溪洛渡拱壩運行期滲流滲壓監測資料分析

田靜杰，胡長浩，李文海，徐 波，劉 鑫

（中國長江電力股份有限公司溪洛渡水力發電廠，云南 昭通 657300）

溪洛渡水電站位于四川省雷波縣和云南省永善縣交界的金沙江干流峽谷段，是一座以發電為主，兼有攔沙、防洪和改善下游航運條件等綜合效益的巨型水電站[1]。擋水建筑物為拋物線型混凝土雙曲拱壩，壩頂高程610.00 m，最大壩高285.50 m。拱壩的防滲排水系統設計原則為“以防為主、以排為輔、防排并舉”，在設置壩基獨立的防滲排水系統基礎上，抗力體內還設置縱橫向排水系統以減少兩岸山體繞滲，提高壩肩抗滑穩定性。壩基防滲帷幕深入相對不透水層一定深度，并與左右岸主廠房前帷幕相互聯接形成上游水庫防滲體系；排水帷幕由壩基一道排水帷幕和左右岸抗力體內“兩縱四橫”排水網格組成。防滲帷幕控制標準為滲壓折減系數α1≤0.4，排水帷幕控制標準為滲壓折減系數α2≤0.2。

為準確獲取拱壩壩基滲流量，在大壩341.25 m、347.25 m、395.25 m、470.25 m、527.25 m、563.25 m高程灌排廊道各布置2套量水堰，共計布置量水堰12套。

為監測防滲帷幕、排水帷幕的效果以及壩基滲壓情況，在典型壩段的建基面和下游貼角處共布置54支滲壓計，在大壩341.25 m廊道和347.25 m廊道典型壩頂共布設11個測壓管。

為監控水庫的繞壩滲流情況，在拱壩左右岸壩肩及抗力體排水洞不同高程布置5個繞滲監測斷面，共計56個繞滲孔。

本文利用混凝土拱壩安全監測資料分析理論，并參考相關監測設計規范[2-5]，對溪洛渡拱壩在2020～2021年度的滲流滲壓監測資料進行分析，以掌握溪洛渡拱壩滲流滲壓變化規律，進一步判斷拱壩防滲排水系統的工作性態，為大壩的安全運行提供依據。

1 滲流監測

根據監測資料計算可得，2021年高水位期間（取2021年10月25日，上游水位599.29 m，下同），大壩滲流總量為197.38 L/min；2021年低水位期間（取2021年6月19日，上游水位539.81 m，下同），大壩滲流總量為109.54 L/min；2020年高水位期間（取2020年10月5日，上游水位599.70 m，下同），大壩滲流總量為222.03 L/min。根據監測數據繪制運行期大壩各層灌排廊道及壩基總滲流量與上游水位變化過程線如圖1所示，蓄水周期內壩基各層灌排廊道滲流量比例分布如圖2所示。

分析可知，自蓄水以來，大壩滲流總量與上游水位相關性較好，且呈逐年減少的趨勢，主要由于隨著大壩運行，庫前沉積一定程度上封堵了滲流通道；滲流量的變化較上游水位略有滯后[6-8]。2020～2021年度蓄水周期內，壩基滲流總量與庫水位的相關系數達0.86。各層平洞的滲流量隨其高程的增加而減小，其中341.25 m排水廊道的滲流量所占份額最大，在71%～72%之間，各層平洞滲流量所占份額隨著水位的升降變化不大。

圖1 大壩各層灌排廊道及壩基總滲流量與上游水位變化過程線

圖2 蓄水周期內各平洞滲流量占比圖

2 滲壓監測

2.1 灌漿平洞測壓管水位

由蓄水周期內灌漿平洞及347 m基礎廊道測壓管數據計算可得，2020年至2021年卸載期間，上游水位從599.70 m下降至539.81 m，灌漿平洞及基礎廊道測壓管的水位變化量在-28.47 m～5.76 m之間，主要呈降低趨勢；2021年加載期間，上游水位從539.81 m上升至599.29 m，灌漿平洞及基礎廊道測壓管的水位變化量在-0.80 m～16.63 m，主要呈上升趨勢；2021年高水位期間，灌漿平洞及347 m基礎廊道測壓管的水位在344.11 m～595.65 m之間，其中基礎廊道最大測壓管水位為421.33 m，出現在18號壩段的UP06-BG；與2020年高水位相比，測壓管的水位變化量在-5.62 m～2.38 m之間，主要表現為小幅下降。347 m基礎廊道各壩段測壓管水位分布圖及典型測壓管水位與上游水位變化過程線分別如圖3、圖4所示。

總體來看，灌漿平洞及347m基礎廊道測壓管水位與上游水位呈正相關關系，滲壓水位的變化略滯后于上游水位；上游水位相同時，測壓管水位呈逐年遞減的趨勢，目前已基本穩定；河床壩段測壓管水位高于兩岸壩肩。

圖3 347 m高程基礎廊道及灌漿平洞測壓管水位分布圖

圖4 347 m高程基礎廊道典型測壓管水位與上游水位變化過程線

2.2 排水平洞測壓管水位

由蓄水周期內排水平洞及341 m排水廊道測壓管數據計算可得，2020年至2021年卸載期間，上游水位從599.70 m下降至539.81 m，排水平洞及341 m排水廊道測壓管的水位變化量在-4.12 m～0.24 m之間，測壓管水位小幅下降；2021年加載期間，上游水位從539.81 m上升至599.29 m，排水平洞及341排水廊道測壓管的水位變化量在0.11 m～3.44 m之間，測壓管水位小幅增長；2021年高水位期間，排水平洞及341m排水廊道測壓管的水位在342.28 m～554.33 m之間，其中排水廊道最大測壓管水位為349.44 m，出現在16號壩段的UP03-BP；與2020年高水位相比，排水平洞及341 m排水廊道測壓管的水位變化量在-1.69 m～0.16 m之間，同樣表現為小幅下降。341 m排水廊道各壩段測壓管水位分布圖及典型測壓管水位與上游水位變化過程線分別如圖5、圖6所示。

總體來看，蓄水周期內，排水平洞及341 m排水廊道測壓管水位基本在±4 m以內波動，進一步說明防滲帷幕效果較好；變化規律與灌漿平洞測壓管類似，量值總體較小。

2.3 壩基滲壓

由蓄水周期內各壩段壩基滲壓計數據計算可得，2020年至2021年卸載期間，上游水位從599.70 m下降至539.81 m，壩基各滲壓計的水位變化量在-55.31 m～0.82 m之間，滲壓水位主要呈下降趨勢；2021年加載期間，上游水位從539.81 m上升至599.29 m，壩基各滲壓計的水位變化量在-0.53 m～50.57 m之間，滲壓水位主要呈上升趨勢，最大變化量是位于16號壩段帷幕前的P16-1；與2020年高水位相比，2021年高水位期間，壩基各滲壓計水位變化量在-8.25 m～2.46 m之間，呈略下降的趨勢。拱冠梁15號壩段壩基滲壓計與上游水位變化過程線如圖7所示，壩基滲壓分布如圖8所示，河床壩段壩基滲壓系數分布如圖9所示。

圖5 341 m高程廊道及排水平洞測壓管水位分布圖

圖6 341 m排水平洞內典型測壓管水位與上游水位變化過程線

總體來看，壩基滲壓與上游水位呈較好的相關性，特別是帷幕前滲壓計與上游水位相關性達0.98，帷幕后滲壓計測值較上游水位存在一定的滯后性；相同庫水位下，滲壓水位略有減小并趨于穩定；2021年高水位期間，壩基防滲帷幕后滲壓折減系數在0.08～0.28之間，排水帷幕后滲壓系數在0.02～0.15之間，均小于設計允許值。

圖7 15號壩段壩基滲壓水位變化過程線

圖 8 15號壩段壩基滲壓分布圖

圖9 河床壩段壩基滲壓系數分布

2.4 繞滲孔滲壓監測

為監測上游水庫繞過壩肩滲流到下游的情況，對蓄水周期內左右岸壩肩及抗力體排水洞的繞滲孔數據進行分析計算，結果表明：2021年高水位期間，下游繞滲孔滲壓水位在357.74 m～560.35 m，滲壓水頭基本在15 m以內，最大滲壓水頭為36.28 m；與2 0 2 1年低水位相比，滲壓水位變化量在 -1.95 m～1.31 m；與2020年高水位相比，滲壓水位變化量在-2.10 m～2.67 m。由此可見，溪洛渡繞壩滲流壓力量值較小，繞滲孔滲壓水頭與上游水位關系不明顯。壩后各高程典型繞滲孔水位與上游水位變化過程線如圖10所示。

圖10 壩后各高程抗力體排水洞繞滲水位與上游水位變化過程線

3 結論

通過對2020～2021年蓄水周期內溪洛渡拱壩滲流滲壓資料分析，主要得出以下結論：

（1）大壩滲流總量與上游水位相關性較好，且呈逐年減少的趨勢，滲流量的變化較上游水位略有滯后性；各層平洞的滲流量隨高程的增加而減少，其中341 m排水廊道滲流量占比最大，在71%～72%之間，且各層平洞滲流量所占份額隨著水位的升降變化不大。

（2）大壩灌漿廊道與排水廊道測壓管水位變化規律類似，均與上游水位呈正相關關系，且略滯后于上游水位；上游水位相同時，測壓管水位均逐年降低并趨于穩定；河床壩段測壓管水位高于兩岸壩肩。

（3）壩基滲壓水位與上游水位相關性較好，且呈逐年減小的趨勢，帷幕后滲壓水位較上游水位有一定滯后性，滲壓折減系數均小于設計允許值。

（4）繞滲孔滲壓水位普遍較低，且與上游水位關系不明顯。

總體來看，大壩滲流滲壓與上游水位均有一定的相關性，量值有逐年減少的趨勢，主要是由于隨著大壩運行，壩前淤積封堵了部分滲流通道，一定意義上降低了壩體結構的滲透系數；防滲帷幕及排水帷幕后的滲壓折減系數均小于設計允許值，說明帷幕工作性態較好；繞壩滲流壓力較小，且與上游水位關系不明顯。由此可見，溪洛渡拱壩滲流滲壓變化符合一般規律，大壩防滲排水系統工作狀態正常。