某水庫低水位運行的安全性分析

汪國霞

(青海省引大濟湟工程水資源調度服務中心，西寧 810000)

0 引 言

水庫非常規水位條件下運行會造成水庫安全性發生變化，因此，在水庫水位恢復正常使用工況時需要對低水位運行期間的安全性進行評價。2018年9月15日至2019年7月31日期間水庫低水位運行，6月底，西干渠取水口施工項目完工，通過交付使用驗收，水庫計劃7月開始蓄水，逐步恢復生態、供水、灌溉、防洪、發電功能，確保12月底達到水庫正常運行條件。根據水庫巡視檢查和大壩各項監測資料，依據邊界條件進行對比分析，從而研究大壩總體防滲效果、壩體沉降及壩體變形等情況，對大壩的工作狀態進行評估(工作狀態分為正常、異常和險情三類)，確保水庫工程的安全運行[1]。

1 工程概況

某水庫是一座以灌溉和城市供水為主，兼顧防洪、發電等綜合效益的大(2)型水利樞紐工程。水庫大壩為混凝土面板堆砂礫石壩，水庫總庫容1.82億m3，興利庫容1.32億m3。工程主要建筑物有大壩、溢洪道、導流放水洞、灌溉發電洞、壩后電站(3×4000+1×2500kW)、供水工程。樞紐布置格局為河床布置混凝土面板堆砂礫石壩；大壩右側布置開敞式岸邊溢洪道；右岸山體內布置導流洞和龍抬頭型式的放水洞；左岸山體內布置灌溉發電洞，水電站廠房布置于壩后左岸；供水工程位于壩后17km左岸臺地。

2018年9月15日至2019年6月23日期間，時段初庫水位為2883.80m，時段末庫水位為2843.65m，此時段內最低水位2839.60m(2019年4月27日)，最高水位2883.80m(2018年9月15日)。此時段內平均出庫流量為14.28m3/s，出庫總水量為3.55億m3(按日均出庫量計算)，平均入庫流量為10.50m3/s，入庫總水量為2.61億m3(按日均來水量計算)，其中調水總干渠調水1290.24萬m3。

2 變形監測

2.1 大壩外部變形和岸坡位移觀測及錨索預應力監測

2.1.1 大壩外部變形監測

1)豎向位移：2018年9月-2019年6月期間最大位移量為S3-6：+7.3mm，豎直向下位移。時段內內最大位移量S2-8：+7.7mm，向下位移，變化時段為2018年9月-2018年12月。

2)橫向位移：2018年9月-2019年6月期間最大位移量為S1-4：-2.47mm，向上游位移。年內最大位移量S1-8：-10.46mm，向上游位移，變化時段為2018年9月-2018年12月。

3)縱向位移:2018年9月-2019年6月期間最大位移量為S1-2：+7.9mm，向左岸位移。年內最大位移量S1-2：+7.9mm，向左岸位移，變化時段為2018年12月-2019年3月。

2.1.2 上游岸坡變形監測

1)X方向：2018年9月-2019年6月期間最大位移量為CD7：-4.8mm，向南位移。年內最大位移量CD7：-5.1mm，向南位移，變化時段：2018年9月-2018年12月。

2)Y方向：2018年9月-2019年6月期間最大位移量為CD2：：-5.7mm，向西位移。年內最大位移量JD11：-6.9mm，向西位移，變化時段：2018年9月-2018年12月。

3)H方向：2018年9月-2019年6月期間最大位移量為CD7：-5.4mm，豎直向上位移。年內最大位移量CD7：-9.3mm，向上位移，變化時段：2018年9月-2018年12月。

2.1.3 調壓井邊坡變形監測

1)X方向：2018年9月-2019年6月期間最大位移量為B1：-2.0mm，向南位移。年內最大位移量B1：-5.0mm，向南位移，變化時段：2018年9月-2018年12月。

2)Y方向：2018年9月-2019年6月期間最大位移量為B4：+7.4mm，向東位移。年內最大位移量B4：+7.4mm，向東位移，變化時段：2018年12月-2019年3月。

3)H方向：2018年9月-2019年6月期間最大位移量為B4：+4.6mm，向下位移。年內最大位移量B4：+4.6mm，向下位移，變化時段：2018年12月-2019年3月。

2.1.4 調壓井邊坡錨索應力監測

2018年9月15日至2019年6月23日時段內調壓井邊坡錨索應力監測資料分析可知：197#測點應力最大值為2019年4月6日測值663.3kN；最小測值為2018年9月29日測值399.59kN,時段內最大變幅263.71kN，測值除突變值外基本穩定，剔除異常值，應力損失率在17.09%-49.12%之間；未達到錨索進行補強張拉50%的要求；202#測點應力測值不穩定，大部分測值異常，剔除異常值，應力損失率在3.36%-16.85%之間，未達到錨索進行補強張拉50%的要求。

2.2 內部變形觀測

水管式沉降儀2018年測值同往年測值相差很大，且2019年度無測值，對其無法進行科學性分析，2019年度維修項目已對該項監測儀器鑒定，依據專業機構人員鑒定情況是否恢復儀器結論確定后，進行后期的跟蹤分析。

2.3 裂縫及接縫觀測

1)面板周邊縫及板間縫縫變位觀測

各測縫計近五年位移變化情況見表1、表2。

表1 大壩三向測縫計近五年位移變化量統計表單位 mm

經分析認為：大部分測縫計近幾年監測值存在突變嚴重、異常等問題，部分測縫計甚至不能監測，且能監測的測縫計同溫度、水位變化并未呈現出一定的規律，以上兩種情況無法進行人工校驗，監測數據需進一步驗證是否可靠。本時段水庫最低水位為2839.60m，已接近部分測縫計埋設位置，通過日常巡查、年度檢查大壩面板無異常現象，可以初步判斷大部分監測儀器出現問題，但大壩面板周邊縫、板間縫實際位移變化量應在控制值內[2]。

表2 兩向及單向項測縫計近五年位移變化量統計表單位 mm

2)面板脫開縫縫變位觀測

本時段內T1、T2、T3測縫計X、Z方向位移無變化，T4測縫計X方向位移變化量為0.8mm，Z方向位移無變化。四支測縫計測值在監控技術指標值內，位移量變化過程線平滑，無突升突降現象，說明面板與墊層的接觸面基本為發生脫開現象。

3 滲流監測

3.1 壩體及壩基滲流壓力觀測

根據某水庫工程2018.9-2019.6時段滲壓計滲壓水位觀測結果統計表、過程線可以看出：

1)經對各正常測點計算，防滲系統水頭消剎率>60%，符合常規。

2)選擇2018年9月15日至2019年6月底最高、最低庫水位2883.80m(2018年9月15日)、2839.60m(2019年4月27日)，根據滲壓計滲壓水位記錄表，取9月15日、4月27日作為典型點進行分析，對典型測點進行列表統計，見表3-4。

表3 橫斷面0+289.8上滲壓計典型測點滲壓水位統計表 m

表4 橫斷面0+193上滲壓計典型測點滲壓水位統計表 m

由表3、4可知，U1、U7與U14(面板后墊層內水位最高，符合一般的滲流變化規律)以外其余壩基各測點滲壓水位均低于2794.70m(排水體底部高程)，低于壩體內部浸潤線控制值(2798.50m)，說明排水體內無水，壩體滲水完全由基礎砂卵石覆蓋層排出。

表5 橫斷面0+394.7上滲壓計典型測點滲壓水位統計表 m

由表5可知，橫斷面0+394.7上各正常滲壓計的滲壓水位從上游到下游、從高勢到低勢總體降低，符合浸潤曲線規律。

表6 81#縱斷面上滲壓計典型測點滲壓水位統計表 m

由表6可知，1#縱斷面上各正常滲壓計的滲壓水位在2774.54-2782.84m之間，基本水平，符合浸潤曲線規律。

由表7可知，2#縱斷面上各正常滲壓計的滲壓水位在2819.16-2820.04m之間，基本水平，故符合浸潤曲線規律。

壩體內部1#、2#縱斷面上的浸潤線詳見圖2、3。

表7 2#縱斷面上滲壓計典型測點滲壓水位統計表 m

圖1 壩體內部浸潤線示意圖(壩軸線方向)

由表3-表7結合一年來監測成果分析可知：各測點滲壓水位隨著庫水位的變化而變化，變化幅度不大，可認為各測點滲壓水位與庫水位雖有一定的相關性，但相關性不大；位于相對上游的以及相對高勢的滲壓水位與同時段庫水位相關性相對明顯。由此可見大壩防滲系統的滲壓水位是由上游到下游，由高到低逐步減小。

經分析認為：浸潤線縱向和橫向分布符合一般規律；說明防滲系統綜合防滲效果良好。

3.2 繞壩滲流觀測

1)壩肩繞壩滲流觀測：

選取2018年9月15日至2019年6月底水庫最高(2018年9月15日)、最低水位監測日(2019年4月27日)，結合降水及壩后電站機組開機負荷情況進行列表統計，如表8。

表8 某水庫大壩壩肩測壓管典型日滲壓水位統計表

由表3-10可知:HY1、HY2測壓管滲壓水位的變化與同時段庫水位變化具有一定的相關性，但庫水位與滲壓水位差值較大。HY1、HY2測壓管同時段的滲壓水位進行比較，發現HY1測壓管水位高于HY2測壓管水位，且兩個測壓管水位差較大。HZ3測壓管水位變化與同時段庫水位變化相關性不明顯，并且滲壓水位與庫水位相差較大,說明帷幕灌漿起到了防滲作用，HZ3測壓管的滲壓水位主要與降水和地下裂隙水活動的關系較密切。

ZD1測壓管水位變化與同時段庫水位變化聯系非常密切，且二者水位差值不大，說明ZD1測壓管與水庫連通性很好；ZD2測壓管水位變化也與同時段庫水位變化聯系較密切，但低于ZD1測壓管水位，說明帷幕灌漿起到了防滲作用；ZD3、ZD4、ZD5、ZD6測壓管的滲壓水位變化與同時段庫水位變化聯系不明顯，但與降水和地下裂隙水活動的關系較密切。

2)壩基滲流觀測：

選取期間水庫最高(2018年9月15日)、最低水位監測日(2019年4月27日)，結合壩后電站機組開機負荷、降水、放水洞放水或溢洪道過水等典型邊界情況進行列表統計，如表9。

表9 某水庫大壩下游測壓管典型日滲壓水位統計表

由表9，結合時段內監測成果分析可知:下游測壓管水位與同時段庫水位雖有一定的相關性，但變化幅度不大，主要受降水、地面水活動(下游測壓管附近綠化帶灌溉用水及壩后電站尾水渠水位)、放水洞放水等因素的影響較大。高低依次為BH4、BH3、BH1、BH2，比較有規律，表明由于放水洞出口在右岸，左岸的滲壓水位較右岸低，地下水的流向是從右岸經壩基流向左岸方向,原因是BH3、BH4測壓管靠近放水洞出口，受放水洞滲流影響較大，測壓管水位較高，而BH1、BH2測壓管離放水洞出口較遠，影響較小，測壓管水位較低，并且左岸發電站施工過程中基礎開挖有效地降低了壩后水位，BH4測壓管水位高于BH3測壓管水位，符合滲流規律；總體來看下游各測壓管水位均低于其控制水位，說明防滲系統綜合防滲效果較好。

4 結 論

根據大壩外部變形觀測可以判定沉降已穩定，壩體填筑密實程度較好，水庫岸坡較穩定；大壩低水位運行期間在年度及日常巡視檢查中未發現周邊縫、板間縫及脫開縫異常狀態；帷幕灌漿防滲效果符合防滲要求，大壩滲流穩定，排水體排水順暢，防滲系統綜合防滲效果良好，大壩各項監測指標正常，大壩運行正常。