泰山抽水蓄能电站上库防渗效果分析研究

2016-06-17孙嘉璘冯义武山东大学土建与水利学院山东济南5006山东省水利勘测设计院山东济南5004

山东水利 2016年3期

孙嘉璘，王　帅，冯义武（.山东大学土建与水利学院，山东济南5006；.山东省水利勘测设计院，山东济南5004）

泰山抽水蓄能电站上库防渗效果分析研究

孙嘉璘1，王帅2，冯义武2
（1.山东大学土建与水利学院，山东济南250061；2.山东省水利勘测设计院，山东济南250014）

【摘要】本文在裂隙岩体渗流模型的基础上，通过数值模拟得到了上库防渗设施不同破损部位和面积条件下的库区裂隙岩体渗流规律，进一步判定防渗设施的破损部位、面积，从而指导现场渗漏监测和电站安全稳定运营管理，通过计算得到了各工况条件下的上库右岸排水廊道及库底廊道渗漏量并与监测资料对比，给出有效的建议和治理策略。

【关键词】抽水蓄能电站；渗漏；数值分析；裂隙岩体

泰山抽水蓄能电站上水库，位于山东省泰安市西郊，于2006年开始正式投入运行。电站枢纽由上库、下库、输水系统、地下厂房洞室群及地面开关站等组成，装机容量4×250MW。抽水蓄能电站库区的渗流问题对水电站安全运营具有至关重要的作用，不仅在于水库库区的地质条件多样、库区面积大、边界条件复杂，而且其渗流边界条件往往不能直接给出，需要通过反演分析求得。

1　水文地质概念模型

1.1模拟范围划定及几何模型建立

建立泰山抽水蓄能电站上库库区模型，其范围主要包括了电站上库、引水隧洞和地下厂房，并适当扩大模型区域。模拟范围整体呈矩形，长2.05 km，宽1.67 km，面积约为3.42 km2。

为建立上库库区裂隙岩体渗流模型，必须首先建立准确反映库区地表形态和大规模断层、裂隙密集带三维分布的几何模型。库区北库岸山体较厚，山脊高程500～600 m以上，南库岸山体单薄，山脊高程419～500 m，呈NW—SE方向条状延伸，向SE方向高程渐降低。根据库区及电站已有资料，建立了库区三维几何模型。

1.2初始条件与边界条件选取

根据上库库区地下水水位确定初始条件，由于模型主体为上库库盆及右岸山体，因此根据上水库施工期的地下水水位监测数据，分别选取了位于库尾和右岸的三个水位监测孔作为代表。其中位于右岸的KUP5和UP5两监测孔终孔地下水水位分别为390.88 m和392.79 m，在390 m左右，位于库尾的KUP3监测孔终孔地下水位较高，为408.46 m，但3孔的地下水水位均在390 m上下变动。为模拟方便，本项目将水文地质概念模型的初始水位条件确定为390 m。

1.3参数确定

二维渗流模型中包含库区岩体、裂隙介质、混凝土面板和土工膜等防渗设施三种渗流介质。各渗流介质的密度、渗透率、孔隙率均参考《山东泰安抽水蓄能电站工程竣工安全鉴定设计单位自检报告》选取，体积压缩系数、贮水系数取自经验值。

2　计算工况设定

假设不同的渗漏部位及面积，确定9种计算工况，将防渗设施破损面积与全部防渗设施面积的比值定义为防渗设施破损面积百分比。其中具体工况设置如表1所示。

表1　防渗设施计算工况设置表

3　上库渗漏量监测分析

右岸排水廊道位于右岸面板进/出水口下游侧，库底观测廊道作为与库底土工膜铺盖的连接边，一端经左岸坝下通向坝后，另一端延伸至右岸环库公路，廊道总长1 043.77 m。

经监测，2012—2014年间，库右岸排水廊道渗漏量最大值约为3.3 L/s，最小值为0.2 L/s。库底廊道渗漏量最大值约为1.1 L/s，最小值为0.25 L/s。库底廊道LD+480部位渗漏量最大值约为0.036 L/s，最小值约为0.01 L/s。

4　计算过程及结果分析

4.1右岸排水廊道渗漏量计算及面板破损面积判定

上库右岸排水廊道拱肩处设置了间隔10 m、直径110 mm的排水孔，共13个，与该段对应的右岸面板趾板后部的纵向排水土工管相连，并认为右岸面板破损部位的渗漏水均通过排水孔排入右岸廊道。通过式（1）计算右岸排水廊道渗漏量。

式中：Q右岸为右岸破损面板渗漏量；K为上库裂隙岩体渗透系数取0.518m/d；H1为上库水位；H2为破损面板后中心处总水头；Δd为渗漏点到右岸廊道的距离，依据设计资料取3.0 m；A为面板破损面积。

由数值模型模拟结果可知，工况2～工况5条件下破损面板中心处总水头H2。而在右岸防渗设施破损的情况下，各工况破损面板水位H2均随上库水位的波动变化，并高于390 m，最大值约为406 m。另一方面，在同一时间点，防渗设施破损面积越大，H2越高。将H1及H2带入式（1）可得到2012—2014年在工况2～工况5条件下右岸排水廊道渗漏量，将渗漏量计算结果与监测值相比可得到两者比值。2012—2014年右岸排水廊道渗漏量计算值及比值变化规律如图1所示。