黑泉水库运行期渗流监测资料分析

2012-06-13马正海

大坝与安全 2012年2期

马正海

（青海省黑泉水库管理处，青海西宁 810001）

1 工程概况

黑泉水库位于青海省大通县境内，湟水河支流北川河上游宝库河上，距省会西宁市约75k m，是一座以灌溉、城市及工业用水为主，兼顾防洪、发电的大（2）型水利枢纽工程，也是“引大济湟”工程规划中的一期工程。水库总库容1.82亿m3，兴利库容1.32亿m3。工程建成后近期可扩大灌溉面积22000h m2，改善灌溉面积20000h a，并向西宁市提供城市及工业用水1.35×108m3；可使北川地区的防洪标准由重现期5 a提高至重现期20a。坝后电站装机容量14.5 M W，多年平均发电量5413×104k W·h。

水库系多年调节水库，坝址以上控制集水面积1 044 k m2，多年平均年径流量10.1 m3/s。枢纽工程由拦河坝、右岸溢洪道和导流放水洞、左岸灌溉发电洞及坝后电站组成。拦河坝为混凝土面板砂砾石坝，坝高123.5m，坝顶长438m，主要水工建筑物大坝、溢洪道、放水洞、灌溉发电洞为2级建筑物。设计洪水标准采用重现期500a洪水，洪水流量629m3/s，设计洪水位28 92.01 m；校核洪水标准采用重现期5 000a洪水，洪水流量98 6m3/s，校核洪水位28 94.12m；考虑到大坝下游75 k m为西宁市，采用重现期10 000a洪水复核，洪水流量1 064m3/s。正常蓄水位、汛限水位均为28 8 7.75m，正常蓄水位时水库面积5.26k m2。挡水建筑物抗震设计采用水平峰值加速度0.203g，相应烈度为8.2度。

黑泉水库工程于1996年9月12日开工，2001年11月16日下闸蓄水，2006年8月通过水利部、青海省人民政府共同组织的工程竣工验收。

2 大坝渗流监测及运行状况

2.1 大坝渗流监测项目

黑泉水库大坝渗流监测点在坝体内不同桩号、不同高程、不同区域共布设26支振弦式渗压计，大坝左右岸、坝后布设绕坝渗流地下水位观测孔共13个，放水洞出口设1量水堰，见图1。

2.2 大坝渗流监测设备运行状况

黑泉水库大坝渗流监测设备运行情况见表1，设备完好率8 6%以上。渗压计U 17无频率，渗压计U 23无温度，渗压计U 10渗压水位高于库水位，渗压计U 13从2009年7月29日起温度测读异常，以上4支渗压计不能正常使用；左坝肩1号、2号测压管于2005年7月停测，同时增设3号测压管；放水洞出口设置电子量水堰在2009年补做，渗流监测设备运行基本满足大坝渗流监测需要。

表1 黑泉水库安全监测设备运行情况汇总表Table 1:Operation of safety monitoring instruments

2.3 大坝渗流监测方法

黑泉水库大坝渗流监测1999年开始时采用人工采集方法，2009年恢复了自动化采集系统，为保证监测数据的连续性，本次分析采用的数据均为人工采集值。

2.4 大坝渗流监测控制值

2.4.1 坝体内部浸润线控制值

排水体的作用主要是排除坝体渗流，因而要有足够的透水性能和断面尺寸。黑泉水库大坝排水体置于河床覆盖层之上，采用洞渣料、开炸料、开炸块石与砾石混合料填筑而成，竖向排水体顶宽3m，底部宽度14.1 m。竖式排水体一直伸向坝顶，水平排水体的坡比大于1/150，坝轴线上游5 m，坝轴线下游分四级，每一级长40m，厚度依次为5.0m、4.0m、3.8m和3.2m。底部与砂砾石地基接触面布设20～80m m粒径的过滤层。排水体粒径为250m m≤D≤400m m，D＜250m m的颗粒含量不大于5%，铺土厚度60cm，震动碾碾压6遍，干密度ρd=2.0g/cm3，孔隙率小于24%。排水体材料的抗压强度大于50M Pa，因而具有足够的透水性能和断面尺寸。

根据黑泉大坝设计要求，坝体内部浸润线不得高于2798.5m（低于排水体1.5m）。

2.4.2 下游测压管渗压水位控制值

黑泉水库大坝量水堰置于河床覆盖层之上，不能观测到坝基渗水，若要观测到坝基渗水，需对量水堰进行改造，将量水堰和集水廊道置于基岩之上。目前改造难度较大，一是集水廊道和量水堰要远离坝脚布置，两岸坡流水、发电厂尾水渗水和坝体渗水均返渗进廊道，无法定量测定坝体渗漏量；二是覆盖层厚度达20m，开挖工程量大，因此，改造方案还需进一步研究。鉴于目前仍由下游4个测压管观测坝体渗流情况，为保证坝体安全，现根据2003年、2004年和2005年观测记录，将4个测压管渗压水位控制值确定为：1号、2号测压管2790m；3号、4号测压管2791m。

2.4.3 坝肩测压管渗压水位控制值

根据建坝前左坝肩地下水位埋深和防渗帷幕应有的防渗效果，确定左坝肩测压管渗压水位控制值为：

同样，确定右坝肩测压管渗压水位控制值为：

以上公式中左坝肩（28 40～28 50）为建坝前左坝肩地下水埋深高程，右坝肩（28 45～28 63）为建坝前右坝肩地下水埋深高程；0.5为左坝肩水头折减系数，考虑到右坝肩较左坝肩少一道帷幕，水头折减系数采用0.6。

3 大坝渗流监测资料分析

3.1 坝体渗压水头监测资料

根据表2中渗压计渗压水头监测结果看，各测点防渗系统水头消刹率大于60%，符合常规。最高库水位监测日为2009年10月14日（库水位28 8 7.8 0m），坝基各测点渗压水头均低于2794.7m（排水体底部高程），低于坝体内部浸润线控制值（2798.5 m），说明排水体内无水，坝体渗水完全由基础砂卵石覆盖层排出。且横断面0+394.7上各正常渗压计的渗压水头从上游到下游总体降低，坝体剩余位势较低，最大剩余位势为4.6%，说明大坝的

防渗性能较好。

表2 黑泉水库大坝渗压水位监测数据统计表Table 2:Statistics of monitored seepage pressure of Heiquan reservoir

表3 黑泉水库渗流管监测数据统计表Table 3:Monitored seepage of Heiquan reservoir

3.2 绕坝渗流监测资料

从表3中坝肩绕坝渗流变化过程可知，各观测孔孔水位的变化与同时段库水位有一定的相关性，但变化不太明显，帷幕后的测孔水位主要受降雨影响，与库水位相关性较低，最大相关系数为0.3〔1〕，说明两岸基本不存在绕坝渗流现象，Y 1、Y 2、Z3测压的水位均低于其控制水位，大坝绕坝渗流是稳定的，帷幕灌浆防渗效果符合防渗设计要求。

3.3 坝基渗流监测资料

由坝基绕坝渗流变化过程线可知，下游测压管水位与同时段库水位虽有一定的相关性，但变化幅度不大，主要受降水、地下水活动等因素的影响较大。在同一个时段内，坝后测压管水位从高到低依次为4号、3号、1号、2号，比较有规律。左岸的渗流水位较右岸低，地下水的流向是从右岸经坝基流向左岸方向，并从上游流向下游方向，符合渗流规律，且下游各观测管水位均低于其控制水位，经分析，坝后地下水位与库水位相关性较小，最大0.313〔1〕，说明坝体防渗效果好，大坝渗流场稳定，没有不稳定或恶化的趋势。