刘家峡水电站坝基承压水水位突降原因分析

李志敏，董开松，高承众，沈渭程，郑翔宇

（1.甘肃电力科学研究院，甘肃兰州，730050；2.刘家峡水电厂，甘肃永靖，731600）

刘家峡水电站坝基承压水水位突降原因分析

李志敏1，董开松1，高承众2，沈渭程1，郑翔宇1

（1.甘肃电力科学研究院，甘肃兰州，730050；2.刘家峡水电厂，甘肃永靖，731600）

介绍了刘家峡坝基承压水力突降情况，分析了承压水变化规律，揭示了承压水位突降是由于裂隙突然张开或裂隙的某一部位突然与相邻的上部裂隙潜水渗流或排水通道相连通造成的，阐明承压水与裂隙潜水的连通一般对大坝的安全不会构成威胁的观点。

坝基承压水；水位突降；变化规律；原因分析

0 引言

刘家峡水电站是我国第一座百万千瓦以上的大型水电工程，工程于1958年开工兴建，1961年停工缓建，1964年复工，1968年下闸蓄水，1969年4月第一台机组并网发电，1974年5台机组全部投入运行，1980年工程整体验收。电站装机5台，设计装机1 225 MW，1980年工程整体竣工验收时核定出力1 160 MW，后经增容，现总装机容量为1 350 MW。坝址以上流域面积18.2万km2，设计多年平均流量866 m3/s，多年平均径流量273亿m3，年输沙量0.89亿t。水库正常蓄水位1 735.0 m，死水位1 694.0m，总库容64×108m3，具有不完全年调节性能。枢纽工程主要由混凝土主坝、左、右岸混凝土副坝、溢洪道、泄洪洞、泄水道、排沙洞、右岸黄土副坝、地下和坝后混合式发电厂房等建筑物组成。

刘家峡大坝左右两岸和混凝土副坝坝后1 720平台以及河床主坝坝基均设有地下水位观测孔，观测这些部位的地下水位的分布及其变化情况。

刘家峡主坝坝基布置了158号、160号、161号、166号和167号5个地下水位观测孔，各孔位置见图1。158号孔最靠上游，166号、167号两孔靠下游，161号和160号两孔在中间，均用于观测坝基变质岩层中的脉状承压水在水库蓄水后的变化情况。

这些观测孔于1978年3月开始进行人工观测，2001年1月开始自动化观测，2003年7月19-20日，发生了一个异常的情况，就是160号和161号两孔水位突然大幅下降，其他孔水位也有变化，但变幅较小。此问题引起省公司及电厂业主的高度重视，曾召开包括设计、科研等单位的专题分析会，对此问题进行论证。得出的主要结论是：刘家峡水电站大坝部分地下水位异常，影响因素较多，机理比较复杂，目前对大坝安全没有产生不利的影响，对此问题进行长期跟踪监测，定期分析。

通过对主坝坝基承压水观测资料进行分析，揭示了水位突降的原因，为电站安全运行提供了依据。

1 主坝坝基承压水位突降情况

主坝坝基承压水位突降情况见表1及图2。表1列出了各观测孔变化前后的水位，图2是当月各观测孔水位实测过程线。

表1 坝基承压水观测孔孔水位突然变化表（单位：m）Table 1 Sudden drop of confined water level in the observation holes

图1 坝基承压水观测孔布置图Fig.1 Distribution of the observation holes of confined water in dam foundation

图2 2003年7月河床主坝坝基地下水实测过程线Fig.2 Graph of measured underground water level of the foun⁃dation in July 2003

从表1及图2可以看出：水位下降幅度比较大的是160号孔及161号孔，分别下降了23.80 m和18.33 m；水位下降前后两孔流向也随之改变，渗流方向由以往的160号孔→161号改变为由161号→160号了。

2 主坝坝基承压水水位突降原因分析

2.1 坝基承压水水位观测资料变化规律

图3是坝基承压水水位过程线，从图中可以看出：长期以来，160号和161号两孔孔水位相差不大，变化趋势也基本一致，说明两孔有比较密切的水力联系，这种联系的本质应该就是存在有构造裂隙或裂隙组贯穿贯通两孔，该裂隙或裂隙组的渗透性能对这两孔的水位有直接影响。自2003年水位突降后，160号、161号测点与库水位的相关关系没有明显变化，水位有缓慢升高的趋势，目前158号点的水位已与变化前的水位接近，160号、161号的水位仍低于变化前的水位。

图3 坝基承压水水位过程线Fig.3 Graph of the level of confined water in dam foundation

167号测点在2007-2010年测值变化较大，且不稳定，是仪器故障的问题，并非水位真实变化，2010年更换仪器后，测值恢复正常。

2.2 地震影响分析

当时大家认为水位突降的原因有可能是地震影响，但据地震局有关人员介绍，当时刘家峡地区未发生2级以上的地震。2008年“5.12”汶川大地震发生时，特意关注了地震前后的各孔观测资料，表2是地震发生前后水位变化表。

从表2可以看出：“5.12”大地震时，对160号和161号孔影响较明显，地震发生时水位均出现上升，震后4天至5月16日，在库水位下降0.55 m情况下，160号及161号最大升幅分别为2.65 m及3.13 m。158号孔、166号孔在地震发生时水位均出现下降，158号孔随后很快恢复到震前水位并基本稳定，166号孔下降后变化最小，并基本保持稳定。也就是说“5.12”大地震对河床承压水的影响远远小于2003年7月160号和161号两孔水位突然大幅下降，且后期运行基本稳定，排除了地震的影响因素。

表2 “5.12”大汶川地震前后河床坝基承压水观测孔孔水位变化表（单位：m）Table 2 The water level in the observation holes for confined water in dam foundation before and after the Wenchuan earthquake

2.3裂隙水变化影响分析

刘家峡坝址岩石主要为前震旦系震旦纪变质岩，坝区地下渗流水大致有三类，一类是变质岩上部的裂隙潜水，第二类是变质岩下部的脉状承压水，还有一类就是砂砾石层中的潜水。在刘家峡电站勘测时期曾做过几次试验，证明裂隙水在大范围内是相互贯通的，脉状承压水只是局部裂隙发育均匀的表现。如：河床内39号孔抽水试验及38号孔排水或封堵时，两岸大部分钻孔地下水位都在数小时至数日内大幅度降低或升高，所以说两孔水位大幅骤降与地震没有直接关系，而是裂隙突然张开或裂隙的某一部位突然与相邻的上部裂隙潜水渗流或排水通道相连通造成的，如裂隙中的微小颗粒被渗流带走，使裂隙局部与相邻的上部裂隙潜水渗流或排水通道连通。从微观的角度看，这类过程的发展有一个从量变到质变的过程，有时也可能很快，因为岩体渗流和散体渗流不同，特别是比较完整的岩体，渗流压力很大时渗流量可能非常小。刘家峡坝基扬压力孔释压后要经过近一年时间才能恢复原压力，说明测压孔中渗漏量是非常小的。因此，只要出渗段渗透性能稍微增强，孔水位就可能在短时间内大幅下降。

2003年下降后，160号孔、161号孔渗流方向的改变说明坝基脉状承压水在160号孔附近与上部裂隙潜水间的连通性有一定程度的增大。

2.4 回归分析

选择不同时段的库水位为备选因子，对河床地下水位各观测孔水位测值系列进行了回归分析。结果表明，靠下游的166号和167号观测孔水位与库水位相关不明显，而靠上游的158号、160号和161号三个观测孔水位与库水位关系比较密切，复相关系数较高，分别为0.84、0.91和0.78。图4是160号孔的回归曲线图，从图中可以看出，160号孔测值系列的回归拟合效果较好，说明其变化主要还是受库水位影响。

图4 160号孔实测水位回归曲线图Fig.4 Regression curve of the monitored water level in the hole 160#

3 结语

（1）“5.12”大地震对河床坝基承压水的影响远小于2003年7月160号和161号两孔水位突然大幅下降，且后期运行基本稳定，表明两孔水位大幅骤降与地震没有直接关系是可信的。

（2）160号和161号两孔水位突然大幅下降是裂隙突然张开或裂隙的某一部位突然与相邻的上部裂隙潜水渗流或排水通道相连通造成的，如裂隙中的微小颗粒被渗流带走，使裂隙局部与相邻的上部裂隙潜水渗流或排水通道连通。

（3）变质岩的上部裂隙潜水和下部脉状承压水两类裂隙含水体本来就是既有各自的分带性，又有相互水力联系的整体性，因此这种承压水与裂隙潜水的连通一般对大坝的安全不会构成威胁。 ■

锦屏二级水电站投产达360万kW

据中新社 从雅砻江流域水电开发有限公司获悉，雅砻江流域梯级开发项目锦屏二级水电站6号机组于6月3日完成72 h试运行，正式投入运行。

锦屏二级水电站位于凉山州雅砻江干流锦屏大河湾上，共安装8台60万kW水轮发电机组，总装机容量480万kW，截至目前已投产360万kW，预计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，河南荥阳人，高级工程师，主要研究方向为大坝监测分析及水工材料研制、试验、检测工作等。

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