龙首一级水电站水库放空期间大坝观测分析

(甘肃电投河西水电开发有限责任公司，甘肃 张掖 734000)

1 概 述

龙首一级水电站位于甘肃省张掖市西南30km的黑河中游，是一座不完全日调节水电站。水电站拦河坝为碾压混凝土半重半拱坝，坝顶高程1751.50m，最大坝高80m，顶宽5m，底宽14m，为Ⅲ等中型工程。水电站水库设计总库容1320万m3，校核洪水位1749.40m，设计洪水位1748.49m，正常蓄水位1748.00m，相应库容为1210万m3。水电站装机容量59MW(3×15MW+2×7MW)，年均发电量1.84亿kW·h。

2 观测设备的布设情况

2.1 变形观测设备

垂直位移共设有7个测点，分别设置于重力坝、拱坝及推力墩上；倾斜观测设在重力坝和推力墩上；垂线观测共有7个测点，包括重力坝坝顶测点、重力坝基础测点、拱坝坝顶与坝基测点、推力墩坝顶与坝基测点和拱坝挠度测点。

2.2 内部观测设备

坝体内部共埋设207支监测坝体温度、应力应变和在应力作用下坝体各结构缝的变化情况、坝体渗压变化情况的仪器。其中五向应变计70支(其中2支无数据)，无应力计14支，温度计66支(其中2支已损坏)，测缝、裂缝计28支(其中2支损坏)，渗压计29支(其中1支已损坏)，仪器完好率96.60%。

2.3 渗漏观测设备

在大坝的重力坝和拱坝布置了7个扬压力观测点，利用三角堰进行坝体渗漏量观测；绕坝渗流在左右坝肩、重力坝和推力墩共布置有4个测点，利用平尺水位计进行观测。

3 各观测项测值及初步分析

3.1 环境量

龙首一级水电站环境量主要监测上、下游水位和气温，主要采用人工方式进行观测。在水库放空期间，加密了测次。

a.上游水位。上游水位过程线见图1。

图1 上游水位过程线

b.下游水位。在水库放空过程中，下游水位随机组过流变化，机组停机后，由于泄放的库水中夹带大量泥沙，淤积在尾水渠，导致尾水位上升，当机组开机运行后，尾水位恢复至正常水位。

c.气温。水库放空期间坝区最高气温22℃，最低气温2.50℃，平均气温9.79℃。

3.2 坝体温度

坝体温度受水库放空影响，上升幅度增大，符合正常变化规律。1748.00m高程温度受气温影响最大，坝体温度7℃。低高程温度变化滞后于气温的变化，坝体温度月最大变幅为5.20℃。1743.00m高程库水温4.90℃，水库放空后，该测点温度变化与气温变化的相关性明显。拱坝基岩温度变化很小，平均温度为8.50℃。

3.3 大坝变形

3.3.1 水平位移

龙首一级大坝共布置有5条垂线，其中推力墩布置一条正垂和一条倒垂，在1700.00m高程布置两个测点：PL1、IP1；拱坝布置一条正垂和一条倒垂，在1700.00m高程布置一个挠度测点:PL2-1，在1680.40m基础廊道布置两个测点：PL2-2、IP2；重力坝布置一条倒垂，在重力坝顶1751.50m高程布置一个测点：IP3-1，在重力坝堵头廊道布置一个测点：IP3-2。

a.坝基水平位移。从过程线分析(见下页图2)，水位升降对坝体基础水平位移有一定影响，当水位下降时，径向向上游位移，拱坝切向向右岸位移；当水位上升时，径向向下游位移，拱坝切向向左岸位移。

图2 拱坝基础水平位移过程线

在水库蓄放过程中，大坝基础水平位移和上游水位均有明显的相关性。从位移量值上分析，各测点位移幅度较小，无异常突变。上游水位蓄至正常蓄水位时，各测点位移均恢复至水位下降前量值，变化过程符合混凝土坝变形规律。

b.坝顶水平位移。从过程线分析(见图3)，坝顶水平位移变化趋势与基础一致，当水位下降时，径向向上游位移，切向向右岸位移；当水位上升，径向向下游位移，切向向左岸位移。

图3 拱坝坝顶水平位移过程线

大坝坝顶水平位移和上游水位相关性明显。

坝顶水平位移受温度影响也较大，根据混凝土坝变形规律和历年大坝变形规律分析，水库放空期间，拱坝表现为径向向上游位移、切向向右岸位移的趋势。

拱坝顶径向位移量值较大，此次降水期间位移幅度达到9.22mm，通过分析，主要影响因素为水位和温度，其中水位分量为5.70mm，温度分量为3.52mm。时效分量已趋于稳定。

通过观测，大坝水平位移水位分量主要集中在1720.00m高程以上，1720.00m高程以下水压力对大坝水平位移影响较小。上游水位蓄至正常蓄水位时，各测点位移均恢复至水位下降前量值，变化过程符合混凝土坝变形规律。

3.3.2 垂直位移

在水库放空期间，坝顶垂直位移均呈现上升趋势，最大位移值2.41mm，位于GM6测点，最小位移0.58mm，位于GM2测点，大坝不均匀沉降较小，变形符合正常变形规律(见下页图4)。

图4 坝顶垂直位移分布

3.4 渗流观测

3.4.1 坝基渗漏量

从过程线分析(见图5)，坝基渗漏量在水库放空初期均缓慢下降，坝基渗漏量与库水位相关性明显，但相对于库水位变化明显滞后。拱坝渗漏量在库水位降至1730.00m以下时突然降低，但在水库放空后渗漏量仍稳定在0.3L/s，通过检查发现坝前淤积至1710.00m水位，说明拱坝主要渗漏水来自于坝前地下水和下游尾水。

图5 拱坝坝基渗漏量过程线

3.4.2 坝基扬压力

从过程线分析(见图6)，拱坝坝基扬压力水位与上游水位相关性明显，同步性较好。上游水位下降，扬压力水位降低；水位上升，扬压力水位升高。拱坝扬压力水位变幅最大点为UP3测点，变化幅度为10.03m；变幅最小点为UP4测点，变化幅度为5.64m。扬压力未出现异常变化。

图6 拱坝基础扬压力水位过程线

3.4.3 绕坝渗流

在此次水库蓄放过程中，绕坝渗流PW-2、PW-3、PW-4测点水位变化异常。在水库放空过程中，绕坝渗流水位呈上升状态，在水库蓄水过程中，绕坝渗流水位降低。结合现场检查情况分析，在水库放空过程中，洪水夹带大量泥沙，导致下游尾水淤积升高4～5m，绕坝渗流下游渗水通道堵塞，导致水位上升，上游水位上升后，机组开机，下游淤沙被冲走，渗水通道通畅，水位下降。

图7 绕坝渗流水位过程线

3.4.4 坝体渗压

通过数据统计表和过程线(见图8)可以看出，拱坝1680.00m高程以下坝体渗压与上游水位变化相关性明显，水位下降，渗压降低，水位上升，渗压增大，靠近上游测点受库水位影响效果更为显著，受影响程度由上游到下游逐渐减弱。坝基渗漏量相对上游水位变化有滞后现象。

图8 拱坝1677.40m高程渗压过程线

3.5 大坝裂缝

3.5.1 坝体结构诱导缝

左右诱导缝在水库蓄放过程中开合度均有变化。较低高程开合度变化较小，较高高程开合度变化较大；下游开合度变化大于上游；水位下降，开度增大，水位上升，开度减小。

3.5.2 周边缝

拱坝靠下游周边缝开合度没有变化，靠上游J1-3、K2-1测点随库水位变化开合度发生变化，右拱边坡周边缝测点K2-1在水位下降时开合度增大；水位上升时，开合度减小，最大变幅为0.10mm。左拱周边缝上游测点J1-3在水位下降时，开合度增大；水位上升时，开合度减小，最大变幅0.18mm。右拱周边缝1735.00m高程上游测点J4-1也有小幅度开合变化，最大变幅为0.11mm。

从过程线看出(见下页图9)，拱坝基岩结合缝无明显变化，开合度稳定。

图9 拱坝基岩结合缝开合度过程线

4 结 论

龙首一级水电站大坝水库放空期间，通过对观测数据进行浅显分析，得出以下几点结论：

a.水库在蓄放过程中，大坝基础水平位移和上游水位均有明显的相关性。从位移量值来看，各测点位移幅度较小，无异常突变。上游水位蓄至正常蓄水位时，各测点位移均恢复至水位下降前量值，变化过程符合混凝土坝变形规律。

b.坝顶水平位移和上游水位相关性明显，坝顶水平位移受温度影响较大，根据混凝土坝变形规律和历年大坝变形数据分析，水库放空期间，拱坝、重力坝表现为径向向上游位移、切向向右岸位移的趋势；推力墩径向向上游位移、切向向左岸位移。拱坝顶径向位移量值较大，此次降水期间位移幅度达到9.22mm，通过分析，主要影响因素为水位和温度，其中水位分量为5.70mm，温度分量为3.52mm。时效分量已趋于稳定。重力坝、推力墩也符合此变形规律。大坝1720.00m高程以下水压力对大坝水平位移影响较小。

c.坝基渗漏量、扬压力、坝体渗压均与上游水位有明显的相关性，坝基渗漏量相对上游水位变化有滞后现象。

d.大坝各结构缝、周边缝随库水位变化有小幅度变化，量值较小。

e.此次水库蓄放过程中，大坝各观测量正常，变化符合正常规律，未出现异常变化，大坝运行状态正常。