溪洛渡水电站初蓄-运行期大坝渗流监测成果分析

胡蕾，李波，田亚岭

（1.长江科学院，湖北武汉，430010；2.水利部水工程安全与病害防治工程技术研究中心，湖北武汉，430010；3.武汉大学水资源与水电工程科学国家重点实验室，湖北武汉，430072）

溪洛渡水电站初蓄-运行期大坝渗流监测成果分析

胡蕾1，2，3，李波1，2，田亚岭1，2

（1.长江科学院，湖北武汉，430010；2.水利部水工程安全与病害防治工程技术研究中心，湖北武汉，430010；3.武汉大学水资源与水电工程科学国家重点实验室，湖北武汉，430072）

溪洛渡拱坝最大坝高285.5 m，蓄水之后，渗流广泛存在于坝体和坝基之中，可能会威胁大坝安全。为掌握大坝的渗流状态，根据溪洛渡水电站初蓄-运行期大坝渗流监测成果，分析和评价了渗流变化规律和分布特征，为评估大坝运行安全提供依据。结果表明：溪洛渡大坝防渗帷幕及排水幕效果良好，帷幕后及排水幕后渗压折减系数均在设计允许范围以内，绕坝渗流状态合理，渗流量趋于稳定，大坝在初蓄-运行期的渗流发展过程和分布特征符合一般的认识规律，状态正常。

高拱坝；安全监测；折减系数；渗流量

0 引言

溪洛渡水电站位于四川省雷波县和云南省永善县境内的金沙江干流上，是金沙江下游梯级开发的第三级水电站。溪洛渡水电站以发电为主，兼有防洪、拦沙和改善下游航运条件等综合效益，具有不完全年调节能力。拦河坝为混凝土双曲拱坝，坝顶高程610.00 m，最低建基面高程324.50 m，最大坝高285.5 m，坝顶轴线长度678.7 m。坝体设10个导流底孔、8个泄洪深孔和7个表孔，整个坝体分为31个坝段。拱冠顶厚14.0 m，拱冠底厚60.0 m，拱端最大厚度64.0 m，坝体混凝土558.0万m3[1-2]。

溪洛渡水库正常蓄水位600.00 m，2013年5月开始下闸蓄水，已完成3次蓄水过程（分别在2014年9月28日、2015年10月19日和2016年10月8日达到正常蓄水位）。高拱坝蓄水之后，渗流将广泛存在于坝体和坝基之中，可能会导致渗漏、管涌、滑坡，甚至危及整个大坝的安全，因此在蓄水-运行过程中，大坝的渗流状态一直受到行业内专家和学者的高度重视[3-5]。

目前溪洛渡水电站已进入运行初期，安全监测设施齐全，施工期和运行期均取得了较为完整的监测资料，对渗流监测资料进行分析和评价，可以及时和准确地掌握大坝渗流场的变化规律和分布特征，也可为大坝运行安全评估提供依据。

1 大坝渗流监测概况

溪洛渡大坝坝基设有防渗帷幕和排水幕，为了检验防渗帷幕和排水幕的效果，在坝体及两岸布置了渗压、渗流量等监测项目。此外，为掌握绕坝渗流情况，大坝两岸坝肩下游排水平洞内布置了绕渗孔。监测仪器布置具体如下。

拱坝坝基渗压：坝基渗压监测主要采用渗压计和测压管两种方式。为了监测拱坝坝基渗压，在有关坝段建基面和下游贴脚处布置了54支渗压计，仪器大部分埋设在建基面以下1.5 m。为便于反馈分析，2号、15号、16号和24号坝段防渗帷幕前各布置1支渗压计，拱冠梁15号坝段和右岸24号坝段下游贴脚处各布置4支渗压计，其余渗压计均位于防渗帷幕或排水幕后，渗压计布置见图1。另外，坝体341.25 m高程排水廊道内14号、15号、16号和18号坝段各增设一支测压管，共4支；347.25 m高程基础廊道内13号、14号、15号、16号、17号、18号和19号坝段各增设一支测压管，共7支。

坝肩灌浆及排水平洞渗压：为给大坝防渗帷幕工作状态和坝肩稳定评价提供必要的监测数据，在左右岸灌浆平洞和排水平洞内共布置了56支测压管，其中36支位于灌浆平洞，20支位于排水平洞。

渗流量：渗流量主要采用量水堰监测，共布置14座量水堰，其中12座位于两岸平洞与廊道连接段上游侧的排水沟处，2座位于341.25 m排水廊道上游侧排水沟与集水井交接部位左右侧。

绕坝渗流：左右岸各布置27个绕渗观测孔，共计54个，绕渗孔内埋设渗压计。

2 拱坝坝基及坝肩渗流监测

2.1 坝基扬压力发展过程

截至2016年10月8日，溪洛渡拱坝共完成了三次完整的蓄水过程。为监测坝基扬压力在蓄水过程中的发展情况，根据埋设在15号和16号坝段坝基的渗压计监测资料绘制了扬压力水位的变化过程线，见图2～3，其中P15-1和P16-1位于防渗帷幕前，P15-2和P16-2位于防渗帷幕后，P15-4和P16-3位于排水幕后。

由图2～3可知：

（1）2013年5月4日，水库开始蓄水，防渗帷幕上游测点（P15-1、P16-1）的扬压力水位自水库蓄水起随库水位上升呈现显著增大的趋势。2014年 9月28日水库达到正常蓄水位600 m，受滞后效应的影响，15号坝段防渗帷幕前渗压计P15-1在2014年9月28日之后水位持续小幅上升，2014年9月28日～2014年12月2日，扬压力水位存在小范围内的波动，2014年12月2日扬压力水位达到581.15 m，之后水位开始下降；16号坝段防渗帷幕前渗压计P16-1扬压力水位在2014年9月28日以后持续上升，至2014年10月29日达到587.40 m，之后水位逐渐下降。2014年9月28日之后，溪洛渡拱坝又完成了两次蓄水过程，防渗帷幕前渗压计P15-1和P16-1扬压力水位与上游水位一直保持相同的变化趋势，相关性显著。

图1 拱坝坝基渗压计布置图Fig.1 Layout of osmometers in dam foundation

图2 15号坝段坝基渗压计扬压力水位过程线Fig.2 Uplift pressure measured by osmometers in foundation of No.15 dam section

图3 16号坝段坝基渗压计扬压力水位过程线Fig.3 Uplift pressure measured by osmometers in foundation of No.16 dam section

（2）防渗帷幕及排水幕下游测点扬压力水位自安装之日起变化不显著。以安装在15号坝段防渗帷幕下游侧的渗压计P15-2为例，从安装之日2012年3月14日～2016年5月26日，扬压力水位在323.0～384.0 m之间，随着上游水位的抬高，扬压力水位略有增长，月变化基本不超过5.0 m，呈现平稳变化的规律。因此，定性来看，大坝帷幕及排水幕效果良好。

2.2 帷幕及排水幕后渗压折减系数

采用幕后水头与坝踵处扬压力水头的比值（折减系数）作为评价防渗帷幕、排水幕效果的指标。典型坝段坝基帷幕后及排水幕后第一支渗压计折减系数过程线见图4，拱冠梁坝段坝基扬压力分布见图5。

由图4和图5可知：

图4 坝基（河床及两岸）幕后渗压计折减系数过程线Fig.4 Reduction factor of osmometers behind curtain of dam foundation(river bed and its banks)

图5 拱冠梁坝段坝基扬压力水头分布图（2016年10月8日，上游库水位599.93 m）Fig.5 Uplift pressure head in dam foundation of arch crown(on October 8,2016,the upstream reservoir water level of 599.93 m)

（1）初次蓄水时，在440～520 m蓄水期间，帷幕后及排水幕后折减系数初始值较大，最大部位在15号坝段，帷幕后折减系数0.30，排水幕后折减系数0.15，小于设计允许值0.40和0.20。随着水位上升，帷幕后折减系数逐渐减小至0.20左右，排水幕后折减系数减小至0.10左右。在520～600 m蓄水期间，上游水位经历了3次明显的涨落，期间各坝段帷幕后及排水幕后折减系数稍有变化，但变幅很小，均小于设计允许值。

（2）第二次蓄水期间，各坝段折减系数变幅均很小，其中拱冠梁15号坝段坝基帷幕后和排水幕后折减系数分别维持在0.22和0.07左右，均小于设计允许值。

（3）第三次蓄水期间，各坝段帷幕后和排水幕后折减系数变幅较小，10号、15号和22号坝段帷幕后折减系数维持在0.21、0.22和0.15左右，15号坝段排水幕后折减系数维持在0.07左右，而左右岸坡坝段排水幕后扬压力水头较低，折减系数基本为零。

基于以上分析，坝基帷幕后及排水幕后扬压力折减系数均满足设计要求，说明坝基帷幕及排水幕效果较好。

2.3 坝肩平洞渗流监测

为了解溪洛渡拱坝坝肩灌排平洞的渗流情况，整理了2016年10月8日典型灌排平洞测压管水头分布图，见图6～7。

图6 347.25 m灌浆平洞测压管水头Fig.6 Piezometric head of grouting adit on elevation 347.25 m

图7 341.25 m排水平洞测压管水头Fig.7 Piezometric head of grouting adit on elevation 341.25 m

可以看出，347.25 m灌浆廊道位于14号、15号和17号坝段的测压管（UP02-BG、UP03-BG和 UP05-BG）水位较高，相对廊道底板分别有29.08 m、 34.69 m和10.20 m的水头，其余测压管水位均较低。左岸灌浆平洞水位均较低，自坝体向山体水位递减梯度明显，位于山体内侧的UP03-LG水位最低，与底板高程持平。右岸UP06-RG水头较左岸相同位置的UP03-LG高19.39 m。314.25 m排水廊道测压管水头相较基础灌浆廊道（347.25 m）测压管水头明显降低，仅15号坝段的测压管水位高于廊道底板4.59 m，其余测压管水位均不高于底板高程。

2.4 坝基渗流量监测

根据量水堰的监测成果，可计算得到各高程排水平洞的渗流量和坝基总渗流量。自大坝初次蓄水开始，各排水平洞及坝基总渗流量过程线见图8。由于大坝廊道和灌浆排水平洞中施工用水排放的情况已较少，因此绝大部分数据可以反映大坝的实际渗流情况。

由图8可知：

（1）自水库初次蓄水（2013年5月4日）～2013年8月6日，上游库水位由440 m上升至550 m，坝基总渗流量也逐渐增大至最大值1 491.3 L/min，此时341.25 m、347.25 m、395.25 m和470.25 m排水平洞的渗流量分别为1021.0L/min、347.0L/min、114.5L/min和8.8 L/min，各高程排水平洞渗流量按高程由高至低递增，341.25 m排水平洞渗流量占坝基总渗流量的68.5%。

（2）蓄水期间渗漏量随水库水位上升而增大，库水位下降期间渗漏量减小。2013年8月6日以后，坝基总渗流量整体呈下降趋势，大坝首次和第二次蓄水至600 m水位时，坝基总渗流量分别为941.5 L/min和732.1 L/min，2016年10月8日，水库第三次蓄水完成时，坝基总渗流量为567.3 L/min，相比首次蓄至正常蓄水位时减少了39.7%。从渗流量分布看，341.25 m排水平洞渗流量占75.3%，347.25 m排水平洞渗流量占8.2%，其余排水平洞渗流量较小，均不超过30 L/min。

图8 坝基渗流量过程线Fig.8 Seepage of dam foundation

3 绕坝渗流监测

绕坝渗流监测可监控上游库水绕过坝肩渗流到下游的情况，坝后各高程抗力体平洞典型测压管监测成果见图9。

根据监测资料可知，自初次蓄水开始至第三次蓄水完成期间，各高程抗力体平洞绕渗水位变幅较小，与上游库水位并无明显的相关关系。除个别绕渗孔因积水流入导致水位暂时抬升外，绕渗孔测压管水位测值曲线基本平稳，受外界干扰较小。

值得注意的是，在防汛阶段，受大坝泄洪的影响，坝后抗力体范围内的渗流监测并不能反映实际的绕坝渗流状态，仅可作为参考。

图9 坝后各高程抗力体平洞绕渗水位过程线Fig.9 Bypass seepage level of the adits in resistance body behind dam

4 结语

根据溪洛渡水电站大坝渗流渗压的实际监测成果（截至2016年10月8日），分析大坝从初蓄期至运行初期的渗流特性，主要有以下结论：（1）拱坝坝基帷幕前扬压力与上游库水位具有较强的相关性，而帷幕后及排水幕后的扬压力平稳变化，折减系数满足设计要求；（2）拱坝坝肩排水平洞内测压管水位大部分低于底板高程，坝肩排水效果良好；（3）除个别孔因积水流入导致水位暂时抬升外，坝后抗力体平洞内测压管水位在初蓄-运行初期各时段内平稳变化，受外界干扰小；（4）第三次蓄水期间，坝基总渗流量变幅相比前两次明显降低，渗流场趋于稳定状态。

综上所述，溪洛渡水电站大坝渗流特性符合一般的认识规律，防渗帷幕及排水幕效果良好，大坝在初蓄-运行期的渗流状态正常。

[1]宋燕敏,李金河,李建川.溪洛渡水电站左岸地下厂房安全监测资料分析[J].人民长江,2007,38(10):71-73.

[2]张冲,王仁坤,汤雪娟.溪洛渡特高拱坝蓄水初期工作状态评价[J].水利学报,2016,47(1):85-93.

[3]吴世勇,高鹏.二滩拱坝安全监测资料分析[J].水力发电学报,2009,28(4):108-113.

[4]李军华.大坝渗流监测系统设计及渗流计算机模拟[D].郑州:郑州大学,2004.

[5]刘鸣,钟敬全,饶锡保,等.牙塘水库大坝渗流监测分析及安全评价[J].长江科学院院报,2007,24(2):30-33.

Analysis on seepage monitoring data of Xiluodu hydropower dam during initial impoundment and operation

HU Lei,LI Bo and TIAN Ya-ling

Changjiang River Scientific Research Institute

The maximum height of Xiluodu arch dam is 285.5 m.Seepage water is found in dam body and foundation after impoundment,which is a potential threat to dam safety.To get seepage behavior, seepage monitoring data is used to analyze variation and distribution rules of seepage.The results show that,anti-seepage curtain and drainage holes of Xiluodu dam have played their own role well;monitor⁃ing values of osmotic pressure are within allowable design range;the status of seepage around Xiluodu dam is reasonable and seepage flow tends to be stable.

high arch dam;safety monitoring;reduction factor;seepage

TV698.1

：B

：1671-1092（2017）04-0030-06

2017-05-17

国家重点研发计划资助项目（2016YFC0401602）；国家自然科学基金项目（51609020，51409018）；中央级公益性科研院所基本科研业务费（长江科学院CKSF2017067/GC）

胡蕾（1989-），女，山东菏泽人，博士，主要从事水工结构实验、观测与分析工作。

作者邮箱：hey1209@126.com