李俊堂

（甘肅省疏勒河流域水資源局，甘肅玉門735211）

1 概述

甘肅省昌馬水庫樞紐工程是以農(nóng)業(yè)灌溉為主，兼顧工業(yè)供水、水力發(fā)電等綜合利用的Ⅱ等大（2）型水庫樞紐工程，主要建筑物包括壤土心墻砂礫石壩、泄洪排砂洞、溢洪道、引水發(fā)電洞和壩后發(fā)電廠房等。大壩為壤土心墻砂礫石壩，最大壩高54.8 m；溢洪道位于左岸，泄槽寬25 m，全長366.35 m，最大泄洪流量1 570 m3/s。排砂泄洪洞位于右岸，襯砌后洞徑8 m，洞長398 m（其中明洞長100 m)，最大泄洪流量1 014 m3/s；發(fā)電輸水洞位于左岸，襯砌后洞徑5.5 m，洞長499.2 m，引水流量68.2 m3/s。水庫總庫容1.934億m3，水電站總裝機容量2.075萬kW。大壩、泄洪排砂洞、溢洪道為2級建筑物，引水發(fā)電洞和壩后發(fā)電廠房按4級建筑物設計，下游消能防沖等永久性次要建筑物為3級建筑物。按100年一遇洪水標準設計，2 000年一遇洪水標準校核。水庫主體工程于1997年10月開工，2001年12月下閘蓄水并發(fā)揮灌溉效益，2002年11月首臺機組發(fā)電，2003年9月主體工程全部完工，2008年4月完成竣工驗收。

2 水庫大壩的安全監(jiān)測設計

2.1 監(jiān)測目的和設施

主要是用以監(jiān)測建筑物安全、掌握運行規(guī)律、指導管理和運行，保證大壩運行安全，昌馬水庫大壩主要設立如下安全監(jiān)測項目。

變形監(jiān)測：分為表面變形監(jiān)測和內部變形監(jiān)測兩部分。表面變形監(jiān)測：橫向水平位移采用視準線法觀測，豎向位移采用精密水準法觀測，觀測點22個。內部變形監(jiān)測分為內部水平位移監(jiān)測和內部沉降監(jiān)測。內部水平位移采用水平位移計觀測，觀測點7個，內部豎向位移采用水管式沉降儀觀測，觀測點8個。

滲流監(jiān)測：壩體壩基滲透壓力監(jiān)測采用滲壓計及測壓管進行。繞壩滲流，在右岸設立4個測壓管，用電測水位計進行水位監(jiān)測。滲流量：觀測壩體、壩基及繞滲水量，在下游排水溝設置一個量水堰。

應力應變監(jiān)測：壩體和壩基土壓力監(jiān)測。安裝土壓力計7個、土應變計12個。

水位監(jiān)測：在溢洪道閘前設置雷達水位計監(jiān)測水位。

2.2 排砂泄洪洞監(jiān)測

工作閘室布置鋼筋計、鋼板計及應變計。鋼板計布置4支，應變計布置14支，用于測量閘墩主應力分布情況。排砂洞洞身共布置8個監(jiān)測斷面，應力計埋設在斷面腰線上部5個位置的襯砌混凝土中。滲壓計埋設在帷幕灌漿下游巖體中。

2.3 右岸邊坡監(jiān)測

右岸山體主要進行變形監(jiān)測及滲流監(jiān)測。變形監(jiān)測采用測斜儀及多點變位計來實現(xiàn)。測斜孔布置在排砂泄洪洞塌方段右岸山體，多點變位計主要布置5套4點式多點位移計。滲流監(jiān)測采用滲壓計實現(xiàn)，共4個觀測孔，7個測點，以便觀測隧洞外水壓力變化、右岸防滲帷幕的效果以及繞壩滲流情況。

3 監(jiān)測系統(tǒng)完備性和可靠性評價

3.1 監(jiān)測系統(tǒng)完備性評價

昌馬水庫大壩安全監(jiān)測項目滿足規(guī)范要求，監(jiān)測布置合理，能有效反映大壩運行狀態(tài)。目前水庫已有監(jiān)測項目包括大壩表面變形監(jiān)測、大壩滲透壓力監(jiān)測、大壩滲流量監(jiān)測、上下游水位監(jiān)測、氣溫監(jiān)測及排砂洞應力應變與滲流監(jiān)測。各監(jiān)測項目基本運行正常，監(jiān)測頻次滿足規(guī)范要求，資料整編及時合理。因此，昌馬水庫監(jiān)測系統(tǒng)完備。

3.2 監(jiān)測系統(tǒng)可靠性評價

昌馬水庫儀器選型合理，且布置滿足監(jiān)測要求。大壩表面變形、滲流監(jiān)測及泄洪排砂洞監(jiān)測數(shù)據(jù)連續(xù)性、一致性、相關性較好；數(shù)據(jù)精度基本滿足監(jiān)測要求；監(jiān)測數(shù)據(jù)能反應大壩的正常運行規(guī)律。監(jiān)測系統(tǒng)基本可靠。

4 大壩安全監(jiān)測資料分析

4.1 大壩填筑及蓄水關鍵時段劃分

工程于2001年12月17日首次下閘蓄水，2003年水庫最高蓄水位達到1 996.2 m，2003年進行的水庫放空試驗和溢洪道過流試驗標志著昌馬水庫蓄水達到設計指標。2004年最高蓄水位達到1 998.02 m，2005年最高蓄水位達到2 000.8 m。隨著時間的推移，水庫最高蓄水位在小范圍內波動。2017年12月30日，實測水庫水位為1 995.87 m。從監(jiān)測時間來看，大壩安全監(jiān)測儀器始測時間為2003年。結合土石壩填筑及蓄水運行過程，選取關鍵時段對大壩監(jiān)測資料進行分階段分析。

大壩關鍵時段劃分為三段，分別是施工期、初蓄期和運行期。施工期是從監(jiān)測設施施工起，到水庫首次蓄水為止，分為2個階段，填筑期（2001年主體竣工前）和施工后期（下閘蓄水前2001年12月前）；初蓄期是指從水庫首次蓄水至接近正常蓄水位后再持續(xù)3年，2007年9月以前；運行期為初蓄期以后至2017年10月。從蓄水變化情況來看，在2001年12月水庫蓄水后，2003年已接近設計蓄水位，隨后水庫進行了放空試驗。2004年和2005年蓄水高度逐步增加至設計蓄水位，初蓄期和運行期包括水位相對平穩(wěn)的水位穩(wěn)定階段（2003年以后）。

4.2 大壩安全性態(tài)評價

本工程安全監(jiān)測資料始測日期最早為2003年1月，終測日期最晚為2017年12月。為了便于分析，根據(jù)大壩施工過程及蓄水運行過程，將大壩運行分為2個關鍵時期，通過分析各個時期變形、滲流監(jiān)測資料，對大壩穩(wěn)定性進行評價。

4.2.1 變形監(jiān)測 監(jiān)測資料表明，運行期大壩壩頂表面變形測點水平位移基本朝下游方向。水平位移速率在0.01 mm/d以下，垂直位移速率也在0.01 mm/d以下，垂直位移量在250 mm以下。1 975.30 m高程運行期除W1測點2008年6月位移突然增大20.0 mm（測點突變可能受儀器擾動影響），其他測點均在誤差范圍內波動。受儀器老舊精度下降影響，2013年后測值出現(xiàn)較大范圍波動。截至2017年12月，最大（W1）累計位移在40.0 mm左右。1 990.30 m高程測點各位移呈現(xiàn)逐步減小趨勢，運行期各測點位移逐步趨于穩(wěn)定，截至2014年12月，累計位移在-20.0 mm以內，2014年后受儀器老舊影響測值出現(xiàn)較明顯波動。

4.2.2 滲流監(jiān)測

4.2.2.1 大壩滲流。位于心墻內靠近上游測壓管D1滲透壓力接近水庫水位，在1 990.00 m高程左右，與水庫水位呈明顯相關變化，心墻下游D3測點水位在1 965.00 m高程附近。心墻中部D2測點及下游各測點滲壓水位在1 950.00 m高程左右。水庫正常運行后，各測點水位均未出現(xiàn)進一步增大趨勢。大壩心墻運行情況良好，起到明顯的防滲作用。

大壩內布置滲壓計整體呈現(xiàn)由上游至下游遞減趨勢，滲透壓力與水庫水位相關程度亦呈上游向下游遞減趨勢。這一規(guī)律符合一般大壩滲透壓力分布情況。心墻下游各測點滲壓水頭在1 962.00 m高程以下，且進入運行期后各測點滲透壓力測值基本穩(wěn)定。認為該部位心墻起到了較好的防滲效果，大壩各部位防滲工程運行情況良好。

4.2.2.2 繞壩滲流。左岸各測壓孔測點均在1 980.00 m高程附近，隨水庫水位小幅波動，左岸壩肩可能存在繞滲。水庫蓄水后歷年測值顯示，左岸各測壓管水位測值呈周期變化，繞滲未見進一步增大趨勢。右岸位于上游側壩軸線測點自水庫蓄水后水位均在1 995.00 m高程變化，測值變化與水庫水位相關性良好。位于下游測點水位在1 965.00 m高程以下，測值與水庫水位相關性不明顯。自水庫蓄水以來，各測點測值基本穩(wěn)定，未出現(xiàn)水位明顯增大趨勢。

水庫初蓄期壩后量水堰滲流量在0～30 L/s，測值與水庫水位變化有一定相關性。進入運行期后，滲流量逐步減小。2010年后，滲流量在5.0 L/s以內，流量與水庫水位相關性不明顯。

綜上所述，大壩表面及內部變形基本符合土石壩一般變形規(guī)律；運行期各位移測點基本穩(wěn)定，均未出現(xiàn)明顯變形趨勢。壩基滲透壓力分布規(guī)律符合一般心墻壩滲壓分布，運行期各測點已基本穩(wěn)定。左岸山體測壓管水位偏高，水位變化過程與上游水庫水位有一定相關性，運行期左岸地下水位測值未見進一步上升。運行期心墻及反濾層土體應力應變測點隨水庫水位呈周期變化，各測點測值穩(wěn)定，均未出現(xiàn)突變及異常情況。因此，昌馬水庫大壩目前運行情況整體良好，大壩安全性態(tài)正常，后期工作中針對左岸繞壩滲流情況應予以持續(xù)關注。

4.2.3 泄洪排砂洞滲透壓力及應力應變 右岸泄洪排砂洞0+199.00斷面滲壓計隨水庫水位呈明顯變化，水頭在2.5～25 m范圍內波動。運行期各測點測值基本穩(wěn)定。水庫運行期內泄洪排砂洞各應力應變測點隨水庫調度呈周期變化。各部位應力應變均未見明顯突變及異常。綜上所述，泄洪排砂洞整體運行情況良好。

5 問題與建議

水庫目前已運行16年，運行至今未對各監(jiān)測儀器進行檢驗，為確保儀器運行正常，建議對本工程所有安全監(jiān)測儀器進行系統(tǒng)檢查及檢驗。

在環(huán)境監(jiān)測項目中，缺乏準確有效的氣溫、雨量監(jiān)測，建議完善環(huán)境監(jiān)測設施，在大壩下游選取合理位置設置簡易氣象站，監(jiān)測壩址區(qū)降雨量、溫濕度及風速。

大壩右岸各監(jiān)測設施老化、落后、測量精度較差，沒有實現(xiàn)自動化，建議對監(jiān)測設施進行全面升級改造，實現(xiàn)自動化監(jiān)測。