中小型水利枢纽运行初期常见问题及其对策——以麒麟寺水电站为例

陈容

（甘肃大唐碧口水力发电厂，甘肃文县，746412）

中小型水利枢纽运行初期常见问题及其对策
——以麒麟寺水电站为例

陈容

（甘肃大唐碧口水力发电厂，甘肃文县，746412）

通过分析水利工程运行初期各结构的工作性态，能对其设计水平和施工质量进行客观的评价，也有益于提高大坝的运行管理水平。以麒麟寺水电站为例，归纳总结了运行初期常见的问题，并提出了相应的对策。通过对麒麟寺水电站运行初期的大坝安全监测资料进行分析，并结合现场检查成果，总结出了水电站运行初期在六个方面存在的问题，并对这些问题提出了解决和处理的方案，可为类似工程提供借鉴。

中小型水利枢纽；运行初期；安全监测；工程措施

0 前言

近年来，我国建设了众多中小型水利枢纽工程，但由于设计理念、施工工艺、质量标准和工程投入等方面工作不到位，致使很多中小型水利枢纽在运行初期便出现了结构病害（如裂缝、渗漏等）、水库淤积、下游冲刷严重等问题，严重影响了这些水利枢纽工程的社会和经济效益，甚至可能造成失事、垮坝等严重后果。因此，在中小型混凝土坝运行初期，对工程进行安全评价，发现工程存在的问题，并针对这些问题及时提出解决方案就显得十分重要了。对水利枢纽运行初期的安全状态进行评估，主要是通过对大坝安全监测资料进行定性、定量的分析，并结合现场检查结果，来发现结构的安全隐患，并对结构安全性态的变化趋势进行预测[1-2]。麒麟寺水电站自2008年11月28日下闸蓄水至今，经过6年多的运行，大坝已安全度过了运行初期，并测得大量运行参数和安全监测数据，笔者以该工程为例对中小型水利枢纽运行初期常遇到的问题进行研究，研究成果可供类似工程参考。

1 工程及运行初期情况概述

麒麟寺水电站位于甘肃省文县中庙乡，系白龙江干流上的一座梯级电站，上距碧口水电站13.5 km，下距宝珠寺水电站76 km，其水库末端与碧口水电站尾水相接。水库总库容2 970万m3，为日调节性能。河床式厂房安装3台轴流式机组，总装机容量111 MW。水库正常蓄水位613.00 m，死水位610.50 m，设计洪水位610.50 m，校核洪水位613.50 m，汛期临时排沙水位610.50 m。工程以发电为主，按Ⅲ等中型工程设计，主要建筑物按3级建筑物设计。大坝为混凝土重力坝，由左岸泄洪闸、河床挡水坝段、河床式厂房、右岸挡水坝段、GIS开关站等建筑物组成，枢纽前沿总长度252.5 m，坝顶宽14.9 m，坝顶高程615.0 m，最大坝高52 m，大坝枢纽及安全监测布置见图1。

图1 麒麟寺大坝枢纽及安全监测布置图Fig.1 Layout of Qilinsi dam and safety monitoring arrangement

工程于2005年11月15日开工建设，2006年12月29日大江截流，2008年11月28日下闸蓄水，2008年12月19日首台机组投产发电，12月30日全部机组投产发电。工程前期受移民、河道采金、挖沙等多方面影响，至2009年9月，库水位控制在605.00 m以下运行。2009年10月起，控制蓄水位至608.50 m。2010年5月，控制蓄水位至611.30 m，汛期水位控制在610.50m左右。库水位最高613.28m，发生在2013年8月7日；运行最低水位为591.06 m，发生在2013年8月14日，因“8.7”暴雨拦污栅淤堵将水库放空所致。麒麟寺2009～2015年上游水位过程见图2。水库最大入库流量2 926 m3/s，最大下泄流量2 729 m3/s，均发生在2013年4月13日[3]。

运行以来，上游碧口水库最大入库洪峰流量2 780 m3/s，接近重现期5年洪水标准。2009年7月14～17日，受冷暖空气共同影响，白龙江流域连续出现中到大雨、局地大暴雨过程，碧口总降雨量276 mm。其中，碧口至麒麟寺区间平均降雨量达306 mm，最大雨强29 mm/h（碧峰站）。由于降雨区集中在碧口水库库区及下游地区，总量和强度均为碧口地区少见，有较强的破坏力，给坝址地区附近防洪调度及抢险工作造成了一定压力。受碧口水库拦洪削峰和区间来水共同影响，7月17日18时出现最大洪峰流量1 960 m3/s，相应最大下泄流量1 940 m3/s。在这次洪水调度中，及时加强了两库的联系协调。为减小麒麟寺库区的淹没范围，在碧口电站泄洪前，采取麒麟寺电站提前预泄方式，降低麒麟寺水库水位，进行错峰调度，并根据碧口水库下泄流量过程，不断调整泄洪闸泄量，保持库水位在603 m左右运行，安全地度过了电站建成投运以来最大的一次洪水过程。

图2 麒麟寺2009～2015年上游水位过程线Fig.2 Gnaph process of upstream water level of Qilinsi station from 2009 to 2015

2 运行初期大坝安全监测及现场检查成果分析

本工程的安全监测项目主要包括大坝变形监测和渗流监测，大坝安全监测布置见图1。通过大坝安全监测资料分析和现场检查来评估工程运行初期的安全状况。

2.1 大坝变形监测

2.1.1 坝顶水平位移

图3为大坝水平位移监测结果。从图中可看出，河床坝段水平位移测点年变幅比岸坡坝段大，河床坝段坝体高度高，相应测点水平位移年变幅也大，而岸坡坝段坝高较低，其相应测点位移变幅也小。坝顶水平位移年变幅1～10 mm，且已基本趋于稳定，具体年变幅如表1所示。气温是影响坝体变形的主要因素，高温季节坝体向上游位移，低温季节向下游位移。大坝水平位移变化趋势相对比较平稳，有一定的周期性，符合混凝土坝的变化规律。

2.1.2 坝顶垂直位移

图4为大坝典型测点的垂直位移过程线。坝顶垂直位移主要受气温影响，从图4看出，高温季节（4～8月）坝体上抬，在低温季节下沉；河床坝段垂直位移变幅比两岸坝段大，且年变幅、年均值没有明显增大趋势，逐渐趋于稳定，具体特征值如表2所示，符合混凝土坝垂直位移变化的一般规律。

图3 坝顶水平位移过程线Fig.3 Groph of horizontal displacement of crest

图4 大坝坝顶典型测点垂直位移过程线Fig.4 Graph of vertical displacement of typical measuring points at crest

表1 坝顶水平位移年变幅（单位：mm）Table 1 Annual range of horizontal displacement at crest(unit:mm)

表2 坝顶垂直位移年变幅（单位：mm）Table 2 Annual range of vertical displacement at crest(unit:mm)

2.2 渗流监测

2.2.1 绕坝渗流

测压管水位变化总体不明显，但绕坝渗流测孔所在位置不同，各测管的水位变化也不尽相同。绕坝渗流测压孔Z-04在左岸坝体与岸坡交接附近，测压管变化幅度很小，说明坝体与岸坡衔接接触灌浆效果较好。左岸绕渗Z-02、Z-03和右岸绕渗Y-02、Y-05主要受降雨量影响。综合分析判断，测压管水位变化受降雨量影响较大；岸坡与坝肩渗漏小，即变化趋于稳定；绕坝渗流现象不明显。

2.2.2 坝基扬压力

坝基灌浆廊道567 m、579 m高程共埋设测压管11套，绝大多数扬压力水位趋于稳定且较低。567 m高程测压管UP-04扬压水位从2011年11月起逐渐上升，至2012年4月11日扬压水位达最大值602.02 m，其坝基渗压系数为0.57，超出设计值0.25较多。2012年5月，扬压水位持续下降至598.96 m，较长一段时间趋于稳定（即2012年6月1日～2013年4月21日），2013年4月21日后测值有逐渐减小趋势且基本趋于稳定，其最大渗压系数如表3所示。

2.2.3 大坝渗漏量

大坝共设13个量水堰，其中WE-6代表右岸上游坝体及坝基的渗漏量，WE-7代表左岸上游坝体及坝基的渗漏量，WE-13代表下游排水廊道渗漏量，三者之和为大坝总渗漏量。下游排水廊道的渗漏量相对较大，大坝总的渗漏量为1～3 L/s，2012年以来大坝总渗漏量逐渐减小，目前趋于稳定。

2.3 现场检查结果

消力池宽43.92 m，长75 m，上游齿槽宽3.75 m，槽底高程577.03～576.49 m，池底板高程578.02～576.16 m，下游齿槽宽5.50 m，槽底高程575.85～575.05 m。地基岩体中倾向上游偏右岸和倾向下游偏右岸的缓倾角裂隙延伸较短，但发育密集，裂隙面粗糙，局部充填次生黄泥或红泥，一般延伸5～15 m，断续分布，其次为延伸较长的顺层或微切层裂隙。F26断层产状NE48°～56°/SE∠42°～46°，断层带宽5～20 cm，局部60 cm，影响带宽1.2～1.8 m，大部分强风化，采取槽挖置换混凝土处理。池底板经固结灌浆设置锚筋加强混凝土与基岩连接，采用ϕ25锚筋，间排距2 m×2 m，入岩深度3.5 m，并加强基础排水，经处理满足要求。

表3 UP-04测压管渗压系数Table 3 Seepage pressure coefficient of UP-04 piezometric tube

2013年1月23日，利用电站三台机全停时对消力池淤积情况进行水下测量。此次测量采用皮尺下挂重锤的方法测量消力池水深，根据水位算出消力池存在淤积现象，淤积厚度最小0.68 m，最大达1.98 m，未冲刷。

3 大坝初期运行中存在的主要问题与处理

根据大坝运行初期的安全监测和现场检查结果，可得出：坝前拦沙坎淤积严重，极易造成机组进水口堵塞；受“5.12”地震的影响，震后检查孔中右副坝第一段透水率偏大；厂房下部结构存在多处裂缝，造成渗漏；通讯线路受到干扰，自动化监测数据不连续，不能保证数据的完整性；电站下游河道采砂作业将大量弃渣堆积在河床及岸边，导致河道行洪能力降低；库水位不能达到正常蓄水位运行。下文分别对大坝运行初期存在的上述问题进行讨论。

3.1 坝前拦沙坎淤积严重

2013年8月15日，水库放空后发现距离坝前90 m处的拦沙坎（原高程591.7 m）已被淤泥掩埋，如图5所示，极易造成机组进水口堵塞。主要原因是当上游碧口水电站排沙或达到排沙条件时未按排沙水位运行要求进行排沙，且排沙孔运行次数少，泄水建筑物运行次数如表4所示。前期排沙孔开启少的原因主要是闸门操作繁琐，提一次门需0.5 h，造成排沙孔运行次数较少。此外，排沙时库水位未降至610.50 m运行。

图5 坝前淤积现状Fig.5 Current status of sedimentation in front of the dam

在今后的运行中，汛期当入库流量大于422 m3/s或碧口水库排沙时，水库水位需提前降低至临时排沙水位610.50 m运行；汛期洪水经碧口水库调节后，碧口出库流量与碧、麒区间流量之和Q小于1 820 m3/s（P=50%）时，电站机组过流，3孔排沙孔全开，1孔泄洪闸局开，水库水位维持610.50 m运行[4]。

表4 泄水建筑物运行次数Table 4 Operation times of discharge structures

3.2 震后检查孔中右副坝第一段透水率偏大

右岸重力坝共计18段，“5.12”震后检查孔第一段的透水率大于设计值。右岸混凝土重力坝与建基陡、斜坡岩体接触（面）带的透水率略大于3.0 Lu（为3.04Lu），表明在坝右0+136.26（高程573.67m）～0+169.56（高程614.42 m）约33.30 m水平长度、40.75 m高差范围，坝体混凝土与建基陡、斜坡岩体接触（面）带深0～5 m内的防渗帷幕的防渗效果已受到影响，但影响甚微，其余部位的防渗帷幕总体未遭受到破坏[5]。其后又对该段接触带进行局部灌浆处理，坝体各部位年最大渗漏量如表5所示，根据运行5年多的渗漏量来看，渗漏量趋于稳定，未见增大趋势，在以后的运行中应继续加强对坝基渗漏量的监测及跟踪分析，确保大坝安全运行。

3.3 厂房下部结构渗漏点较多

厂房下部结构（灌浆廊道、排水廊道、尾水管进人廊道、主厂房进人廊道、主厂房水轮机层和下游副厂房的右端墙等）存在多处裂缝，同时存在渗漏点、渗漏面。电厂对裂缝及渗漏点进行编号建档，定期巡回检查对比裂缝发展趋势及渗漏情况。目前，各裂缝及渗漏点、渗漏面基本处于收敛趋势。在今后的运行中，应定期对厂房、坝基廊道进行巡回检查，对渗漏点在同等工况下进行对比。

3.4 自动化监测数据不连续

原大坝安全监测自动化系统采用分布式网络系统，共接入自动化系统155支传感器。引张线仪、双向遥测垂线坐标仪、静力水准仪和双金属管标仪未接入数据采集单元，直接由RS-485接口输出，通过RS-485通信总线与数据采集单元串联，接入中控室工控机，因此总通讯线路容易受到引张线仪传感器的干扰，同时因为接入传感器较多，采集软件受到干扰导致系统不稳定，使得自动化监测数据不连续，不能保证数据的完整性。

表5 坝基渗漏量特征值（单位：L/s）Table 5 Characteristic values of seepage in dam foundation(unit:L/s)

2013年11月，针对上述问题，电厂结合麒麟寺大坝实际情况，对原系统进行了改造，并将新增的部分温度测点、绕坝渗流观测、量水堰仪纳入自动化系统；在引张线、倒垂装置、静力水准仪及双金属管标输出接口处新增数据采集装置（MCU），减少因个别传感器故障导致对系统的干扰，使系统运行稳定；重新开发采集软件，电站采用分布式安全监测自动化采集系统，采用光纤和双绞线构建RS-485标准的总线型现场通信网络，电站现场设安全监测采集中心站（备用），配置采集计算机、数据采集软件及外部设备；监控管理枢纽中心设在碧口水电站，实现碧口中心站（碧口水电站位于麒麟寺水电站上游13 km）对麒麟寺安全监测自动化系统进行采集、遥测、数据管理等功能[6]。目前改造后的大坝安全监测自动化系统运行稳定，人工每月比测一次，自动化数据与人工测值基本吻合。

3.5 电站下游防洪能力不足

在电站下游河道（电站下游500 m以下）西家坝河段、肖家坝河段内，采砂作业将大量弃渣堆积在河床及岸边（占用宽度约30～40 m），造成河道过水断面缩减，行洪阻水，导致河道行洪能力降低。再者电站下游约500 m处有建电站时修建的临时施工便桥，该桥桥台和桥墩占用部分河床，河道断面严重束窄，河道行洪能力大大降低。

针对电站下游防洪能力不足，加强了与政府部门协调、沟通，拆除施工便桥，并向各级主管部门汇报下游河道淤堵问题，对淤堵的河道进行疏浚，做好防汛的各项工作。

3.6 库水位不能达到正常蓄水位运行

根据现场观察试验资料，母猪湾区域的地下水位与库水位基本同步涨落。通过复核，浸没影响若发生，母猪湾移民新村一带应是较敏感的区域。当库水位分别为613 m、612.5 m、612 m、611.5 m和611 m时，均会产生不同程度的浸没影响，尤以库水位612.0 m及以上最敏感。若按照审定的正常蓄水位613 m运行，需采取防浸排水工程处理措施；若不采取任何措施，为确保库周不产生明显的浸没现象，非汛期库水位应以不高于612 m为宜。

4 结论和建议

根据对麒麟寺水电站运行初期工程存在的问题进行研究和分析，可以得出以下结论和建议：

（1）建立水库泥沙淤积监测断面，定期施测，并根据水库泥沙淤积情况，必要时调整水库的排沙运行方式，以防止发电进水口被泥沙堵塞[7]。

（2）汛期泄洪遵循1号泄洪闸和3号泄洪闸对称开启运行的顺序，达到消力池水流均匀和稳定水跃的效果，避免消力池内产生偏流或折冲水流，以免加重对消力池或尾水渠护坦的冲刷。

（3）建议拆除施工便桥并对束窄的河道进行开挖疏浚。

（4）加强坝基渗漏量的监测，并做好坝基灌浆廊道渗漏点建档工作，对比变化情况。 ■

[1]彭凯忠,杨凤艳,马涛,等.大坝安全监测自动化建设初期运行经验[J].水电自动化与大坝监测,2006,30(5):46-48.

[2]吴中如,金永强,郑东健,等.水库大坝中溃坝险情的分析研究[C].全国大坝安全监测技术信息网2008年度技术信息交流会暨全国大坝安全监测技术应用和发展研讨会论文集,2008.

[3]陈容.汶川地震对碧口等三座大坝的影响及震损修复工作综述[C].中国水力发电工程学会大坝安全监测专委会年会暨学术交流会.2012.

[4]陈容.“5.12”震后碧口大坝监测自动化系统恢复及改造[C].中国水力发电工程学会大坝安全监测专委会年会暨学术交流会.2012:56-60.

[5]陈容,刘林.震后碧口大坝安全监测资料分析[J].大坝与安全,2011(3):43-46.

[6]陈平志,陈尧隆,杨杰,等.碧口土石坝外部变形监测分析与安全性态评价[J].电网与水力发电进展,2007,23(7):55-59.

[7]邓志华,肖丽红.中小型水库大坝除险加固常见问题及加固措施研究[J].河南水利与南水北调,2014(14):69-70.

作者邮箱：184557348@qq.com

Some common issues and their countermeasures of small and medium-sized hydraulic projects in initial operation period——taking Qilinsi hydropower station for example

by CHEN Rong
Datang Bik⁃ou Hydropower Plant of Gansu Province

By analyzing each structure′s working behavior in initial operation,an objective assessment of design level and construction quality of a hydraulic project can be made,which can also improve the operation management.In this paper,a medium-sized hydraulic project,Qilinsi hydropower station,is taken as an example to summarize some common problems occurred in initial operation period of small and medium-sized hydraulic projects,and some countermeasures to these problems are proposed.Based on the analysis of dam safety monitoring data of Qilinsi hydropower station in initial operation period, and combined with the dam site inspection results,problems in six different aspects are summarized, and treatment measure to solve these problems are proposed,worthy reference.

small and medium-sized hydraulic project;initial operation;safety monitoring;engineering measures

TV698

B

1671-1092（2016）05-0018-07

2015-08-25

陕西省创新研究计划（2013KCT-15），国家自然科学基金（51409205）

陈 容（1981-），女，四川隆昌人，工程师，从事大坝运行管理工作。