較為平穩(wěn)，無較大滲漏通道產(chǎn)生。

壩基揚壓力水位分布基本合理，各測點揚壓系數(shù)基本正常，大部分低于設(shè)計值。部分測點揚壓系數(shù)有超過設(shè)計值的情況發(fā)生。壩基揚壓力測點除右槽UPb-11(11號壩段)外基本工作良好，測點布置能夠良好地監(jiān)測壩基揚壓力的實際狀態(tài)。建議在后續(xù)工作中對UPb-11測壓管進行修復，保障揚壓力監(jiān)測的連續(xù)性。