徐世元

(福建棉花灘水電開發(fā)有限公司，福建龍巖 364000)

1 工程概況

棉花灘水電站位于福建省永定縣境內(nèi)，工程屬I等樞紐工程，大壩為碾壓混凝土重力壩，最大壩高113.0 m，壩頂全長(zhǎng) 308.5 m，壩頂高程為 179.0 m.水庫正常蓄水位173 m，校核洪水位177.80 m.工程于1998年4月正式開工，2000年12月18日下閘蓄水.壩址河谷狹窄，為地形基本對(duì)稱的“V”形河谷，枯水期河面寬20.0～30.0 m，兩岸山體雄厚.基巖為花崗巖，微風(fēng)化，致密堅(jiān)硬.巖體內(nèi)發(fā)育有巖脈和多組斷層.壩基揚(yáng)壓力孔布置在縱向基礎(chǔ)廊道以及三個(gè)橫向廊道內(nèi)，共有25個(gè)測(cè)點(diǎn)，編號(hào)UP1～UP25.UP1～UP16位于1#～6#壩段縱向基礎(chǔ)灌漿廊道，UP17～UP25位于三個(gè)橫向廊道內(nèi)，所有測(cè)點(diǎn)均有人工和自動(dòng)化測(cè)值［1］.UP5孔在2003年6月后新建一個(gè)揚(yáng)壓力觀測(cè)孔，新舊孔分別命名UP5-NEW和UP5-OLD.人工一般每月監(jiān)測(cè)3次監(jiān)測(cè)，自動(dòng)化每天監(jiān)測(cè)一次，本文資料系列人工為2001年9月～2008年12月;自動(dòng)化為2002年11月～2008年12月.棉花灘大壩滲漏量采用三角堰來測(cè)量.其中，(76.00 m廊道集水井兩側(cè)的上下游排水溝內(nèi)各設(shè)置兩個(gè)量水堰，分別測(cè)量壩體和壩基的滲流量，壩體滲流量的測(cè)點(diǎn)編號(hào)分別為WE1和WE3，測(cè)壩基滲流量的測(cè)點(diǎn)編號(hào)為WE2和WE4;在左右排水平洞的排水溝中各設(shè)置一個(gè)量水堰，測(cè)點(diǎn)編號(hào)分別為WE5和WE6.在▽96.00 m、▽120.00 m和▽140.00 m出壩廊道的下游出口段共設(shè)了4個(gè)(▽140.00 m高程布置兩只)量水堰，測(cè)點(diǎn)編號(hào)分別為WE7、WE8、WE9和WE10.

2 壩基揚(yáng)壓力性態(tài)分析

圖1為典型壩段揚(yáng)壓力UP5(5#壩段)測(cè)孔水位實(shí)測(cè)過程線.由監(jiān)測(cè)資料表明:

(1)上游水位是影響壩基揚(yáng)壓力測(cè)孔水位變化的主要因素，降雨次之，而揚(yáng)壓力測(cè)孔水位受溫度變化的影響不大;

(2)高水位時(shí)段5#和3#壩段的揚(yáng)壓力系數(shù)超過設(shè)計(jì)值，5#橫斷面上測(cè)壓孔水位呈上下游較高，中間測(cè)孔水位相對(duì)較低分布，且UP17和UP18孔水位有逐漸增大的趨勢(shì)，這與壩段基礎(chǔ)有F18等斷層穿過，地質(zhì)情況復(fù)雜有關(guān)，建議加強(qiáng)監(jiān)測(cè)和分析.

(3)扣除由于監(jiān)測(cè)誤差引起的測(cè)值突變和跳躍現(xiàn)象后，UP9、UP11、UP17和UP18孔的孔水位有逐漸升高的趨勢(shì);除上述測(cè)孔外，其余測(cè)孔測(cè)值變化比較穩(wěn)定，無明顯的趨勢(shì)性變化.

圖1 5#壩段UP5揚(yáng)壓力測(cè)孔水位實(shí)測(cè)過程線

(4)根據(jù)揚(yáng)壓力折減系數(shù)公式計(jì)算［2］，棉花灘大壩在高水位時(shí)段(水位高于170 m)時(shí)的最大揚(yáng)壓力折減系數(shù)大部分小于設(shè)計(jì)采用值.其中UP5、UP6、UP11和 UP15超過設(shè)計(jì)值.其主要原因有:①1#岸坡壩段的UP15測(cè)孔，除受庫水位及降雨影響外，山坡地下水和滲流不利地質(zhì)是重要影響因素;②5#壩段的UP5、UP6孔基礎(chǔ)條件復(fù)雜，有F18等斷層穿過.圖2為2008年最高水位時(shí)各測(cè)孔揚(yáng)壓力折減系數(shù)及設(shè)計(jì)值分布.圖3為5#壩段2008年8月29日實(shí)測(cè)和設(shè)計(jì)揚(yáng)壓力圖形.

圖2 2008年最高水位時(shí)各測(cè)孔揚(yáng)壓力折減系數(shù)及設(shè)計(jì)值分布

3 滲漏量性態(tài)分析

圖4為典型測(cè)點(diǎn)滲漏量過程線，監(jiān)測(cè)資料分析表明:

(1)上游庫水位變化是影響各測(cè)點(diǎn)滲漏量變化的主要因素，庫水位上升時(shí)，滲漏量增大;庫水位下降時(shí)，滲漏量減小;庫水位變化對(duì)大壩滲漏量影響有滯后效應(yīng).

圖3 5#壩段2008年8月29日實(shí)測(cè)和設(shè)計(jì)揚(yáng)壓力圖形

(2)降雨是影響各壩段滲漏量變化的因素之一，降雨量較多及庫水位較高的時(shí)段，滲漏量較大;降雨量較少及庫水位較低的時(shí)段，大壩滲漏量較小.

圖4 滲漏量WE6實(shí)測(cè)過程線

(3)溫度變化對(duì)各壩段壩基滲漏量有一定的影響，但總體影響比庫水位及降雨變化要小.

(4)時(shí)效對(duì)各壩段滲漏量也有一定的影響，但影響較小.

總體而言，若扣除監(jiān)測(cè)誤差及橫縫止水問題等影響，則壩體及壩基的滲漏量測(cè)值總體變化較為平穩(wěn)，無明顯的趨勢(shì)性變化.

4 繞壩滲流性態(tài)分析

圖5為典型測(cè)點(diǎn)繞壩滲流測(cè)孔水位過程線.監(jiān)測(cè)資料分析表明:

(1)帷幕前測(cè)的點(diǎn)R1和L1所監(jiān)測(cè)的繞壩滲流量的變化受庫水位變化的影響較大，庫水位升高，繞壩滲流孔水位上升;庫水位下降，繞壩滲流測(cè)孔水位下降;同時(shí)，庫水位變化對(duì)地下水位影響有一滯后過程.

(2)溫度變化對(duì)兩岸繞壩滲流變化有一定的作用，一般溫度較低季節(jié)，地下水位較高，而溫度較高季節(jié)，則地下水位較低.

(3)降雨對(duì)兩岸繞壩滲流也有影響，降雨較多的季節(jié)，庫水位較高，則地下水位較高;反之，降雨較少季節(jié)，庫水位較低，則地下水位較低;同樣地下水位的變化較降雨也有一個(gè)滯后過程.

(4)兩岸繞壩滲流孔水位變化比較平穩(wěn)，時(shí)效呈平穩(wěn)變化.

圖5 繞壩滲流左岸測(cè)點(diǎn)L1實(shí)測(cè)過程線

5 大壩滲流監(jiān)測(cè)資料統(tǒng)計(jì)模型分析

5.1 滲流監(jiān)測(cè)統(tǒng)計(jì)模型

吳中如［3］壩基揚(yáng)壓力、滲漏量和繞壩滲流的統(tǒng)計(jì)模型采用以下表達(dá)式.

(1)壩基揚(yáng)壓力測(cè)孔水位監(jiān)測(cè)資料統(tǒng)計(jì)模型

其中:H—擬合值;Hh—水位分量;HT—溫度分量;

HP—降雨分量;Hθ—時(shí)效分量.

ai—水位分量回歸系數(shù)(i=1～5);

hi—觀測(cè)日、觀測(cè)日前1天、前2～4天、前5～15天、前16～30天的上游平均水位(i=1～5);

h0i—初始觀測(cè)日各時(shí)段上游水位平均值(i=1～5).

t—從監(jiān)測(cè)日至始測(cè)日的累計(jì)天數(shù);

t0—資料序列的第一個(gè)測(cè)值至起測(cè)日的累計(jì)天數(shù);

b1i、b2i—溫度因子的回歸系數(shù)(i=1，2).

Pi—為觀測(cè)日、觀測(cè)日前1天、前2～4天、前5～8天的降雨量均值(i=1～4);

P0—初始監(jiān)測(cè)日各時(shí)段平均降雨量(i=1～4);

ci—降雨量因子的回歸系數(shù)(i=1～4).

d1、d2—時(shí)效分量的回歸系數(shù);

θ—t除以 100;θ0—t0除以 100.

(2)滲漏量回歸模型

式中符合意義同(1)式.

(3)繞壩滲流測(cè)孔水位回歸模型

式中符合意義同(1)式.

5.2 滲流統(tǒng)計(jì)模型成果分析

(1)回歸模型精度

揚(yáng)壓力26個(gè)測(cè)點(diǎn)有15個(gè)復(fù)相關(guān)系數(shù)＞0.9，5個(gè)測(cè)點(diǎn)介于 0.8～0.9之間，小 6個(gè)測(cè)點(diǎn)于 0.8，UP25測(cè)點(diǎn)復(fù)相關(guān)系數(shù)最低，為0.724.

各分區(qū)滲漏量8個(gè)測(cè)點(diǎn)以及壩體壩基及大壩總體滲漏量中，有3個(gè)測(cè)點(diǎn)復(fù)相關(guān)系數(shù)＞0.8，另外8個(gè)測(cè)點(diǎn)相關(guān)系數(shù)在0.5～0.8之間.

14個(gè)繞壩滲流測(cè)孔的統(tǒng)計(jì)模型復(fù)相關(guān)系數(shù)R，＞0.9的測(cè)孔有5個(gè)，在0.8～0.9之間的測(cè)孔有5個(gè)，在0.7～0.8之間的測(cè)孔有5個(gè)，還有1個(gè)測(cè)孔的復(fù)相關(guān)系數(shù)R為0.637.

因此，滲流回歸模型的精度較高，可以用于分析各影響量對(duì)滲流監(jiān)測(cè)量的影響.

(2)滲流影響因素分析

①上游水位是影響壩基揚(yáng)壓力、滲漏量和繞壩滲流的主要因素.壩基揚(yáng)壓力、滲漏量和繞壩滲流測(cè)點(diǎn)，選中上游水位因子的測(cè)點(diǎn)數(shù)分別占總測(cè)點(diǎn)數(shù)的96.15%、95.2%和100%，庫水位升高，揚(yáng)壓力測(cè)孔水位升高;庫水位下降，揚(yáng)壓力測(cè)孔水位降低，孔水位變化滯后于庫水位的變化.在典型年壩基揚(yáng)壓力、滲漏量和繞壩滲流測(cè)值年變幅中，水壓分量分別約占50% ～70%、30% ～60%和35% ～45%.

②溫度對(duì)壩基揚(yáng)壓力、滲漏量和繞壩滲流有一定的影響，所有測(cè)點(diǎn)都選中了溫度因子.在典型年壩基揚(yáng)壓力、滲漏量和繞壩滲流測(cè)值年變幅中，溫度分量約占10% ～20%、15% ～25%和10% ～20%.

③降雨對(duì)壩基揚(yáng)壓力測(cè)孔水位、滲漏量和繞壩滲流變化有一定的影響，且岸坡測(cè)點(diǎn)受降雨的影響大.在典型年壩基揚(yáng)壓力、滲漏量和繞壩滲流測(cè)值年變幅中，降雨分量約占15% ～25%、15% ～30%和30% ～40%.

④所有壩基揚(yáng)壓力、滲漏量和繞壩滲流測(cè)點(diǎn)均選中時(shí)效因子.在典型年壩基揚(yáng)壓力、滲漏量和繞壩滲流測(cè)值年變幅中，時(shí)效分量約占年變幅的5%左右.

6 結(jié)語

通過壩基揚(yáng)壓力、滲漏量和繞壩滲流監(jiān)測(cè)資料的定性和模型分析，對(duì)棉花灘大壩滲流性態(tài)有如下結(jié)論:

(1)壩基壩基揚(yáng)壓力、滲漏量和繞壩滲流測(cè)孔水位主要受水位因素影響，時(shí)效分量已經(jīng)穩(wěn)定.

(2)UP9、UP11、UP17和 UP18等揚(yáng)壓力測(cè)點(diǎn)孔水位在逐漸升高，UP5、UP6和UP15孔水位較高以及揚(yáng)壓力折減系數(shù)也較大，應(yīng)加強(qiáng)對(duì)上述部位的監(jiān)測(cè)和分析.

(3)各測(cè)點(diǎn)在2002年和2003年的監(jiān)測(cè)值波動(dòng)較大，隨后漸漸平穩(wěn).若扣除監(jiān)測(cè)誤差及橫縫止水問題等原因后，各量水堰測(cè)點(diǎn)滲漏量測(cè)值總體變化平穩(wěn)，無明顯趨勢(shì)性變化，但仍要加強(qiáng)監(jiān)測(cè)和分析.

綜上，棉花灘大壩滲流變化性態(tài)基本正常.

［1］金 秋，陳新杰.棉花灘大壩揚(yáng)壓力綜合分析［J］.人民黃河:2010，32(3):114-117.

［2］中華人民共和國國家經(jīng)濟(jì)貿(mào)易委員會(huì).DL/T5178-2003混凝土壩安全監(jiān)測(cè)技術(shù)規(guī)范［S］.北京:中國電力出版社，2003.

［3］吳中如.水工建筑物安全監(jiān)控理論及其應(yīng)用［M］.北京:高等教育出版社，2003.