工程截流水文观测技术与实施

廖 雯， 王 兴， 谭 晓 东， 黄 锐， 李 霞 斌

(中国水利水电第十二工程局有限公司，浙江 杭州 310004)

1 概 述

拉哇水电站位于金沙江上游，左岸为四川省甘孜藏族自治州巴塘县拉哇乡，右岸为西藏自治区昌都市芒康县朱巴笼乡，为一等大(Ⅰ)型工程，坝址控制流域面积17.6万km2，多年平均流量861 m3/s，水库总库容为24.67亿m3，总装机容量2 000 MW。枢纽采用河床布置混凝土面板堆石坝，坝顶高程2 709 m，坝顶长度398 m，坝顶宽15 m。

工程截流采用导流洞分流、单戗宽戗堤从左向右单向立堵进占截流方式。截流戗堤布置在上游围堰内，截流标准采用11月10年一遇月平均流量Q=639 m3/s，对应的截流戗堤挡水水位2 548.193 m，戗堤堤顶高程2 550 m。截流龙口布置在右岸，龙口顶宽60 m。

工程截流时，及时掌握截流期间龙口区域水情，分析河流水文要素变化规律，是指导工程截流施工组织、施工进度、投料强度、投料顺序、抛投方法的重要依据[1]。同时，对戗堤及其附近部位水位、流速、龙口宽度、水面宽度、戗堤高程等水文指标进行跟踪测量、实时分析，为工程截流顺利实施提供了水文技术保障。

2 水文观测方案

水文观测时段为2021年11月27日～2021年11月29日，水力学要素观测主要在截流合龙阶段[2]。

2.1 水文观测工作内容

及时掌握截流环境的动态变化，是戗堤进占强度安排、抛投材料确定的基础。

2.1.1 观测站点的布设

截流期间的水文观测工作不同于常规江河的水文观测，易受截流施工的不断干扰，同时要及时满足施工进度的需要，是一种特定环境、特定时间、特定条件下的水文观测[3]。根据工程截流施工及水文观测的具体情况，共布置2个观测站，3个移动观测点，7个固定观测点。截流期间水文观测站网布置见图1。

图1 截流期间水文观测站网布置示意图

2.1.2 水文观测的内容

(1)截流戗堤左右岸上、下挑脚(①、②、⑤、⑥)：水位、流速。随着龙口束窄，龙口水力条件逐渐变差，戗堤上游防冲矶头(上挑脚)及下游回流区(下挑脚)的稳定对整个戗堤的稳定至关重要，故在左右岸上、下挑脚处各设置1个观测点，为合理选择上、下挑角抛投料、抛投顺序、抛投强度等提供依据。其中左岸上、下挑脚观测点(①、⑤点)随戗堤进占同步向右岸移动。

(2)截流戗堤上游-50 m处(④)：水位、流速。观测戗堤轴线上游-50 m处(SY0-125)水位、流速，配合分析戗堤轴线上下游水位和有效落差随进占过程的变化及戗堤轴线上下游沿程流速分布，为合理选择抛投料、抛投方式、控制施工进度等提供依据。

(3)截流戗堤轴线部位(③)：戗堤高程、龙口宽度、对应水面宽度、水位、流速。观测截流戗堤轴线部位戗堤高程、龙口宽度、对应水面宽度、水位、流速等，以便及时分析龙口落差、龙口流速随龙口束窄过程中的变化，为合理选择抛投料、抛投强度、控制施工进度等提供依据，该观测点随戗堤进占同步向右岸移动。

(4)截流戗堤轴线下游+21.8 m、+31.7 m、+32.5 m、+50 m处(⑦、⑧、⑨、⑩)：水位、流速。该电站龙口设计宽度为60 m，坝区河床为深厚软弱覆盖层，表层Qal-5抗冲刷能力差，水力模型试验成果表明，在Q=639 m3/s工况下，当龙口宽为30 m时，龙口流速最大，在龙口宽度20 m时略有下降；龙口宽60 m、30 m、20 m时，龙口最大流速点分别位于戗堤轴线下游+21.8 m、+31.7 m、+32.5 m处。为减轻河床冲刷、减少龙口抛投量、缩短截流时间和减轻戗堤坍塌，确保戗堤截流抛填顺利实施，在合龙前采用钢筋石笼、大块石等对龙口段戗堤上游25 m、下游35 m范围内河床进行护底。在截流期间对可能发生最大流速位置的水位、流速进行观测，便于及时采取措施减轻河床冲刷，确保截流顺利。

(5)抛投料稳定和流失情况、戗堤左右岸边坡稳定情况[4]。

2.2 水文观测的方法

工程截流期间，堤头施工情况瞬息万变，快速、准确的掌握水情信息是成功截流的关键。

2.2.1 水位、高程观测

在工程截流戗堤进占中，因戗堤堤头容易发生坍塌和施工车辆振动等因素易于损坏水尺，或者造成水尺零点变动进而影响水位精度，从而不利于设尺观测水位；并且水尺位置的固定不能满足裹头进占水尺位置相应变动的需要[5]，故在预进占和截流阶段，采用全站仪无棱镜模式对水位、龙口高程等进行观测记录。

2.2.2 龙口宽度、水面宽度观测

龙口宽度观测由两岸观测人员采用全站仪TZ08对左右岸龙口坐标同时进行测量，并将测量结果及时汇总给记录人员，运用坐标反算法，计算直线的水平距离和坐标方位角。水面宽度观测和计算方法与龙口宽度观测方法一致，水面直线的起点和终点坐标点难以定在水面上，采用水面临近的戗堤坡面与水面交汇部位作为水面宽度测量坐标点。

2.2.3 流速观测

电站上游戗堤附近的流速监测，采用SVR手持式电波流速仪进行非接触式流速测量。

2.2.4 抛投料及边坡稳定观测

采用目测法观测。

2.2.5 观测频次

龙口S0+077～S0+085段进占时，每1 h观测一次；S0+085～S0+100段进占时，每40 min观测一次；龙口进占最后20 m，每20 min观测一次。同时，当抛投料、抛投位置、抛投方法等变化时补充观测一次。

2.2.6 观测记录及信息发布

截流期间，观测人员按规定频次及施工进度需要对各水文要素进行观测，并实时记录观测结果，对结果进行分析。建立截流通讯网络，记录人员将观测结果及分析成果报告给工程截流总指挥，由总指挥统一进行水文信息发布，指导工程截流施工。

3 观测成果

随着截流戗堤进占，龙口上下游水位落差，龙口流速等均发生变化，且呈规律性。

3.1 龙口水位落差

随着龙口的束窄，龙口落差逐渐增大，当龙口宽度束窄至21 m时达到最大，水位落差为6.46 m，水面宽度为2.78 m。龙口基本合龙时水位落差的变化见图2。

图2 龙口基本合龙时水位落差的变化图

3.2 龙口流速

龙口最大流速随着龙口宽度束窄而增大，在龙口宽度束窄至30 m时达到最大，此时流速为6.87 m/s，当龙口水面宽度为18 m时，流速逐渐下降。同时，随着龙口宽度的束窄，龙口最大流速的位置也慢慢向龙口下游偏移。龙口流速随龙口束窄变化见图3。

3.3 成果分析

工程截流实际流量为430 m3/s。根据截流期间水文观测成果表明，在Q=430 m3/s流量的情况下，最大落差发生在龙口合龙时，达6.46 m；当龙口宽度为30 m时，戗堤轴线部位最大流速达6.87 m/s；在戗堤轴线下游约22 m处，最大流速为7.57 m/s，此阶段抛投料损失量最大，为截流最困难阶段。

图3 龙口流速随龙口束窄变化图

4 结 语

截流期间水文要素的实时观测，验证了模型试验、水力学计算与设计成果。同时，为截流抛填料的选择、截流进度的把控等提供可靠的依据，也为提前完成合龙奠定了坚实的基础。在截流戗堤强进占时，右岸裹头水下出现脱空现象，现场指挥小组根据实时水文信息及时对右岸裹头进行补抛，并改变进占方式，调整抛投料，有效控制了抛投料的流失。最终使电站提前合龙，顺利完成截流工作，取得了显著的经济效益和社会效益。