低溫高水位工況下大壩變形及排水量分析

陳 俊，邵廣俊，胡偉飛

（國網(wǎng)浙江省電力公司緊水灘水力發(fā)電廠，浙江 麗水 323000）

低溫高水位工況下大壩變形及排水量分析

陳 俊，邵廣俊，胡偉飛

（國網(wǎng)浙江省電力公司緊水灘水力發(fā)電廠，浙江 麗水 323000）

2010年和2012年緊水灘水電站大壩經(jīng)歷了兩次低溫高水位工況，壩體水平位移和壩基排水顯著增大。通過對兩次低溫高水位工況大壩運行狀態(tài)的簡要描述和對環(huán)境量及監(jiān)測數(shù)據(jù)的綜合分析，定性地分析了低溫高水位工況對大壩運行性態(tài)的影響，以更好地掌握大壩運行變化規(guī)律，指導(dǎo)運行管理。

低溫高水位；水平徑向位移；壩基排水量；大壩安全

緊水灘大壩位于浙江省云和縣甌江上游龍泉溪上，樞紐屬一等工程。大壩為三心雙曲變厚混凝土拱壩，壩高102 m，壩頂弧長350.6 m，壩頂厚5 m，底部最大厚度24.6 m，厚高比0.24，壩頂高程為194 m，壩體自左向右依序分為20個壩段。水庫總庫容13.93億m3，正常蓄水位184 m，死水位164 m，設(shè)計洪水位190.29 m，校核洪水位192.70 m。該工程于1981年開工，1986年6月下閘蓄水，1987年4月第一臺機組發(fā)電，1988年底工程竣工。到2013年，拱壩已運行了27年。2010年、2012年出現(xiàn)了水位+溫降的不利組合工況，水壓荷載與溫度荷載疊加，使大壩變形和滲流量產(chǎn)生了較大的增量。為了解低溫高水位工況下緊水灘大壩的運行性態(tài)，本文分析了大壩水平位移和壩基排水量的變化規(guī)律，旨在對低溫高水位工況對大壩的影響做出評價。

1 緊水灘大壩低溫高水位工況分析

2010年初緊水灘流域出現(xiàn)連續(xù)降雨天氣，致使上游庫水位自2月5日起就高于175 m，3月9日17:35最高水位達到183.67 m，成為建壩以來的年初最高水位。2012年3月大壩再次遭遇相似工況，3月8日15:38水位達到183.08 m。大壩自投入運行以來，3月份低溫季節(jié)庫水位超過180 m僅此兩次，見圖1。

緊水灘大壩運行期間壩體溫度主要受外界傳入的壩址氣溫影響，庫水位以下特別是130 m高程以下的壩體溫度主要由下游壩面?zhèn)魅氲臍鉁氐挠绊?，庫水位以上的壩體溫度受上下游壩面導(dǎo)入的氣溫影響，影響的程度與相應(yīng)氣溫接觸面的距離有關(guān)。大壩內(nèi)埋溫度計實測資料顯示，靠近下游壩面及庫水位以上部位壩體溫度在3月達谷值，本文選取大壩10號壩段具有代表性的斷面繪制了過程線，見圖2。

圖1歷年3月上游庫水位過程線圖

2 低溫高水位下大壩垂線監(jiān)測成果及變形分析

緊水灘大壩水平位移主要由5組正、倒垂線實現(xiàn)監(jiān)測，分別布置在4號壩段、7號壩段、11號壩段、13號壩段和17號壩段。

2.1 徑向位移

對垂線實測歷史資料表明，壩體徑向位移呈年周期性變化規(guī)律，每年3月份壩體向下游變形，9月份壩體向上游變形。同一高程上，徑向位移以靠近中部拱冠的11號壩段最大，向兩岸的測點位移漸小，同一壩段各測點高程越高，測點的徑向位移變化幅度越大。

低溫高水位期間，垂線自動化測量測次為1次/4 h，能較為精確的捕捉到大壩的細(xì)微變形。從2010年初垂線自動化數(shù)據(jù)分析可以看出，隨著水位的上升，大壩壩體有持續(xù)向下游的位移；隨著水位的下降，大壩有明顯向上游的位移，壩體位移與所承受的水壓力有明顯的相關(guān)性，見圖3。分析變幅分布，同一高程上，拱冠壩段最大，向兩邊壩段遞減，基本呈對稱分布；同一壩段上，隨著高程的降低，變幅逐步減小。

圖3壩段▽194徑向位移與水位變化過程線

在該不利工況作用下，大壩向下游位移創(chuàng)歷史最大值，見表1。2012年3月大壩再次經(jīng)歷低溫高水位工況，大壩向下游位移又創(chuàng)新的歷史最大值。

表1壩頂徑向位移統(tǒng)計表

2.2 切向位移

對垂線切向位移的統(tǒng)計分析表明，隨著水位的上升，兩岸壩段向岸坡位移，即左岸壩段向左，右岸壩段向右。分析變幅分布，同一高程上拱冠壩段變幅最小，向兩岸逐步增大，同一壩段上除拱冠11壩段外，測點均隨著高程減低，變幅變小，壩體最大切向位移變幅基本呈對稱分布。

通過壩頂水平位移與水位相關(guān)分析可以得出，低溫高水位工況下，大壩變形與水位變化有較高的相關(guān)性。徑向位移創(chuàng)新的歷史最大值，是溫度荷載和水壓荷載疊加的結(jié)果；而切向位移均未創(chuàng)新最大值，這與溫度荷載和水壓荷載導(dǎo)致的切向位移相反，互相抵消有關(guān)。

從整體情況看，隨著水位的降低和氣溫的回升，大壩變形逐漸恢復(fù)，說明變形屬彈性變形，且位移空間分布合理，符合拱壩一般變化規(guī)律。

3 低溫高水位下大壩壩基排水量分析

對緊水灘大壩壩段排水量分析表明，低溫期間水位對壩基排水影響顯著。2010年3月低溫高水位工況下壩基排水總量達到303.85 m3/d，創(chuàng)歷史最大值，較同月初增加174.34 m3/d。2012年3月類似工況下排水量又創(chuàng)新的歷史最大值，達到439.72 m3/d，與同年2月測值相比增大了8倍，見圖4。由圖4可看出，低溫高水位工況下壩基排水量遠大于正常工況下的壩基排水量，隨著水位的降低，壩基排水量迅速減小。壩基排水主要是集中在8～11壩段，這些壩段在低溫高水位工況下增量顯著。從壩基的排水量與上游水位相關(guān)分析中可以看出，當(dāng)庫水位低于▽170 m時，排水量沒有大的變化，當(dāng)庫水位高于▽170 m后，排水量有明顯增加，當(dāng)水位高于▽180 m后，排水量增加顯著。

圖4上游水位與壩基總排水量過程圖

低溫狀態(tài)下，裂隙擴張，同時高水位造成較大的滲透壓力，致使壩基排水迅速增大。從圖4可以看出，低溫高水位工況下2012年排水量大于2010年排水量，恢復(fù)正常工況后2012年排水量也稍大于2010年，說明低溫高水位不利工況造成了滲流通道的相對通暢。

4 結(jié)語

緊水灘水電站大壩在低溫高水位組合工況下，水平徑向位移和壩基排水量顯著增大，并依次創(chuàng)新歷史最大值。期間巡視檢查未發(fā)現(xiàn)異常，大壩位移變化過程平滑，無突變現(xiàn)象，空間分布合理，各監(jiān)測量在不利工況消除后均有良好恢復(fù)，但一定程度上造成了壩基滲流通道的相對通暢，在今后的運行中應(yīng)盡量避免類似工況發(fā)生，以避免異常情況持續(xù)發(fā)展，造成壩基防滲帷幕的損傷。同時仍應(yīng)加強對類似不利工況下的監(jiān)測與分析工作，以更好地掌握大壩運行變化規(guī)律，指導(dǎo)運行管理，及時發(fā)現(xiàn)異常情況，確保大壩安全運行。

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[5]緊水灘監(jiān)測資料分析報告[R].

TV642

A

1672-5387（2017）11-0047-03

10.13599/j.cnki.11-5130.2017.11.018

2017-08-30

陳 俊（1983-），男，工程師，從事水電廠大壩安全監(jiān)測工作。