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 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，微風化，致密堅硬.巖體內(nèi)發(fā)育有巖脈和多組斷層.壩基揚壓力孔布置在縱向基礎(chǔ)廊道以及三個橫向廊道內(nèi)，共有25個測點，編號UP1～UP25.UP1～UP16位于1#～6#壩段縱向基礎(chǔ)灌漿廊道，UP17～UP25位于三個橫向廊道內(nèi)，所有測點均有人工和自動化測值［1］.UP5孔在2003年6月后新建一個揚壓力觀測孔，新舊孔分別命名UP5-NEW和UP5-OLD.人工一般每月監(jiān)測3次監(jiān)測，自動化每天監(jiān)測一次，本文資料系列人工為2001年9月～2008年12月;自動化為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)各設置兩個量水堰，分別測量壩體和壩基的滲流量，壩體滲流量的測點編號分別為WE1和WE3，測壩基滲流量的測點編號為WE2和WE4;在左右排水平洞的排水溝中各設置一個量水堰，測點編號分別為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了4個(▽140.00 m高程布置兩只)量水堰，測點編號分別為WE7、WE8、WE9和WE10.

2 壩基揚壓力性態(tài)分析

圖1為典型壩段揚壓力UP5(5#壩段)測孔水位實測過程線.由監(jiān)測資料表明:

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

(2)高水位時段5#和3#壩段的揚壓力系數(shù)超過設計值，5#橫斷面上測壓孔水位呈上下游較高，中間測孔水位相對較低分布，且UP17和UP18孔水位有逐漸增大的趨勢，這與壩段基礎(chǔ)有F18等斷層穿過，地質(zhì)情況復雜有關(guān)，建議加強監(jiān)測和分析.

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

圖1 5#壩段UP5揚壓力測孔水位實測過程線

(4)根據(jù)揚壓力折減系數(shù)公式計算［2］，棉花灘大壩在高水位時段(水位高于170 m)時的最大揚壓力折減系數(shù)大部分小于設計采用值.其中UP5、UP6、UP11和 UP15超過設計值.其主要原因有:①1#岸坡壩段的UP15測孔，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)條件復雜，有F18等斷層穿過.圖2為2008年最高水位時各測孔揚壓力折減系數(shù)及設計值分布.圖3為5#壩段2008年8月29日實測和設計揚壓力圖形.

圖2 2008年最高水位時各測孔揚壓力折減系數(shù)及設計值分布

3 滲漏量性態(tài)分析

圖4為典型測點滲漏量過程線，監(jiān)測資料分析表明:

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

圖3 5#壩段2008年8月29日實測和設計揚壓力圖形

(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段，滲漏量較大;降雨量較少及庫水位較低的時段，大壩滲漏量較小.

圖4 滲漏量WE6實測過程線

(3)溫度變化對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)時效對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)測誤差及橫縫止水問題等影響，則壩體及壩基的滲漏量測值總體變化較為平穩(wěn)，無明顯的趨勢性變化.

4 繞壩滲流性態(tài)分析

圖5為典型測點繞壩滲流測孔水位過程線.監(jiān)測資料分析表明:

(1)帷幕前測的點R1和L1所監(jiān)測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，繞壩滲流測孔水位下降;同時，庫水位變化對地下水位影響有一滯后過程.

(2)溫度變化對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滯后過程.

(4)兩岸繞壩滲流孔水位變化比較平穩(wěn)，時效呈平穩(wěn)變化.

圖5 繞壩滲流左岸測點L1實測過程線

5 大壩滲流監(jiān)測資料統(tǒng)計模型分析

5.1 滲流監(jiān)測統(tǒng)計模型

吳中如［3］壩基揚壓力、滲漏量和繞壩滲流的統(tǒng)計模型采用以下表達式.

(1)壩基揚壓力測孔水位監(jiān)測資料統(tǒng)計模型

其中:H—擬合值;Hh—水位分量;HT—溫度分量;

HP—降雨分量;Hθ—時效分量.

ai—水位分量回歸系數(shù)(i=1～5);

hi—觀測日、觀測日前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—初始觀測日各時段上游水位平均值(i=1～5).

t—從監(jiān)測日至始測日的累計天數(shù);

t0—資料序列的第一個測值至起測日的累計天數(shù);

b1i、b2i—溫度因子的回歸系數(shù)(i=1，2).

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

P0—初始監(jiān)測日各時段平均降雨量(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)繞壩滲流測孔水位回歸模型

式中符合意義同(1)式.

5.2 滲流統(tǒng)計模型成果分析

(1)回歸模型精度

揚壓力26個測點有15個復相關(guān)系數(shù)＞0.9，5個測點介于 0.8～0.9之間，小 6個測點于 0.8，UP25測點復相關(guān)系數(shù)最低，為0.724.

各分區(qū)滲漏量8個測點以及壩體壩基及大壩總體滲漏量中，有3個測點復相關(guān)系數(shù)＞0.8，另外8個測點相關(guān)系數(shù)在0.5～0.8之間.

14個繞壩滲流測孔的統(tǒng)計模型復相關(guān)系數(shù)R，＞0.9的測孔有5個，在0.8～0.9之間的測孔有5個，在0.7～0.8之間的測孔有5個，還有1個測孔的復相關(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滲流監(jiān)測量的影響.

(2)滲流影響因素分析

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

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

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

④所有壩基揚壓力、滲漏量和繞壩滲流測點均選中時效因子.在典型年壩基揚壓力、滲漏量和繞壩滲流測值年變幅中，時效分量約占年變幅的5%左右.

6 結(jié)語

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

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

(2)UP9、UP11、UP17和 UP18等揚壓力測點孔水位在逐漸升高，UP5、UP6和UP15孔水位較高以及揚壓力折減系數(shù)也較大，應加強對上述部位的監(jiān)測和分析.

(3)各測點在2002年和2003年的監(jiān)測值波動較大，隨后漸漸平穩(wěn).若扣除監(jiān)測誤差及橫縫止水問題等原因后，各量水堰測點滲漏量測值總體變化平穩(wěn)，無明顯趨勢性變化，但仍要加強監(jiān)測和分析.

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)濟貿(mào)易委員會.DL/T5178-2003混凝土壩安全監(jiān)測技術(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)控理論及其應用［M］.北京:高等教育出版社，2003.