李志敏，董開松，高承眾，沈渭程，鄭翔宇

（1.甘肅電力科學研究院，甘肅蘭州，730050；2.劉家峽水電廠，甘肅永靖，731600）

劉家峽水電站壩基承壓水水位突降原因分析

李志敏1，董開松1，高承眾2，沈渭程1，鄭翔宇1

（1.甘肅電力科學研究院，甘肅蘭州，730050；2.劉家峽水電廠，甘肅永靖，731600）

介紹了劉家峽壩基承壓水力突降情況，分析了承壓水變化規(guī)律，揭示了承壓水位突降是由于裂隙突然張開或裂隙的某一部位突然與相鄰的上部裂隙潛水滲流或排水通道相連通造成的，闡明承壓水與裂隙潛水的連通一般對大壩的安全不會構(gòu)成威脅的觀點。

壩基承壓水；水位突降；變化規(guī)律；原因分析

0 引言

劉家峽水電站是我國第一座百萬千瓦以上的大型水電工程，工程于1958年開工興建，1961年停工緩建，1964年復工，1968年下閘蓄水，1969年4月第一臺機組并網(wǎng)發(fā)電，1974年5臺機組全部投入運行，1980年工程整體驗收。電站裝機5臺，設(shè)計裝機1 225 MW，1980年工程整體竣工驗收時核定出力1 160 MW，后經(jīng)增容，現(xiàn)總裝機容量為1 350 MW。壩址以上流域面積18.2萬km2，設(shè)計多年平均流量866 m3/s，多年平均徑流量273億m3，年輸沙量0.89億t。水庫正常蓄水位1 735.0 m，死水位1 694.0m，總庫容64×108m3，具有不完全年調(diào)節(jié)性能。樞紐工程主要由混凝土主壩、左、右岸混凝土副壩、溢洪道、泄洪洞、泄水道、排沙洞、右岸黃土副壩、地下和壩后混合式發(fā)電廠房等建筑物組成。

劉家峽大壩左右兩岸和混凝土副壩壩后1 720平臺以及河床主壩壩基均設(shè)有地下水位觀測孔，觀測這些部位的地下水位的分布及其變化情況。

劉家峽主壩壩基布置了158號、160號、161號、166號和167號5個地下水位觀測孔，各孔位置見圖1。158號孔最靠上游，166號、167號兩孔靠下游，161號和160號兩孔在中間，均用于觀測壩基變質(zhì)巖層中的脈狀承壓水在水庫蓄水后的變化情況。

這些觀測孔于1978年3月開始進行人工觀測，2001年1月開始自動化觀測，2003年7月19-20日，發(fā)生了一個異常的情況，就是160號和161號兩孔水位突然大幅下降，其他孔水位也有變化，但變幅較小。此問題引起省公司及電廠業(yè)主的高度重視，曾召開包括設(shè)計、科研等單位的專題分析會，對此問題進行論證。得出的主要結(jié)論是：劉家峽水電站大壩部分地下水位異常，影響因素較多，機理比較復雜，目前對大壩安全沒有產(chǎn)生不利的影響，對此問題進行長期跟蹤監(jiān)測，定期分析。

通過對主壩壩基承壓水觀測資料進行分析，揭示了水位突降的原因，為電站安全運行提供了依據(jù)。

1 主壩壩基承壓水位突降情況

主壩壩基承壓水位突降情況見表1及圖2。表1列出了各觀測孔變化前后的水位，圖2是當月各觀測孔水位實測過程線。

表1 壩基承壓水觀測孔孔水位突然變化表（單位：m）Table 1 Sudden drop of confined water level in the observation holes

圖1 壩基承壓水觀測孔布置圖Fig.1 Distribution of the observation holes of confined water in dam foundation

圖2 2003年7月河床主壩壩基地下水實測過程線Fig.2 Graph of measured underground water level of the foun?dation in July 2003

從表1及圖2可以看出：水位下降幅度比較大的是160號孔及161號孔，分別下降了23.80 m和18.33 m；水位下降前后兩孔流向也隨之改變，滲流方向由以往的160號孔→161號改變?yōu)橛?61號→160號了。

2 主壩壩基承壓水水位突降原因分析

2.1 壩基承壓水水位觀測資料變化規(guī)律

圖3是壩基承壓水水位過程線，從圖中可以看出：長期以來，160號和161號兩孔孔水位相差不大，變化趨勢也基本一致，說明兩孔有比較密切的水力聯(lián)系，這種聯(lián)系的本質(zhì)應(yīng)該就是存在有構(gòu)造裂隙或裂隙組貫穿貫通兩孔，該裂隙或裂隙組的滲透性能對這兩孔的水位有直接影響。自2003年水位突降后，160號、161號測點與庫水位的相關(guān)關(guān)系沒有明顯變化，水位有緩慢升高的趨勢，目前158號點的水位已與變化前的水位接近，160號、161號的水位仍低于變化前的水位。

圖3 壩基承壓水水位過程線Fig.3 Graph of the level of confined water in dam foundation

167號測點在2007-2010年測值變化較大，且不穩(wěn)定，是儀器故障的問題，并非水位真實變化，2010年更換儀器后，測值恢復正常。

2.2 地震影響分析

當時大家認為水位突降的原因有可能是地震影響，但據(jù)地震局有關(guān)人員介紹，當時劉家峽地區(qū)未發(fā)生2級以上的地震。2008年“5.12”汶川大地震發(fā)生時，特意關(guān)注了地震前后的各孔觀測資料，表2是地震發(fā)生前后水位變化表。

從表2可以看出：“5.12”大地震時，對160號和161號孔影響較明顯，地震發(fā)生時水位均出現(xiàn)上升，震后4天至5月16日，在庫水位下降0.55 m情況下，160號及161號最大升幅分別為2.65 m及3.13 m。158號孔、166號孔在地震發(fā)生時水位均出現(xiàn)下降，158號孔隨后很快恢復到震前水位并基本穩(wěn)定，166號孔下降后變化最小，并基本保持穩(wěn)定。也就是說“5.12”大地震對河床承壓水的影響遠遠小于2003年7月160號和161號兩孔水位突然大幅下降，且后期運行基本穩(wěn)定，排除了地震的影響因素。

表2 “5.12”大汶川地震前后河床壩基承壓水觀測孔孔水位變化表（單位：m）Table 2 The water level in the observation holes for confined water in dam foundation before and after the Wenchuan earthquake

2.3裂隙水變化影響分析

劉家峽壩址巖石主要為前震旦系震旦紀變質(zhì)巖，壩區(qū)地下滲流水大致有三類，一類是變質(zhì)巖上部的裂隙潛水，第二類是變質(zhì)巖下部的脈狀承壓水，還有一類就是砂礫石層中的潛水。在劉家峽電站勘測時期曾做過幾次試驗，證明裂隙水在大范圍內(nèi)是相互貫通的，脈狀承壓水只是局部裂隙發(fā)育均勻的表現(xiàn)。如：河床內(nèi)39號孔抽水試驗及38號孔排水或封堵時，兩岸大部分鉆孔地下水位都在數(shù)小時至數(shù)日內(nèi)大幅度降低或升高，所以說兩孔水位大幅驟降與地震沒有直接關(guān)系，而是裂隙突然張開或裂隙的某一部位突然與相鄰的上部裂隙潛水滲流或排水通道相連通造成的，如裂隙中的微小顆粒被滲流帶走，使裂隙局部與相鄰的上部裂隙潛水滲流或排水通道連通。從微觀的角度看，這類過程的發(fā)展有一個從量變到質(zhì)變的過程，有時也可能很快，因為巖體滲流和散體滲流不同，特別是比較完整的巖體，滲流壓力很大時滲流量可能非常小。劉家峽壩基揚壓力孔釋壓后要經(jīng)過近一年時間才能恢復原壓力，說明測壓孔中滲漏量是非常小的。因此，只要出滲段滲透性能稍微增強，孔水位就可能在短時間內(nèi)大幅下降。

2003年下降后，160號孔、161號孔滲流方向的改變說明壩基脈狀承壓水在160號孔附近與上部裂隙潛水間的連通性有一定程度的增大。

2.4 回歸分析

選擇不同時段的庫水位為備選因子，對河床地下水位各觀測孔水位測值系列進行了回歸分析。結(jié)果表明，靠下游的166號和167號觀測孔水位與庫水位相關(guān)不明顯，而靠上游的158號、160號和161號三個觀測孔水位與庫水位關(guān)系比較密切，復相關(guān)系數(shù)較高，分別為0.84、0.91和0.78。圖4是160號孔的回歸曲線圖，從圖中可以看出，160號孔測值系列的回歸擬合效果較好，說明其變化主要還是受庫水位影響。

圖4 160號孔實測水位回歸曲線圖Fig.4 Regression curve of the monitored water level in the hole 160#

3 結(jié)語

（1）“5.12”大地震對河床壩基承壓水的影響遠小于2003年7月160號和161號兩孔水位突然大幅下降，且后期運行基本穩(wěn)定，表明兩孔水位大幅驟降與地震沒有直接關(guān)系是可信的。

（2）160號和161號兩孔水位突然大幅下降是裂隙突然張開或裂隙的某一部位突然與相鄰的上部裂隙潛水滲流或排水通道相連通造成的，如裂隙中的微小顆粒被滲流帶走，使裂隙局部與相鄰的上部裂隙潛水滲流或排水通道連通。

（3）變質(zhì)巖的上部裂隙潛水和下部脈狀承壓水兩類裂隙含水體本來就是既有各自的分帶性，又有相互水力聯(lián)系的整體性，因此這種承壓水與裂隙潛水的連通一般對大壩的安全不會構(gòu)成威脅。 ■

錦屏二級水電站投產(chǎn)達360萬kW

據(jù)中新社 從雅礱江流域水電開發(fā)有限公司獲悉，雅礱江流域梯級開發(fā)項目錦屏二級水電站6號機組于6月3日完成72 h試運行，正式投入運行。

錦屏二級水電站位于涼山州雅礱江干流錦屏大河灣上，共安裝8臺60萬kW水輪發(fā)電機組，總裝機容量480萬kW，截至目前已投產(chǎn)360萬kW，預(yù)計2015年全面竣工。

The paper introduced the sudden drop of confined water level in the foundation of Liujiaxia Dam and analyzed the change law.Further,it was pointed out that it may caused by crack opening or the connection of crack with seepage passage or the drainage passage.As well,it was advanced that the con?nection of confined water and fracture water would not be a threat to the dam safety.

confined water in dam foundation;sudden drop of water level;change law;reason analysis

TV698.1

B

1671-1092（2014）03-0008-04

2013-12-29

李志敏（1965-），女，河南滎陽人，高級工程師，主要研究方向為大壩監(jiān)測分析及水工材料研制、試驗、檢測工作等。

Title:Analysis on the reasons for sudden drop of confined water level in the foundation of Liujiaxia Dam //by LI Zhi-min,DONG Kai-song,GAO Cheng-zhong,SHEN Wei-cheng and ZHENG Xiang-yu//Gan?su Electric Power Research Institute