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        新疆克孜爾水庫主壩滲流監(jiān)測資料分析

        2020-12-02 07:53:25楊順剛
        水利水電快報(bào) 2020年8期
        關(guān)鍵詞:測壓管新疆維吾爾自治區(qū)相關(guān)性分析

        摘要:為研究新疆克孜爾水庫除險(xiǎn)加固后主壩的滲流情況,運(yùn)用數(shù)理統(tǒng)計(jì)方法對主壩滲流監(jiān)測資料進(jìn)行了過程線分析、水平滲透坡降分析、相關(guān)性分析、位勢及測壓管水位滯后時(shí)間分析。研究結(jié)果表明:①主壩滲流量較小,心墻防滲效果較好;②下游無滲透明流,無積水,無異常變形,滲流狀況基本穩(wěn)定,大壩運(yùn)行工況基本正常;③0+252監(jiān)測斷面下游位勢略微偏高,判斷該斷面心墻與壩基的帷幕灌漿局部風(fēng)化或排水花管排水不暢,應(yīng)引起重視。

        關(guān)鍵詞:大壩滲流;測壓管;過程線分析;相關(guān)性分析;克孜爾水庫;新疆維吾爾自治區(qū)

        中圖法分類號:TV698.12

        文獻(xiàn)標(biāo)志碼:A

        DOI: 10.15974/j.cnki.slsdkb.2020.08.006

        1 工程概況

        新疆克孜爾水庫位于阿克蘇地區(qū)拜城縣境內(nèi),木扎提河與黑孜河的交匯處,是以防洪、灌溉為主,兼有水力發(fā)電、水產(chǎn)養(yǎng)殖與旅游開發(fā)等綜合利用的大(1)型水利樞紐工程。水庫控制流域面積16637 km2,總庫容6.40億m3,樞紐工程由主壩、副壩、泄洪排沙涵洞、開敞式溢洪道、發(fā)電引水涵洞及壩后電站等組成。大壩主體工程于1985年10月正式開工,1990年9月實(shí)現(xiàn)裁流,1991年8月下閘蓄水投入運(yùn)行,同年10月第一臺發(fā)電機(jī)組投入運(yùn)行,1995年全面竣工,1998年10月通過工程竣工驗(yàn)收。

        在2007年大壩安全鑒定中,該大壩因防洪能力不足被評定為“三類壩,并于2009~ 2011年完成除險(xiǎn)加固施工任務(wù),2014年5月通過竣工驗(yàn)收。除險(xiǎn)加固按重現(xiàn)期500 a-遇洪水(7 214 m3/s)設(shè)計(jì),5 000 a-遇洪水標(biāo)準(zhǔn)(11 156 m3/S)校核,水庫承擔(dān)下游河道防洪仍按100 a一遇洪水標(biāo)準(zhǔn)(4 627 m3/s)設(shè)計(jì),除險(xiǎn)加固后庫容增至7.25億m3。

        2 主壩滲流觀測設(shè)施布置

        克孜爾水庫除險(xiǎn)加固后,主壩主要有測壓管、孔隙水壓力計(jì)和水表法計(jì)算滲流量3種監(jiān)測手段,測壓管埋設(shè)典型斷面見圖1。為了解主壩心墻、壩殼及壩后等部位的滲流情況,在主壩0+000、0+252、0+352、0+552、0+842和0+910等斷面共埋設(shè)了42根測壓管。為了解主壩心墻和基巖滲流、心墻與底部混凝土面上瀝青馬碲脂兩種介質(zhì)間的滲流狀況和壩基處理效果,共埋設(shè)孔隙水壓力計(jì)39支,因儀器埋設(shè)多年,目前大部分孔隙水壓力計(jì)無法正常工作。此外,在0+180斷面下游的集水井內(nèi)通過水泵排除主壩心墻下游反濾料后部的滲水,主要采用水表法計(jì)算滲流量。

        3 滲流觀測資料分析

        3.1 測壓管水位變化過程分析

        選取主壩0+252斷面和0+552斷面布置在心墻、壩殼料和壩后的測壓管觀測資料進(jìn)行分析。

        (1)0+252斷面。該斷面埋設(shè)了8支測壓管,分別為:①位于壩軸線上游3m處的P39和P40雙管,管底高程分別為l 129.51 m(心墻)和1 117.62 m(心墻);②位于壩軸線下游12 m處的P41和P42雙管,管底高程分別為1 110.45 m(壩殼)和1 106.23 m(基巖);③位于壩軸線下游5lm處的P43和P43-1雙管,管底高程分別為1 111.32 m(壩殼)和1 104.36 m(基巖);④位于壩軸線下游140m處的P167,管底高程為1104.07 m(基巖);⑤位于壩軸線下游200 m處的P168,管底高程1 103.67 m(基巖)。各測壓管管水位與庫水位變化過程線見圖2。從圖2可以看出:心墻上的測壓管P39和P40水位基本都穩(wěn)定在1 129~1 135 m之間,而位于壩殼料和壩后的測壓管水位基本都在1 113~1125 m之間。說明壩體水位經(jīng)心墻后迅速降低,心墻防滲效果較好。

        (2)0+552斷面。該斷面埋設(shè)了6支測壓管,分別為:①位于壩軸線上游3m處的P57和P58雙管,管底高程分別為1 129.85 m(心墻)和1 117.18 m(心墻);②位于壩軸線下游llm處的P59和P60雙管,管底高程分別為1 114.00 m(壩殼)和1 112.03 m(基巖);③位于壩軸線下游5lm處的P61,管底高程為1 111.37 m(基巖);④位于壩軸線下游200 m處的1 104.64 m(基巖)。各測壓管管水位與庫水位變化過程線見圖3。從圖3可以看出:心墻內(nèi)的測壓管P57和P58管水位與庫水位相關(guān)性較好,而壩殼料和壩后基巖內(nèi)的測壓管水位與庫水位變化的關(guān)系不大,一般穩(wěn)定在1 116 m左右,基本不隨庫水位的變化而發(fā)生變化,滲透壓力越往下游變化越小,說明壩體防滲效果好,測壓管水位反映大壩滲流安全。

        3.2 測壓管水位變化滯后于庫水位變化分析

        根據(jù)測壓管水位與庫水位變化過程線可知,測壓管水位變化明顯滯后于庫水位變化。在水庫蓄水過程中,在庫水位過程線和測壓管水位過程線圖上,取庫水位過程線峰頂與測壓管水位過程線峰頂之間的時(shí)間間隔,即可得出庫水位變化過程中測壓管水位的滯后時(shí)間,見表1。

        從表1可看出:①主壩測壓管水位滯后時(shí)間整體上呈現(xiàn)出上游滯后時(shí)間短、下游滯后時(shí)間長,壩后第三排、第四排測壓管水位變化與庫水位變化無關(guān)的特點(diǎn),壩體滲透時(shí)間整體趨勢正常,平均滯后時(shí)間為42 d,說明心墻防滲效果較好。②因0+252斷面的P39、P40和0+552斷面的P57、P58均位于壩軸線上游3m處,從兩個(gè)斷面測壓管水位與庫水位的滯后時(shí)間看,0+252斷面心墻的防滲效果明顯優(yōu)于0+552斷面。

        3.3 滲流量觀測分析

        主壩滲流量觀測點(diǎn)設(shè)置在主壩0+180集水井處,目前采用水位控制水泵自動抽水,流量計(jì)計(jì)量滲流量,每天觀測一次,計(jì)量單位為Us,主壩0+180集水井的滲流量過程線見圖4。由圖4可知:主壩滲流量與庫水位相關(guān)性較差,歷年最大滲流量約為0.648 Us,最小滲流量約0.30 L/s,多年平均滲流量為0.419 L/s,遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于設(shè)計(jì)計(jì)算滲流量1.16 L/s(庫水位1149.6m)。

        3.4 位勢變化過程分析

        測壓管位勢按下式計(jì)算:式中,h1為測壓管水位;H1為庫水位;H2為下游水位。以0+252和0+552斷面為例進(jìn)行測壓管位勢變化分析。

        (1) 0+252斷面。由圖5可知:①P41、P42測壓管埋設(shè)在心墻下游坡過渡層,位勢為34%,略微偏高,這可能是心墻與壩基的帷幕灌漿局部風(fēng)化造成的;②斷面存在防滲薄弱環(huán)節(jié),可能是由于排水花管不暢,導(dǎo)致測壓管水位偏高;③其他測壓管水位與庫水位相關(guān)性不明顯,埋設(shè)在心墻內(nèi)的P39、P40管位勢分別為78%,56%,與附近斷面心墻內(nèi)的測壓管位勢相近。

        (2)0+552斷面。由圖6可知:①各測壓管水位與庫水位相關(guān)性均不好,P57、P58、P59、P60、P61、P170管位勢分另0為87%,65%,10%,11%,4%,6%;②位于下游的P59、P60管位勢均較低,表明心墻和壩基帷幕聯(lián)合防滲效果較好,花管排水較為暢通。

        通過繪制兩個(gè)斷面的測壓管位勢變化過程線可知:主壩心墻測壓管位勢相對較高,但心墻下游測壓管位勢迅速降低,且多年來基本穩(wěn)定,波動較小,壩體防滲效果較好。

        3.5 水平滲透坡降分析

        根據(jù)監(jiān)測資料,選取0+252和0+552兩個(gè)斷面進(jìn)行水平滲透比降計(jì)算,計(jì)算結(jié)果見表2。

        滲透比降計(jì)算公式為

        J=△H/L

        (2)

        式中,J為滲透比降;△H為上下兩排測壓管水位差;L為上下兩排測壓管水平距離。計(jì)算滲透比降在0.019~ 0.052之間,遠(yuǎn)小于設(shè)計(jì)滲透比降,表明壩基滲流基本穩(wěn)定。

        4 測壓管水位與庫水位相關(guān)性分析

        4.1 相關(guān)性計(jì)算

        選取0+252和0+552斷面測壓管監(jiān)測資料,建立相關(guān)性函數(shù),相關(guān)系數(shù)及F檢驗(yàn)結(jié)果見表3。

        4.2 結(jié)果分析

        以主壩0+252斷面為例,繪制該斷面測壓管水位與庫水位的相關(guān)圖,并根據(jù)相關(guān)方程繪制測壓管水位擬合曲線(見圖7)及實(shí)測測壓管水位變化過程線(見圖8)。根據(jù)以上相關(guān)性分析可知:測壓管水位與庫水位的相關(guān)性系數(shù)很小,基本不相關(guān),說明壩體心墻防滲質(zhì)量較好。

        4.3 滲流量回歸分析

        根據(jù)滲流量與庫水位的關(guān)系(見圖9),推算出主壩滲流量與庫水位相關(guān)方程,見表4,并根據(jù)方程推算出特征水位時(shí)主壩滲流量。計(jì)算結(jié)果表明,大壩滲流量較小,總體防滲效果較好。

        5 結(jié)論

        根據(jù)壩體各項(xiàng)觀測實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)資料及分析成果,結(jié)合壩體外部巡視檢查情況可得出以下結(jié)論:

        (1)目前克孜爾水庫主壩滲流量較小,心墻防滲效果較好;

        (2)人工巡視檢查反映主壩下游無滲透明流,無積水,無異常變形,滲流狀況基本穩(wěn)定,大壩運(yùn)行工況基本正常;

        (3)0+252斷面下游位勢略微偏高,可能是該斷面心墻與壩基的帷幕灌漿局部風(fēng)化或排水花管不暢導(dǎo)致的,應(yīng)引起足夠重視。

        參考文獻(xiàn):

        [1] 新疆水利水電勘測設(shè)計(jì)研究院.新疆渭干河克孜爾水庫除險(xiǎn)加固初步設(shè)計(jì)報(bào)告[R].烏魯木齊:新疆水利水電勘測設(shè)計(jì)研究院,2007.

        (編輯:李曉瀠)

        作者簡介:楊順剛,男,高級工程師,主要從事水庫運(yùn)行調(diào)度管理方面的工作。E-mail: 382821647@qq.com

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