小浪底水庫水位驟變與主壩沉降變化規律分析

洪羽 王志剛

摘 要：大壩安全監測有助于實時掌握被監測體的狀態，保障其運行安全。本文簡要介紹小浪底水庫安全監測點分布及運行情況，整理大壩的安全監測資料，并從大壩安全及穩定性方面分析監測資料。經分析，目前，大壩壩體位移處于合理區間。

關鍵詞：庫水位;監測;位移

中圖分類號：TV698.1文獻標識碼：A文章編號：1003-5168（2021）14-0052-03

Abstract： Dam safety monitoring helps to grasp the status of the monitored body in real time and ensure its safe operation. This paper briefly introduces the distribution and operation of the safety monitoring points of the Xiaolangdi Reservoir， sorts out the safety monitoring data of the dam， and analyzes the monitoring data from the aspects of dam safety and stability. After analysis， at present， the displacement of the dam body is within a reasonable range.

Keywords： reservoir water level;monitoring;displacement

小浪底水庫的大壩安全監測將主壩變形作為重點，在主壩上選擇3個橫斷面和2個縱斷面作為主要監測斷面。三個橫斷面分別是A-A（D0+693.74）、B-B（D0+387.50）、C-C（D0+217.50），兩個縱斷面為沿斜心墻軸線斷面D-D和沿壩軸線斷面E-E。其中，A-A監測斷面位于F1斷層帶上;B-B監測斷面位于主壩最大壩高處，此處覆蓋層深度約為70 m;C-C監測斷面位于左岸巖石基礎和河床覆蓋層的交界部位。

由于泄水建筑物、發電建筑物均集中布置在左岸山體，設計方案將左岸山體視為主壩的延伸進行加固處理，沿山梁進行帷幕灌漿，灌漿帷幕后面設置排水系統。因此，左岸山體以滲流監測為監測重點，對灌漿帷幕、排水幕以及地下廠房周圍地下水位進行監測，同時還布設了變形觀測點，對左岸山體的整體變形進行監測。

1 垂直位移監測設計

小浪底水庫主壩壩體表面變形監測主要通過監測主壩上、下游坡的8條視準線來實現[1]。8條視準線共有27個工作基點和120個監測點。由于壩體長、監測點變形較大，常規視準線觀測方法無法實施，根據現場情況，分別采用小角法、GPS（全球定位系統）技術法、TPS（全站儀定位系統）極坐標法、邊角交會法進行水平位移監測，采用幾何水準進行垂直位移監測[2-4]。

截至2019年10月底，主壩不同高程視準線測點的累計最大垂直位移變化特征值如表1所示。上游185 m高程視準線由于高程較低，長期淹沒于水下，已于1999年停止觀測;上游225 m高程視準線在每年庫水位低于225 m高程時能進行2～3次觀測，大部分時間停測;上游260 m高程視準線每年在庫水位高于測墩時有較短時段停測;其余上游283 m高程視準線和下游155 m、220 m、250 m、283 m高程視準線的項目均正常觀測。

2 不同高程視準線的總體變化趨勢

截至2019年10月底，主壩累計垂直位移呈持續下沉變化，累計沉降量最大點位于主壩下游側EL283視準線斷面B-B（D0+387.5）處，累計沉降量為1 593.5 mm，達到壩高的1%。同期，壩頂上游側測點年內最大沉降量為55.0 mm，出現在壩頂上游EL283視準線D0+387處，下游側年內最大沉降量為39.9 mm，出現在壩頂下游EL283視準線D0+387處。

主壩垂直位移整體呈單調遞增的趨勢，各測點變化規律一致，均呈下沉變化，變化規律符合土石壩正常位移變化規律。垂直位移測值分布均勻連續，總體來看，主壩垂直方向呈主河床區位移量大、兩岸位移量小、壩頂位移量大、高程越低時位移量越小的特點，大壩等沉陷圖有很好的分布規律和封閉性。從歷年變化量看，蓄水初期變化速率快，近幾年變化速率趨緩。

3 防洪運用期同年變化比較

庫水位快速下降期間，主壩上、下游各條視準線以B-B監測斷面沉降變化最為明顯。2012年首次達到歷史最高蓄水位（270.10 m），上、下游EL283視準線年度沉降量最大，分別為82.0 mm、65.9 mm，2013年次之;2016年和2017年汛期庫水位消落不明顯，年度最大沉降量分別為15.9 mm、15.6 mm，明顯小于2018年、2019年最大沉降量（分別為55.0 mm、54.0 mm）。2010—2019年，小浪底水庫最高庫水位和最低庫水位監測結果如表2所示，主壩A-A監測斷面、B-B監測斷面、C-C監測斷面不同高程視準線的垂直位移變化特征值如表3所示。

從小浪底水庫的庫水位變化和上游EL260、EL283視準線測點數據來看，庫水位下降階段主壩沉降量要大于上升階段主壩沉降量。庫水位快速下降過程中，歷時越短，日均沉降速率越大，如表4所示。其中以2013年歷時最短（日均庫水位降幅2.35 m），日均沉降速率達2.81 mm（位于上游EL283視準線）。相較2010年和2011年，2019年日均庫水位降幅小，而日均沉降速率大，經分析，這主要與2019年防洪運用期水位較低有關。

4 結語

小浪底水庫主壩各測點的垂直位移變化規律基本一致，垂直位移測值分布均勻連續，并呈以B-B監測斷面為中心向左右兩岸遞減的變化規律，符合土石壩一般變化規律。庫水位快速下降期，各條視準線總體呈日均庫水位降幅越大則日均沉降速率越大的特點，庫水位運用較低的年份（2012年211.00 m、2013年212.10 m、2018年212.40 m、2019年209.53 m）沉降臺階變化明顯，主河床區在庫水位快速下降期的沉降量占全年沉降量的30%～60%，最大達到67.7%（發生于2012年C13測點）。上游沉降變化受庫水位影響更明顯，從近幾年觀測結果看，庫水位快速下降對年沉降量的影響較大，壩頂下游側垂直位移速率小于上游側垂直位移速率，垂直方向位移差整體呈減小變化趨勢，進行防洪運用的年份，位移差變化速率較大。

從監測結果來看，主壩壩體和上下游坡垂直變形規律正常，并顯示與填筑時間、填筑高度、上游水位等因素相關的變化規律，且變化規律相近，空間分布有明顯規律，位移過程線平順，未發現異常趨勢性變化，其均呈位移變化速率減緩的趨勢。從庫水位快速下降對小浪底水庫主壩變形的影響來看，泄洪排沙運用期間，根據上游來水情況，建議小浪底水庫最低運用水位按不低于220 m控制。

參考文獻：

[1]陳立云，王詩玉，丁媛媛，等.小浪底水利樞紐主壩變形監測資料分析[C]//中國大壩工程學會.水庫大壩高質量建設與綠色發展——中國大壩工程學會2018學術年會論文集.北京：中國大壩工程學會，2018：9.

[2]宋書克，尤相增，薛恩澤，等.小浪底工程多源異構監測數據融合應用[C]//中國大壩工程學會.水庫大壩高質量建設與綠色發展——中國大壩工程學會2018學術年會論文集.北京：中國大壩工程學會，2018：6.

[3]沈鵬.水平水庫大壩監測系統探討和監測效果分析[J].水利科學與寒區工程，2020（1）：79-82.

[4]羅鳳杰，吳宇峰，文云平.某電站大壩變形監測結果初步分析[J].甘肅水利水電技術，2019（11）：62-65.