工程截流水文觀測技術與實施

廖 雯， 王 興， 譚 曉 東， 黃 銳， 李 霞 斌

(中國水利水電第十二工程局有限公司，浙江 杭州 310004)

1 概 述

拉哇水電站位于金沙江上游，左岸為四川省甘孜藏族自治州巴塘縣拉哇鄉，右岸為西藏自治區昌都市芒康縣朱巴籠鄉，為一等大(Ⅰ)型工程，壩址控制流域面積17.6萬km2，多年平均流量861 m3/s，水庫總庫容為24.67億m3，總裝機容量2 000 MW。樞紐采用河床布置混凝土面板堆石壩，壩頂高程2 709 m，壩頂長度398 m，壩頂寬15 m。

工程截流采用導流洞分流、單戧寬戧堤從左向右單向立堵進占截流方式。截流戧堤布置在上游圍堰內，截流標準采用11月10年一遇月平均流量Q=639 m3/s，對應的截流戧堤擋水水位2 548.193 m，戧堤堤頂高程2 550 m。截流龍口布置在右岸，龍口頂寬60 m。

工程截流時，及時掌握截流期間龍口區域水情，分析河流水文要素變化規律，是指導工程截流施工組織、施工進度、投料強度、投料順序、拋投方法的重要依據[1]。同時，對戧堤及其附近部位水位、流速、龍口寬度、水面寬度、戧堤高程等水文指標進行跟蹤測量、實時分析，為工程截流順利實施提供了水文技術保障。

2 水文觀測方案

水文觀測時段為2021年11月27日～2021年11月29日，水力學要素觀測主要在截流合龍階段[2]。

2.1 水文觀測工作內容

及時掌握截流環境的動態變化，是戧堤進占強度安排、拋投材料確定的基礎。

2.1.1 觀測站點的布設

截流期間的水文觀測工作不同于常規江河的水文觀測，易受截流施工的不斷干擾，同時要及時滿足施工進度的需要，是一種特定環境、特定時間、特定條件下的水文觀測[3]。根據工程截流施工及水文觀測的具體情況，共布置2個觀測站，3個移動觀測點，7個固定觀測點。截流期間水文觀測站網布置見圖1。

圖1 截流期間水文觀測站網布置示意圖

2.1.2 水文觀測的內容

(1)截流戧堤左右岸上、下挑腳(①、②、⑤、⑥)：水位、流速。隨著龍口束窄，龍口水力條件逐漸變差，戧堤上游防沖磯頭(上挑腳)及下游回流區(下挑腳)的穩定對整個戧堤的穩定至關重要，故在左右岸上、下挑腳處各設置1個觀測點，為合理選擇上、下挑角拋投料、拋投順序、拋投強度等提供依據。其中左岸上、下挑腳觀測點(①、⑤點)隨戧堤進占同步向右岸移動。

(2)截流戧堤上游-50 m處(④)：水位、流速。觀測戧堤軸線上游-50 m處(SY0-125)水位、流速，配合分析戧堤軸線上下游水位和有效落差隨進占過程的變化及戧堤軸線上下游沿程流速分布，為合理選擇拋投料、拋投方式、控制施工進度等提供依據。

(3)截流戧堤軸線部位(③)：戧堤高程、龍口寬度、對應水面寬度、水位、流速。觀測截流戧堤軸線部位戧堤高程、龍口寬度、對應水面寬度、水位、流速等，以便及時分析龍口落差、龍口流速隨龍口束窄過程中的變化，為合理選擇拋投料、拋投強度、控制施工進度等提供依據，該觀測點隨戧堤進占同步向右岸移動。

(4)截流戧堤軸線下游+21.8 m、+31.7 m、+32.5 m、+50 m處(⑦、⑧、⑨、⑩)：水位、流速。該電站龍口設計寬度為60 m，壩區河床為深厚軟弱覆蓋層，表層Qal-5抗沖刷能力差，水力模型試驗成果表明，在Q=639 m3/s工況下，當龍口寬為30 m時，龍口流速最大，在龍口寬度20 m時略有下降；龍口寬60 m、30 m、20 m時，龍口最大流速點分別位于戧堤軸線下游+21.8 m、+31.7 m、+32.5 m處。為減輕河床沖刷、減少龍口拋投量、縮短截流時間和減輕戧堤坍塌，確保戧堤截流拋填順利實施，在合龍前采用鋼筋石籠、大塊石等對龍口段戧堤上游25 m、下游35 m范圍內河床進行護底。在截流期間對可能發生最大流速位置的水位、流速進行觀測，便于及時采取措施減輕河床沖刷，確保截流順利。

(5)拋投料穩定和流失情況、戧堤左右岸邊坡穩定情況[4]。

2.2 水文觀測的方法

工程截流期間，堤頭施工情況瞬息萬變，快速、準確的掌握水情信息是成功截流的關鍵。

2.2.1 水位、高程觀測

在工程截流戧堤進占中，因戧堤堤頭容易發生坍塌和施工車輛振動等因素易于損壞水尺，或者造成水尺零點變動進而影響水位精度，從而不利于設尺觀測水位；并且水尺位置的固定不能滿足裹頭進占水尺位置相應變動的需要[5]，故在預進占和截流階段，采用全站儀無棱鏡模式對水位、龍口高程等進行觀測記錄。

2.2.2 龍口寬度、水面寬度觀測

龍口寬度觀測由兩岸觀測人員采用全站儀TZ08對左右岸龍口坐標同時進行測量，并將測量結果及時匯總給記錄人員，運用坐標反算法，計算直線的水平距離和坐標方位角。水面寬度觀測和計算方法與龍口寬度觀測方法一致，水面直線的起點和終點坐標點難以定在水面上，采用水面臨近的戧堤坡面與水面交匯部位作為水面寬度測量坐標點。

2.2.3 流速觀測

電站上游戧堤附近的流速監測，采用SVR手持式電波流速儀進行非接觸式流速測量。

2.2.4 拋投料及邊坡穩定觀測

采用目測法觀測。

2.2.5 觀測頻次

龍口S0+077～S0+085段進占時，每1 h觀測一次；S0+085～S0+100段進占時，每40 min觀測一次；龍口進占最后20 m，每20 min觀測一次。同時，當拋投料、拋投位置、拋投方法等變化時補充觀測一次。

2.2.6 觀測記錄及信息發布

截流期間，觀測人員按規定頻次及施工進度需要對各水文要素進行觀測，并實時記錄觀測結果，對結果進行分析。建立截流通訊網絡，記錄人員將觀測結果及分析成果報告給工程截流總指揮，由總指揮統一進行水文信息發布，指導工程截流施工。

3 觀測成果

隨著截流戧堤進占，龍口上下游水位落差，龍口流速等均發生變化，且呈規律性。

3.1 龍口水位落差

隨著龍口的束窄，龍口落差逐漸增大，當龍口寬度束窄至21 m時達到最大，水位落差為6.46 m，水面寬度為2.78 m。龍口基本合龍時水位落差的變化見圖2。

圖2 龍口基本合龍時水位落差的變化圖

3.2 龍口流速

龍口最大流速隨著龍口寬度束窄而增大，在龍口寬度束窄至30 m時達到最大，此時流速為6.87 m/s，當龍口水面寬度為18 m時，流速逐漸下降。同時，隨著龍口寬度的束窄，龍口最大流速的位置也慢慢向龍口下游偏移。龍口流速隨龍口束窄變化見圖3。

3.3 成果分析

工程截流實際流量為430 m3/s。根據截流期間水文觀測成果表明，在Q=430 m3/s流量的情況下，最大落差發生在龍口合龍時，達6.46 m；當龍口寬度為30 m時，戧堤軸線部位最大流速達6.87 m/s；在戧堤軸線下游約22 m處，最大流速為7.57 m/s，此階段拋投料損失量最大，為截流最困難階段。

圖3 龍口流速隨龍口束窄變化圖

4 結 語

截流期間水文要素的實時觀測，驗證了模型試驗、水力學計算與設計成果。同時，為截流拋填料的選擇、截流進度的把控等提供可靠的依據，也為提前完成合龍奠定了堅實的基礎。在截流戧堤強進占時，右岸裹頭水下出現脫空現象，現場指揮小組根據實時水文信息及時對右岸裹頭進行補拋，并改變進占方式，調整拋投料，有效控制了拋投料的流失。最終使電站提前合龍，順利完成截流工作，取得了顯著的經濟效益和社會效益。