低温高水位工况下大坝变形及排水量分析

陈 俊，邵广俊，胡伟飞

（国网浙江省电力公司紧水滩水力发电厂，浙江 丽水 323000）

低温高水位工况下大坝变形及排水量分析

陈 俊，邵广俊，胡伟飞

（国网浙江省电力公司紧水滩水力发电厂，浙江 丽水 323000）

2010年和2012年紧水滩水电站大坝经历了两次低温高水位工况，坝体水平位移和坝基排水显著增大。通过对两次低温高水位工况大坝运行状态的简要描述和对环境量及监测数据的综合分析，定性地分析了低温高水位工况对大坝运行性态的影响，以更好地掌握大坝运行变化规律，指导运行管理。

低温高水位；水平径向位移；坝基排水量；大坝安全

紧水滩大坝位于浙江省云和县瓯江上游龙泉溪上，枢纽属一等工程。大坝为三心双曲变厚混凝土拱坝，坝高102 m，坝顶弧长350.6 m，坝顶厚5 m，底部最大厚度24.6 m，厚高比0.24，坝顶高程为194 m，坝体自左向右依序分为20个坝段。水库总库容13.93亿m3，正常蓄水位184 m，死水位164 m，设计洪水位190.29 m，校核洪水位192.70 m。该工程于1981年开工，1986年6月下闸蓄水，1987年4月第一台机组发电，1988年底工程竣工。到2013年，拱坝已运行了27年。2010年、2012年出现了水位+温降的不利组合工况，水压荷载与温度荷载叠加，使大坝变形和渗流量产生了较大的增量。为了解低温高水位工况下紧水滩大坝的运行性态，本文分析了大坝水平位移和坝基排水量的变化规律，旨在对低温高水位工况对大坝的影响做出评价。

1 紧水滩大坝低温高水位工况分析

2010年初紧水滩流域出现连续降雨天气，致使上游库水位自2月5日起就高于175 m，3月9日17:35最高水位达到183.67 m，成为建坝以来的年初最高水位。2012年3月大坝再次遭遇相似工况，3月8日15:38水位达到183.08 m。大坝自投入运行以来，3月份低温季节库水位超过180 m仅此两次，见图1。

紧水滩大坝运行期间坝体温度主要受外界传入的坝址气温影响，库水位以下特别是130 m高程以下的坝体温度主要由下游坝面传入的气温的影响，库水位以上的坝体温度受上下游坝面导入的气温影响，影响的程度与相应气温接触面的距离有关。大坝内埋温度计实测资料显示，靠近下游坝面及库水位以上部位坝体温度在3月达谷值，本文选取大坝10号坝段具有代表性的断面绘制了过程线，见图2。

图1历年3月上游库水位过程线图

2 低温高水位下大坝垂线监测成果及变形分析

紧水滩大坝水平位移主要由5组正、倒垂线实现监测，分别布置在4号坝段、7号坝段、11号坝段、13号坝段和17号坝段。

2.1 径向位移

对垂线实测历史资料表明，坝体径向位移呈年周期性变化规律，每年3月份坝体向下游变形，9月份坝体向上游变形。同一高程上，径向位移以靠近中部拱冠的11号坝段最大，向两岸的测点位移渐小，同一坝段各测点高程越高，测点的径向位移变化幅度越大。

低温高水位期间，垂线自动化测量测次为1次/4 h，能较为精确的捕捉到大坝的细微变形。从2010年初垂线自动化数据分析可以看出，随着水位的上升，大坝坝体有持续向下游的位移；随着水位的下降，大坝有明显向上游的位移，坝体位移与所承受的水压力有明显的相关性，见图3。分析变幅分布，同一高程上，拱冠坝段最大，向两边坝段递减，基本呈对称分布；同一坝段上，随着高程的降低，变幅逐步减小。

图3坝段▽194径向位移与水位变化过程线

在该不利工况作用下，大坝向下游位移创历史最大值，见表1。2012年3月大坝再次经历低温高水位工况，大坝向下游位移又创新的历史最大值。

表1坝顶径向位移统计表

2.2 切向位移

对垂线切向位移的统计分析表明，随着水位的上升，两岸坝段向岸坡位移，即左岸坝段向左，右岸坝段向右。分析变幅分布，同一高程上拱冠坝段变幅最小，向两岸逐步增大，同一坝段上除拱冠11坝段外，测点均随着高程减低，变幅变小，坝体最大切向位移变幅基本呈对称分布。

通过坝顶水平位移与水位相关分析可以得出，低温高水位工况下，大坝变形与水位变化有较高的相关性。径向位移创新的历史最大值，是温度荷载和水压荷载叠加的结果；而切向位移均未创新最大值，这与温度荷载和水压荷载导致的切向位移相反，互相抵消有关。

从整体情况看，随着水位的降低和气温的回升，大坝变形逐渐恢复，说明变形属弹性变形，且位移空间分布合理，符合拱坝一般变化规律。

3 低温高水位下大坝坝基排水量分析

对紧水滩大坝坝段排水量分析表明，低温期间水位对坝基排水影响显著。2010年3月低温高水位工况下坝基排水总量达到303.85 m3/d，创历史最大值，较同月初增加174.34 m3/d。2012年3月类似工况下排水量又创新的历史最大值，达到439.72 m3/d，与同年2月测值相比增大了8倍，见图4。由图4可看出，低温高水位工况下坝基排水量远大于正常工况下的坝基排水量，随着水位的降低，坝基排水量迅速减小。坝基排水主要是集中在8～11坝段，这些坝段在低温高水位工况下增量显著。从坝基的排水量与上游水位相关分析中可以看出，当库水位低于▽170 m时，排水量没有大的变化，当库水位高于▽170 m后，排水量有明显增加，当水位高于▽180 m后，排水量增加显著。

图4上游水位与坝基总排水量过程图

低温状态下，裂隙扩张，同时高水位造成较大的渗透压力，致使坝基排水迅速增大。从图4可以看出，低温高水位工况下2012年排水量大于2010年排水量，恢复正常工况后2012年排水量也稍大于2010年，说明低温高水位不利工况造成了渗流通道的相对通畅。

4 结语

紧水滩水电站大坝在低温高水位组合工况下，水平径向位移和坝基排水量显著增大，并依次创新历史最大值。期间巡视检查未发现异常，大坝位移变化过程平滑，无突变现象，空间分布合理，各监测量在不利工况消除后均有良好恢复，但一定程度上造成了坝基渗流通道的相对通畅，在今后的运行中应尽量避免类似工况发生，以避免异常情况持续发展，造成坝基防渗帷幕的损伤。同时仍应加强对类似不利工况下的监测与分析工作，以更好地掌握大坝运行变化规律，指导运行管理，及时发现异常情况，确保大坝安全运行。

[1]荆凯.低温高水位工况下白山水电站混凝土重力拱坝变形及渗流分析[J].水电能源科学，2012（8）:59-62.

[2]陈献.对东风大坝低温高水位运行工况的探讨[J].大坝与安全，2007（6）：13-15.

[3]顾冲时，李雪红.连拱坝变形规律的探讨[J].水电自动化与大坝监测，2002，26（5）：48-51.

[4]李民，应敏芳.紧水滩大坝实测渗流性态综述[J].大坝与安全，2005（4）：47-49,52．

[5]紧水滩监测资料分析报告[R].

TV642

A

1672-5387（2017）11-0047-03

10.13599/j.cnki.11-5130.2017.11.018

2017-08-30

陈 俊（1983-），男，工程师，从事水电厂大坝安全监测工作。