溪洛渡拱坝运行期渗流渗压监测资料分析

田静杰，胡长浩，李文海，徐 波，刘 鑫

（中国长江电力股份有限公司溪洛渡水力发电厂，云南 昭通 657300）

溪洛渡水电站位于四川省雷波县和云南省永善县交界的金沙江干流峡谷段，是一座以发电为主，兼有拦沙、防洪和改善下游航运条件等综合效益的巨型水电站[1]。挡水建筑物为抛物线型混凝土双曲拱坝，坝顶高程610.00 m，最大坝高285.50 m。拱坝的防渗排水系统设计原则为“以防为主、以排为辅、防排并举”，在设置坝基独立的防渗排水系统基础上，抗力体内还设置纵横向排水系统以减少两岸山体绕渗，提高坝肩抗滑稳定性。坝基防渗帷幕深入相对不透水层一定深度，并与左右岸主厂房前帷幕相互联接形成上游水库防渗体系；排水帷幕由坝基一道排水帷幕和左右岸抗力体内“两纵四横”排水网格组成。防渗帷幕控制标准为渗压折减系数α1≤0.4，排水帷幕控制标准为渗压折减系数α2≤0.2。

为准确获取拱坝坝基渗流量，在大坝341.25 m、347.25 m、395.25 m、470.25 m、527.25 m、563.25 m高程灌排廊道各布置2套量水堰，共计布置量水堰12套。

为监测防渗帷幕、排水帷幕的效果以及坝基渗压情况，在典型坝段的建基面和下游贴角处共布置54支渗压计，在大坝341.25 m廊道和347.25 m廊道典型坝顶共布设11个测压管。

为监控水库的绕坝渗流情况，在拱坝左右岸坝肩及抗力体排水洞不同高程布置5个绕渗监测断面，共计56个绕渗孔。

本文利用混凝土拱坝安全监测资料分析理论，并参考相关监测设计规范[2-5]，对溪洛渡拱坝在2020～2021年度的渗流渗压监测资料进行分析，以掌握溪洛渡拱坝渗流渗压变化规律，进一步判断拱坝防渗排水系统的工作性态，为大坝的安全运行提供依据。

1 渗流监测

根据监测资料计算可得，2021年高水位期间（取2021年10月25日，上游水位599.29 m，下同），大坝渗流总量为197.38 L/min；2021年低水位期间（取2021年6月19日，上游水位539.81 m，下同），大坝渗流总量为109.54 L/min；2020年高水位期间（取2020年10月5日，上游水位599.70 m，下同），大坝渗流总量为222.03 L/min。根据监测数据绘制运行期大坝各层灌排廊道及坝基总渗流量与上游水位变化过程线如图1所示，蓄水周期内坝基各层灌排廊道渗流量比例分布如图2所示。

分析可知，自蓄水以来，大坝渗流总量与上游水位相关性较好，且呈逐年减少的趋势，主要由于随着大坝运行，库前沉积一定程度上封堵了渗流通道；渗流量的变化较上游水位略有滞后[6-8]。2020～2021年度蓄水周期内，坝基渗流总量与库水位的相关系数达0.86。各层平洞的渗流量随其高程的增加而减小，其中341.25 m排水廊道的渗流量所占份额最大，在71%～72%之间，各层平洞渗流量所占份额随着水位的升降变化不大。

图1 大坝各层灌排廊道及坝基总渗流量与上游水位变化过程线

图2 蓄水周期内各平洞渗流量占比图

2 渗压监测

2.1 灌浆平洞测压管水位

由蓄水周期内灌浆平洞及347 m基础廊道测压管数据计算可得，2020年至2021年卸载期间，上游水位从599.70 m下降至539.81 m，灌浆平洞及基础廊道测压管的水位变化量在-28.47 m～5.76 m之间，主要呈降低趋势；2021年加载期间，上游水位从539.81 m上升至599.29 m，灌浆平洞及基础廊道测压管的水位变化量在-0.80 m～16.63 m，主要呈上升趋势；2021年高水位期间，灌浆平洞及347 m基础廊道测压管的水位在344.11 m～595.65 m之间，其中基础廊道最大测压管水位为421.33 m，出现在18号坝段的UP06-BG；与2020年高水位相比，测压管的水位变化量在-5.62 m～2.38 m之间，主要表现为小幅下降。347 m基础廊道各坝段测压管水位分布图及典型测压管水位与上游水位变化过程线分别如图3、图4所示。

总体来看，灌浆平洞及347m基础廊道测压管水位与上游水位呈正相关关系，渗压水位的变化略滞后于上游水位；上游水位相同时，测压管水位呈逐年递减的趋势，目前已基本稳定；河床坝段测压管水位高于两岸坝肩。

图3 347 m高程基础廊道及灌浆平洞测压管水位分布图

图4 347 m高程基础廊道典型测压管水位与上游水位变化过程线

2.2 排水平洞测压管水位

由蓄水周期内排水平洞及341 m排水廊道测压管数据计算可得，2020年至2021年卸载期间，上游水位从599.70 m下降至539.81 m，排水平洞及341 m排水廊道测压管的水位变化量在-4.12 m～0.24 m之间，测压管水位小幅下降；2021年加载期间，上游水位从539.81 m上升至599.29 m，排水平洞及341排水廊道测压管的水位变化量在0.11 m～3.44 m之间，测压管水位小幅增长；2021年高水位期间，排水平洞及341m排水廊道测压管的水位在342.28 m～554.33 m之间，其中排水廊道最大测压管水位为349.44 m，出现在16号坝段的UP03-BP；与2020年高水位相比，排水平洞及341 m排水廊道测压管的水位变化量在-1.69 m～0.16 m之间，同样表现为小幅下降。341 m排水廊道各坝段测压管水位分布图及典型测压管水位与上游水位变化过程线分别如图5、图6所示。

总体来看，蓄水周期内，排水平洞及341 m排水廊道测压管水位基本在±4 m以内波动，进一步说明防渗帷幕效果较好；变化规律与灌浆平洞测压管类似，量值总体较小。

2.3 坝基渗压

由蓄水周期内各坝段坝基渗压计数据计算可得，2020年至2021年卸载期间，上游水位从599.70 m下降至539.81 m，坝基各渗压计的水位变化量在-55.31 m～0.82 m之间，渗压水位主要呈下降趋势；2021年加载期间，上游水位从539.81 m上升至599.29 m，坝基各渗压计的水位变化量在-0.53 m～50.57 m之间，渗压水位主要呈上升趋势，最大变化量是位于16号坝段帷幕前的P16-1；与2020年高水位相比，2021年高水位期间，坝基各渗压计水位变化量在-8.25 m～2.46 m之间，呈略下降的趋势。拱冠梁15号坝段坝基渗压计与上游水位变化过程线如图7所示，坝基渗压分布如图8所示，河床坝段坝基渗压系数分布如图9所示。

图5 341 m高程廊道及排水平洞测压管水位分布图

图6 341 m排水平洞内典型测压管水位与上游水位变化过程线

总体来看，坝基渗压与上游水位呈较好的相关性，特别是帷幕前渗压计与上游水位相关性达0.98，帷幕后渗压计测值较上游水位存在一定的滞后性；相同库水位下，渗压水位略有减小并趋于稳定；2021年高水位期间，坝基防渗帷幕后渗压折减系数在0.08～0.28之间，排水帷幕后渗压系数在0.02～0.15之间，均小于设计允许值。

图7 15号坝段坝基渗压水位变化过程线

图 8 15号坝段坝基渗压分布图

图9 河床坝段坝基渗压系数分布

2.4 绕渗孔渗压监测

为监测上游水库绕过坝肩渗流到下游的情况，对蓄水周期内左右岸坝肩及抗力体排水洞的绕渗孔数据进行分析计算，结果表明：2021年高水位期间，下游绕渗孔渗压水位在357.74 m～560.35 m，渗压水头基本在15 m以内，最大渗压水头为36.28 m；与2 0 2 1年低水位相比，渗压水位变化量在 -1.95 m～1.31 m；与2020年高水位相比，渗压水位变化量在-2.10 m～2.67 m。由此可见，溪洛渡绕坝渗流压力量值较小，绕渗孔渗压水头与上游水位关系不明显。坝后各高程典型绕渗孔水位与上游水位变化过程线如图10所示。

图10 坝后各高程抗力体排水洞绕渗水位与上游水位变化过程线

3 结论

通过对2020～2021年蓄水周期内溪洛渡拱坝渗流渗压资料分析，主要得出以下结论：

（1）大坝渗流总量与上游水位相关性较好，且呈逐年减少的趋势，渗流量的变化较上游水位略有滞后性；各层平洞的渗流量随高程的增加而减少，其中341 m排水廊道渗流量占比最大，在71%～72%之间，且各层平洞渗流量所占份额随着水位的升降变化不大。

（2）大坝灌浆廊道与排水廊道测压管水位变化规律类似，均与上游水位呈正相关关系，且略滞后于上游水位；上游水位相同时，测压管水位均逐年降低并趋于稳定；河床坝段测压管水位高于两岸坝肩。

（3）坝基渗压水位与上游水位相关性较好，且呈逐年减小的趋势，帷幕后渗压水位较上游水位有一定滞后性，渗压折减系数均小于设计允许值。

（4）绕渗孔渗压水位普遍较低，且与上游水位关系不明显。

总体来看，大坝渗流渗压与上游水位均有一定的相关性，量值有逐年减少的趋势，主要是由于随着大坝运行，坝前淤积封堵了部分渗流通道，一定意义上降低了坝体结构的渗透系数；防渗帷幕及排水帷幕后的渗压折减系数均小于设计允许值，说明帷幕工作性态较好；绕坝渗流压力较小，且与上游水位关系不明显。由此可见，溪洛渡拱坝渗流渗压变化符合一般规律，大坝防渗排水系统工作状态正常。