碧流河水庫主壩滲流安全分析

高香凱

(大連市碧流河水庫有限公司，遼寧 大連 116221)

1 工程概況

碧流河水庫地處大連市北部，位于大連市普蘭店區、莊河市、遼寧營口市蓋州市三市交界處，距大連170km，1975年10月動工修建，1986年10月竣工并投入運行。總庫容9.34億m3，按500a一遇洪水設計、10000a一遇洪水校核，多年平均徑流量6.6億m3，控制流域面積2085km2，占全流域面積74.3%，是以城市供水為主，兼有防洪、發電、灌溉、養殖、旅游等綜合效益的國家大Ⅱ型水利樞紐工程。工程包括主壩、輸水洞、水電站以及三座副壩，其中主壩長708.5m，最大壩高53.5m，由瀝青混凝土心墻堆石壩、混凝土重力壩、瀝青混凝土心墻土壩等多種壩型組成。溢流壩段長108m，有9孔弧形閘門，啟閉方式為固定卷揚式；一副壩為黏土心墻壩，壩長227m，最大壩高21.7m；二副壩為風化砂均質壩，壩長380m，最大壩高9.3m；三副壩為瀝青混凝土心墻堆石壩，壩長53.5m，最大壩高10m；壩后式電站裝有發電機組三臺，總裝機容量5250kW，最大日供水能力達到150萬m3。

2 大壩觀測系統布置

2.1 水庫主要監測項目

碧流河水庫大壩安全監測系統由自動化監測和人工監測兩部分系統組成。自動化監測系統包括：水平位移觀測、裂縫觀測、撓度觀測、傾斜觀測、繞壩滲流、壩基揚壓力、土壩、一、二副壩浸潤線觀測；人工觀測包括：主壩壩體、壩基、一副壩垂直位移觀測、一副壩水平位移觀測、主壩土壩滲流量觀測[1-3]。

2.2 主壩滲流監測系統布置

主壩滲流監測系統布置如圖1和圖2所示。

3 主壩滲流安全分析

3.1 瀝青混凝土心墻砂礫石壩段、堆石壩段計算斷面和滲透系數的選取

3.1.1 計算斷面的選取

根據相關資料，選取主壩砂礫石壩段、主壩堆石壩段典型斷面作為滲流有限元計算分析斷面，分別見圖3、圖4。

3.1.2 初始滲透系數的選取

各典型斷面壩殼料、心墻過渡帶、瀝青混凝土心墻、壩基帷幕、基巖體等區域的材料滲透系數依據水庫檢測報告、施工質量報告、灌漿總結報告等資料綜合確定。混凝土蓋板、排水棱體滲透系數根據工程經驗分別取1×10-7cm/s、1×10-2cm/s，計算斷面各區滲透系數初始值見表1。

表1 碧流河水庫土石壩滲流場各區滲透系數初始值

3.2 砂礫石壩段、堆石壩段各特征水位時滲流計算分析

主壩砂礫石壩段、堆石壩段依據表 3.31中的滲透系數值，分別計算校核洪水位72.6m、設計洪水位71.0m、正常蓄水位69.0m時的各計算斷面大壩滲流場，計算工況見表2。通過理正滲流分析軟件，采用有限元分析法對主壩砂礫石壩段、主壩堆石壩典型斷面滲流計算結果，各特征水位下關鍵部位滲流要素計算成果見表3和表4。

表2 大壩滲流計算工況組次表

表3 主壩砂礫石壩段典型斷面在各特征水位下關鍵部位滲流要素計算表

表4 主壩堆石壩段典型斷面在各特征水位下關鍵部位滲流要素計算表

3.3 混凝土壩段觀測資料分析

主壩混凝土壩段除左聯Y14、Y15、Y16和Y19滲壓計水位高于下游水位外，其他各測點水位均低于下游水位。各測點水位過程線見圖5，圖6，Y19測點水位變化與庫水位相關性較好，總體上水位有逐漸降低的趨勢。

2011年8月份庫水位最高69.74m時，Y14、Y15和Y16的水位分別為35.63m、36.89m、36.99m，位勢分別為12.6%、15.9%、16.1%，位勢較低。

4 結 論

通過計算分析，可以得出：①通過觀測資料分析，主壩混凝土壩段滲流正常，壩體運行穩定；②通過主壩砂礫石壩段、堆石壩壩段各計算斷面滲流分布圖可見，各斷面流網性態符合各種類型土石壩的滲流規律，且不論何種工況，主壩砂礫石壩段、堆石壩段大部分水頭消散于心墻和防滲帷幕附近，壩后剩余位勢分別僅約為10%、30%，表明大壩防滲體系截滲效果顯著，各部分滲透坡降均小于允許值，大壩滲流穩定滿足要求，大壩運行安全穩定[4]。